布线系统屏蔽层与接地的检测
美国理想工业公司北京代表处 任长宁
《综合布线系统工程设计规范（GB 50311）》中（3.5）规定了屏蔽布线的使用条件，并强调“应保持屏蔽层的连续性（3.5.4）。”相应地，在工程验收规范（GB 50312-2007）中，“电缆屏蔽层连通情况”是每条电缆的必测项目。问题在于：由于数据电缆屏蔽层是编织网（或编织网＋铝箔）结构，单纯测试连通性只能查出屏蔽层导体完全断裂的情况，无法检测出部分缺损、部分开路、虚接、严重变形等缺陷。
本文通过对目前布线工程中常用仪表功能的分析，提出几种“定量测试”布线系统屏蔽层连通性的方法，希望能对提高屏蔽布线系统工程质量有所帮助。
一、万用表与钳形地阻仪 1.1万用表
常规（模拟或数字）万用表电阻档即可测量布线系统屏蔽层直流电阻。确认配线架一侧的线缆屏蔽层已可靠端接后，在工作区用表笔分别接触2个RJ45插口的屏蔽罩，仪表读数即两条电缆屏蔽层直流电阻之和。但如果两个信息插座间距超出万用表测试线长度，则需延长测试线，操作不便；电阻过大时无法确认高阻点具体位置。
1.2钳形地阻仪
虽然仪表被称为“地阻仪”，但对于任何形成闭合回路的导体，它都能对其阻抗（采用交流信号进行测试，“导体阻抗”较“导体电阻”更准确。）进行测量，其测试方法又称为“电压注入，电流检出法”。仪表外观如图1.1a ，其内部结构如图1.1b 。仪表钳口由2个线圈构成，电压线圈（CT1）采用电磁感应方式向回路注入交变电压V （61-920输出电压频率约2400Hz ）。回路中即相应地产生交变电流I 。钳口另一个线圈（CT2）能测量到此电流，通过计算即可确定回路阻抗Rx 。
a b
图1.1 IDEAL 61-920钳形接地电阻测试仪及工作原理
由于被测导体必须是闭合回路，所以测试布线系统屏蔽层阻抗前，需用屏蔽跳线将工作区两插座屏蔽罩短接（图1.2），使两条水平布线屏蔽层连通。
屏蔽层构成闭合回路后，将仪表套接在可触及到的线缆或短接跳线上，即可测出阻抗值，如果忽略跳线屏蔽层阻抗及接口处接触电阻，则测量读数近似两条水平布线屏蔽层阻抗之和。与使用万用表测试类似，信息插座间距会影响测试的可操作性。
图1.2 钳形地阻仪测量屏蔽层阻抗
二、时域反射 2.1工作原理
综合布线认证测试仪都有“时域反射（TDR ）”
功能，能协助定位线路中故障点
位置。其工作原理如图2.1：在成对导体中传输的单个电脉冲信号，遇到阻抗波动点就会产生回波反射。计算回波信号出现的时间，即可定位开路、短路或阻抗异常点的位置，其原理类似雷达找飞机，只不过仪表在导体中注入和接收的是电脉冲，而不是超声波。
图2.1 阻抗波动与回波信号
2.2 测试屏蔽电缆传输阻抗
时域反射测试必须在一对有阻抗关系的导体中进行，因此必须将屏蔽双绞线全部线芯或其中之一当作1根导体，屏蔽层作为另1根导体进行测试，实际测试的是屏蔽电缆的传输阻抗。图2.2是时域反射测试的典型结果，代表屏蔽层与线芯间的阻抗特性的变化，虽然不能得到屏蔽层阻值，但能看出屏蔽层的均匀性。图线的凸
起与陷落都反映出屏蔽层状态，理论上，屏蔽层部分破损、受外应力过大等“软故障”都能从图线上看到。
图2.2 时域反射测试结果
三、估测屏蔽隔离度
屏蔽隔离度（或称耦合衰减）是描述屏蔽层性能较准确的指标，问题在于只有在实验室条件下才能进行此类测试。没有适合工程安装现场使用的仪表，并不意味着施工现场没有“估测”屏蔽隔离度的办法。
相关标准在6A 类布线中增加了“线外串扰”测试，虽然从布线认证测试角度讲，屏蔽布线系统不需要测试“线外串扰”，但如果将此测试方法用于屏蔽布线，尽管不是严格意义上的，而其测试结果实际反映的是“屏蔽隔离度”指标，因此可用于估测屏蔽层性能。
以IDEAL 公司LANTEK 测试仪为例，测试“线外串扰”有3种方式（图3.1），可得到表3.1中所列电气指标。
方式A 方式B 方式C
图3.1 估测屏蔽隔离度的方法
表3.1不同测试方法所能得到的电气指标
四、屏蔽与接地阻抗联合测试 4.1屏蔽布线系统接地方式
想发挥屏蔽布线抗干扰优势，除保证屏蔽层连续性外还要保证屏蔽层良好接地。屏蔽布线中，线缆屏蔽层一端在配线间通过配线设备接地，另一端在工作区通过终端设备与电源保护地相连，构成完整接地。
《综合布线系统工程设计规范（GB 50311-2007）》对涉及接地做法的7.0.6条文说明中规定：“为了保证全程屏蔽效果，终端设备的屏蔽金属罩可通过相应的方式与TN-S 系统的PE 线接地。”相应地，6.1.2中规定：“1. 每1个工作区至少应配置1个220V 交流电源插座。2. 工作区的电源插座应选用带保护接地的单相电源插座，保护地与零线应严格分开。”
4.2 TN-S配电系统与电源插座接线
所谓TN-S 系统，是低压配电的一种形式（图4.1），系统中的中性线（零线N ）与保护地线（PE 线）只有1个公共点，其它部分是严格分开的。中性线承载用电设备功率电流；保护地线作等电位连接，是故障电流或干扰电流的泻放通路，正常情况下不带电。
图4.1 TN-S配电系统示意图
工作区电源插座接线应满足《GB50303－2002建筑电气工程施工质量验收规范》强制条款，此标准22.1.2中规定：“……单相三孔插座的右孔与相线连接，左孔与零线连接；……接地（PE ）线接在上孔”（图4.2）。
零线 相线
保护地线
零线
相线
图4.2 工作区电源插座与接线方式
4.3 电源保护地的测试
由于工作区接地涉及强电，在进行屏蔽与接地阻抗联合测试前，有必要先对电源插座接线进行测试，排除地线带电、地线开路、零/地反接、地线接触不良等故障，确保人员和设备安全，同时为后续测试做好准备。
特别对保护地线，如果能对其阻抗进行定量测试，则对屏蔽布线系统的接地效果评判有重要意义。图4.3所示仪表，能完成对电源插座内导体阻抗的测试（图4.4）。需要说明一点，61-164CN 在测量保护地（PE ）线阻抗时，需在地线上施加测试电流。如果被测线路中装有漏电保护器，则有可能触发其动作，因此测量前需暂时将保护装置断开或旁路，否则无法得到准确阻抗数据。
图 4.3 IDEAL 61-164CN电路分析仪 图4.4 用IDEAL 61-164CN测量线路阻抗
4.4屏蔽层与接地联合测试
4.4.1安装终端设备前现场测试屏蔽与接地
确认电源插座接线无误后，用万用表电阻档直接测试信息插座屏蔽罩和电源插
座保护地线（PE 线）间电阻（图4.5）。
图4.5万用表测试屏蔽-接地电阻
4.4.2 安装终端设备后测试屏蔽与接地
装有屏蔽网卡的终端设备，需通过屏蔽跳线接入屏蔽布线系统，并通过3芯电源线与TN-S 供电系统相连。如图4.6所示，使用钳形地阻仪在跳线或设备电源线上进行测试。
图4.6测试已安装设备屏蔽-接地阻抗
此测试方法能较准确地得到屏蔽系统接地电阻（阻抗）数值，当测试结果不合格时，需采用相应手段进行故障定位，并加以排除。
五、测试方法比较
序号 1
测试方法 万用表
测试项目
测试位置
测试条件 直接测试
优点
缺点
2 钳形地阻仪
屏蔽层直流工作区两相电阻 邻信息插座
屏蔽罩
屏蔽层阻抗 配线架或工
作区处外露电缆 屏蔽层与线线缆两端 芯间阻抗均匀性 屏蔽隔离度
线缆两端
3 时域反射
需用屏蔽跳线短接两工作区插座屏蔽罩
短接线芯后测试
4 线外串扰 直接测试
5
屏蔽层-接地屏蔽层-接地工作区 联合测试 电阻（阻抗）
确认电源插
座接线正确后，直接测试
仪表简单工作区插座间距影响测试可操作性
2结果为两条线缆屏蔽层直流电阻之和 3. 不能定位故障点
交流信号测试阻抗工作区插座间距影响测试可操作性
2结果为两条线缆屏蔽层、屏蔽罩接触电阻之和 3. 不能定位故障点
1. 准确反映屏蔽层均匀性 1. 屏蔽层与线芯间阻抗，并非屏蔽层阻2. 定位故障点 抗
2. 需制作连接适配器（短接线芯） 3. 起点和终点数据不准
反映屏蔽效果仪表昂贵、操作复杂，测试时间长
2. 实际布线中，线缆并非全程密集平行布放，测试结果不完全反映屏蔽效果 3. 不能定位故障点
1. 真实反映屏蔽层-接地情况 不能定位故障点 2. 能分别得到屏蔽层和电源接地保护线阻抗数据 3. 检查了电源情况
通过对比可知：没有单一仪表或单一方法，能完全解决屏蔽布线工程中屏蔽层量化测试与故障定位问题。兼顾可操作性、便捷性、测试成本、测试时间等因素，推荐使用“屏蔽层-接地联合测试”法进行工程质量检查，当发现电阻（阻抗）异常时，对弱电系统采用“时域反射”进行故障定位，对强电系统采用电路分析仪排查故障点，从而最大程度地确保屏蔽布线网络的工程质量。
7
参考文献：
《GB 50311-2007综合布线系统工程设计规范》 《GB 50312-2007综合布线系统工程验收规范》
《GB/T16895.17-2002建筑物电气装置 第5部分：电气设备的选择和安装 第548节：信息技术装置的接地配置和等电位联结》
《GB/T 16895.16-2002建筑物电气装置 第4部分：安全防护 第44章：过电压保护 第444节：建筑物电气装置电磁干扰（EMI) 防护》
《JGJ16-2008民用建筑电气设计标准》
《DB11/146.8-2002 建筑及住宅小区智能化工程检测验收规范 第8部分 电源与接地》 《GB 50169-2006电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范》
布线系统屏蔽层与接地的检测
美国理想工业公司北京代表处 任长宁
《综合布线系统工程设计规范（GB 50311）》中（3.5）规定了屏蔽布线的使用条件，并强调“应保持屏蔽层的连续性（3.5.4）。”相应地，在工程验收规范（GB 50312-2007）中，“电缆屏蔽层连通情况”是每条电缆的必测项目。问题在于：由于数据电缆屏蔽层是编织网（或编织网＋铝箔）结构，单纯测试连通性只能查出屏蔽层导体完全断裂的情况，无法检测出部分缺损、部分开路、虚接、严重变形等缺陷。
本文通过对目前布线工程中常用仪表功能的分析，提出几种“定量测试”布线系统屏蔽层连通性的方法，希望能对提高屏蔽布线系统工程质量有所帮助。
一、万用表与钳形地阻仪 1.1万用表
常规（模拟或数字）万用表电阻档即可测量布线系统屏蔽层直流电阻。确认配线架一侧的线缆屏蔽层已可靠端接后，在工作区用表笔分别接触2个RJ45插口的屏蔽罩，仪表读数即两条电缆屏蔽层直流电阻之和。但如果两个信息插座间距超出万用表测试线长度，则需延长测试线，操作不便；电阻过大时无法确认高阻点具体位置。
1.2钳形地阻仪
虽然仪表被称为“地阻仪”，但对于任何形成闭合回路的导体，它都能对其阻抗（采用交流信号进行测试，“导体阻抗”较“导体电阻”更准确。）进行测量，其测试方法又称为“电压注入，电流检出法”。仪表外观如图1.1a ，其内部结构如图1.1b 。仪表钳口由2个线圈构成，电压线圈（CT1）采用电磁感应方式向回路注入交变电压V （61-920输出电压频率约2400Hz ）。回路中即相应地产生交变电流I 。钳口另一个线圈（CT2）能测量到此电流，通过计算即可确定回路阻抗Rx 。
a b
图1.1 IDEAL 61-920钳形接地电阻测试仪及工作原理
由于被测导体必须是闭合回路，所以测试布线系统屏蔽层阻抗前，需用屏蔽跳线将工作区两插座屏蔽罩短接（图1.2），使两条水平布线屏蔽层连通。
屏蔽层构成闭合回路后，将仪表套接在可触及到的线缆或短接跳线上，即可测出阻抗值，如果忽略跳线屏蔽层阻抗及接口处接触电阻，则测量读数近似两条水平布线屏蔽层阻抗之和。与使用万用表测试类似，信息插座间距会影响测试的可操作性。
图1.2 钳形地阻仪测量屏蔽层阻抗
二、时域反射 2.1工作原理
综合布线认证测试仪都有“时域反射（TDR ）”
功能，能协助定位线路中故障点
位置。其工作原理如图2.1：在成对导体中传输的单个电脉冲信号，遇到阻抗波动点就会产生回波反射。计算回波信号出现的时间，即可定位开路、短路或阻抗异常点的位置，其原理类似雷达找飞机，只不过仪表在导体中注入和接收的是电脉冲，而不是超声波。
图2.1 阻抗波动与回波信号
2.2 测试屏蔽电缆传输阻抗
时域反射测试必须在一对有阻抗关系的导体中进行，因此必须将屏蔽双绞线全部线芯或其中之一当作1根导体，屏蔽层作为另1根导体进行测试，实际测试的是屏蔽电缆的传输阻抗。图2.2是时域反射测试的典型结果，代表屏蔽层与线芯间的阻抗特性的变化，虽然不能得到屏蔽层阻值，但能看出屏蔽层的均匀性。图线的凸
起与陷落都反映出屏蔽层状态，理论上，屏蔽层部分破损、受外应力过大等“软故障”都能从图线上看到。
图2.2 时域反射测试结果
三、估测屏蔽隔离度
屏蔽隔离度（或称耦合衰减）是描述屏蔽层性能较准确的指标，问题在于只有在实验室条件下才能进行此类测试。没有适合工程安装现场使用的仪表，并不意味着施工现场没有“估测”屏蔽隔离度的办法。
相关标准在6A 类布线中增加了“线外串扰”测试，虽然从布线认证测试角度讲，屏蔽布线系统不需要测试“线外串扰”，但如果将此测试方法用于屏蔽布线，尽管不是严格意义上的，而其测试结果实际反映的是“屏蔽隔离度”指标，因此可用于估测屏蔽层性能。
以IDEAL 公司LANTEK 测试仪为例，测试“线外串扰”有3种方式（图3.1），可得到表3.1中所列电气指标。
方式A 方式B 方式C
图3.1 估测屏蔽隔离度的方法
表3.1不同测试方法所能得到的电气指标
四、屏蔽与接地阻抗联合测试 4.1屏蔽布线系统接地方式
想发挥屏蔽布线抗干扰优势，除保证屏蔽层连续性外还要保证屏蔽层良好接地。屏蔽布线中，线缆屏蔽层一端在配线间通过配线设备接地，另一端在工作区通过终端设备与电源保护地相连，构成完整接地。
《综合布线系统工程设计规范（GB 50311-2007）》对涉及接地做法的7.0.6条文说明中规定：“为了保证全程屏蔽效果，终端设备的屏蔽金属罩可通过相应的方式与TN-S 系统的PE 线接地。”相应地，6.1.2中规定：“1. 每1个工作区至少应配置1个220V 交流电源插座。2. 工作区的电源插座应选用带保护接地的单相电源插座，保护地与零线应严格分开。”
4.2 TN-S配电系统与电源插座接线
所谓TN-S 系统，是低压配电的一种形式（图4.1），系统中的中性线（零线N ）与保护地线（PE 线）只有1个公共点，其它部分是严格分开的。中性线承载用电设备功率电流；保护地线作等电位连接，是故障电流或干扰电流的泻放通路，正常情况下不带电。
图4.1 TN-S配电系统示意图
工作区电源插座接线应满足《GB50303－2002建筑电气工程施工质量验收规范》强制条款，此标准22.1.2中规定：“……单相三孔插座的右孔与相线连接，左孔与零线连接；……接地（PE ）线接在上孔”（图4.2）。
零线 相线
保护地线
零线
相线
图4.2 工作区电源插座与接线方式
4.3 电源保护地的测试
由于工作区接地涉及强电，在进行屏蔽与接地阻抗联合测试前，有必要先对电源插座接线进行测试，排除地线带电、地线开路、零/地反接、地线接触不良等故障，确保人员和设备安全，同时为后续测试做好准备。
特别对保护地线，如果能对其阻抗进行定量测试，则对屏蔽布线系统的接地效果评判有重要意义。图4.3所示仪表，能完成对电源插座内导体阻抗的测试（图4.4）。需要说明一点，61-164CN 在测量保护地（PE ）线阻抗时，需在地线上施加测试电流。如果被测线路中装有漏电保护器，则有可能触发其动作，因此测量前需暂时将保护装置断开或旁路，否则无法得到准确阻抗数据。
图 4.3 IDEAL 61-164CN电路分析仪 图4.4 用IDEAL 61-164CN测量线路阻抗
4.4屏蔽层与接地联合测试
4.4.1安装终端设备前现场测试屏蔽与接地
确认电源插座接线无误后，用万用表电阻档直接测试信息插座屏蔽罩和电源插
座保护地线（PE 线）间电阻（图4.5）。
图4.5万用表测试屏蔽-接地电阻
4.4.2 安装终端设备后测试屏蔽与接地
装有屏蔽网卡的终端设备，需通过屏蔽跳线接入屏蔽布线系统，并通过3芯电源线与TN-S 供电系统相连。如图4.6所示，使用钳形地阻仪在跳线或设备电源线上进行测试。
图4.6测试已安装设备屏蔽-接地阻抗
此测试方法能较准确地得到屏蔽系统接地电阻（阻抗）数值，当测试结果不合格时，需采用相应手段进行故障定位，并加以排除。
五、测试方法比较
序号 1
测试方法 万用表
测试项目
测试位置
测试条件 直接测试
优点
缺点
2 钳形地阻仪
屏蔽层直流工作区两相电阻 邻信息插座
屏蔽罩
屏蔽层阻抗 配线架或工
作区处外露电缆 屏蔽层与线线缆两端 芯间阻抗均匀性 屏蔽隔离度
线缆两端
3 时域反射
需用屏蔽跳线短接两工作区插座屏蔽罩
短接线芯后测试
4 线外串扰 直接测试
5
屏蔽层-接地屏蔽层-接地工作区 联合测试 电阻（阻抗）
确认电源插
座接线正确后，直接测试
仪表简单工作区插座间距影响测试可操作性
2结果为两条线缆屏蔽层直流电阻之和 3. 不能定位故障点
交流信号测试阻抗工作区插座间距影响测试可操作性
2结果为两条线缆屏蔽层、屏蔽罩接触电阻之和 3. 不能定位故障点
1. 准确反映屏蔽层均匀性 1. 屏蔽层与线芯间阻抗，并非屏蔽层阻2. 定位故障点 抗
2. 需制作连接适配器（短接线芯） 3. 起点和终点数据不准
反映屏蔽效果仪表昂贵、操作复杂，测试时间长
2. 实际布线中，线缆并非全程密集平行布放，测试结果不完全反映屏蔽效果 3. 不能定位故障点
1. 真实反映屏蔽层-接地情况 不能定位故障点 2. 能分别得到屏蔽层和电源接地保护线阻抗数据 3. 检查了电源情况
通过对比可知：没有单一仪表或单一方法，能完全解决屏蔽布线工程中屏蔽层量化测试与故障定位问题。兼顾可操作性、便捷性、测试成本、测试时间等因素，推荐使用“屏蔽层-接地联合测试”法进行工程质量检查，当发现电阻（阻抗）异常时，对弱电系统采用“时域反射”进行故障定位，对强电系统采用电路分析仪排查故障点，从而最大程度地确保屏蔽布线网络的工程质量。
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参考文献：
《GB 50311-2007综合布线系统工程设计规范》 《GB 50312-2007综合布线系统工程验收规范》
《GB/T16895.17-2002建筑物电气装置 第5部分：电气设备的选择和安装 第548节：信息技术装置的接地配置和等电位联结》
《GB/T 16895.16-2002建筑物电气装置 第4部分：安全防护 第44章：过电压保护 第444节：建筑物电气装置电磁干扰（EMI) 防护》
《JGJ16-2008民用建筑电气设计标准》
《DB11/146.8-2002 建筑及住宅小区智能化工程检测验收规范 第8部分 电源与接地》 《GB 50169-2006电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范》