Zalecenia instalacyjne dla okablowania

Miedziane technologie transportu obejmujące ekranowane i podwójnie ekranowane kable telekomunikacyjne stanowią obecnie podstawę szybkiego transportu w sieciach teleinformatycznych okablowania strukturalnego. Podczas instalacji kablowych o dużej przepływności powstają jednak problemy, związane z ekranowaniem i uziemianiem systemu telekomunikacyjnego oraz zachowaniem zgodności elektromagnetycznej EMC (Electromagnetic Compatibility). Obowiązująca powszechnie zasada uziemiania w jednym miejscu systemów komputerowych, zawierających elementy aktywne, nie jest praktycznie wykonalna w okablowaniu strukturalnym.

Funkcja ekranowania

Ekranowanie miedzianych kabli transmisyjnych polega na otoczeniu wszystkich czynnych i biernych elementów transmisyjnych (przewodów sygnałowych, złączy, przyłączy, portów krosownic, portów ruterów i urządzeń) dobrze przewodzącą powłoką metalizowaną o cechach klatki Faradaya. W warunkach idealnych ekran zapobiega przenikaniu pola elektromagnetycznego zarówno z kabla na zewnątrz, jak i z otaczającego środowiska do wnętrza toru transmisyjnego. W praktyce może się jednak zdarzyć, że śle wykonane ekranowanie będzie zachowywać się jak antena i wychwytywać lub emitować sygnały zakłócające o niedopuszczalnym poziomie. Ekranowanie ma na celu wyeliminowanie zakłóceń - także toru transmisyjnego - oraz ograniczenia szkodliwych emisji elektromagnetycznych EMI (Electromagnetic Interference) do otaczającego środowiska.

Ekran kabla komunikacyjnego powinien zapewnić ochronę przed zewnętrznymi zakłóceniami o niskiej i wysokiej częstotliwości na całej trasie transportu informacji. Dlatego najlepszym miedzianym medium transportowym dla transmisji o dużej szybkości są kable podwójnie ekranowane (oddzielnie każda para, a następnie cały kabel) folią aluminiową lub dodatkowym ekranem miedzianym w postaci szczelnego oplotu. Taki system ekranowania może okazać się niezbędny nawet dla niewielkich szybkości transmisji w kablu, zwłaszcza jeśli znajduje się bezpośrednio w środowisku o wysokim poziomie zewnętrznych zakłóceń EMI. Dobrze wykonane ekranowanie chroni kabel zarówno przed emisją interferencyjną, jak i przed immisją - chroniąc w ten sposób przenoszone kablem informacje. Koszt produkcji kabli z ekranowaniem łącznie z ich instalacją jest ok… 50% większy.

System uziemień

Podstawową funkcją systemu uziemień urządzeń komunikacyjnych jest ochrona osób przed napięciami i prądami niebezpiecznymi dla człowieka, podczas gdy celem ekranowania jest unikanie szkodliwych emisji do środowiska, minimalizacja zakłóceń samego toru transmisyjnego oraz ograniczenie szkodliwych emisji interferencyjnych między kablami teleinformatyki. Właściwe ekranowanie zwiększa prawdopodobieństwo uzyskiwania większych przepływności w kablu, wynikające z realizacji bardziej poprawnych transmisji niezawierających powtórzeń.

Podczas gdy zasady uziemiania urządzeń stacjonarnych (uziemienie ochronne) są od lat niezmienne i rygorystycznie przestrzegane niezależnie od rozproszenia systemu komputerowego - gdyż dotyczą bezpieczeństwa i ochrony zdrowia pracowników obsługujących system - wymagania na ekranowanie i uziemianie ekranu okablowania nie są już tak jednoznaczne. Wprawdzie negatywne oddziaływanie instalacji elektrycznej na sieć komputerową w obszarze okablowania poziomego można zmniejszyć przez wzajemną ich separację przegrodami listwowymi (za pomocą oddzielnej kanalizacji dla przewodów elektrycznych i oddzielnej dla kabli transmisyjnych), niemniej wpływ ten nadal istnieje i nie może być pomijany przy projektowaniu instalacji okablowania strukturalnego.

Inaczej niż w dużych systemach z przetwarzaniem scentralizowanym, gdzie uziemienie oraz ekranowanie można i należy wykonać w jednym centralnym punkcie zasilania całego systemu za pomocą odpowiednio krótkich przewodów, w systemach z przetwarzaniem rozproszonym - a takim jawi się okablowanie strukturalne - sposób i wykonanie ekranowania nie są tak oczywiste. Zwłaszcza że częstotliwości przekazów w okablowaniu strukturalnym przekraczają granicę 1 GHz (10 Gb/s) i stosowanie zbyt długich odcinków uziemiających ekran okablowania bądź niewłaściwy sposób ekranowania całości urządzenia przynosi odwrotny efekt, czyli emisję sygnałów szkodliwych zamiast ochrony okablowania przed zakłóceniami.

W obu przypadkach należy wyraśnie odróżnić uziemienie ochronne systemu, związane z dostarczaniem energii elektrycznej do poszczególnych stanowisk pracy, od uziemiania i ekranowania kabli połączeniowych i urządzeń komunikacyjnych w celu zapewnienia właściwych warunków transmisji.

Ekranowanie kabli

Jakość zastosowanego ekranu ocenia się głównie wg jego impedancji przejścia (impedancji wzdłuż kabla): im niższa wartość impedancji przejścia, tym lepsze ekranowanie i osiągane parametry zgodności elektromagnetycznej EMC (Electro Magnetic Compability). Nie jest to jedyny warunek dobrego zabezpieczenia przed zakłóceniami. Łączna efektywność ekranowania okablowania zależy bowiem jednocześnie od wielu innych czynników, takich jak rodzaju materiału, z którego jest wykonany ekran, grubości ekranu, szczelności połączeń ekranowania, typu i częstotliwości pola zakłócającego, maksymalnej szybkości pracy, zachowania odległości między śródłem zakłóceń a ekranem, sposobu uziemienia ekranu, zakończenia i nieciągłości ekranu, a także integralności kabla (całkowite ekranowanie obudowy przyłączy interfejsowych).

Uwzględnienie tych wszystkich czynników jest niezwykle trudne, ale umożliwia realizację wymagań kompatybilności EMC dla sieci teleinformatycznych o dużych przepływnościach i wymaga od projektantów i producentów równoczesnych działań w kilku kierunkach. Wśród nich poczesne miejsce zajmują: maksymalna symetryzacja linii przesyłowej (aż do zupełnego braku potrzeby ekranowania kabla), skuteczne ekranowanie okablowania wraz z komponentami przyłączeniowymi, co zawsze poprawia parametry EMC, oraz stosowanie odpowiednich elementów filtracji toru przesyłowego (adaptery i baluny).

Zgodnie z zaleceniami (firma Krone) ekrany kabli transmisyjnych w okablowaniu strukturalnym powinny być bezwzględnie przyziemione do izolowanej głównej szyny uziemiającej znajdującej się w centralnym punkcie dystrybucyjnym lub piętrowym punkcie rozdzielczym, a każda z izolowanych szyn uziemiających połączona gwiaśdziście oddzielnym przewodem z systemem uziemienia budynku typu kratownica. Odizolowanie szyny od pozostałych elementów metalowych jest konieczne w celu uniknięcia powstawania szkodliwych pętli uziemiających. Z tych samych powodów izolowana szyna uziemiająca nie może być połączona bezpośrednio ani z uziemieniem ochronnym urządzenia, ani z jakimkolwiek systemem uziemienia odbioru energii elektrycznej, takim jak klimatyzacja, wentylacja, dświgi czy oświetlenie.

Jednostronne uziemienie ekranów okablowania poziomego z szyną szafy dystrybucyjnej na konkretnym piętrze budynku inteligentnego, chociaż jest najprostszym sposobem ekranowania dla małych i średnich szybkości transmisji (pod warunkiem kontynuacji ekranu wzdłuż toru transmisyjnego), nie jest niestety zawsze poprawnym rozwiązaniem dla wysokich częstotliwości pracy, a w praktyce niekiedy wręcz szkodliwym. Zgodnie bowiem z wymaganiami zgodności EMC dla wyższych częstotliwości pracy (powyżej 1 MHz) ekran linii transmisyjnej nie powinien być uziemiony jednostronnie, lecz w dwóch niezakłóconych punktach po obu stronach kabla łączącego szafę dystrybucyjną z urządzeniem końcowym. Oznacza to, że ekran długiego kabla transmisyjnego należy uziemiać także w urządzeniach końcowych do podobnej szyny, jak w szafie dystrybucyjnej.

Dotyczy to oczywiście jedynie niezakłóconych punktów uziemiających, czyli o różnicy potencjału nie większej niż 1 V napięcia skutecznego - akceptowanego przez wszystkie typy nadawczo-odbiorczych układów interfejsowych fizycznych linii transmisyjnych. Większa różnica potencjałów oznacza nieprawidłowe zasilanie energetyczne urządzeń i szaf dystrybucyjnych (za małe przekroje, niewłaściwe złącza elektryczne, wzrost rezystancji z powodu starzenia się elektrycznych elementów stykowych), niepoprawnie wykonane uziemienie ochronne sprzętu telekomunikacyjnego i urządzeń komputerowych. Taki sam efekt daje źle poprowadzona instalacja energetyczna, powodującą powstawanie prądów lub pętli błądzących. Błędnie rozprowadzona instalacja energetyczna, czyli niewłaściwy podział sekcji zasilania energią elektryczną urządzeń, jest główną przyczyną powstawania okresowych bądź przypadkowych zakłóceń w sieciach okablowania strukturalnego.

Nieciągłość ekranu

Dodatkowe trudności powstają, gdy brak jest ciągłości ekranu wzdłuż kabla komunikacyjnego lub w przyłączach z niepełnym ekranem (ekranowanie jednostronne, czyli jedynie z jednej strony kabla). Całkowity brak uziemienia otuliny ekranowej z reguły objawia się niedopuszczalnie wysokim generowaniem zakłóceń w trakcie działania systemu, co całkowicie uniemożliwia transmisję sygnałów o wysokiej przepływności. Podobna sytuacja powstaje w razie nieciągłości ekranu wskutek uszkodzenia płaszcza, zmian temperatury, korozji czy niefachowego montażu zwiększającego impedancję, co w praktyce oznacza, że zawsze lepiej mieć za dużo punktów uziemień ekranu okablowania, niż mieć ich o jeden za mało. Zgubny wpływ na skuteczność ekranowania mogą mieć również wszelkie uziemienia o długości ok… 1/4 fali podstawowej lub maksymalnej częstotliwości pracy, a także pozostawianie zbędnych odgałęzień metalicznych o zbliżonych wymiarach.

Pomimo wielu doświadczeń praktycznych brakuje spisanego kodeksu postępowania przy instalacji sieci gwarantującego poprawne działanie każdego okablowania strukturalnego. Wymiernym wskaźnikiem skracającym czas końcowego uruchomienia okablowania pozostaje więc solidny montaż złączy i ekranów zgodnie z projektem okablowania, wielokrotne przyziemianie ekranów okablowania w punktach o znanym i niezakłóconym potencjale, zapobieganie wibracjom złączy i ekranów, rygorystyczne stosowanie wszystkich elementów wymaganej klasy (nie niższych!) oraz zachowywanie zasad rozprowadzania kabli w odpowiednich korytkach listwowych. O długotrwałej jakości okablowania strukturalnego, mającej służyć przez wiele lat eksploatacji, decydują poprawność jej wykonania i trwałość w czasie (stabilność) użytych komponentów sieci.