电磁兼容性与屏蔽接地

黄花菜

1 引言 
　  对于结构化布线，人们总是非常情绪化甚至带有宗教色彩地看待EMV(电磁兼容性）。欧洲、美国的布线流派在这个问题上争论不休，形成了对抗。支持者和反对者在无数著作和报告里，把对立方指责为骗子，把对方系统称作外行的、无用的东西。本文试着客观地讨论各种观点。 
　  当人们讨论EMV的详细情形时，必须考虑：电磁兼容性(EMV)究竟意味着什么？——如果辐射和抗干扰性两部分保持在极限值内，仪器或电学系统与其周围环境电磁兼容。 
1.1 辐射 
　  这部分描述仪器或电学系统的辐射。由于辐射会被裸露环境作为干扰接收，国际标 准对此进行定义并作了相应的限制。在欧洲，辐射由CISPR22/EN55022描述并用一种标准化的测量方法来确定。这种测量方法只能用于评价有源设备、仪表和系统，无源组件和系统的一部分不能用它来单独测量。所以应谨慎对待相关的数据，确认日后企业可以安全地使用这些有源设备。实践中人们经常发现，布线不是问题所在，更多问题在于所用的机器。 
1.2 抗干扰性 
　  这部分讲述电学仪器或系统的抗干扰强度。与辐射相反，布线系统对抗干扰性能起着主要作用。若电缆敷设质量差或屏蔽导向无目的性、缺乏接地方案，布线系统会变成一个受控制的天线网络。它接收各种干扰信号，部分还被放大传播，导致局域数据网的功率大大减 小，使系统突然失灵。 
　  布线系统的抗干扰性能只能有限地判定。CISPR24/EN55024规定了一个有说服力的测 量方法，遗憾的是它还不能很简便地应用到实践中。不过，可以把各种系统方案的功率值进行
比较来得出抗干扰性能的好坏。 
2 屏蔽和接地 
　  屏蔽和接地的概念经常被错误使用或互相混淆，有时会对接地方案的功能和作用产生 极坏的影响。屏蔽概念描述一种导电封套，一方面包围导线或电学仪器以屏蔽外部电磁干扰，另一方面也屏蔽内部产生的电磁信号不致影响外面。有些系统的屏蔽也有信号回导作 用，比如同轴电缆系统。要使屏蔽达到最佳工作效果，必须对电缆完全封闭。 
　  接地概念描述这样一个系统，多个导电体归到一起并接到一个地势点上。导电体上的 任意一点与地势电位差都不能超过1伏。各类系统都满足于在直流电压下定义极限值，实 际上所用交流测试仪器的频率带宽越高，接地系统越有效。 
2.1 屏蔽 
　  可以有许多方法屏蔽一个物体。除了金属外壳和外圈，还可以用各种栅栏结构和加金 属筋（如在混凝土墙内装钢筋）作为地势屏蔽。 
　  对电缆也有许多可行的屏蔽方法。从最简单的铝/聚脂合成薄膜，到镀锡的铜丝网与 薄膜相结合，到工艺复杂的多层屏蔽和昂贵的金属屏蔽，都是可能的结构。屏蔽越复杂，使用时自然也越有效。然而，电缆屏蔽的使用方式是否得当，比屏蔽结构更重要。通过比较测试得出，一侧都不接地的电缆屏蔽实际上几乎毫无作用。 
　  通过一系列的尝试，德特威勒研究了这些影响并作出了判断。结果清楚表明：屏蔽越 好，在相同干扰情况下的通信性能也越好。要得到好的屏蔽，重要的一点是要根据电网技术来处理。就是说，对高频干扰只能用两端都与地导通形成闭合网的方法来处理，即把电缆两头都接地。 
2.2 数据电缆上的位错误率测量 
位错误率测量仪：Siemens  2030 
变频器：Relience SP 500 
电机：步进电机 3 x 380/220v,0.25kw 
数据传输率： 140 Mbit/秒 
编码：CMI 码 

黄花菜

每次测试时间：2分 钟 （手动开，自动停） 
数据电缆长度：各 20M 
　  虽然目前的传输过程还存在误差，得到的结果还是很好地显示了各种屏蔽方式的有效 性。除了屏蔽，电缆本身的对称性也是高性能数据电缆的一个主要的质量特征。不仅非屏蔽电缆必须高度对称地绞合，屏蔽电缆也必须一样精确地制造和加工。对称电缆的抗干扰强度通过良好的屏蔽显著改善。事实上屏蔽还有一个更大的优点：线对附近的电场明显受到屏蔽的影响。 
　  外部金属物体如金属管、护墙沟和相邻电缆不能影响屏蔽电缆的传输性能。与之相反，非屏蔽电缆的电场会受到附近物体的很大影响，恶化电容、输入阻抗和回波衰减，导致反射和系统干扰。 
　  电缆屏蔽根据其结构从310MHz起开始显示作用。要防止低频干扰（50Hz噪音）的影响，大多在有源元件上进行处理。 
2.3 接地 
　  屏蔽不等于接地，在设计数据网络方案时对接地必须有明确的说明。一个良好的接地系统不仅构成屏蔽通信电缆设备的基础，而且保证总供电情况下人员的安全。因此不光数据工作人员有责任考虑综合接地方案，一般的电子设计人员也必须共同参与。特殊情况下，当使用非屏蔽电缆时也应接地。因为有些便宜的网络产品出于EMV原因把不用于信号传输的部分与外壳接通，这样在非屏蔽系统的数据线对上可能出现电势平衡，存在危险性。 
　  在处理屏蔽电缆时，屏蔽连通的方式方法很重要。如果只使用附线，屏蔽效果会随着频率升高减小到零。所以屏蔽应该与插座成360°环绕接触并引向远处。在布线系统中一贯使用这种方式，会出现地环路。地环路起着大型天线偶极作用，偶极效果主要由环绕面积决定。电缆经过电势反馈物体（如墙内的钢筋），经过金属通道，与地线平行，可以大大减弱地环路的不利影响。 
3 EMV方案 
　  不管屏蔽还是非屏蔽，设计人员都不能绕过接地方案。对于要布线的建筑物必须尽量精确地研究存在的电势平衡问题。这就构成了一个综合的EMV方案。与以前通过树形结构实现接地的电话布线接地系统相比（见树形结构接地方案），现在只推荐地网接地用于快速数据传输网（见栅网接地方案）。 
　  这种接地形式要求建筑物有尽可能多的良好接地点。对于不能达到这个要求的建筑物用蜂窝结构弥补，这种局域地网可以用金属电缆通道、双层地板或平行排列的铜线仿造。附加的地线可以减小接地回路结构尺寸并削弱干扰信号的影响。不过，这种仿制结构应与强电规定和安全方案联系起来设计。 
　  施工中有一点也很重要：建筑物内以任何方式接地的金属物体都应该用合适的包扎元件包扎起来。合适的包扎元件（如：物料带、金属条、包扎条等）应对高频漏电流有尽量大的传导面积。不适合用细线包扎。 

计算机场地安全性
磁场强度的计算在GB 50057第六章第三节中分别按雷击在建筑物附近和直击在建筑物的接闪器上做了计算要求，但未规定设备的承受极值。这是因为各种设备在制造过程中工艺不同，要求不同造成承受值不同，因此很难统一这一参数。过去，许多人引用1971年美国研究报告中无屏蔽计算机的0.07GS（误动作指标）和2.4GS（器件损坏指标），这里有两个问题，一是计算机的集成化程度提高，0.07和2.4可能要降一半以上，如0.035GS和1.2GS；二是GS为旧的磁通量密度的单位（新单位为特斯拉T），它与磁场强度H的法定许用单位A/m可用1GS=79.6A/m进行换算。在GB 50174-93中对被保护设备的要求值为800A/m，也有资料指出，PC机在电源线和1/0线均屏蔽的条件下在频率达MHz级，脉冲磁场强度在20A/m的环境内可不受影响。IEC 61000系列标准规定，在首次雷击磁场强度下，设备试验有100A/m、300A/m、1000A/m三个等级，在后续雷击磁场强度下，提出10A/m、30A/m和100A/m三个试验等级，考虑到0.07GS约为5.57A/m，2.4GS约为191A/m，《防雷装置安全检测技术规范》（送审稿）中建议，在不了解设备的承受极值时，采用100A/m这一值。
计算机房由于其在整个系统中的重要地位，所以它的各种环境，配电、通风、洁净度、温度等都有相应的

黄花菜

规定。例如整体机房方面就有相应的国家标准（GB2887---2000），计算机房的防雷主要是防雷电电磁脉冲。那么，防止雷电电磁脉冲的方法最简单和方便的就是使用屏蔽和等电位联结等措施，如果计算机房的屏蔽按照国家标准来执行的话其综合成本和工程造价往往使一些部门望而却步，本人经过几年的工程经验总结出了关于计算机房的电磁屏蔽的非国标（单纯从防雷角度）的解决方案。
传统的屏蔽室一般采用钢板密封焊接，同时采用屏蔽门、滤波器、波导管等设备，由于其造价昂贵和施工条件等限制在工程上推广不大。那么，单纯从防雷角度考虑，计算机房的电磁屏蔽只要满足一般要求就可以了。国家标准是达到120dB ,那么要达到这个标准是相当不容易的，而且从单防雷角度也没有必要达到那么高的标准，工程造价上一些客户也不一定愿意出钱做一个“铁卷柜”。本人建议采用软屏蔽措施承造的机房可以满足计算机房的防雷要求。

 屏蔽计算机房采用高密度铜网和高密度钢网构成，主要原理是应用铜网和钢网组合构成的双基板电容的滤波效应，以达到屏蔽雷电电磁脉冲的作用。同时钢网接地，内部铜网不接地形成悬空地，或内部铜网单独接地。具体实施过程中应尽量使铜网和钢网机械隔离以增大其形成的电容的容量，达到最好的滤波效应，同时在钢网和铜网的敷设过程中应增加短路环使铜网钢网的有效接地面积增大，以达到整个屏蔽机房的等电位作用。在毛坯房铜网和钢网敷设完毕后在地面上从新制作水泥地面保持地面平整，最后进行静电地板的铺设，为使每块静电地板都处于等电位状态应在静电地板的每一个支架下敷设0.01*10CM的紫铜带，并形成网格与屏蔽层的外层钢网共地。然后关于屏蔽室的门一般采用双层双开白钢无窗防盗门并与机房的地线连接，即实现均压等电位又达到屏蔽接地的目的。计算机房内的内部装修可按甲方意见具体实施，按照此种设计方法屏蔽机房效果一般可以实现手机，寻呼机、对讲机、收音机等常见的无线通讯工具在屏蔽机房内无法接受发射信号。 
 
机房内的硬盘监控设备和接触非接触门禁以及PSTN、ISDN/DDN等信息产品的终端设备的外壳都于屏蔽室内静电地板下的防静电母带连接形成等电位。由于计算机房一般采用UPS供电所以，其电源系统的防雷也至关重要。现在防雷一般采用三级防雷措施，但是对于精密设备的防护级别应该得到重视。所以，在对电源系统的保护设计过程中在设备前端设计一只防雷插座是有必要和实际意义的。那么，除电源系统外信号包括监控系统的RF信号，程控交换机、网络设备和门禁系统的RS485信号等弱电系统也要增加相应的浪涌保护装置。

 

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我说，发个帖子也不容易，你好歹也把行间距调整好呀，这都挤在一起，咋整？

黄花菜

呵呵！！时间紧迫！下次注意！！