Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ принципов организации работы и электро магнитной совместимости структурированных кабельных систем 11
1.1. Анализ принципов построения и архитектуры СКС 11
1.2. Анализ категорий и классов СКС 19
1.2.1. Категория 5е 21
1.2.2. Категория 6 24
1.3. Анализ технических характеристик оборудования СКС 26
1.3.1. Основные типы кабеля 26
1.3.2. Коннектор типа 808 30
1.3.3. Распределительные панели 34
1.3.4. Соединительные кабели 36
1.3.5. Информационные розетки 38
1.4. Анализ проблем электромагнитной совместимости СКС 39
1.5. Анализ источников электромагнитных помех, действующих на СКС. 43
1.6. Постановка задачи исследования 47
2. Защита структурированных кабельных систем от внешних электромагнитных воздействий 51
2.1. Постановка задачи исследования 51
2.2. Анализ механизма возникновения в кабеле электромагнитных помех .. 52
2.3. Анализ межкабельных наводок 58
2.4. Расчет эффективности методов защиты СКС от внешних помех 62
2.5. Расчет ЭМС при параллельной прокладке кабелей 66
2.6. Расчет минимально допустимых расстояний от СКС до силовых линий 70
2.7. Исследование устойчивости СКС к внешним электромагнитным воздействиям 75
2.7.1. Анализ устойчивости к воздействию радиоизлучений 76
2.7.2. Анализ устойчивости к перепадам напряжения 80
3. Расчет электромагнитной совместимости оборудо ванияскс 84
3.1. Постановка задачи исследования 84
3.2. Расчет ослабления электромагнитных помех в зависимости от их пространственного разноса относительно оборудования СКС 85
3.3. Расчет ослабления электромагнитных помех при экранировании оборудования СКС 91
3.4. Расчет экранирующих свойств помещений оборудованных СКС 103
4. Экспериментальные исследования и практические рекомендации по контролю и улучшению эмс струк турированных кабельных систем ПО
4.1. Постановка задачи исследования ПО
4.2. Комплексное решение проблем ЭМС СКС 111
4.3. Практическая реализация комплексного решения проблем питания, заземления и ЭМС СКС 115
4.4. Измерения основных параметров СКС 122
4.5. Тестирования канала СКС категории 6 127
Заключение 143
Список используемых источников 146
Приложение 159
- Анализ категорий и классов СКС
- Анализ технических характеристик оборудования СКС
- Анализ механизма возникновения в кабеле электромагнитных помех
- Расчет ослабления электромагнитных помех в зависимости от их пространственного разноса относительно оборудования СКС
Введение к работе
Неуклонный прогресс развития общества приводит к тому, что все возрастающее число промышленных и коммерческих организаций не только широко использует, но и делает ставку на информационные и сетевые технологии. Сегодня практически в каждом офисе установлены персональные компьютеры, объединенные в сеть.
Конкурентоспособность и успех компаний зависит от качества и скорости передачи, надежности и сохранности информации, обеспечиваемых локальными сетями. Выход из строя оборудования или нарушения в работе таких систем могут оказаться весьма дорогостоящими с точки зрения прямых убытков и косвенных потерь.
Современное информационное оборудование и системы достаточно надежны, однако эволюция технологий в сторону высоких частот делает актуальной проблему электромагнитной совместимости (ЭМС), для постоянно возрастающего числа электротехнических и электронных устройств.
Данная проблема приобретает особую актуальность для структурированных кабельных систем (СКС) интегрированных в здания, и занимающих площади в сотни и тысячи квадратных метров [1...7]. Рост скоростей передачи данных, а так же прокладка СКС в непосредственной близости от телекоммуникационных и силовых кабелей, делает ее весьма не тривиальной задачей.
Данная проблема имеет два аспекта - влияние собственных излучений систем на работу других устройств и их уязвимость от внешних электромагнитных помех [8... 16].
Рост скоростей передачи данных приводит как к увеличению уровня собственных излучений кабельных каналов, так и большей уязвимости высокоскоростных протоколов к внешним шумам.
Снижение уровня собственных шумов СКС попутно решает проблемы электромагнитной совместимости. Меньший уровень шумов достигается лучшей балансировкой витых пар. Балансировка обеспечивает повышение устойчивости к воздействию внешних помех.
Дополнительная защита от внешних помех обеспечивается экранированием. Преимущества решений - в индивидуальном экранировании каждого канала, хорошем соединении экрана кабеля с экраном разъемов, конструкция экрана кабельных разъемов, пайке экрана соединительных кабелей и всесторонних измерениях и испытаниях на электромагнитную совместимость.
Экранирование обычно рассматривается только с точки зрения улучшения электромагнитной совместимости. Однако не менее важным является то, что экранированные кабели обладают лучшими характеристиками на высоких частотах за счет оптимизации волнового сопротивления среды передачи. Экранирование среды распространения волн повышает ее однородность и, следовательно, улучшает параметры волнового сопротивления, что снижает уровень шумов.
Будучи хорошо сбалансированной и в дополнение к этому полностью экранированной, структурированная кабельная система повышает устойчивость системы от внешних источников электромагнитного излучения. Это обеспечивает: работу высокоскоростных протоколов, таких как 1000 Base Т Gigabit Ethernet, ATM 155, 100 Base TX Fast Ethernet, с нулевым коэффициентом ошибок; уменьшение воздействия излучения оборудования локальной сети на внешнее оборудование; лучшую защиту данных; более безопасные условия для пользователей и операторов по сравнению с неэкранированны-ми и большинством экранированных систем.
Однако с практической точки зрения важно выяснить, насколько эффективна защита современных кабельных систем от внешних помех. Для этого необходимо не только выявить узкие места физической среды переда- чи с точки зрения электромагнитной совместимости, но и определить характер и проблему внутренних помех или собственных шумов электропроводных кабелей.
Все это делают диссертационную работу весьма актуальной.
Представленная диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР ГОУ ВПО МГУС № 01.03.04 (РН ВНТИЦ № 01.0.40 001520) «Исследование цифровых методов обработки информации в информационных системах и электротехнических комплексах».
Целью диссертационной работы является обеспечение электромагнитной совместимости структурированных кабельных систем в условиях интенсивного воздействия внешних электромагнитных помех.
В соответствии с этим, были поставлены и решены следующие основные задачи работы:
1. Анализ источников электромагнитных помех, оказывающих ме шающее воздействие на структурированные кабельные системы;
Разработка методики расчета защиты структурированных кабельных систем от внешних электромагнитных воздействий;
Разработка методики расчета электромагнитной совместимости для оборудования структурированных кабельных систем;
Разработка практических рекомендаций по контролю и улучшению электромагнитной совместимости структурированных кабельных систем.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов теории поля, случайных процессов, статистической радиотехники, математического моделирования на ПЭВМ. Экспериментальные исследования выполнены методами физического моделирования в лабораторных и реальных эксплуатационных условиях.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: 1. Осуществлен анализ устойчивости высокочастотных структурированных кабельных систем к внешним электромагнитным воздействиям;
Разработана методика расчета защиты структурированных кабельных систем от внешних электромагнитных воздействий;
Разработана методика расчета электромагнитной совместимости для оборудования структурированных кабельных систем.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Предложена методика, позволяющая рассчитать электромагнитную совместимость структурированных кабельных систем, как при экранировании самих кабельных систем, так и источников электромагнитных помех;
Предложена методика, позволяющая рассчитать минимально допустимые расстояния от структурированных кабельных систем до источников электромагнитных помех;
Предложены практические рекомендации по комплексному решению проблем электромагнитной совместимости структурированных кабельных систем в условиях жесткой электромагнитной обстановки.
На защиту выносятся:
Методика расчета защиты структурированных кабельных систем от внешних электромагнитных воздействий;
Методика расчета электромагнитной совместимости оборудования структурированных кабельных систем в условиях интенсивного воздействия внешних электромагнитных помех.
Личный вклад. Все основные научные результаты, изложенные в диссертационной работе и выносимые на защиту, получены автором лично.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в ООО «Локальные и Транспортные Информационные Сети», что подтверждается актом о внедрении.
Результаты исследований использованы в курсах «Электромагнитная совместимость и безопасность радиоэлектронной аппаратуры» ГОУ ВПО «Московский государственный университет сервиса» (ГОУ ВПО «МГУС»), что подтверждается соответствующим актом о внедрении.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научно-практической конференции «Новые технологии в промышленности, экономике и социальной сфере» (Тольятти, 2001 г.); на 2-й городской научно практической конференции «Наука - сервису города» (Тольятти, 2001 г.); на Всероссийской конференции «Прогрессивные техпроцессы в машиностроении» (Тольятти, 2002 г.); на 7-й Международной научно - технической конференции «Наука -сервису» (Москва, 2002 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти 2004 г); на 10-й Международной научно - технической конференции «Наука -сервису» (Москва, 2005 г.); на Межвузовской научно-технической конференции «Проблемы развития электротехнических комплексов и информационных систем» (Москва, 2005 г.); на заседаниях кафедры МГУС «Информатика и компьютерный сервис» (Москва, 2003 - 2005 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений и списка литературы, включающего 141 наименование. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков и 32 таблицы. В трех приложениях объемом 24 страницы содержатся материалы, отражающие электротехнические характеристики наиболее распространенных кабелей СКС категории 6 и
5е, сравнительные характеристики тестеров СКС, а так же материалы внедрения результатов диссертационной работы.
В первой главе осуществлен анализ принципов построения и архитектуры СКС. Проанализированы категории и классы СКС. Проведен анализ технических характеристик оборудования СКС. Рассмотрены и проанализированы основные проблемы электромагнитной совместимости СКС. Проведен анализ источников электромагнитных помех, действующих на СКС. Осуществлена постановка задачи исследования.
Во второй главе разработана методика расчета защиты структурированных кабельных систем от внешних электромагнитных воздействий. Проанализирован механизм возникновения в кабеле электромагнитных помех, осуществлен анализ межкабельных наводок. Разработана методика расчета эффективности методов защиты СКС от внешних электромагнитных помех. Предложена методика расчета ЭМС при параллельной прокладке информационных и силовых кабелей, рассчитаны минимально допустимые расстояния между СКС и силовыми линиями. Осуществлен анализ устойчивости СКС к внешним электромагнитным воздействиям.
В третьей главе осуществлен расчет электромагнитной совместимости оборудования структурированных кабельных систем. Предложена методика расчета ослабления электромагнитных помех в зависимости от их пространственного разноса относительно оборудования СКС. Осуществлен расчет ослабления электромагнитных помех при экранировании оборудования СКС. Представлена методика расчета экранирующих свойств помещений, оборудованных СКС.
В четвертой главе рассмотрен вопрос экспериментальных исследований и практических рекомендаций по контролю и улучшению электромагнитной совместимости структурированных кабельных систем. Рассмотрены практические рекомендации по реализации комплексного решения проблем питания, заземления и электромагнитной совместимости структурированных кабельных систем. Осуществлено тестирование канала СКС категории 6.
В заключительном разделе диссертации приведены основные результаты выполненной работы.
В приложении содержатся материалы, отражающие электротехнические характеристики наиболее распространенных кабелей СКС категории 6 и 5е, сравнительные характеристики тестеров СКС, а так же материалы внедрения результатов диссертационной работы.
Анализ категорий и классов СКС
На рубеже 2000 года началась очередная смена поколений кабельных систем локальных сетей. Действующие к тому времени стандарты морально устарели. В 2002 году была принята вторая редакция стандарта ISO/IEC 11801, включающая спецификацию параметров кабелей и разъемов категорий 1 - 7 и линий/каналов классов С, D, Е и F.
В международном ISO 11801 и американском TIA/EIA-568-B [23] стандарте при классификации кабельных систем по производительности существуют некоторые различия. Международный стандарт ISO 11801 определяет классы приложений (от А до G), которые могут функционировать по данной системе, а американский стандарт TIA/EIA-568-B специфицирует системы по максимальной частоте передаваемых сигналов (категория 3 - 8). Поэтому для определения кабельных систем используются понятия, как категории, так и класса, взаимосвязь которых отражена в табл. 1.4.
Тенденция развития информационных технологий показывает, что темпы увеличения объема передаваемых данных в локальных сетях постоянно возрастают. В начале 2000 года анализ показал, что категория 5 оказалась морально устаревшей, и уже не справлялась с поставленными перед ней задачами [24].
В июне 1999 года Ассоциация стандартов Института инженеров электроники и электротехники приняла стандарт протокола витой пары Gigabit Ethernet IEEE Std 802.3a. В конце того же года Ассоциация телекоммуникационной промышленности совместно с Ассоциацией электронной промышленности утвердили Приложение ANSI/TIA-568-A-5 «Спецификации параметров передачи 4-парных 100-омных кабельных систем категории 5е». В сентябре 2000 года вступили в действие стандарты класса D (аналогичные категории 5е), принятые международной и европейской организациями стандартизации.
Анализ показывает, что в строящихся современных офисных зданиях с большой степенью интеграции кабельных систем наиболее целесообразно устанавливать СКС категории 6, обеспечивающую не только существенное улучшение параметров передачи, но и гарантию будущих потребностей на период свыше 10 лет. Категории 7 и 8 широкого применения в СКС пока не нашли.
Рассмотрим и проанализируем категории 5е и б более подробно на примере СКС компании ITT NS&S (Network Systems and Services - английское подразделение международной корпорации ITT Industries), являющейся не только первопроходцем в области высокоскоростных кабельных систем, но и признанным мировым лидером в предоставлении решений для экранированных кабельных систем. ITT NS&S - одна из немногих фирм, дающих пожизненные системные гарантии на структурированные кабельные системы. Кроме того, гарантии распространяются не только на соответствие параметров СКС стандартам, но и безотказную работу сетевых протоколов.
Для обеспечения работы сетевого протокола Gigabit Ethernet наиболее широкое применение, в настоящее время, находит категория 5е / класса D. В конце 1998 года Американская национальная организация стандартизации (ANSI) приняла проект Бюллетеня TSB 95 и завершает разработку американского стандарта ANSI/TIA/EIA-568-A-5. Международная организация стандартизации (ISO) приняла Проект дополнений 3 (PDAM3) к международному стандарту ISO/IEC 11801. Проект прошел стадию согласования и получил статус Дополнения 2. Европейская организация CENELEC утвердила проект Приложения 1 стандарта EN 50173. Основные параметры линии категории 5е представлены на рис. 1.4 [25].
Для обеспечения дуплексной передачи, требуемой протоколом Gigabit Ethernet, потребовалось учитывать параметры однонаправленных наводок (FEXT, PS FEXT) и фазового сдвига (Skew). Одновременная работа всех витых пар учитывается показателями суммарных наводок (PS NEXT и PS FEXT).
В 1998 году компания ITT NS&S начала производство гигабитных систем LAN Connect 200 и ISCS GIGAPATH. Система LAN Connect 200 - это высокопроизводительная неэкранированная кабельная система, ISCS GIGAPATH - экранированная система, работающие в диапазоне частот до 200 МГц. Для системы LAN Connect 200 используется неэкранированный эквивалент кабеля ISCS-20000-DSC Rev 2, как часть решения GIGAPATH.
Параметры гигабитных систем ITT NS&S в сравнении со стандартом приведены в табл. 1.5. Резерв систем пересчитан из логарифмических вели Анализ параметров представленных в табл. 1.5 показывает, что системы категории 5е превосходят требования стандартов в 6 - 10 раз или примерно на один порядок. Исключение составляет затухание, которое зависит от диаметра, проводника и химической чистоты проводящего материала.
В настоящее время максимально эффективными с точки зрения соотношения цена/качество СКС категории 5е являются системы LANConnect 5е и ISCS 5е. Системы LANConnect 5е и ISCS 5е соответствуют требованиям категории 5е и класса D изложенных в ANSI/TIA/EIA 568-В и ISO/IEC 11801 2002 г. Они поставляются с широким набором компонентов, позволяющих выбирать тип кабеля, виды розеток и распределительных панелей. Основой системы является коннектор типа 808 Мк2А в неэкранированном варианте (система LANConnect 5е) и в экранированном варианте (система ISCS 5е). Основные характеристики системы категории 5е представлены в табл. 1.6 [27].
Анализ технических характеристик оборудования СКС
Наибольшее распространение в СКС получил кабель типа витая пара с четырьмя витыми парами под одной оболочкой. В меньших количествах используются кабели с 25 и 50 парами. Основу этих кабелей составляют витые пары из одножильной медной проволоки с изоляцией из полипропилена или тефлона. Диаметр медной жилы составляет 0,51 мм. Шаг скрутки может сильно отличаться у различных производителей и варьируется от 15 до 30 мм. Для уменьшения влияния пар в кабеле друг на друга, используется различный шаг скрутки в пределах одного кабеля, причем некратный друг другу. В четырехпарном кабеле четыре витых пары находятся под общей оболочкой из ПВХ. Так как по стандартам требуется прокладка двух кабелей к рабочему месту, то выпускаются сдвоенные кабели, позволяющие экономить время. Основные эксплуатационные характеристики кабелей на витой паре представлены в табл. 1.9.
Существуют два основных типа кабелей: неэкранированные (термин UTP); экранированные (термины FTP, STP, SFTP). Неэкранированный кабель более прост по конструкции (см. рис. 1.6 [29]), хотя в последнее время, в связи с разработкой новых стандартов категории 6, появился UTP кабель, который содержит дополнительный элемент - центральный разделитель. Этот разделитель позволяет зафиксировать витые пары и уменьшить затухание.
К настоящему моменту можно выделить три основных типа экранированного кабеля типа «витая пара»: кабель, экранированный фольгой; кабель, экранированный фольгой и оплеткой; кабель с индивидуальным экранированием пар. Конструкции экранированного кабеля типа «витая пара» представлены на рис. 1.7 [29].
В соответствии с новой редакцией стандарта ISO 11801 2002 введено новое обозначение типов кабеля, которое позволяет однозначно идентифицировать кабель. Обозначение состоит из двух частей - первая часть отвечает за общую оболочку кабеля, вторая за конструкцию витой пары.
Например, SF/UTP - кабель с общим экраном из фольги и оплетки, каждая пара без экрана ХХ/ХХХ. Конструкция элемента ТР - витая пара. Экранирование: U - без экрана элемента, F - экранирование фольгой. Общий экран: U - без экрана; F - экранирование фольгой; S - экранирование оплеткой; SF - экранирование фольгой и оплеткой.
Наибольшее применение в практике монтажа находит кабель, экранированный фольгой. Фольга либо с нахлестом накручивается на пары, либо сваривается в единую оболочку.
В любом случае в таком кабеле присутствует дренажный провод, который страхует от разрывов фольги и обеспечивает электрическую непрерывность экрана. В качестве дренажного провода обычно используется одножильный луженый медный провод диаметром 0,5 мм. Около 90% всех используемых экранированных кабелей приходится именно на этот тип кабеля.
Дополнительно, кроме фольги, может использоваться оплетка из медной луженой проволоки. Такая оплетка обеспечивает как электрическую непрерывность экрана, так и дополнительное экранирование кабеля. Дренажный провод в таких случаях, как правило, отсутствует. Такой кабель обладает лучшими характеристиками и более надежным подключением в разъем.
Дальнейшее увеличение требований к полосе пропускания привели к разработке 100-омного кабеля типа «витая пара» с индивидуальным экранированием каждой пары. Каждая пара заключена в экран из фольги, а все пары вместе находятся в общей оплетке из луженой, медной проволоки. Эти кабели разрабатываются для использования в системах категории 7 и 8.
Стандартно кабель поставляется в коробках по 305 метров, другие длины (500 и 1000 метров) поставляются на катушках. Использование кабеля с большей длиной намотки позволяет уменьшить количество отходов при монтаже с 10% до 5%.
В соответствии со стандартами каждое рабочее место должно быть оснащено двойной информационной розеткой. Для того, что бы уменьшить затраты на прокладку кабеля можно использовать двойной кабель. Такой кабель выполняется из двух обычных 4-х парных кабелей объединенных вместе. Для кабельных систем с высокой плотностью монтажа рекомендуется использовать кабельные связки с большим количеством кабелей.
Основные электротехнические характеристики кабелей, широко применяемых в СКС, представлены в Приложении 1.
Анализ механизма возникновения в кабеле электромагнитных помех
Современное оборудование информационных структурированных кабельных систем достаточно надежно, однако эволюция технологий в сторону высоких частот делает актуальной проблему их электромагнитной совместимости [15, 16, 30, 33]. Данная проблема имеет два аспекта - влияние собственных излучений структурированных кабельных систем на работу других устройств и их уязвимость от внешних электромагнитных помех.
При создании структурированных кабельных систем приходится учитывать различные аспекты ЭМС применительно к системам, интегрированным в здания, и занимающим площади в сотни и тысячи квадратных метров.
Особую актуальность эта проблема приобретает в случае использования кабельных систем, обеспечивающих передачу сигналов высокоскоростных протоколов, и их прокладки в непосредственной близости от телекоммуникационных и силовых кабелей [69...71].
Для обеспечения работы высокоскоростных приложений наиболее эффективным решением проблемы ЭМС является экранирование кабелей, однако доля экранированных и защищенных кабелей пока еще не велика. Наиболее эстетичным и достаточно распространенным вариантом подвода кабелей к каждому рабочему месту является создание каналов прокладки с помощью кабелепроводов из ПВХ. Особенно широко применяется два варианта экранирования кабелепроводов, это - использование металлических вставок, устанавливаемых в желоб, или нанесение металлического покрытия методом вакуумного напыления.
Проведем анализ эффективности защиты структурированных кабельных систем от внешних помех, с точки зрения электромагнитной совмести J мости СКС. Проанализируем проблемы, связанные с воздействием внутренних помех или собственных шумов электропроводных кабелей. Рассмотрение вышеперечисленных вопросов начнем с анализа механизмов возникновения в кабеле электромагнитных помех под действием внешних мешающих источников ЭМП. Осуществим анализ механизма возникновения в кабеле помех, вызванных воздействием мешающего магнитного и электрического поля. Помехи из-за магнитных нолей. Взаимодействие двух проводов в магнитном поле можно проанализировать с помощью теории магнитного поля [73.. .75]. Согласно закону полного тока: где: Н - напряженность магнитного поля вокруг провода, по которому протекает ток I. На расстоянии г от токонесущего провода напряженность равна: Магнитное поле, образующееся вокруг токонесущего провода 1, охватывает провод 2 (см. рис. 2.1). Механизм магнитной связи можно описать законом Фарадея: где: E - напряженность электрического поля, В/м; U - напряжение, индуцированное в цепи, образованной проводами 2-3; - магнитный поток, пересекающий петлю площадью S, образованную V, Анализ уравнения (2.2) показывает, что наведенное в рассматриваемой цепи напряжение будет возрастать с ростом величины магнитной проницаемости ji, длины цепи L, силы тока I и его частоты f. Наведенное напряжение будет уменьшаться при удалении (разнесении) проводов 2 - 3 от источника помех. Опуская промежуточные преобразования, воспользовавшись результатами [76], запишем, что переходное затухание или коэффициент связи Ксв.м между источником помех и «рабочими» проводами может быть определено как: где: Ui - напряжение источника энергии (помех) линии 1; XJ2 — напряжение, наводимое в «рабочей» линии 2 из-за магнитной связи; Zlb Z21 - соответственно, внутреннее сопротивление источника напряжения помех и «рабочей» линии; Zi2, Z22 - соответственно, полное сопротивление цепи источника помех и «рабочей» линии; Lb L2 - соответственно, индуктивность цепи источника помех и «рабочей» линии. На низких и высоких частотах, при определенных допущениях, уравнение (2.3) может быть представлено в виде: Анализируя выражения (2.2)...(2.4) можно прийти к выводу, что для уменьшения магнитной связи между «рабочим» проводом и источником помех необходимо: - уменьшить напряжение источника помех или ток в цепи 1; - уменьшить длину линии L и (или) расстояние между проводами h; - максимально разнести цепи 1 и 2, так, чтобы для уравнения (2.3) выполнялись условия: d » h и Log[(d + h)/d] — Ln 1 = 0; - максимально понизить частоту передаваемых сигналов; - экранировать «рабочий» провод магнитным экраном с высокой проницаемостью. Следует заметить, что из-за низкой магнитной проницаемости типовые экраны, используемые для экранировки от электрических полей высокой частоты, не экранируют магнитные поля. Экраны из ферритовых материалов уменьшают магнитное поле, так как обладают низким сопротивлением для магнитного потока.
Расчет ослабления электромагнитных помех в зависимости от их пространственного разноса относительно оборудования СКС
Вопросам электромагнитной совместимости коммуникационных систем на основе кабелей посвящено довольно много работ [8... 16]. Расчет величины электромагнитных помех в любом электротехническом устройстве связан с решением сложных краевых задач электромагнитного поля, т.е. с необходимостью определения векторов электрических и магнитных полей, удовлетворяющих уравнениям Максвелла и граничным условиям на всех поверхностях, разделяющих среды с разными свойствами. Для реальных случаев получить полное и точное решение практически невозможно, поэтому расчет, как правило, проводят на упрощенных моделях, используя приближенные численные методы.
Для приблизительного учета уровней ослабления электромагнитных помех, вызванных пространственным разносом источников помех и оборудования СКС, можно воспользоваться формулами [76].
В том случае, если источник электромагнитных помех воздействует непосредственно на «открытый» провод оборудования СКС (например, оголенный провод штекера или коннектора), то ослабление воздействующих помех, вызванное пространственным разносом между оборудованием СКС и источником помех, может быть приближенно определено исходя из выражения: где: X - длина волны источника помех, м; г - расстояние от источника электромагнитных помех до оборудования СКС, м.
Зависимости ослабления ЭМП от расстояния между источником электромагнитных помех и «открытыми» проводами оборудования СКС, на различных частотах F, приведены на рис. 3.1.
Из представленной зависимости видно, что с увеличением частоты источника электромагнитных помех и удалением его от оборудования СКС потери при распространении ЭМП возрастают. Следовательно, для уменьшения влияния электромагнитных помех на оборудование СКС расстояние между источником помех и оборудованием, по возможности, должно быть максимальным.
Если источник электромагнитных помех воздействует непосредственно на корпус оборудования СКС (например, монтажный шкаф), то в этом случае ослабление воздействующих помех может быть приближенно найдено исходя из выражения:
где: S - площадь поверхности оборудования СКС, подверженная воздействию со стороны электромагнитных помех, м2; г - расстояние от источника электромагнитных помех до оборудования СКС, м; а = 2 - если корпус источника электромагнитных помех и оборудования СКС металлический, а = 1 - если источник помех не является корпусом (например, открытый провод излучающий ЭМП); к - минимальная эффективность экранирования металлического корпуса оборудования СКС, дБ. На рис. 3.2 представлены величины ослабления электромагнитных помех в зависимости от площади поверхности корпуса оборудования СКС и его удаления от источника помех.
Из представленных зависимостей видно, что чем больше площадь поверхности оборудования СКС и меньше расстояние до источника электромагнитных помех, тем больше уровень воздействующей на оборудование электромагнитной помехи. корпус оборудования СКС, с площадью подверженной излучению равной S = 0,36 м , (1) - не экранирован, (2) - корпус оборудования экранирован, а источник ЭМП не экранирован, (3) - корпус оборудования и источ ник помех экранированы.
Из представленных зависимостей видно, что при одной и той же площади оборудования СКС, подверженной воздействию электромагнитных помех, воздействие ЭМП может быть ослаблено до 80 дБ, как путем простейшего экранирования самого источника ЭМП, так и корпуса оборудования СКС.
Если источник электромагнитных помех воздействует на неэкраниро-ванный кабель (провод) коммутационного оборудования СКС (например, распределительные панели, монтирующиеся в распределительных пунктах и использующиеся для подключения и коммутации кабелей, приходящих от абонентских розеток и других распределительных пунктов), то ослабление электромагнитных помех можно приближенно определить исходя из выражения: где: Ln - длина кабеля, подверженного воздействию электромагнитной помехи, м; 1г - разнос входящих и выходящих кабелей (проводов) коммутационного (распределительного) оборудования СКС, м; г - расстояние от источника электромагнитных помех до оборудования СКС, м.
На рис. 3.4 представлены зависимости ослабления электромагнитной помехи от длины кабеля (провода), подверженного воздействию электромагнитной помехи и его удаления от источника помех, при разносе входящих и выходящих кабелей (проводов) коммутационного (распределительного) оборудования СКС 0,1 м.
