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浅谈综合布线非屏蔽与屏蔽系统应用

机器猫的建筑水暖电2019-06-21 07:43:11


就应用而言,经过数十年的发展,综合布线系统从技术、产品已经达到成熟,并拥有了包含非屏蔽布线系统、屏蔽布线系统和光纤布线系统在内的多介质高速传输能力,为计算机、通信和控制领域及各行各业提供了物理传输层面上的支持。随着智能建筑各系统逐渐走向网络化,综合布线系统的应用领域还将进一步延伸和扩大。本文将对非屏蔽系统和屏蔽系统的应用进行简单的对比,仅供读者参考。
1.常见对绞电缆的种类
在颁布的中国布线标准(GB 50311-2007)中规定了屏蔽电缆类型的表示方法,具体如下:

其中,金属箔一般为铝箔。金属编织网一般为铜编织网。
在命名规则中,非屏蔽对绞线与屏蔽对绞线是等同看待的,均使用“平衡线缆”来统称所有的对绞线,而用不同的字母(U、F、S)去区分各种屏蔽类型。例如:U为非屏蔽、F为铝箔屏蔽、S为丝网屏蔽,并使用“/”区分是在四对芯线外进行屏蔽,还是在每对芯线上进行屏蔽。
在ISO/IEC 11801-2002中,对5种常见的对绞电缆类型进行了命名规则:
表1 5种在ISO 11801中图示的对绞线

对绞线缩写对绞线正文名称示意图
U/UTP非屏蔽对绞线
F/UTP铝箔总屏蔽对绞线
U/FTP铝箔线对屏蔽对绞线
SF/UTP丝网+铝箔总屏蔽对绞线
S/FTP丝网总屏蔽/铝箔线对屏蔽对绞线


根据命名规则,还可以引导出其他一些类型的屏蔽对绞线。如:
F/FTP:铝箔总屏蔽/铝箔线对屏蔽对绞线
SF/FTP:丝网+铝箔总屏蔽/铝箔线对屏蔽对绞线
F2TP:可以归入F/UTP对绞线之中,只是电缆的总屏蔽层具有两层铝箔,在两层铝箔之间设有金属排流导体。
各种对绞线的主要屏蔽特性和应用带宽如表2所示:
表2 屏蔽对绞电缆特性

缩写代号F/UTPU/FTPSF/UTPS/FTPF/FTPSF/FTP
屏蔽名称铝箔总屏蔽对绞线铝箔线对屏蔽对绞线丝网+铝箔总屏蔽对绞线丝网总屏蔽/铝箔线对屏蔽对绞线铝箔总屏蔽/铝箔线对屏蔽对绞线丝网+铝箔总屏蔽/铝箔线对屏蔽对绞线
超5类


6类

6A类
7类


7A类



屏蔽方式屏蔽+对绞屏蔽+对绞双介质屏蔽+对绞双介质屏蔽+对绞屏蔽+对绞双介质屏蔽+对绞
一字隔离可以采用不必采用可以采用不必采用不必采用不必采用
十字隔离可以采用不必采用可以采用不必采用不必采用不必采用
抗外部干扰能力较强
抗线对干扰能力
导流线需要需要不需要不需要需要不需要
铝箔层局部破损局部影响局部影响基本不影响基本不影响局部影响基本不影响
屏蔽层端接要求铝箔屏蔽层与接地线一起端接铝箔屏蔽层与接地线一起端接仅丝网端接,铝箔层可以剪去仅丝网端接,铝箔层可以剪去铝箔屏蔽层与接地线一起端接仅丝网端接,铝箔层可以剪去





2. 4对8芯对绞电缆径统计表
表3是综合布线工作组在2008年6月对主要综合布线系统产品的缆径统计(引自布线工作组网站),它有助于分析屏蔽对绞线的缆径:
表3 主要对绞电缆的缆径统计表

对绞线种类

对绞线结构

缆径(mm

5类非屏蔽对绞线(100MHz

UTP

4.65.7

5类屏蔽对绞线(100MHz

F/UTP

6.06.9

SF/UTP

6.66.9

6类非屏蔽对绞线(250MHz

UTP

6.06.5

UTP,带一字隔离

5.65.9

UTP,带十字隔离

6.06.9

6类屏蔽对绞线(250MHz

F/UTP

7.47.5

F/UTP,带十字隔离

6.26.5

U/FTP

7.07.1

F/FTP

7.67.7

SF/UTP

6.46.7

SF/UTP,带十字隔离

8.28.3

S/FTP

7.88.5

6类非屏蔽对绞线(500MHz

UTP

8.08.1

UTP,带一字隔离

8.08.1

UTP,带十字隔离

6.28.7

6类屏蔽对绞线(500MHz

F/UTP,带一字隔离

7.67.7

F/UTP,带十字隔离

7.48.1

U/FTP

7.27.3

SF/UTP,带十字隔离

8.28.3

F/FTP

7.67.7

S/FTP

7.07.7

7类屏蔽对绞线(600MHz

S/FTP

7.48.5

7类屏蔽对绞线(1000MHz

S/FTP

7.48.5

8类屏蔽对绞线(1500MHz

S/FTP

7.88.7


随着产品传输带宽的上升(6A类以上),屏蔽对绞电缆的缆径上升速度明显减慢,最终只是与其屏蔽结构存在着对应的关系,而与传输带宽的关系相对较小。
3.非屏蔽与屏蔽系统的选择
在布线系统中,信道内的噪声来源主要有Powersum NEXT(近端串扰的功率总和)、Powersum FEXT(远端串扰的功率总和)、回波损耗、相邻电缆的干扰及外界干扰五个方面。前三种干扰来自电缆内部,在高速网络系统中,可以采用数字信号处理(DSP)技术加以补偿、抵消;后两种干扰来自电缆外部,是随机的、不可预测的,无法利用DSP技术抵消。因此,只有将对绞线加以屏蔽,才能大大减小进入电缆内部的噪声,从而提高信噪比。
针对于非屏蔽系统的选择,下面一段文字也许会说明一切:对于传输带宽高于16MHz的应用,也即网络数据传输速率的逐渐提高,对信噪比的要求也就越高。对绞线的对绞结构有助于提高传输线路抗干扰的能力,但机械地限制对绞密度会使对绞的效果减弱。而且由于安装过程中,电缆如果承受过大的拉力和敷设的弯曲半径过小等因素,会使对绞的均衡度遭到破坏,导致抗干扰能力下降。所以,通常电缆线对的对绞原理能够有效地适应30至40MHz的数据传输。
在欧洲综合布线标准EN 50173.1-2007中,电磁兼容性就是4类恶劣环境中的一种,为此,它将电磁兼容性等级分为3级:E1(商业环境)、E2(半工业环境)和E3(工业环境)。这个等级在其它标准中也有类似的划分。
表4 电磁环境分类表

电磁等级

通用名称

场强范围

说明

E1

商业环境

< 3V/m

人们平时生活和工作的绝大多数环境

E2

半工业环境

≥3V/m<10V/m

有一定电磁干扰,但不强烈

E3

工业环境

≥10V/m

具有强烈电磁干扰的环境

不同的电磁环境有着不同的应对方法。对于综合布线系统而言,就是对线对或线对间的对绞结构采用不同的设计与制造工艺。具体参见下表内容:
表5 各类电磁环境中的对绞线选择表

电磁等级

通用名称

场强范围

对绞线选择

E1

商业环境

< 3V/m

非屏蔽对绞线:UTP

E2

半工业环境

≥3V/m<10V/m

铝箔屏蔽对绞线:F/UTPU/FTP

E3

工业环境

≥10V/m

双重屏蔽对绞线:SF/UTPS/FTP


人们平时生活和工作的环境,被称之为“商业环境”。
屏蔽布线系统往往用于需要考虑传输质量和传输效率的场所、在电磁干扰较大的区域或在有精密仪器的房间、屏蔽机房和不希望发生泄密的地方。
因此屏蔽布线系统常安装在工厂、屏蔽机房、机场、医院、政府机关、军事机关、银行、金融机构、自用办公楼、精密实验室等对传输性能要求较高的地方,也会应用于某些涉及到商业秘密的场合。
表6 屏蔽布线系统应用场合一览表

目的

基本原理和理由

应用举例与应用要点

抗外部电磁干扰

当外部有比较强的电磁干扰时,屏蔽对绞线能够有效地抵御外部电磁干扰

半工业环境或工业环境;

在生产作业区、工厂车间内;

广播站、电台、机场、电磁干扰极强的实验室以及地铁

人身安全作为第一位考虑因素

医院、机场内的部分场所

当传输协议(如:万兆以太网)对电磁干扰比较敏感

数据中心及相关机房可以选用6A类屏蔽系统,或使用性能余量更大的7类屏蔽布线系统

避免因电磁干扰而造成传输速率下降

工厂厂区、电磁环境不理想的区域

避免信息出现无法恢复的传输品质

音频源、视频源(摄像机)等对应的传输线路

弱电专网中向机房提供信息的不可恢复信号源

现场电磁环境复杂时

规避风险的场地

泄密

可以用于不希望出现商业泄密的场合

需要商业保密的建筑物中

银行及证券的市级办公楼、结算中心、数据备份中心

提高传输能力

当布线系统升级到万兆以太网以上等级时

对信息带宽需求更高的网络

线对屏蔽技术可以在同一根对绞线中传输多路信号

同一根线中传输多路需防范串音的电话,如:保密电话等

线对屏蔽技术可以在同一根对绞线传输多种不同的信号(如:以太网、有线电视、电话、音响等等)

7类屏蔽布线系统的传统应用模式

同时传输4路有线电视;

同时传输有线电视、立体声音响和电话,但是需要设置相关的适配器。

安装与施工

提高管槽的利用率

利用高端屏蔽缆线缆径小的特点,减少管道及桥架尺寸

不会因分布电容的作用,受到周围金属材料的影响

缆线敷设路由可以简化,不必考虑规避距离近的大面积金属物体

利用集束式屏蔽对绞线构成的预端接铜缆有助于免受线间串扰的影响

屏蔽层能基本隔绝线间串音的干扰,可以保证性能指标参数和减少施工难度

具有现成的、成熟的屏蔽布线施工操作规程

这是布线施工所必须的基本要素,有助于保证工程质量

美观

利用屏蔽层能基本隔绝线间串音的特点,实现平行敷设屏蔽对绞线

数据中心及其它场合中使用开放式桥架,屏蔽对绞线可以做到完全平行敷设

规则

在行业有惯例时

监控、楼宇自控等

业主方指定或行业规范有规定时

部分外企在自己的布线规范中要求采用屏蔽布线系统







4.非屏蔽与屏蔽系统的施工工艺对比
针对与非屏蔽系统而言,从工程角度讲,随着综合布线数十年的发展,国内各地的工程队伍对其施工工艺已经掌握的非常成熟。在这里就不过多的介绍。下面主要介绍一下屏蔽系统的施工,以达到共识的目的。
使用屏蔽布线必须满足两个条件:“全程屏蔽”和“屏蔽层正确可靠接地”。全程屏蔽,即:布线系统中所使用的配线架、线缆、接插件、跳线、网络设备、网卡均采用屏蔽产品,而且屏蔽层之间保持良好地接触与联接。对于综合布线系统而言,最理想的接地方式是两端接地,即在屏蔽对绞线的两端(工作区和电信间的配线架)分别接地。
屏蔽系统端接:
表7 屏蔽层端接举例

1 铝箔总屏蔽对绞线(F/UTP)与180度KeyStone屏蔽模块
1)端接前的屏蔽层处理
●保留铝箔和接地线,用于屏蔽层端接;
●铝箔往往只有一面是导电面(一般为内侧),将其导电面向外覆盖在护套表面,接地线平行放在导电面上(或缠绕在铝箔外);
●铝箔层较薄,容易在施工中撕裂,在展开时要小心。如发生撕裂,最好剥除外皮重新端接,避免屏蔽层测试不通过的情况;
●将屏蔽壳体套在对绞线上。
2)芯线端接
●根据模块上的色标完成芯线端接;
●将端接后的屏蔽线转至模块后部;
3)屏蔽层端接
●将端接后屏蔽对绞线放在屏蔽模块后侧的接地条上,注意用护套外裹的铝箔屏蔽层将接地线压在接地条上;
●前推屏蔽壳体至锁住为止;
●用附带的尼龙扎带将对绞线与接地条固定成一体;
●剪去尼龙扎带外侧多余的铝箔;
●用屏蔽模块附带的铜箔将出线孔完全封闭;

2 线对屏蔽对绞线(U/FTP)与MS屏蔽模块
1)端接前的屏蔽层处理
●保留铝箔和接地线,用于屏蔽层端接;
●铝箔的外侧为导电面,保留一截在芯线外,接地线平行放在导电面上(或缠绕在铝箔外);
●铝箔导电面保持一截在芯线外,导电面向外;
2)芯线端接及屏蔽层端接
●安装模块端接说明完成芯线摆放,并剪去多余的芯线;
●芯线端接完毕后,将模块上盖压入模块凹槽内(端接)。
注意事项:
1)导电面利用模块内的三条金属加强筋与缆线屏蔽层保持良好接触,保证全方位屏蔽,不能留有空隙。
2)铝箔层较薄,容易在施工中撕裂,在展开时要小心。如发生撕裂,最好剥除外皮重新端接,避免屏蔽层测试不通过的情况。

3 丝网+铝箔总屏蔽对绞线(SF/UTP)与GG45模块
1)端接前的屏蔽层处理
●保留丝网,剪去铝箔;
●将丝网翻转后均匀覆盖在护套表面。
2)芯线端接

3)屏蔽层端接

注意事项:
1) 丝网要起到360度封闭模块进线口的作用。
2) 屏蔽层的金属丝应全部翻转,不能有一根金属丝混在芯线中。

4 丝网总屏蔽/铝箔线对屏蔽对绞线(S/FTP)与TERA模块
1)端接前的屏蔽层处理
●保留丝网,剪去铝箔;
●将丝网翻转后均匀覆盖在护套表面。
2)芯线端接
●根据模块端接说明书完成芯线端接。
3) 屏蔽层端接
●在芯线端接完毕后,将TERA模块的上下盖合拢;
●将早已穿在对绞线上的护套前推,锁住上下盖的尾部;
●剪去多余的铝箔。
注意事项:屏蔽层的金属丝应全部向后翻转,不能有一根金属丝向前混在芯线中。
5 双层铝箔总屏蔽对绞线(F2TP)与。。。
1)端接前的屏蔽层处理
●外层铝箔(导电面为内侧)翻转后覆盖在护套外;
●剪去内层铝箔,接地线平行放在导电面上(或缠绕在铝箔外)。
2)芯线端接

3)屏蔽层端接

注意事项:铝箔层较薄,容易在施工中撕裂,在展开时要小心。如发生撕裂,最好剥除外皮重新端接,避免屏蔽层测试不通过的情况。

5 双层铝箔总屏蔽对绞线(F2TP)与。。。
6 铝箔总屏蔽/铝箔线对屏蔽对绞线(F/FTP)与MAX模块
1)端接前的屏蔽层处理
●总屏蔽铝箔(导电面在内侧)翻转后覆盖在护套外;
●剪去各线对外的铝箔;
●接地线平行放在导电面上(或缠绕在铝箔外)。
2)芯线端接
●在端接前,将接地导线与屏蔽层分从后盖中心的走线槽向两边分出;
●根据模块说明书完成芯线端接。
3)屏蔽层端接
●端接完毕后,合拢两侧的屏蔽壳体,用尼龙扎带锁紧;
●剪去暴露在壳体外的接地到线和屏蔽层。
注意事项:铝箔层较薄,容易在施工中撕裂,在展开时要小心。如发生撕裂,最好剥除外皮重新端接,避免屏蔽层测试不通过的情况。
7 丝网+铝箔总屏蔽/铝箔线对屏蔽对绞线(SF/FTP)与ARJ45模块
1)端接前的屏蔽层处理
●保留丝网,剪去铝箔;
●将丝网翻转后均匀覆盖在护套表面。
注意事项:屏蔽层的金属丝应全部翻转,不能有一根金属丝混在芯线中。

8 铝箔总屏蔽对绞线与RM模块
1)端接前的屏蔽层处理
●保留铝箔和接地线,用于屏蔽层端接;
●铝箔往往只有一面是导电面(一般为内侧),将其导电面向外覆盖在护套表面,接地线平行放在导电面上(或缠绕在铝箔外);
●铝箔层较薄,容易在施工中撕裂,在展开时要小心。如发生撕裂,最好剥除外皮重新端接,避免屏蔽层测试不通过的情况;
●将屏蔽壳体插入对绞线的护套层内;
●用尼龙扎带固定对绞线。
2)芯线端接
●根据模块上的色标完成芯线端接;
●将端接后的屏蔽线转至模块后部;
●剪去尼龙扎带外侧多余的铝箔。

9 铝箔总屏蔽对绞线(F/UTP)与MFP屏蔽模块
1)端接前的屏蔽层处理
●保留铝箔和接地线,用于屏蔽层端接;
●铝箔往往只有一面是导电面(一般为内侧),将其导电面向外覆盖在护套表面,接地线平行放在导电面上(或缠绕在铝箔外);
●铝箔层较薄,容易在施工中撕裂,在展开时要小心。如发生撕裂,最好剥除外皮重新端接,避免屏蔽层测试不通过的情况;
●将屏蔽壳体套在对绞线上。
2)芯线端接
●根据模块上的色标完成芯线端接。
3)屏蔽层端接
●使用一个小螺栓起子把金属箔线推入接地接触槽内;
●用尼龙扎带将屏蔽对绞线固定在模块尾部;

●盖上模块的屏蔽盖。



5.屏蔽系统的接地
综合布线系统在工作区信息插座的屏蔽层不做专门接地,工作区通过屏蔽跳线将屏蔽信息插座与屏蔽网络设备的屏蔽层连接,自然而然地通过终端设备电源线的PE端子实现了接地。在配线柜一侧做等电位联结。

工作区接地示意图

屏蔽配线架星型接地示意图

需要说明的是,屏蔽配线架还有“机柜立柱接地”、“串联接地”方式,但是本文推荐上图的星型接地方式,理由是:每个屏蔽配线架配备1~2个接地端子,使用接地导线直接连接至机柜接地汇集排上。任何一个接地点的故障只会影响一个屏蔽配线架,有助于提高系统的可靠性。
6.非屏蔽与屏蔽系统技术参数及解释
屏蔽布线系统的链路和信道技术参数中绝大多数与非屏蔽布线系统是一样的,只是添加了为数不多的几个屏蔽参数。
根据综合布线系统的标准,布线系统应对其本身的对绞线对电气性能进行测试,这些电气性能包括:
1.连接图(WIREMAP),含屏蔽层的连通测试;
2.长度(LENGTH);
3.插入损耗(INSERT LOSS);
4.近端串音(NEXT);
5.近端串音功率和(PS NEXT);
6.近端衰减串音比(ACR-N);
7.近端衰减串音比功率和(PS ACR-N);
8.远端衰减串音比(ACR-F)
9.远端衰减串音比功率和(PS ACR-F)
10.回波损耗(RETURN LOSS);
11.传播时延(DELAY);
12.传播时延偏差(DELAY SKEW);
13.直流环路电阻(DC LOOP RESISTANCE)。
在上述性能参数中,除接线图中增加了屏蔽层连通测试外,其它都与同类型的非屏蔽布线相同的。在仪表中选择屏蔽线测试标准和连接模型后测试,即可得到相应结果,接线图报告中会自动包含屏蔽层通断结果。
7.结束语
近年来,综合布线系统在数据中心的应用越来越广泛,各大厂家也争先推出了各有特色的数据中心布线产品。作者建议:1.数据中心布线铜缆部分宜采用屏蔽布线系统2.数据中心布线铜缆部分宜采用预连接系统3.数据中心布线铜缆部分宜采用6A及以上等级布线系统。