綜合布線系統(tǒng)的電磁干擾及防護(hù)措施

摘要:簡(jiǎn)要的介紹了綜合布線系統(tǒng)的電磁干擾成因、危害及防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞: 綜合布線系統(tǒng);電磁干擾;屏蔽;傳輸;防護(hù)措施

引言

隨著信息時(shí)代的高速發(fā)展，各種高頻的通訊設(shè)施不斷出現(xiàn)，相互之間的電磁輻射和電磁干擾影響也日趨嚴(yán)重;在國(guó)外，已把電磁影響看作一種環(huán)境污染，成立專門(mén)的機(jī)構(gòu)對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行管理，制定電磁輻射值標(biāo)準(zhǔn)，加以控制。綜合布線是一種模塊化的、靈活性極高的建筑物內(nèi)或建筑群之間的信息傳輸通道。它把語(yǔ)言、數(shù)據(jù)、圖像和控制信號(hào)系統(tǒng)統(tǒng)一的 傳輸媒介集為一體，方便地在智能建筑中組成一套標(biāo)準(zhǔn)、靈活、開(kāi)放的布線系統(tǒng)。目前已被人們?cè)谑澜缟蠌V泛地采用。通過(guò)它可使話音設(shè)備、數(shù)據(jù)設(shè)備、交換設(shè)備及各種控制設(shè)備與信息管理系統(tǒng)連接起來(lái)，同時(shí)也使這些設(shè)備與外部通信網(wǎng)絡(luò)相連的綜合布線。它還包括建筑物外部網(wǎng)絡(luò)或電信線路的連接點(diǎn)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)備之間的所有線纜及相關(guān)的連接部件。綜合布線由不同系列和規(guī)格的部件組成，其中包括:傳輸介質(zhì)、相關(guān)連接硬件(如配線架、連接器、插座、插頭、適配器)以及電氣保護(hù)設(shè)備等。這些部件可用來(lái)構(gòu)建各種子系統(tǒng)，它們都有各自的具體用途，不僅易于實(shí)施，而且能隨需求的變化而平穩(wěn)升級(jí)。

綜合布線系統(tǒng)是否采取防護(hù)措施的主要根據(jù)是防止外來(lái)電磁干擾和向外電磁輻射。外來(lái)電磁干擾將直接影響綜合布線系統(tǒng)的正常運(yùn)行;向外電磁輻射是綜合布線系統(tǒng)的纜線在傳送信息時(shí)，產(chǎn)生泄漏的原因。為此，在綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)智能化建筑所在環(huán)境的具體情況以及建設(shè)單位的要求，進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)查研究，選用相應(yīng)合適的防護(hù)措施。事實(shí)上在綜合布線系統(tǒng)的周圍環(huán)境中，不可避免地存在這樣或那樣的干擾源，如:熒光燈、電梯、變壓器、無(wú)線電發(fā)射設(shè)備、開(kāi)關(guān)電源、電磁感應(yīng)爐、雷達(dá)設(shè)備和500伏電壓以下的電力線路和電力設(shè)備等。其中危害最大的莫過(guò)于電磁干擾和電磁輻射。電磁干擾是電子系統(tǒng)輻射的寄生電能，這里的電子系統(tǒng)也包括電纜。這種寄生電能可能在附近的其他電纜或系統(tǒng)上影響綜合布線系統(tǒng)的正常工作，降低數(shù)據(jù)傳輸和可靠性，增加誤碼率，使圖像扭曲變形、控制信號(hào)誤動(dòng)作等;電磁輻射則涉及綜合布線系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下信息不被無(wú)關(guān)人員竊取的安全問(wèn)題，或者造成電磁污染。電纜即是電纜干擾的主要發(fā)生器，也是主要接收器。作為發(fā)生器，它向空間輻射電磁噪聲場(chǎng);電纜也能敏感地接受從其它鄰近干擾源所發(fā)射的相同噪聲。為了抑制電纜的電磁干擾必須采取保護(hù)措施。

目前國(guó)際上對(duì)設(shè)備發(fā)射電磁噪聲，及其抵御電磁干擾都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了最高輻射容限。我國(guó)現(xiàn)行的《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50311-2000，結(jié)合國(guó)內(nèi)的情況，參考EN55024信息技術(shù)設(shè)備的抗干擾國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，IEC801-2-4和EN50082-X等相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)部分，制定了適合我國(guó)國(guó)情的抗電磁干擾的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)大量的實(shí)際運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)，證明電磁干擾對(duì)布線系統(tǒng)的危害和對(duì)其防護(hù)的重要性。

對(duì)電磁干擾的防護(hù)，應(yīng)該從以下三個(gè)方面給予重視和加強(qiáng)。

一、加強(qiáng)綜合布線系統(tǒng)內(nèi)在的結(jié)構(gòu)及材料的抗干擾性

歐洲98/336/EEC條例中要求設(shè)備不能發(fā)射電磁噪聲影響其他設(shè)備的正常工作;設(shè)備必須能夠抵御電磁干擾，保證其正常功能不被破壞。這對(duì)可能產(chǎn)生電磁干擾的產(chǎn)品極可能受電磁干擾影響的產(chǎn)品都提出了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn);使有關(guān)產(chǎn)品的制造應(yīng)按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。

在計(jì)算機(jī)設(shè)備、通訊、電子等設(shè)備的產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)上應(yīng)該采用金屬材料制成的箱、盒、柜、架，使其成為法位第蘢形式，加上接地端子、做好良好的接地。這在某種程度上是設(shè)備加強(qiáng)了抗干擾和防輻射的能力。

在綜合布線系統(tǒng)纜線材料及性能的選擇上應(yīng)根據(jù)用戶要求，并結(jié)合建筑物的周圍環(huán)境狀況進(jìn)行考慮，一般宜以抗干擾能力和傳輸性能為主，經(jīng)濟(jì)因素次之。目前常用的各種電纜線和配線設(shè)備的抗干擾能力為參考如下:

UTP電纜(無(wú)屏蔽層)40dB

FTP電纜(縱包鋁箔)85dB

SFT電纜(縱包鋁箔，加銅編織網(wǎng))90 dB

STP電纜(第對(duì)芯線和電纜線包鋁箔、加銅編織網(wǎng))98 dB

配線設(shè)備插入后惡化≤30 dB

在國(guó)際上對(duì)綜合布線系統(tǒng)是否采用屏蔽系統(tǒng)有不同意見(jiàn)，以五類對(duì)絞線對(duì)稱電纜為例，歐洲大多數(shù)生產(chǎn)廠家以屏蔽系統(tǒng)(STP等)為主;而以北美為代表的其它國(guó)家則采用非屏蔽系統(tǒng)(UTP)。最近幾年來(lái)，在綜合布線系統(tǒng)工程中采用屏蔽性能的纜線和部件，逐漸有所增多，其主要有以下三個(gè)原因:

1.通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率迅速提高。由于工作頻率的提高，導(dǎo)致容易產(chǎn)生向外電磁輻射和受到外界電磁干擾;

2.電磁干擾源日漸增多，因而客觀環(huán)境使通信網(wǎng)絡(luò)傳輸條件迅速惡劣。根據(jù)綜合布線系統(tǒng)的信息傳輸要求，在智能化建筑內(nèi)部及其周圍，如有電磁干擾源，尤其是移動(dòng)通信系統(tǒng)，產(chǎn)生的電磁干擾極為嚴(yán)重，在這種情況下必須采取防護(hù)措施;

3.網(wǎng)絡(luò)安全可靠性要求日趨提高。由于工作頻率的提高、電磁干擾源的增多，容易產(chǎn)生電磁輻射或電磁干擾。一方面因電磁輻射有可能使信息失密，不能保證信息網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行;另一方面由于對(duì)外電磁輻射，直接影響和干擾其它系統(tǒng)的正常工作。

在歐洲的法國(guó)和德國(guó)十分推崇應(yīng)用帶屏蔽的雙絞線，其市場(chǎng)占有率超過(guò)50%。而非屏蔽雙絞線完全能支持市場(chǎng)上的高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，屏蔽線比非屏蔽線價(jià)格及安裝成本均較高，線纜柔軟性較差，對(duì)已經(jīng)使用了金屬走線管的工程，無(wú)必要選用屏蔽布線系統(tǒng)，但對(duì)干擾較大的場(chǎng)合，則應(yīng)使用帶屏蔽的雙絞線。在綜合布線系統(tǒng)的鏈路中通常采用雙絞線纜線，雙絞線具有吸收和發(fā)射電磁場(chǎng)的能力。測(cè)試顯示，如果雙絞線的絞距同電磁波的波長(zhǎng)相比很小，我們可以認(rèn)為電磁場(chǎng)在第一個(gè)絞節(jié)內(nèi)產(chǎn)生的電流與二個(gè)絞節(jié)內(nèi)產(chǎn)生的電流相同，這樣，電磁場(chǎng)對(duì)雙絞線中產(chǎn)生的影響可以抵消;而另一方面，電纜中的電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，按照電磁感應(yīng)的原理，我們可以確定電磁場(chǎng)的方向。第一個(gè)絞節(jié)內(nèi)的電纜產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與第二個(gè)絞節(jié)內(nèi)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小相等、方向相反、相加為零。但是，這種情況只有在理想的平衡電纜中才能發(fā)生。實(shí)際上理想的平衡電纜是不存在的，首先，彎曲會(huì)造成絞節(jié)的松散。另一方面，電纜附近的任何金屬物體都會(huì)形成與雙絞線的電容耦合，使相鄰絞節(jié)內(nèi)的電磁場(chǎng)方向不再完全相反。如果上述情況發(fā)生、電纜就會(huì)發(fā)射電磁波。

因此，當(dāng)周圍環(huán)境的干擾強(qiáng)度或綜合布線系統(tǒng)的噪聲電頻高于《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中GB/T50311-2000，中規(guī)定，干擾源信號(hào)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)頻率大于或等于30MHZ時(shí)，應(yīng)根據(jù)其超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的量級(jí)大小、分別選用FTP、 SFT、 STP等不同的屏蔽纜線系統(tǒng)和屏蔽配線設(shè)備。由于纜線的屏蔽層通常用一定的厚度的金屬鋁箔包裹制成。它具有以下三發(fā)面的因素:

1.反射損耗:首先，一部分電磁干擾被屏蔽層的外層反射;一部分射入屏蔽層的電磁干擾被屏蔽的內(nèi)層反射。

2.吸收損耗:另一部分射入屏蔽層的電磁干擾由于傳播損耗而被吸收。

3.趨膚效應(yīng):最后一部分電磁干擾會(huì)由于趨膚效應(yīng)沿屏蔽層的外層傳導(dǎo)。

因此，對(duì)電纜和配線設(shè)備采用屏蔽系統(tǒng)，可以增強(qiáng)抗干擾、防輻射的能力。

對(duì)屏蔽系統(tǒng)而言，單單有了一層金屬屏蔽層是不夠的，更重要的還要有正確、良好的接地系統(tǒng)。并且每一個(gè)部位的配線柜都應(yīng)采用適當(dāng)截面的導(dǎo)線單獨(dú)布線至接地體;接地電阻值;單獨(dú)設(shè)置接地體時(shí)，不應(yīng)大于4歐姆;采用聯(lián)合接地體時(shí)，不應(yīng)大于1歐姆;綜合布線系統(tǒng)的所有屏蔽應(yīng)保持連續(xù)性，且宜兩端接地，若存在兩個(gè)接地體，其接地電位差不應(yīng)大于1vr.m.s(有效值)。

二、屏蔽抗電磁干擾

屏蔽布線系統(tǒng)通過(guò)在普通非屏蔽布線系統(tǒng)的外面加上金屬屏蔽層，利用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應(yīng)實(shí)現(xiàn)防止電磁干擾及電磁輻射的功能，屏蔽系統(tǒng)綜合利用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽作用，因而具有非常好的電磁兼容(EMC)特性。

EMC包括兩個(gè)方面的要求:一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值;另一方面是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。 國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC對(duì)電磁兼容的定義是:系統(tǒng)或設(shè)備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作，同時(shí)不對(duì)其他系統(tǒng)和設(shè)備造成干擾。

各種運(yùn)行的電力設(shè)備之間以電磁傳導(dǎo)、電磁感應(yīng)和電磁輻射三種方式彼此關(guān)聯(lián)并相互影響，在一定的條件下會(huì)對(duì)運(yùn)行的設(shè)備和人員造成干擾、影響和危害。電磁兼容EMC對(duì)產(chǎn)生的干擾水平、抗干擾水平和抑制措施做出明確的規(guī)定，使處于同一電磁環(huán)境的設(shè)備都是兼容的，同時(shí)又不向該環(huán)境中的任何實(shí)體引入不能允許的電磁擾動(dòng)。EMC包括EMI(電磁干擾)及EMS(電磁耐受性)兩部份。

屏蔽電纜的屏蔽原理不同于雙絞線的平衡抵消原理，屏蔽電纜是在四對(duì)雙絞線的外面加多一層或兩層鋁箔，利用金屬對(duì)電磁波的反射、吸收和趨膚效應(yīng)原理(所謂趨膚效應(yīng)是指電流在導(dǎo)體截面的分布隨頻率的升高而趨于導(dǎo)體表面分布，頻率越高，趨膚深度越小，即頻率越高，電磁波的穿透能力越弱)，有效的防止外部電磁干擾進(jìn)入電纜，同時(shí)也阻止內(nèi)部信號(hào)輻射出去，干擾其它設(shè)備的工作。 實(shí)驗(yàn)表明，頻率超過(guò)5MHz的電磁波只能透過(guò)38μm厚的鋁箔。如果讓屏蔽層的厚度超過(guò)38μm，就使能夠透過(guò)屏蔽層進(jìn)入電纜內(nèi)部的電磁干擾的頻率主要在5MHz以下。而對(duì)于5MHz以下的低頻干擾可應(yīng)用雙絞線的平衡原理有效的抵消。

不同的屏蔽電纜會(huì)產(chǎn)生不同的屏蔽效果。屏蔽電纜抵抗外界干擾主要體現(xiàn)在:信號(hào)傳輸?shù)耐暾钥梢酝ㄟ^(guò)屏蔽系統(tǒng)得到一定的保證。屏蔽布線系統(tǒng)可以防止傳輸數(shù)據(jù)受到外界電磁干擾和射頻干擾的影響。電磁干擾(EMI)主要是低頻干擾，馬達(dá)、熒光燈以及電源線是通常的電磁干擾源。射頻干擾(RFI)是高頻干擾，主要是無(wú)線頻率干擾，包括無(wú)線電、電視轉(zhuǎn)播、雷達(dá)及其他無(wú)線通信。對(duì)于抵抗電磁干擾，選擇編織層屏蔽最為有效，也就是金屬網(wǎng)屏蔽，因其具有較低的臨界電阻。而對(duì)于射頻干擾，金屬箔層屏蔽最有效，因?yàn)榻饘倬W(wǎng)屏蔽所產(chǎn)生的縫隙可使得高頻信號(hào)自由地進(jìn)出。對(duì)于高低頻混合的干擾場(chǎng)，則要采用金屬箔層加金屬網(wǎng)的雙重絕緣組合屏蔽方式，也就是(SF/UTP、S/FTP、SS/UTP)形式的雙層屏蔽電纜，這樣可使得金屬網(wǎng)屏蔽適用于低頻范圍的干擾，金屬箔屏蔽適用于高頻范圍的干擾?？梢酝瑫r(shí)抵御線對(duì)之間和來(lái)自外部的電磁輻射干擾，減少線對(duì)之間及線對(duì)對(duì)外部的電磁輻射干擾。

對(duì)于綜合布線的傳輸品質(zhì)而言，屏蔽綜合布線能夠提供更高的性能。

比較綜合布線的性能，首先要從數(shù)據(jù)傳輸品質(zhì)說(shuō)起。衡量數(shù)據(jù)傳輸品質(zhì)的基本參數(shù)是誤碼率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室對(duì)于非屏蔽綜合布線與屏蔽綜合布線的誤碼率的對(duì)比測(cè)試，屏蔽接地以后，即使是單端接地，誤碼率也要比非屏蔽低2個(gè)數(shù)量級(jí)，傳輸品質(zhì)就大大高于非屏蔽線纜。

從而，可以看到屏蔽系統(tǒng)比非屏蔽系統(tǒng)在抵抗噪音方面有著先天的優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的發(fā)展，噪音的抑制在數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中越來(lái)越重要，尤其是對(duì)于最新的超6類(Cat.6A)10G銅纜傳輸標(biāo)準(zhǔn)而言，除了標(biāo)準(zhǔn)中有提出的關(guān)于外部線纜與線纜間的干擾之外，在實(shí)際的場(chǎng)合中，還會(huì)受到各種強(qiáng)電及無(wú)線電對(duì)于線纜的干擾，此時(shí)屏蔽線纜的傳輸性能及傳輸速率與非屏蔽線纜相比將會(huì)表現(xiàn)的尤為出色及明顯;同時(shí)，對(duì)于最新的超6類(Cat.6A)10G銅纜傳輸標(biāo)準(zhǔn)，施工也會(huì)變得愈加重要，非屏蔽線纜微小的結(jié)點(diǎn)都會(huì)造成線對(duì)間絞距的破壞，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能;屏蔽線纜由于屏蔽層的存在，反而可以忽視掉這些微小的損耗，提高施工的效率。

相對(duì)于屏蔽電纜而言，非屏蔽電纜的平衡特性并不只取決于部件本身的質(zhì)量(如絞對(duì))，而會(huì)受到周圍環(huán)境的影響。因?yàn)閁/UTP(非屏蔽)周圍的金屬、隱蔽的“地”、施工中的牽拉、彎曲等等情況都會(huì)破壞其平衡特性，從而降低EMC性能。

綜合布線區(qū)域內(nèi)存在的電磁干擾場(chǎng)強(qiáng)高于3V/m時(shí)，宜采用屏蔽布線系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)。

用戶對(duì)電磁兼容性有較高的要求時(shí)，或網(wǎng)絡(luò)安全保密的需要，宜采用屏蔽布線系統(tǒng)。

采用非屏蔽布線系統(tǒng)無(wú)法滿足安裝現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)纜線的間距要求時(shí)，宜采用屏蔽布線系統(tǒng)。

有嚴(yán)重電磁干擾環(huán)境的用戶，如工廠、廣播站、電臺(tái)、機(jī)場(chǎng)以及地鐵等。

出于安全考慮，嚴(yán)格要求保密的單位，如國(guó)防、政府、財(cái)政金融系統(tǒng)、大學(xué)、研究所。

三、注意設(shè)備、傳輸線路離不同干擾源間距的影響

綜合布線系統(tǒng)除采用屏蔽做好接地，以提高自身的抗干擾，防輻射力外，還需盡可能地遠(yuǎn)離煩擾元，以減少其對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響、提高設(shè)備、系統(tǒng)的可靠性;是綜合布線系統(tǒng)在智能建筑中真正成為標(biāo)準(zhǔn)、靈活無(wú)誤的布線系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明:

1.采用UTP網(wǎng)絡(luò)，用對(duì)講機(jī)傳輸纜線加以干擾，據(jù)纜線0.5米開(kāi)關(guān)對(duì)講機(jī)，1分鐘的文件要用1分45秒才完成，且屏蔽出現(xiàn)扭曲，但結(jié)果正常。采用FTP網(wǎng)絡(luò)，做同樣試驗(yàn)，纜線不受干擾，1分鐘文件完成傳輸，無(wú)干擾。當(dāng)采用UTP纜線，對(duì)講機(jī)離開(kāi)2米以外使用，無(wú)干擾。

2.采用UTP纜線與電力線平行，離開(kāi)0.2米時(shí)誤碼率要下的多，當(dāng)離開(kāi)1米以上時(shí)誤碼率就極少了。

從上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，傳輸纜線距干擾源不同的距離，其傳輸信號(hào)的失真度亦將不同。因此，在施工安裝中要重視布線系統(tǒng)與不同干擾源間距的影響，嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)、施工，做好電氣性能測(cè)試、存檔，加強(qiáng)質(zhì)量意識(shí)。

綜合布線系統(tǒng)中除要抗電磁干擾外，還防電磁輻射。因此，在綜合布線系統(tǒng)工程的具體設(shè)計(jì)、施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況和建設(shè)單位的要求，只要提出上述中任何一種要求，都應(yīng)認(rèn)真研究，在設(shè)計(jì)中是否采用防護(hù)措施是極為重要的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn):

《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)》劉國(guó)林 編著 電子工業(yè)出版社