Навіщо потрібна екранована вита пара і чи потрібно екранувати структуровану кабельну систему?

26 2 2019

Чи потрібно екранувати
структуровану кабельну систему?

У світовій практиці кабельні системи реалізуються переважно в неекранованому варіанті, в зв'язку з чим виникає резонне питання: так, може, слід взагалі відмовитися від екранованих систем? Користувачам добре знайома проблема виходу з ладу жорстких дисків комп'ютера. Однак вони навряд чи зможуть пригадати випадки відмови ІТ-систем через електромагнітних завад, чому в чималому ступені сприяє як статистичний характер відповідних збурень, так і наявність механізму виправлення помилок в протоколі Ethernet.

Дослідження, проведені в 2010-2015 роках, продемонстрували, що незадовільні характеристики електромагнітної сумісності ліній сприймаються користувачами як високе навантаження на мережу

Помилки в переданої інформації, що виникають внаслідок впливу електромагнітних наведень, нічим не відрізняються від колізій і інтерпретуються мережевим обладнанням Ethernet саме таким чином. У важких випадках це може привести до повної відмови мережі, але оскільки подібні явища відбуваються рідко, на них не звертають уваги.

Представлена статистика була накопичена при роботі з мережевим обладнанням стандартів 100BaseTX і 1GBaseT, яке володіє помітно більш високим ступенем захисту від зовнішніх впливів в порівнянні з інтерфейсами 10GBaseT. Останні - при всій ефективності використання робочих частот завдяки майстерної обробці широкосмугового сигналу - виявляються набагато чутливіші до різного роду перешкод через мінімальних рівнів сигналу.

Висновок слід негайно: альтернативи екрануванню немає!

При підготовці проекту побудови кабельної інфраструктури особливе значення надається захисту інвестицій, що спрямовуються на її створення, і економічної доцільності. В ідеальному випадку розробку концепції і технічних рішень на її основі виконує фахівець, незалежний від виробника СКС, при цьому він здійснює всебічну оптимізацію з урахуванням всього комплексу параметрів. Як показує досвід, найкращий захист інвестицій забезпечують продукти з найкращими характеристиками. Проте постійно зростає частка проектів, де використовується низькоякісне, але зате більш дешеве обладнання, а в ході робіт порушуються правила інсталяції.

БАЗОВІ ОСНОВИ ЕКРАНУВАННЯ

Електромагнітні перешкоди здебільшого носять несиметричний характер. Це означає, що зміна напруги, створюваного цим джерелом, відбувається щодо землі. Симетричні кабельні ланцюги ефективно пригнічують перешкоду незалежно від природи її виникнення, якщо тільки перешкода діє на обидва дроти симетричного тракту передачі однаковим чином (див. Малюнок 1). Даний випадок відповідає ідеальній симетрії і означає, що обидві перешкоджаючі складові віднімаються одне з одного. Відомо, однак, що в реальності повної компенсації не відбувається. Чисельної мірою відхилення від ідеального випадку служить спеціальний параметр - загасання несиметричних завад (Transversе Conversion Loss, TCL). В результаті гранична величина придушення перешкоди обмежена 40 дБ, що в ряді практично важливих випадків виявляється недостатнім. Для доведення ступеня придушення зовнішньої перешкоди до потрібного значення використовується додатковий провідник, виготовлений у формі трубки, який захищає пару проводів з усіх боків. Замість трубки зручніше використовувати її аналог у вигляді обплетення, що забезпечує необхідний захист і майже не обмежує гнучкість кабелю.

Електростатичне вплив блокується повністю за рахунок ефекту клітки Фарадея. Магнітне поле в значній мірі пригнічується завдяки явищу взаємної індукції. В результаті високочастотне випромінювання має порівняно невелику глибину проникнення і не досягає внутрішнього проводить контуру

Механізм дії екрану

Малюнок 1. Електромагнітні перешкоди здебільшого носять несиметричний характер. Це означає, що зміна напруги, створюваного цим джерелом, відбувається щодо землі. Симетричні кабельні ланцюги ефективно пригнічують перешкоду незалежно від природи її виникнення, якщо перешкода діє на обидва дроти симетричного тракту передачі однаковим чином

Проблема електромагнітної сумісності окремих електричних пристроїв не втрачає своєї актуальності вже тривалий час. Найбільші проблеми викликають ті перешкоди, які діють на тракт передачі ззовні і призводять до відмови системи. На обладнання локальних мереж в частотному діапазоні 80,0 МГц - 2,0 ГГц впливає велика кількість різних джерел. Наприклад, перешкоди створюють мобільні телефони, стаціонарні радіостанції, телевізійні і радіомовні передавачі, переносні радіостанції та різні промислові ВЧ-установки. Порушення функціонування локальної мережі відбувається в той момент, коли ці пристрої генерують імпульсну заваду, потужність якої перевищує поріг нечутливості мережевого обладнання. Іншими джерелами перешкод є силові електричні кабелі і працюють люмінесцентні лампи.

КЛАСИ ЕКРАНУВАННЯ СИМЕТРИЧНОГО КАБЕЛЮ
Для того щоб порівняння екранованих і неекранованих систем в конкретному проекті було найбільш ефективним, необхідно ввести відповідну чисельну міру. У цьому питанні так зване опір зв'язку мало чим може допомогти. Справа в тому, що цей класичний в області екранування параметр не визначений для неекранованих систем. Опір зв'язку зручно тим, що залежить виключно від конструкції кабелю, а не від умов навколишнього середовища і схеми включення вироби. Даний параметр має певну частотної залежністю, причому чим нижче його абсолютне значення, тим менше заважає напруга, наводимое струмом зовнішньої перешкоди, який протікає в екрані.

Стандарт IEC61156-5 розрізняє дві групи виробів: з рівнем 1 (обплітальні екран) і з рівнем 2 (кабель з плівковим екраном). Для багатьох користувачів визначення опору зв'язку видається занадто абстрактним, а тому незрозумілим.

З метою усунення зазначеного вище недоліку в стандарті IEC 62153-4-5 був введений спеціальний параметр загасання екранування, який в кількісної формі характеризує комбінована дія екрану (при його наявності) і скручування окремих пар симетричного кабелю. Процедура визначення загасання екранування побудована таким чином, що вона виконується в умовах нормального функціонування мережі, що дозволяє відокремити зерна від плевел.

В Таблиці 1 порівнюються вимоги до кабелю для побудови СКС, причому відповідність між конструктивними варіантами виконання кабелю і вимогами до характеристик їх стійкості до зовнішніх перешкод відповідає типовим результатами вимірювань.

На підставі представлених даних можна зробити висновок, що

кабель UTP забезпечує ступінь придушення зовнішньої перешкоди в 1000 разів (40 дБ), в той час як у конструкцій S / FTP значення цього параметра досягає 30 000 (85 дБ)

Таблиця 1. Опір зв'язку та затухання екранування для кабелів різних різновидів

ВИМОГИ ДО ПРОСТОРОВОГО РОЗДІЛЕННЯ СИЛОВИХ ТА ІНФОРМАЦІЙНИХ ЛІНІЙ
Добре відомий інсталяційний стандарт EN 50174-2 поряд із загальними рекомендаціями щодо проведення монтажних робіт містить ряд вказівок щодо спільної прокладки силових і інформаційних кабелів, в тому числі рекомендованих відстаней між ними і застосування роздільників на трасах. Докладні рекомендації по рознесенню силових і інформаційних кабелів введені і в останню редакцію стандарту EN 50174-2: 2009 причому включена в нього інформація може використовуватися і при побудові екранованих і неекранованих конструкцій (див. Таблицю 2)

Таблиця 2. Класифікація кабелів для передачі інформаційних сигналів

Величина просторового розносу силових і інформаційних кабелів залежить від наступних факторів:

опору зв'язку (якості екрану) інформаційного кабелю;
особливостей конструкції і кількості ланцюгів передачі струму в силових кабелях;
наявності розділових перегородок в кабельних каналах.
Мінімальна відстань А між силовими і інформаційними кабелями розраховується як А = S × P, де S - мінімальна відстань без застосування роздільник, Р - поправочний коефіцієнт.

Приклад. Структурована кабельна система повністю відповідає вимогам стандарту EN 50173 і побудована на основі кабелів Категорії 7. Клас поділу без застосування перегородки визначено як d і дає S = 10 мм. 80% кабельних каналів, доступних на ринку, виготовляються з полівінілхлориду. У каналі прокладається 10 силових кабелів. Такі умови відповідають Р = 0,8 і А = S × P = 10 мм × 0,8 = 8 мм.

При першій інсталяції кабельної системи і модернізації вже побудованої раніше необхідно звернути увагу на часто зустрічаються помилки (див. Малюнок 3). Вони пов'язані з тим, що силові та інформаційні кабелі прокладаються в одному каналі, що не виключає прямого контакту цих різнорідних виробів. Найчастіше дана ситуація стає можливою через відсутність розділової перегородки в настінних коробах. Негативні наслідки такого порушення сильно залежать від дальності зв'язку і числа кабелів в каналі. Верхні кабелі своєю масою тиснуть вниз, що призводить до додаткового зближення окремих груп кабельних виробів.

Малюнок 3. Силові та інформаційні кабелі часто прокладаються в одному каналі. При цьому не виключений прямий контакт цих різнорідних виробів.

ЕКОНОМІЧНІ АСПЕКТИ ЗАСТОСУВАННЯ ЕКРАНУВАННЯ
Для оцінки вартості рішення розглянемо декілька можливих сценаріїв побудови горизонтальної підсистеми в разі її реалізації на елементній базі різного виду. Аналіз будемо проводити для трьох типових однорідних і неоднорідних мереж різного розміру:

Невелика змішана інсталяція, що в загальному випадку може означати прокладку кабелів недалеко від виробничих приміщень, де ймовірно вплив досить потужних електромагнітних завад. На кожен інформаційний кабель доводиться один силовий кабель 3 × 1,5 мм 2.
Офісна гетерогенна мережа середнього розміру з низьковольтних електропостачанням термінальних пристроїв локальної мережі. На кожен силовий кабель доводиться три інформаційних.
Масштабна офісна мережа з високою щільністю розміщення робочих місць, в якій інформаційні кабелі мають домінуюче значення і розділені на окремі сегменти. На кожен силовий кабель доводиться п'ять інформаційних.
Для даної задачі клас кабельної системи має другорядне значення. Однак для більшої визначеності подальший аналіз будемо проводити виходячи з застосування кабельної системи класу ЕА. Згідно перспективному стандарту EN 50288-10-1, в таких умовах допустимо застосовувати кабелі, які відносяться до класів поділу з або d, тобто кабельні канали повинні бути оснащені відповідно до вимог стандарту EN 50174-2.

Відповідно, можливо три варіанти реалізації кабельних каналів:

класичний пластиковий канал, в якому встановлена розподільна стінка;
пластиковий трисекційний канал;
металевий кабельний канал з металевими роздільниками.

У разі офісної мережі малого або середнього масштабу щільність слабкострумових кабелів виявляється порівняно високою. У цій ситуації використання відносно недорогих інформаційних кабелів з класом поділу з вимагає збільшення відстані між кабелями або застосування металевої розділової перегородки.

Економічна пластикова стінка розділяє кабельні пучки, однак не забезпечує того відстані між ними, яке нормується стандартом EN50174-2. Металеві розділові стінки, що встановлюються в пластикових каналах (варіант 1), дозволяють домогтися необхідного ступеня придушення заважає впливу, але вартість рішення значно зростає. Останнє обумовлено не тільки застосуванням більш дорогого матеріалу для стінки, а й необхідністю її заземлення. З урахуванням даних обставин такі кабельні канали доцільно використовувати для кабелів з класом поділу не нижче d.

Трикамерні канали (варіант 2) забезпечують велику відстань між двома кабельними пучками і дозволяють застосовувати кабелі з класами поділу з і d, тобто в обох випадках є економічне рішення. Проте слід мати на увазі, що поділ в трьох камерах виконується за допомогою пластикових перегородок з обмеженим дією. Розділові перегородки повинні встановлюватися таким чином, щоб відстань між кабельними пучками було не менше 50 мм - саме таке значення рекомендується для кабелів, що відповідають вимогам класу d з розділення.

Найкращі характеристики забезпечують металеві кабельні канали, які додатково забезпечуються металевими розділовими перегородками. В цьому випадку заземляется весь канал. Ізоляція найбільш ефективно знижує рівень електромагнітного впливу, що дозволяє використовувати інформаційні кабелі з класом поділу с. Проте високоякісне екранування, що виконується за допомогою такого кабельного каналу, викликає ряд питань. Необхідність в поділі може виникнути найпізніше при прокладці кабелів до поверховим розподільника, і тоді знову може з'явитися потреба в кабелях з класом поділу d.

Побудова великомасштабних офісних кабельних систем має свої особливості. З урахуванням того, що силові кабелі прокладаються за своїми маршрутами, в даній ситуації можна скористатися класичним пластиковим коробом (варіант 1), який, однак, повинен бути виконаний по трехкамерной схемою. При однакових шляхах прокладки силових і розподілених кабелів загальна картина аналогічна офісу середнього масштабу. З огляду на порівняно низької щільності силових кабелів металеві канали в цьому середовищі не можуть проявити свої переваги з розділення ланцюгів і лише підвищують вартість прокладки інформаційних мереж. У якісній формі дані положення представлені в Таблиці 3.

Розрахунки, проведені для офісів середнього масштабу з нормальною електромагнітної обстановкою при наявності 15 інформаційних кабелів в каналі, показали, що використання кабелів класу d веде до найменшої вартості проекту при всіх трьох варіантах реалізації каналів.