綜合布線系統的電磁干擾及防護措施

摘要:簡要的介紹了綜合布線系統的電磁干擾成因、危害及防護措施。

關鍵詞: 綜合布線系統;電磁干擾;屏蔽;傳輸;防護措施

引言

隨著信息時代的高速發展，各種高頻的通訊設施不斷出現，相互之間的電磁輻射和電磁干擾影響也日趨嚴重;在國外，已把電磁影響看作一種環境污染，成立專門的機構對電子產品進行管理，制定電磁輻射值標準，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或建筑群之間的信息傳輸通道。它把語言、數據、圖像和控制信號系統統一的 傳輸媒介集為一體，方便地在智能建筑中組成一套標準、靈活、開放的布線系統。目前已被人們在世界上廣泛地采用。通過它可使話音設備、數據設備、交換設備及各種控制設備與信息管理系統連接起來，同時也使這些設備與外部通信網絡相連的綜合布線。它還包括建筑物外部網絡或電信線路的連接點與應用系統設備之間的所有線纜及相關的連接部件。綜合布線由不同系列和規格的部件組成，其中包括:傳輸介質、相關連接硬件(如配線架、連接器、插座、插頭、適配器)以及電氣保護設備等。這些部件可用來構建各種子系統，它們都有各自的具體用途，不僅易于實施，而且能隨需求的變化而平穩升級。

綜合布線系統是否采取防護措施的主要根據是防止外來電磁干擾和向外電磁輻射。外來電磁干擾將直接影響綜合布線系統的正常運行;向外電磁輻射是綜合布線系統的纜線在傳送信息時，產生泄漏的原因。為此，在綜合布線系統工程設計中，必須根據智能化建筑所在環境的具體情況以及建設單位的要求，進行認真的調查研究，選用相應合適的防護措施。事實上在綜合布線系統的周圍環境中，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、無線電發射設備、開關電源、電磁感應爐、雷達設備和500伏電壓以下的電力線路和電力設備等。其中危害最大的莫過于電磁干擾和電磁輻射。電磁干擾是電子系統輻射的寄生電能，這里的電子系統也包括電纜。這種寄生電能可能在附近的其他電纜或系統上影響綜合布線系統的正常工作，降低數據傳輸和可靠性，增加誤碼率，使圖像扭曲變形、控制信號誤動作等;電磁輻射則涉及綜合布線系統在正常運行情況下信息不被無關人員竊取的安全問題，或者造成電磁污染。電纜即是電纜干擾的主要發生器，也是主要接收器。作為發生器，它向空間輻射電磁噪聲場;電纜也能敏感地接受從其它鄰近干擾源所發射的相同噪聲。為了抑制電纜的電磁干擾必須采取保護措施。

目前國際上對設備發射電磁噪聲，及其抵御電磁干擾都有相應的標準，規定了最高輻射容限。我國現行的《建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范》GB/T50311-2000，結合國內的情況，參考EN55024信息技術設備的抗干擾國際標準，IEC801-2-4和EN50082-X等相關國際標準中的有關部分，制定了適合我國國情的抗電磁干擾的標準。通過大量的實際運行和實驗，證明電磁干擾對布線系統的危害和對其防護的重要性。

對電磁干擾的防護，應該從以下三個方面給予重視和加強。

一、加強綜合布線系統內在的結構及材料的抗干擾性

歐洲98/336/EEC條例中要求設備不能發射電磁噪聲影響其他設備的正常工作;設備必須能夠抵御電磁干擾，保證其正常功能不被破壞。這對可能產生電磁干擾的產品極可能受電磁干擾影響的產品都提出了相應標準;使有關產品的制造應按照有關的標準檢測。

在計算機設備、通訊、電子等設備的產品外形結構上應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備加強了抗干擾和防輻射的能力。

在綜合布線系統纜線材料及性能的選擇上應根據用戶要求，并結合建筑物的周圍環境狀況進行考慮，一般宜以抗干擾能力和傳輸性能為主，經濟因素次之。目前常用的各種電纜線和配線設備的抗干擾能力為參考如下:

UTP電纜(無屏蔽層)40dB

FTP電纜(縱包鋁箔)85dB

SFT電纜(縱包鋁箔，加銅編織網)90 dB

STP電纜(第對芯線和電纜線包鋁箔、加銅編織網)98 dB

配線設備插入后惡化≤30 dB

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

1.通信網絡的傳輸速率迅速提高。由于工作頻率的提高，導致容易產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，因而客觀環境使通信網絡傳輸條件迅速惡劣。根據綜合布線系統的信息傳輸要求，在智能化建筑內部及其周圍，如有電磁干擾源，尤其是移動通信系統，產生的電磁干擾極為嚴重，在這種情況下必須采取防護措施;

3.網絡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，不能保證信息網絡安全運行;另一方面由于對外電磁輻射，直接影響和干擾其它系統的正常工作。

在歐洲的法國和德國十分推崇應用帶屏蔽的雙絞線，其市場占有率超過50%。而非屏蔽雙絞線完全能支持市場上的高速網絡應用，屏蔽線比非屏蔽線價格及安裝成本均較高，線纜柔軟性較差，對已經使用了金屬走線管的工程，無必要選用屏蔽布線系統，但對干擾較大的場合，則應使用帶屏蔽的雙絞線。在綜合布線系統的鏈路中通常采用雙絞線纜線，雙絞線具有吸收和發射電磁場的能力。測試顯示，如果雙絞線的絞距同電磁波的波長相比很小，我們可以認為電磁場在第一個絞節內產生的電流與二個絞節內產生的電流相同，這樣，電磁場對雙絞線中產生的影響可以抵消;而另一方面，電纜中的電流產生的電磁場，按照電磁感應的原理，我們可以確定電磁場的方向。第一個絞節內的電纜產生的電磁場與第二個絞節內產生的電磁場大小相等、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生。實際上理想的平衡電纜是不存在的，首先，彎曲會造成絞節的松散。另一方面，電纜附近的任何金屬物體都會形成與雙絞線的電容耦合，使相鄰絞節內的電磁場方向不再完全相反。如果上述情況發生、電纜就會發射電磁波。

因此，當周圍環境的干擾強度或綜合布線系統的噪聲電頻高于《建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范》中GB/T50311-2000，中規定，干擾源信號或計算機網絡信號頻率大于或等于30MHZ時，應根據其超過標準的量級大小、分別選用FTP、 SFT、 STP等不同的屏蔽纜線系統和屏蔽配線設備。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:最后一部分電磁干擾會由于趨膚效應沿屏蔽層的外層傳導。

因此，對電纜和配線設備采用屏蔽系統，可以增強抗干擾、防輻射的能力。

對屏蔽系統而言，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。并且每一個部位的配線柜都應采用適當截面的導線單獨布線至接地體;接地電阻值;單獨設置接地體時，不應大于4歐姆;采用聯合接地體時，不應大于1歐姆;綜合布線系統的所有屏蔽應保持連續性，且宜兩端接地，若存在兩個接地體，其接地電位差不應大于1vr.m.s(有效值)。

二、屏蔽抗電磁干擾

屏蔽布線系統通過在普通非屏蔽布線系統的外面加上金屬屏蔽層，利用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應實現防止電磁干擾及電磁輻射的功能，屏蔽系統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包括兩個方面的要求:一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環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。 國際電工委員會標準IEC對電磁兼容的定義是:系統或設備在所處的電磁環境中能正常工作，同時不對其他系統和設備造成干擾。

各種運行的電力設備之間以電磁傳導、電磁感應和電磁輻射三種方式彼此關聯并相互影響，在一定的條件下會對運行的設備和人員造成干擾、影響和危害。電磁兼容EMC對產生的干擾水平、抗干擾水平和抑制措施做出明確的規定，使處于同一電磁環境的設備都是兼容的，同時又不向該環境中的任何實體引入不能允許的電磁擾動。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，屏蔽電纜是在四對雙絞線的外面加多一層或兩層鋁箔，利用金屬對電磁波的反射、吸收和趨膚效應原理(所謂趨膚效應是指電流在導體截面的分布隨頻率的升高而趨于導體表面分布，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入電纜，同時也阻止內部信號輻射出去，干擾其它設備的工作。 實驗表明，頻率超過5MHz的電磁波只能透過38μm厚的鋁箔。如果讓屏蔽層的厚度超過38μm，就使能夠透過屏蔽層進入電纜內部的電磁干擾的頻率主要在5MHz以下。而對于5MHz以下的低頻干擾可應用雙絞線的平衡原理有效的抵消。

不同的屏蔽電纜會產生不同的屏蔽效果。屏蔽電纜抵抗外界干擾主要體現在:信號傳輸的完整性可以通過屏蔽系統得到一定的保證。屏蔽布線系統可以防止傳輸數據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、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，主要是無線頻率干擾，包括無線電、電視轉播、雷達及其他無線通信。對于抵抗電磁干擾，選擇編織層屏蔽最為有效，也就是金屬網屏蔽，因其具有較低的臨界電阻。而對于射頻干擾，金屬箔層屏蔽最有效，因為金屬網屏蔽所產生的縫隙可使得高頻信號自由地進出。對于高低頻混合的干擾場，則要采用金屬箔層加金屬網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。可以同時抵御線對之間和來自外部的電磁輻射干擾，減少線對之間及線對對外部的電磁輻射干擾。

對于綜合布線的傳輸品質而言，屏蔽綜合布線能夠提供更高的性能。

比較綜合布線的性能，首先要從數據傳輸品質說起。衡量數據傳輸品質的基本參數是誤碼率，根據實驗室對于非屏蔽綜合布線與屏蔽綜合布線的誤碼率的對比測試，屏蔽接地以后，即使是單端接地，誤碼率也要比非屏蔽低2個數量級，傳輸品質就大大高于非屏蔽線纜。

從而，可以看到屏蔽系統比非屏蔽系統在抵抗噪音方面有著先天的優勢。隨著技術的發展，噪音的抑制在數據的傳輸過程中越來越重要，尤其是對于最新的超6類(Cat.6A)10G銅纜傳輸標準而言，除了標準中有提出的關于外部線纜與線纜間的干擾之外，在實際的場合中，還會受到各種強電及無線電對于線纜的干擾，此時屏蔽線纜的傳輸性能及傳輸速率與非屏蔽線纜相比將會表現的尤為出色及明顯;同時，對于最新的超6類(Cat.6A)10G銅纜傳輸標準，施工也會變得愈加重要，非屏蔽線纜微小的結點都會造成線對間絞距的破壞，從而影響整個系統的性能;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量(如絞對)，而會受到周圍環境的影響。因為U/UTP(非屏蔽)周圍的金屬、隱蔽的“地”、施工中的牽拉、彎曲等等情況都會破壞其平衡特性，從而降低EMC性能。

綜合布線區域內存在的電磁干擾場強高于3V/m時，宜采用屏蔽布線系統進行防護。

用戶對電磁兼容性有較高的要求時，或網絡安全保密的需要，宜采用屏蔽布線系統。

采用非屏蔽布線系統無法滿足安裝現場條件對纜線的間距要求時，宜采用屏蔽布線系統。

有嚴重電磁干擾環境的用戶，如工廠、廣播站、電臺、機場以及地鐵等。

出于安全考慮，嚴格要求保密的單位，如國防、政府、財政金融系統、大學、研究所。

三、注意設備、傳輸線路離不同干擾源間距的影響

綜合布線系統除采用屏蔽做好接地，以提高自身的抗干擾，防輻射力外，還需盡可能地遠離煩擾元，以減少其對系統正常運行的影響、提高設備、系統的可靠性;是綜合布線系統在智能建筑中真正成為標準、靈活無誤的布線系統。實驗表明:

1.采用UTP網絡，用對講機傳輸纜線加以干擾，據纜線0.5米開關對講機，1分鐘的文件要用1分45秒才完成，且屏蔽出現扭曲，但結果正常。采用FTP網絡，做同樣試驗，纜線不受干擾，1分鐘文件完成傳輸，無干擾。當采用UTP纜線，對講機離開2米以外使用，無干擾。

2.采用UTP纜線與電力線平行，離開0.2米時誤碼率要下的多，當離開1米以上時誤碼率就極少了。

從上面的實驗結果可以看出，傳輸纜線距干擾源不同的距離，其傳輸信號的失真度亦將不同。因此，在施工安裝中要重視布線系統與不同干擾源間距的影響，嚴格按照規范設計、施工，做好電氣性能測試、存檔，加強質量意識。

綜合布線系統中除要抗電磁干擾外，還防電磁輻射。因此，在綜合布線系統工程的具體設計、施工時，應根據工程實際情況和建設單位的要求，只要提出上述中任何一種要求，都應認真研究，在設計中是否采用防護措施是極為重要的內容。

參考文獻:

《綜合布線系統工程設計》劉國林 編著 電子工業出版社