屏蔽与非屏蔽布线系统浅析
武汉睿连



众所周知综合布线系统是建筑物的一个基础设施,它为建筑物内的网络信息以及各种机电设备系统信息的传递提供了良好的传输通道,它早已成为智能建筑中一个非常重要组成部分。从1993到如今,综合布线系统的技术、标准、产品的推广应用已经经历了20多年。无论从产品上或者技术上也已经趋向于成熟,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,对智能楼宇网络智能化的兴起以及发展起到了一个非常积极的推动作用。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。


当今综合布线系统市场上,有众多国内及国外的品牌,铜缆有超五类、六类、七类及八类之分,还有屏蔽及非屏蔽之分。对于铜缆等级,大家都知道,数字越大,线缆的性能越好,而对于屏蔽电缆和非屏蔽电缆却有不同的声音。


坚持用非屏蔽观点的人认为:屏蔽系统是指整个系统全过程屏蔽,其本身是一个好的设想,可提高信号传输的速率,但安装标准要求高、投资大;虽然屏蔽能够抵抗噪音干扰,提高传输速率,但如果在布线过程中稍有不慎,就会影响整个系统的屏蔽效果,反而会降低系统的性能:全屏蔽布线的传输带宽,低于同样成本的多模光纤。


从性能价格比来说,水平布线子系统仍将是非屏蔽双绞线和光纤的世界。而执用屏蔽观点的人认为:屏蔽系统可提高稳定性能以及高质量的传输信号,能够提供较高的传输带宽,可支持未来高速的网络系统,并提高更远的传输距离。施工要求高是专业安装公司的事情,只要严格按照布线规范要求操作,就会为用户提供屏蔽布线系统。


布线系统采用非屏蔽双绞线还是屏蔽双绞线,从施工的质量、工期和投资来看有明显的差异。非屏蔽系统采用非屏蔽双绞线,施工比较简单,质量标准要求低,施工工期较短,投资低。而屏蔽系统采用屏蔽双绞线,对屏蔽层的处理要求很高,除了要求链路的屏蔽层不能有断点外,还要求屏蔽通路必须是完整的全过程屏蔽。


我们可以得知,屏蔽系统在性能上是得到大家的一致认可的,但由于施工技术要求高、成本大而引起了争论。


在国家标准(GB 50311-2016)条文说明中规定了屏蔽电缆类型的表示方法,同样也符合ISO/IEC 11801-2002中的要求,具体如下:

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其中,金属箔一般为铝箔。金属编织网一般为铜编织网。 

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屏蔽对线缆性能的影响

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  不同等级线缆的缆径对应统计表

屏蔽与非屏蔽布线系统浅析

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。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DSP(数字信号处理)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,非屏蔽电缆通过芯线的双绞来达到EMC(电磁兼容性)性能这意味着EMI(电磁干扰)首先被非屏蔽电缆所接收随后才被抵消。但随着频率的提高,非屏蔽的EMC性能将会下降。经测量发现,电缆双绞只能满足到30MHz的EMC性能,可以通过制造工艺实现平衡传输,但不足以抑制外部干扰。对于传输带宽超过30MHz时,易受到外部电磁干扰的影响和产生信息泄露。而目前多数实际网络应用的工作频率都低于30MHz,并且,理想的平衡传输系统是不存在的。非屏蔽电缆的平衡特性并不只取决于部件本身的质量(如绞对),而会受到周围环境的影响。因为非屏蔽周围的金属、隐蔽的'地”施工中的牵拉、弯曲等情况都会破坏其平衡特性,从而降低EMC性能。事实上,我们安装电缆通常会将它穿入金属导管、塑料导管或者其它有着不同接地阻抗的保护中。所以,要获得持久不变的对地性能,只有一个解决方案,在所有芯线外多加屏蔽层并进行接地。屏蔽层为脆弱的双绞芯线增加了保护,同时为非屏蔽电缆人为的创造了一个平衡环境。这意味着基于屏蔽电缆的屏蔽解决方案是独立于环境的,即不受环境影响。屏蔽电缆是融合了非屏蔽电缆的平衡特性和施工灵活性效果,即平衡与屏蔽原理的完美结合。


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。


屏蔽与非屏蔽布线系统浅析


E1场景为人们平时生活和工作的环境,被称之为“商业环境”,一般采用非屏蔽系统即可;E2场景,充分考虑预算以及实际情况,宜采用屏蔽系统;E3场景应采用屏蔽布线系统。


目前,在国内市场,长期以来非屏蔽系统占据主流。除非有特殊要求才会选择屏蔽系统。原因在于大部分国内客户都有一个普遍的印象︰屏蔽系统造价高、施工/维护不方便,非屏蔽系统造价低,施工/维护简单。但有两类用户会考虑选用屏蔽系统,一类是有严重电磁干扰环境的用户,如工厂、广播站、电台、机场以及地铁等,另一类是出于安全考虑,严格要求保密的单位,如国防、政府、财政、银行与证券的结算中心等。


随着网络传输速率的不断提高,对传输带宽的需求和能力也越来越高,铜缆仍做为信息传输的重要媒介,也提出了更高带宽及性能的要求。对双绞线而言,超六类也是屏蔽和非屏蔽的分水岭,以目前的双绞线生产技术,非屏蔽最高只可以做到超六类系统,超六类以上系统必须采用屏蔽结构才可以实现。从标准的角度,ISO/IEC和TIA以及GB50174-2017中,对于数据中心和新安装的项目提出宜或应采用超六类系统,未来超六类以上及屏蔽系统将会成为铜缆布线系统的主流。