綜合布線系統(tǒng)中的電磁兼容性設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)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(zhì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與布線系統(tǒng)性能指標(biāo)的相互影響。指出要合理進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì),必須采取如下措施:線對(duì)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?dāng)_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(zhì)上形成連接語音、圖像和數(shù)據(jù)通信設(shè)備、交換設(shè)備以及外部線路的綜合傳輸網(wǎng)絡(luò),同時(shí)它應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)的、開放的,以便將來能順利地?cái)U(kuò)充網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、升級(jí)網(wǎng)絡(luò)性能

2、,而且它要便于用戶對(duì)線路進(jìn)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(shè)計(jì)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?hào)頻率越來越高,信號(hào)本身的能量在趨弱,對(duì)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(shè)計(jì)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(luò)設(shè)備聯(lián)成系統(tǒng)后,就成為有源設(shè)備的重要組成部分。這種有源設(shè)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(gè)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(chǎng)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(shè)備、電力機(jī)車、高壓電網(wǎng)的開、關(guān)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(dǎo)線引來的傳導(dǎo)干擾,如線路串?dāng)_,傳輸線路上阻抗不匹配產(chǎn)生的反射波,還有導(dǎo)線沿途經(jīng)電磁場(chǎng)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(shè)備后引起設(shè)備不正常工作的電氣變化量,稱之為噪聲。根據(jù)噪聲對(duì)電子設(shè)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(hào)電流在往返兩條線上一致流動(dòng),是對(duì)稱的;共模噪聲

4、是不對(duì)稱的,噪聲侵入線路和地線間,以地為回路,而信號(hào)電流只在線路流過(不通過地) 。 電磁干擾是通過導(dǎo)線或空間與大地進(jìn)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(yīng)耦合。通過元件之間或內(nèi)部的分布電容(如導(dǎo)線間、電纜相互間、電纜芯線間) ; (2) 電磁感應(yīng)耦合。通過電磁元件漏磁通或?qū)Ь€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(jìn)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(huì)使其他電路電壓發(fā)生變化; (4) 泄漏電流耦合。由于設(shè)備的絕緣電阻不足夠大或電容的漏電流,導(dǎo)致次級(jí)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(shí)

5、際中可能同時(shí)或交叉發(fā)生,所需的抑制措施也較復(fù)雜。一般采取抑制噪聲源,切斷噪聲途徑,提高受擾設(shè)備對(duì)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(shí)合理接地(必須屏蔽) 。 對(duì)于傳輸線上的反射波通過阻抗匹配解決,對(duì)導(dǎo)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(duì)間的串?dāng)_,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(dǎo)線互相擰合。由于電流的方向相反,感應(yīng)磁通引起的噪聲電流互相抵消,不影響傳輸信號(hào),其抑制線對(duì)間的串?dāng)_效果與絞距有關(guān),見表1 。兩根線絞合在一起,除了可減小

6、或消除串?dāng)_外,還可降低兩導(dǎo)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(duì)之間的串?dāng)_外(可認(rèn)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(gè)線對(duì)的兩根導(dǎo)線上的影響相同而互相抵消,接收器只對(duì)信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)的高速數(shù)據(jù)傳輸中, 因U TP 的極限是6 類標(biāo)準(zhǔn),而實(shí)現(xiàn)7 類標(biāo)準(zhǔn)必須采用屏蔽

7、系統(tǒng)。 (2) 有信息安全要求的場(chǎng)合,不允許電磁信息往外發(fā)射時(shí),若屏蔽系統(tǒng)尚不能達(dá)到要求,應(yīng)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(yán)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(gè)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(duì)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(diǎn)在實(shí)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(duì)屏蔽與非屏蔽誰更適用爭(zhēng)議

8、激烈。 屏蔽纜線包括FTP、SFTP、STP ,其抗擾能力不同,應(yīng)視情況選用。FTP 只是在絞合的線對(duì)外包一層鋁箔,其抗擾能力可達(dá)85 dB ; SFTP 除在絞合的線對(duì)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(duì)絞合的線外包一層鋁箔,同時(shí)在整個(gè)銅纜外還有一銅網(wǎng)編織層,既使線對(duì)間的串?dāng)_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(shè)備間(如機(jī)房) 也需屏蔽。在高頻時(shí)屏蔽物宜用銅或鋁,其厚度可很小,而低頻時(shí)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?hào)會(huì)在

9、該處發(fā)生反射,并疊加在傳輸信號(hào)上,造成信號(hào)波形畸變,可能會(huì)使傳送信息產(chǎn)生錯(cuò)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(hào)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(fù)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為100 與150(新國(guó)標(biāo)只規(guī)定為100 ) ,其偏差為15 ,設(shè)計(jì)時(shí)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(xiàng)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(yīng)用于信號(hào)電路時(shí),都應(yīng)無失真地讓需要的信號(hào)通過,即在通頻帶內(nèi),其幅頻特性應(yīng)為一常數(shù),而相頻特性應(yīng)為線性,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(hào)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(hào)。對(duì)于共模噪聲,濾波器在電源線(信號(hào)線) 和地線間構(gòu)成通路,把噪聲電流引入大地;對(duì)于常模噪聲,濾波器在線間構(gòu)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?dāng)_嚴(yán)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(shù)消除串?dāng)_與回波損耗。因?yàn)榕c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(diǎn),隨著高速DSP 的發(fā)展,數(shù)字濾波較易實(shí)現(xiàn)。3. 6 綜合布線系統(tǒng)中接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(shè)備的工作接地。指電子設(shè)備的系統(tǒng)地(工作必需的基準(zhǔn)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(fù)雜的場(chǎng)合;后者能抑制分布電容的影響,使基準(zhǔn)電位恒定,電子設(shè)備的工作接地主要采用該方式。 低頻時(shí)( f 10 MHz) 宜用“多點(diǎn)接地”,但基準(zhǔn)電位只能是一個(gè),接地電阻應(yīng) 4 。接地線的長(zhǎng)度不能為電子設(shè)備工作波長(zhǎng)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(shè)備保護(hù)接地。根據(jù)低壓配電系統(tǒng)的形式,有兩種接地方式:保護(hù)接零與保護(hù)接地。TN 系統(tǒng)

12、中采用保護(hù)接零方式( PE 線接至系統(tǒng)零線) ,TT 與IT 系統(tǒng)中用保護(hù)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(shí),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(shí)宜用一點(diǎn)接地,以防屏蔽層、地線和大地構(gòu)成閉合環(huán)路,在變化磁場(chǎng)的作用下,屏蔽層內(nèi)感應(yīng)出電流,耦合到芯線,干擾信號(hào)回路。高頻時(shí)宜多點(diǎn)接地,因高頻時(shí)集膚效應(yīng)嚴(yán)重,由電位差引起的高頻電流僅在屏蔽層的外表面流動(dòng),對(duì)內(nèi)部芯線無感應(yīng)作用。接地電阻應(yīng) 4 ,但兩接地點(diǎn)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(yīng)接地。防雷電感應(yīng)接地和防雷電波侵入

13、接地應(yīng)和電氣設(shè)備的接地裝置共用,此時(shí),對(duì)電子設(shè)備應(yīng)考慮過電壓保護(hù)措施,其工頻接地電阻值應(yīng) 10 。防直擊雷的接地裝置與防雷電感應(yīng)的接地裝置之間的距離應(yīng)3 m ,如無法保持該距離,應(yīng)采用等電位聯(lián)接,此時(shí)接地體以采用自然接地體為主,基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋必須連接成電氣通路,同時(shí)形成閉合環(huán)。 (5) 各接地裝置之間的相互連接。對(duì)各接地系統(tǒng)之間如何相互連接,目前認(rèn)識(shí)有許多不同,主要是擔(dān)心防雷接地在雷擊時(shí)引起地電位的急劇變化,導(dǎo)致?lián)p壞電子設(shè)備,同時(shí)也擔(dān)心防雷接地引起的高頻干擾與電氣設(shè)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(dú)接地,其接地極與引下線應(yīng)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(shí)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(chǔ)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(zhì)量問題,應(yīng)按照計(jì)算機(jī)站場(chǎng)地技術(shù)要求中對(duì)電源供電的要求,必要時(shí)采用電源凈化器、多個(gè)供電電源與UPS 結(jié)合的冗余方式,以確保供電可靠性和質(zhì)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(fù)載、投入補(bǔ)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(hù)器、線路濾波器、屏蔽,對(duì)感性負(fù)載兩端并聯(lián)放電回路,容性負(fù)載串聯(lián)限流元件。 對(duì)電子設(shè)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(jìn)線與信號(hào)線、電子設(shè)備等處裝設(shè)多級(jí)浪涌電壓保護(hù)器或稱為電源避雷器。它的裝設(shè)與參數(shù)選擇應(yīng)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(dú)接地以及電源的過載、短路、漏電保裝置等相配合。 對(duì)于共用接地系統(tǒng),各接地極之間可不加浪涌電壓保護(hù)器,若是單獨(dú)接地的,應(yīng)在接地端子間加裝保護(hù)器。當(dāng)裝設(shè)在信號(hào)回路中時(shí),應(yīng)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(duì)抗干擾能起較大作用。當(dāng)在有限的空間內(nèi)需敷設(shè)電力、信號(hào)和接地電纜時(shí),若處理不當(dāng),電力電纜就容易對(duì)信號(hào)電源產(chǎn)生電磁干擾。由于干擾場(chǎng)強(qiáng)度與干擾源至信號(hào)線距離的平方成反比,因此信號(hào)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(dá)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(duì)絞電纜中應(yīng)用,以免引起大的干擾。 (3) 當(dāng)電纜采用金屬槽或鋼管敷設(shè)時(shí),槽道或鋼管應(yīng)保持連續(xù)的電氣連接,并在兩端應(yīng)良好的接地。 (4) 由于U TP 抗干擾的一個(gè)重要手段是平衡傳輸特性,而任何金屬體靠近導(dǎo)體都會(huì)引起傳輸線的不平衡,因此U TP