綜合布線系統(tǒng)中的電磁兼容性設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)綜合布線系統(tǒng)中的電磁兼容性設計摘要介紹了綜合布線系統(tǒng)中常見的電磁干擾類型,分析了電磁兼容設計與布線系統(tǒng)性能指標的相互影響。指出要合理進行電磁兼容設計,必須采取如下措施:線對絞合、屏蔽、濾波、阻抗匹配、接地、正確布線、抑制電源干擾。 敘詞: 綜合布線系統(tǒng)電磁兼容性干擾近端串擾屏蔽濾波接地1 引言 綜合布線系統(tǒng)是指能在一套統(tǒng)一的傳輸介質上形成連接語音、圖像和數(shù)據(jù)通信設備、交換設備以及外部線路的綜合傳輸網(wǎng)絡,同時它應是標準的、開放的,以便將來能順利地擴充網(wǎng)絡規(guī)模、升級網(wǎng)絡性能

2、,而且它要便于用戶對線路進行管理和調(diào)整。 綜合布線系統(tǒng)現(xiàn)已成為智能建筑的重要組成部分,在系統(tǒng)的設計中,電磁兼容的問題不容忽視。一方面目前布線系統(tǒng)傳輸?shù)男盘栴l率越來越高,信號本身的能量在趨弱,對電磁干擾更敏感;另一方面,周圍的電磁環(huán)境卻在不斷惡化。因此,電磁兼容性的設計在綜合布線系統(tǒng)中顯得非常重要。2 綜合布線系統(tǒng)中的干擾類型 綜合布線本身是無源的,但它與各種高頻網(wǎng)絡設備聯(lián)成系統(tǒng)后,就成為有源設備的重要組成部分。這種有源設備存在電磁兼容性的問題,包括防電磁干擾與電磁輻射兩個方面。電磁干擾影響綜合布線系統(tǒng)能否正常工作;電磁輻射則涉及綜合布線系統(tǒng)的信息不被竊取的安全問題,或者造成電磁污染。 綜合布線

3、系統(tǒng)受到的干擾種類較多,大致可分為: 經(jīng)空間或大地通過電磁場作用的輻射干擾,包括自然干擾與人為干擾。前者如雷電、宇宙射線等,后者主要指電氣設備、電力機車、高壓電網(wǎng)的開、關和電火花引起的干擾,以及大功率發(fā)射裝置發(fā)射的無線電波。經(jīng)導線引來的傳導干擾,如線路串擾,傳輸線路上阻抗不匹配產(chǎn)生的反射波,還有導線沿途經(jīng)電磁場作用而吸引來的干擾等。電源干擾,包括欠壓、過壓、波形畸變與電磁脈沖干擾等。 上述干擾作用到電子設備后引起設備不正常工作的電氣變化量,稱之為噪聲。根據(jù)噪聲對電子設備發(fā)生的干擾模式,可分為常模噪聲與共模噪聲。常模噪聲又稱為差模噪聲,噪聲電流和信號電流在往返兩條線上一致流動,是對稱的;共模噪聲

4、是不對稱的,噪聲侵入線路和地線間,以地為回路,而信號電流只在線路流過(不通過地) 。 電磁干擾是通過導線或空間與大地進行傳遞或發(fā)生作用的,常見的干擾耦合從回路的角度可分為以下四種: (1) 靜電感應耦合。通過元件之間或內(nèi)部的分布電容(如導線間、電纜相互間、電纜芯線間) ; (2) 電磁感應耦合。通過電磁元件漏磁通或導線間的互感; (3) 公共阻抗耦合。通過電流阻抗或公用零線、公用地線進行耦合,如系統(tǒng)中某一電路電流有變化,通過公共阻抗,就會使其他電路電壓發(fā)生變化; (4) 泄漏電流耦合。由于設備的絕緣電阻不足夠大或電容的漏電流,導致次級被耦合。3 綜合布線系統(tǒng)中常見的防干擾措施 上述四種情況在實

5、際中可能同時或交叉發(fā)生,所需的抑制措施也較復雜。一般采取抑制噪聲源,切斷噪聲途徑,提高受擾設備對噪聲免疫力的方法。因此需采取屏蔽(抑制噪聲源,減少耦合電容與互感) 、濾波(抑制噪聲源) 和合理布線(減少耦合電容與電感) ,同時合理接地(必須屏蔽) 。 對于傳輸線上的反射波通過阻抗匹配解決,對導體還要采取特殊的生產(chǎn)工藝(雙絞線) 。3. 1 雙絞線抗干擾 為了消除線對間的串擾,綜合布線系統(tǒng)中使用雙絞線作為傳輸媒介,它把電流方向相反流量相等的兩根導線互相擰合。由于電流的方向相反,感應磁通引起的噪聲電流互相抵消,不影響傳輸信號,其抑制線對間的串擾效果與絞距有關,見表1 。兩根線絞合在一起,除了可減小

6、或消除串擾外,還可降低兩導線間的非平衡性互電容,有利于平衡傳輸,還可降低衰減,并保持恒定的特性阻抗。3. 2 非屏蔽與屏蔽纜線的選擇 根據(jù)有無屏蔽層,雙絞線可分為非屏蔽雙絞線(U TP) 與屏蔽雙絞線( STP) 。U TP 除了采用合理的絞距消除線對之間的串擾外(可認為是內(nèi)部干擾) ,還利用平衡傳輸特性消除外界的電磁干擾,即外界干擾在一個線對的兩根導線上的影響相同而互相抵消,接收器只對信號敏感而不受這種共模噪聲的影響,其抗干擾能力40 dB。在一般電磁環(huán)境中使用U TP 已能滿足性能要求。 (1) 超過6 類標準的高速數(shù)據(jù)傳輸中, 因U TP 的極限是6 類標準,而實現(xiàn)7 類標準必須采用屏蔽

7、系統(tǒng)。 (2) 有信息安全要求的場合,不允許電磁信息往外發(fā)射時,若屏蔽系統(tǒng)尚不能達到要求,應采用光纜系統(tǒng)。3. 3 屏蔽系統(tǒng) 屏蔽電纜的芯線外由于有一屏蔽層,因此其屏蔽效果是很明顯的,但它的做法卻要求很嚴格: (1) 要求全程屏蔽。包括纜線、終端、信息插座、跳接線、配線架、集線器等在內(nèi)的整個系統(tǒng)都需完全連續(xù)的屏蔽,不允許有一絲的間斷或破損。 (2) 要求有良好、正確的接地。對系統(tǒng)的接地方式、接地電阻有較高要求,確保把干擾引入大地,并不把新的干擾引入系統(tǒng)。 以上兩點在實際工程中均很難完全做到,若不能做到,則其性能可能反而不如U TP ,而且屏蔽系統(tǒng)成本較高。目前,工程界對屏蔽與非屏蔽誰更適用爭議

8、激烈。 屏蔽纜線包括FTP、SFTP、STP ,其抗擾能力不同,應視情況選用。FTP 只是在絞合的線對外包一層鋁箔,其抗擾能力可達85 dB ; SFTP 除在絞合的線對外包一層鋁箔外,還有一層銅網(wǎng)編織層,抗擾能力90 dB ; STP 在每一對絞合的線外包一層鋁箔,同時在整個銅纜外還有一銅網(wǎng)編織層,既使線對間的串擾得到抑制,還阻止了外界電磁干擾與自身的輻射,抗擾能力98 dB。 屏蔽系統(tǒng)除了傳輸部分的屏蔽外,設備間(如機房) 也需屏蔽。在高頻時屏蔽物宜用銅或鋁,其厚度可很小,而低頻時宜用鐵磁材料作屏蔽層。3. 4 傳輸線路的反射抑制 傳輸線在接有阻抗值不同于其特性阻抗ZC處,其傳輸?shù)男盘枙?/p>

9、該處發(fā)生反射,并疊加在傳輸信號上,造成信號波形畸變,可能會使傳送信息產(chǎn)生錯誤,或使電壓超過電路的極限值,破壞電路的正常工作。 反射包括信號源的內(nèi)阻抗與傳輸線路的特性阻抗不匹配,以及傳輸線的特性阻抗與負載阻抗不匹配,或兩種不同阻抗的電纜相互連接。綜合布線纜線特性阻抗我國標準規(guī)定為100 與150(新國標只規(guī)定為100 ) ,其偏差為15 ,設計時要注意阻抗匹配,以消除反射的形成。3. 5 濾波 濾波是抗干擾的一項重要手段。濾波器件分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器,它們應用于信號電路時,都應無失真地讓需要的信號通過,即在通頻帶內(nèi),其幅頻特性應為一常數(shù),而相頻特性應為線性,設計時應以此為原則。 模擬濾波器

10、既可用于電源線路,也可用于信號輸入、輸出電路,能衰減脈沖噪聲、尖峰噪聲、諧波與其他雜波信號。對于共模噪聲,濾波器在電源線(信號線) 和地線間構成通路,把噪聲電流引入大地;對于常模噪聲,濾波器在線間構成通路,把噪聲電流在線間短路。 在高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)中,例如千兆位以太網(wǎng)中,近端串擾嚴重,而且阻抗匹配也難以做到。在系統(tǒng)中除常見措施外,還需采用數(shù)字濾波技術消除串擾與回波損耗。因為與模擬濾波相比,數(shù)字濾波具有精度高、穩(wěn)定性好、改變系統(tǒng)特性容易(通過軟件) 、易集成等優(yōu)點,隨著高速DSP 的發(fā)展,數(shù)字濾波較易實現(xiàn)。3. 6 綜合布線系統(tǒng)中接地系統(tǒng)的設計 接地是提高綜合布線系統(tǒng)電磁兼容性的重要手段之一,特

11、別是屏蔽系統(tǒng)更需如此。接地包括如下四類。 (1) 電子設備的工作接地。指電子設備的系統(tǒng)地(工作必需的基準電位) 是否要與大地相連,以及如何相連。一般有兩種方式:浮地方式(不接大地) 與直接接地方式。前者適用于分布電容小、電磁環(huán)境不復雜的場合;后者能抑制分布電容的影響,使基準電位恒定,電子設備的工作接地主要采用該方式。 低頻時( f 10 MHz) 宜用“多點接地”,但基準電位只能是一個,接地電阻應 4 。接地線的長度不能為電子設備工作波長的1/ 4 或其奇數(shù)倍,以避免地線成為天線,吸收或輻射噪聲。 (2) 電氣設備保護接地。根據(jù)低壓配電系統(tǒng)的形式,有兩種接地方式:保護接零與保護接地。TN 系統(tǒng)

12、中采用保護接零方式( PE 線接至系統(tǒng)零線) ,TT 與IT 系統(tǒng)中用保護接地方式( PE 線直接接地) 。 (3) 屏蔽接地。綜合布線采用屏蔽系統(tǒng)時,必須要有良好、正確的接地,以便把電磁干擾引入大地,確保系統(tǒng)性能。低頻時宜用一點接地,以防屏蔽層、地線和大地構成閉合環(huán)路,在變化磁場的作用下,屏蔽層內(nèi)感應出電流,耦合到芯線,干擾信號回路。高頻時宜多點接地,因高頻時集膚效應嚴重,由電位差引起的高頻電流僅在屏蔽層的外表面流動,對內(nèi)部芯線無感應作用。接地電阻應 4 ,但兩接地點之間的電位差也需 1 V。 (4) 防雷接地。包括防直擊雷接地、防雷電波侵入接地和防雷電感應接地。防雷電感應接地和防雷電波侵入

13、接地應和電氣設備的接地裝置共用,此時,對電子設備應考慮過電壓保護措施,其工頻接地電阻值應 10 。防直擊雷的接地裝置與防雷電感應的接地裝置之間的距離應3 m ,如無法保持該距離,應采用等電位聯(lián)接,此時接地體以采用自然接地體為主,基礎內(nèi)鋼筋必須連接成電氣通路,同時形成閉合環(huán)。 (5) 各接地裝置之間的相互連接。對各接地系統(tǒng)之間如何相互連接,目前認識有許多不同,主要是擔心防雷接地在雷擊時引起地電位的急劇變化,導致?lián)p壞電子設備,同時也擔心防雷接地引起的高頻干擾與電氣設備接地引起的工頻干擾加入電子電路中。 如果將各接地系統(tǒng)分別單獨接地,其接地極與引下線應分別保持一定距離,但由于空間的限制,其安全距離很

14、難滿足,實際很少采用。 目前,提倡的做法是各接地系統(tǒng)通過各自的接地母線分別引至總等電位母排上,再把總等電位母排引至自然接地體,即基礎內(nèi)低于地面0. 7m 成閉合環(huán)的鋼筋上,要求接地電阻 10 ms。這些主要都是電能質量問題,應按照計算機站場地技術要求中對電源供電的要求,必要時采用電源凈化器、多個供電電源與UPS 結合的冗余方式,以確保供電可靠性和質量要求。 脈沖干擾指的是電網(wǎng)脈寬 1s 的脈沖,主要原因有:線路上斷開感性負載、投入補償電容器、雷擊等。其抑制措施是采用瞬變干擾吸收器或浪涌電壓保護器、線路濾波器、屏蔽,對感性負載兩端并聯(lián)放電回路,容性負載串聯(lián)限流元件。 對電子設備損壞較大的是電磁脈

15、沖干擾( EMP) ,除了合理的屏蔽、濾波與接地之外,還要在電源進線與信號線、電子設備等處裝設多級浪涌電壓保護器或稱為電源避雷器。它的裝設與參數(shù)選擇應根據(jù)配電系統(tǒng)型式、接地系統(tǒng)是聯(lián)合接地還是單獨接地以及電源的過載、短路、漏電保裝置等相配合。 對于共用接地系統(tǒng),各接地極之間可不加浪涌電壓保護器,若是單獨接地的,應在接地端子間加裝保護器。當裝設在信號回路中時,應與工作頻率、傳輸線的特性阻抗相匹配。3. 8 綜合布線系統(tǒng)的布線原則 (1) 合理布線對抗干擾能起較大作用。當在有限的空間內(nèi)需敷設電力、信號和接地電纜時,若處理不當,電力電纜就容易對信號電源產(chǎn)生電磁干擾。由于干擾場強度與干擾源至信號線距離的平方成反比,因此信號線與干擾源保持一定距離很必要。 (2) 由于目前普遍使用的模擬電路存在較高的振鈴電壓(可達90 V) ,因此傳輸話音的電纜不能與數(shù)據(jù)電纜在同一根對絞電纜中應用,以免引起大的干擾。 (3) 當電纜采用金屬槽或鋼管敷設時,槽道或鋼管應保持連續(xù)的電氣連接,并在兩端應良好的接地。 (4) 由于U TP 抗干擾的一個重要手段是平衡傳輸特性,而任何金屬體靠近導體都會引起傳輸線的不平衡,因此U TP