Čeprav optična vlakna prevzemajo pomembno vlogo v hrbteničnih povezavah, ostaja bakreno strukturirano ožičenje najpogostejša izbira za priključevanje končnih naprav v poslovnih, industrijskih in stanovanjskih objektih. IP telefonija, videonadzor, brezžične dostopne točke, sistemi za kontrolo pristopa, pametne zgradbe in PoE naprave so danes skoraj v celoti odvisni od pravilno načrtovanega in izvedenega komunikacijskega ožičenja. Razvoj ethernet tehnologije skozi bakreno ožičenje je v nekaj desetletjih omogočil vedno večje hitrosti prenosa – od prvih megabitnih povezav do današnjih 10 Gbit/s in več. Sodobne komunikacijske inštalacije niso več zgolj povezovanje računalnikov v omrežje. Danes po istih kablih potekajo prenos podatkov, napajanje naprav, videonadzor, avtomatizacija objektov in upravljanje pametnih stavb. Zato morajo inštalaterji pri izvedbi upoštevati veljavne standarde, pravilno izbirati komponente in dosledno izvajati meritve.
Kakovostno izvedeno bakreno ožičenje zagotavlja zanesljivo delovanje omrežja, manj reklamacij in pripravljeno infrastrukturo za prihodnje potrebe uporabnikov.
Z razvojem so se spreminjale tudi zahteve za kable:
Vse višje frekvence in s tem hitrosti prenosa podatkov, danes že tudi 2000 MHz (cat 8.2).
boljša zaščita pred motnjami (EM odpornost), vplivi tako znotraj kot zunaj kabla.
večja kakovost prenosa signalov in hkrati napajanje naprav PoE po istem vodniku.
Za inštalaterje to pomeni, da postajajo poznavanje standardov, pravilna izbira komponent in kakovostna montaža enako pomembni kot sama funkcionalnost sistema. Zaradi visokih frekvenc prenosa podatkov je lahko uporaba bližnjic hitro usodna.
Standard iz katerih izhajajo pravila za pravilno in kakovostno izvedbo strukturiranega ožičenja
Na področju komunikacijskih kabelskih sistemov so najpomembnejši trije sklopi standardov:
ISO/IEC 11801 – mednarodni standard za generično ožičenje,
EN 50173 – evropski standard za komunikacijska kabelska ožičenja,
TIA/EIA 568 – ameriški standard za telekomunikacijska ožičenja.
V izvedbenem delu pa še posebej:
EN 50174, ki določa pravila za načrtovanje in izvedbo komunikacijskih inštalacij,
EN 50346, ki opredeljuje testiranje in preverjanje izvedenih sistemov.
Pravilna izvedba po teh standardih zagotavlja zanesljivo delovanje omrežja, lažje vzdrževanje in uspešno certificiranje povezav, ki je potrebna za izdajo sistemske garancije.
Zgradba strukturiranega ožičenja
Komunikacijsko ožičenje je sestavljeno iz treh osnovnih podsistemov:
Primarno ožičenje
Povezuje posamezne objekte ali kampuse in se praviloma izvaja z optičnimi kabli.
Sekundarno ožičenje
Predstavlja vertikalne povezave znotraj stavbe med etažami in komunikacijskimi omarami.
Terciarno ožičenje
Horizontalno ožičenje med etažno omaro in uporabniško vtičnico, kjer prevladuje bakrena tehnologija.
Pomembni parametri za izbor kabla
Pri izbiri kabla je zelo pomembno kakšna so pričakovanja investitorja in v kakšnem okolju bo položen. Najpomembnejši parametri za izbiro so:
Kategorija (frekvenčno območje) in s tem razred (hitrosti prenosa).
Zaradi vse več PoE naprav je potrebno biti pozoren na presek vodnikov.
EMC odpornost kabla na medsebojne in zunanje motnje, način polaganja in prisotnost energetskih kablov v kanalih.
Požarni razred odvisen od namembnosti uporabe objekta. V objektih z oteženim gibanjem oseb kot so bolnišnice, vrtci, letališče, domovi za ostarele in tuneli so zahtevani težko vnetljivi kabli.
Poleg teh parametrov je pri kablu pomembno, da so vodniki res iz čistega bakra in ne le z bakrom prevlečeni.
1. Kategorije kablov
Pogosto prihaja do zamenjave med pojmoma kategorija in razred.
Kategorija opisuje posamezne komponente (kabel, modul, panel), medtem ko razred opisuje celoten sistem. Komponenta z najnižjo kategorijo določa zmogljivost celotnega sistema.
Pregled kategorij in zmogljivosti:
| Kategorija | Razred | Frekvenca | Največja tipična hitrost | Največja razdalja |
| Cat.5e | D | 100 MHz | 1 Gbit/s | 100 m |
| Cat.6 | E | 250 MHz | 1 Gbit/s do 5 Gbit/s | 100 m |
| Cat.6A | EA | 500 MHz | 10 Gbit/s | 100 m |
| Cat.7 | F | 600 MHz | 10 Gbit/s | 100 m |
| Cat.7A | FA | 1000 MHz | 10 Gbit/s | 100 m |
| Cat.8 | I/II | 2000 MHz | 25–40 Gbit/s | 30 m |
Cat.6A danes predstavlja najbolj razširjeno izbiro za nove poslovne in industrijske objekte, saj omogoča prenos 10 Gigabit Ethernet do razdalje 100 m (razred Ea).
2. Presek vodnikov
Preseki vodnika (običajno v območju AWG24 do AWG22, to je 0,2 do 0,33 mm2 ) vpliva na:
električni upor in s tem el. izgube
posledično segrevanje kabla
To je posebej pomembno pri tehnologiji PoE (Power over Ethernet), kjer se lahko na enem kablu napajajo porabniki do skupne moči 90W.
PoE omogoča prenos podatkov in električne energije po istem omrežnem kablu. Tehnologija se uporablja za:
IP kamere,
Wi-Fi dostopne točke in routerje
IP telefone,
domofonske sisteme,
razne »pametne« naprave
Pri tem velja omeniti tudi kakovost vtičnih modulov (RJ45 vtičnic), ki imajo omejene kontaktne površine in s tem omejen tudi tako električni kot toplotni stik. Hkrati pa se ob vtikanju in iztikanju pod obremenitvijo (PoE naprave) pojavi tudi el. oblok. Za zanesljivo in dolgotrajno delovanje so ti kontakti prevlečeni z zlatom (pozlačeni). Debelina nanosa zlata močno vpliva na življenjsko dobo teh kontaktov.
Zato imajo kakovostnejši moduli debelejši nanos zlat in s tem tudi višjo ceno.
3. EMC odpornost - zaščita pred motnjami (EMI)
Kabli so lahko:
povsem neoklopljeni (U/UTP),
skupni oklop (S, F, SF)
oklop posamezne parice (FTP) – 4 parice v kablu !
kombinacije skupni oklop + oklop posameznih paric (S/FTP, F/FTP, SF/FTP)
Skupni oklop je lahko iz pletenice in/ali folije, medtem ko posamezne pletenice so v foliji. Za kakšno vrsto kabla gre je razvidno iz tipizirane oznake: x/yTP. X – označuje skupni oklop (U-brez, F-folija, S-pletenica), y – oklop posamezne zvite parice (TP-twisted pair) - 4 parice.
Izbira je odvisna od kategorije kabla (frekvenčni razpon in hitrosti prenosa) in izpostavljenost EM motnjam. Kadar je za oplet uporabljena pletenica je pomembna tudi gostota pletenice, ki mora biti vsaj 30% za učinkovito zaščito.
Pri oklopljenih kablih mora biti oklop pravilno povezan na sistem izenačitve potencialov, pomemben je pa tudi sam sistem ozemljitve objekta vse od začetne gradbene faze pa do ozemljitve IT omar. V nasprotnem primeru je lahko efekt zaščite pred EMC motnjami ravno obraten.
Najpogostejše napake pri montaži
Meritve certificiranih povezav največkrat pokažejo težave, ki nastanejo zaradi nepravilne montaže.
Med najpogostejšimi napakami so:
neupoštevanje minimalnih radijev upogibanja,
prevelike natezne sile pri vlečenju kablov,
uporaba neustreznih ali med seboj neusklajenih komponent,
poškodbe oklopa,
slaba kakovost spajalnih kablov.
prekomerno odvitje paric in odstranitve oklopa pri zaključevanju:
Zato je pomembno, da se pri spajanju dosledno upošteva navodila proizvajalca, ki so običajno priložena skupaj z moduli in vtičnicami. Pomembno je tudi, da se po vstavitvi žic v spoje modula odreže viške, da ni možnosti kratkega stika v primeru kovinskega ohišja. Napake in neupoštevanje navodil se odražajo v slabših meritvah NEXT, RL in drugih parametrov, kar lahko povzroči nestabilno delovanje omrežja ali neuspešno certificiranje povezave.
4. Požarne lastnosti
Podatkovni kabli (le trajno nameščeni, ne pa spajalni in priključni kabli (patch kabli) so gradbeni izdelek v skladu z Uredbo (EU) št. 305/2011 »Uredba o gradbenih proizvodih«.
Z uredbo, ki je začela veljati 9. marca 2011 in jo je bilo treba izvajati najkasneje do 1. julija 2017, je bila uvedena klasifikacija in primerljivost požarnih lastnosti (v zvezi z razvojem plamenov, dima, kapljic in kislin) električnih, krmilnih in komunikacijskih kablov.
Kable mora certificirati neodvisni priglašeni organ (Notified Body) in jih ustrezno klasificirati.
Razredi požarnih lastnosti
Požarne lastnosti so razdeljene na 7 razredov, kjer razred A predstavlja najvišjo (negorljiv) in razred F najnižjo (lahko gorljiv) zahtevo.
V skladu s standardom EN 50174-1 protipožarne pregrade niso potrebne, če se uporabljajo inštalacijski kabli najmanj razreda Eca znotraj stavb.
Ločevanje podatkovnih in energetskih kablov
Pomemben je tudi način polaganja komunikacijskih in energetskih vodnikov v skupne kabelske kanale ali police, kjer se morajo upoštevati ustrezne razdalje med njimi in v določenih primerih uporabiti kovinske pregrade.
Standard EN 50174-2 določa ločevanje glede na:
stopnjo elektromagnetne zaščite podatkovnega kabla in vrsto kabelske poti,
število električnih vodnikov,
načrtovane prihodnje razširitve,
uporabo PoE sistemov.
Pravilno ločevanje zmanjšuje elektromagnetne motnje in zagotavlja dolgoročno stabilnost prenosa podatkov.
Kaj je prenapetost
Prenapetost je kratkotrajen pojav, pri katerem napetost v električnem omrežju preseže normalno nazivno vrednost. Takšni pojavi so lahko zelo kratki (mikrosekunde), vendar imajo velike amplitude in energijo, zato lahko povzročijo resne poškodbe električne opreme, inštalacij in v skrajnem primeru tudi požar.
Najpogostejši vzroki prenapetosti so:
Matematično lahko pojav prenapetosti zaradi indukcije opišemo z izrazom: uL = L x (dl/dt)
kjer:
To pomeni, da hitre spremembe toka povzročajo visoke napetostne konice.
Vpliv prenapetosti
Prenapetosti lahko povzročijo:
Zaradi vse večje uporabe občutljive elektronike (IT, pametne hiše, PV sistemi) je prenapetostna zaščita danes bistveno bolj pomembna kot v preteklosti.
Prenapetostni odvodniki (SPD)
Za zaščito se uporabljajo prenapetostni odvodniki (SPD – Surge Protective Devices), katerih naloga je:
Osnovni elementi SPD
Glavni in danes najpogostoješi uporabljen element v odvodnikih je:
Poleg MOV se uporabljajo tudi:
Ko napetost preseže maksimalno delovno napetost (Uc), SPD “preklopi” v prevodno stanje in odvede tok prenapetosti v ozemljitev.
Tipi prenapetostnih odvodnikov
Prenapetostni odvodniki so razdeljeni v tri glavne razrede:
Tip T1 (razred I, B po VDE) – zaščita pred strelo
Tip T2 (razred II, C po VDE) – zaščita pred induciranimi napetostmi
Tip T3 (razred III, D po VDE) – fina zaščita
Kombinacije zaščite
V praksi se uporablja večstopenjska zaščita:
Pogosto se uporabljajo tudi kombinirani odvodniki:
Parametri pri izbiri SPD
Pri izbiri prenapetostnega odvodnika je potrebno upoštevati več tehničnih parametrov:
Pravilna izbira teh parametrov zagotavlja učinkovito zaščito in dolgo življenjsko dobo opreme.
Vloga ozemljitve
Delovanje prenapetostne zaščite je tesno povezano z kakovostno ozemljitvijo.
Če ozemljitev ni ustrezna:
Uporaba v sodobnih sistemih (PV, EV)
Pri sodobnih inštalacijah, kot so:
je prenapetostna zaščita še posebej pomembna.
Posebnosti:
Zaključek
Prenapetostna zaščita je ključni del vsake sodobne električne inštalacije.
Pravilno načrtovana zaščita:
Zaradi naraščajoče uporabe občutljive elektronike je njena vloga danes pomembnejša kot kadarkoli prej.
Stopnja mehanske zaščite označuje značilnost vsakega posameznega dela opreme in s kombinacijo črk in številk (oznak IP) določa obseg zaščite pred zunanjimi vplivi - pred vdorom tujih delcev (peska, praha ip.) in vode. Hkrati pa to vključuje tudi izjavo o stopnji zaščite pred neposrednim dotikom. Ta je pri oznaki stopnje mehanske zaščite po DIN EN 60529 izražena v prvi številki, skupaj z zaščito pred vdorom tujih delcev. Na primer s številko 2 v oznaki IP2X, kjer ostaja navedba o zaščiti pred vdorom vode, označena s črko X, odprta. Naslednja tabela prikazuje pomen posameznih številk pri stopnji zaščite pred dotikom in vdorom tujih delcev.
| 1. številka | 2. številka | Kratek opis | Pojasnilo |
|---|---|---|---|
| 0 | brez zaščite | Brez posebne zaščite oseb pred direktnim dotikom aktivnih delov (delov pod napetostjo) ali premičnih delov. Oprema ni zaščitena pred vdorom trdnih delcev. | |
| 1 | zaščita pred trdnimi delci > 50 mm | Zaščita pred naključnim dotikom večjih aktivnih in premičnih delov v notranjosti npr. z roko, vendar brez zaščite pred namernim dostopom do teh delov. Zaščita pred vdorom trdnih delcev s premerom večjim od 50 mm. | |
| 2 | zaščita pred trdnimi delci > 12,5 mm | Zaščita aktivnih ali premičnih delov v notranjosti pred dotikom s prsti. Zaščita pred vdorom trdnih delcev s premerom večjim od 12,5 mm. | |
| 3 | zaščita pred trdnimi delci > 2,5 mm | Zaščita aktivnih ali premičnih delov v notranjosti pred dotikom z orodji, žicami ali podobnim, premera ali debeline nad 2,5 mm. Zaščita pred vdorom trdnih delcev s premerom večjim od 2,5 mm. | |
| 4 | zaščita pred trdnimi delci > 1 mm | Zaščita aktivnih ali premičnih delov v notranjosti pred dotikom z orodji, žicami ali podobnim, debeline nad 1 mm. | |
| 5 | zaščita pred prahom | Popolna zaščita pred dotikom delov pod napetostjo ali premičnih delov v notranjosti. Zaščita pred škodljivim kopičenjem prahu. Vdora prahu ne moremo popolnoma preprečiti, ampak prah ne sme vdirati v taki količini, da bi povzročal motnje v delovanju. | |
| 6 | nepropustno za prah | Popolna zaščita pred dotikom delov pod napetostjo ali premičnih delov v notranjosti. Zaščita pred vdorom prahu. |
| 1. številka | 2. številka | Kratek opis | Pojasnilo |
|---|---|---|---|
| 0 | brez zaščite | Brez posebne zaščite. | |
| 1 | zaščita pred kapljajočo vodo iz navpične smeri | Kapljajoča voda iz navpične smeri ne sme imeti škodljivega učinka. | |
| 2 | zaščita pred kapljajočo vodo iz poševne smeri | Kapljajoča voda iz poševne smeri, do 15° glede na navpičnico, ne povzroča škodljivih vplivov. | |
| 3 | zaščita pred pršečo vodo | Pršeča voda, ki pada v poljubnem kotu do 60° glede na navpičnico, iz poševne smeri, ne povzroča škodljivih vplivov. | |
| 4 | zaščita pred brizgajočo vodo | Voda, ki iz vseh smeri brizga na opremo, ne povzroča škodljivih vplivov. | |
| 5 | zaščita pred vodnimi curki | Vodni curek iz šobe, ki brizga na opremo iz vseh strani, ne povzroča škodljivih vplivov. | |
| 6 | zaščita pred močnimi vodnimi curki | Močan vodni curek iz šobe, ki brizga na opremo iz vseh strani, ne povzroča škodljivih vplivov. | |
| 7 | zaščita pri začasni potopitvi | Pri potopitvi pod določenimi časovnimi pogoji in določenim pritiskom, voda v opremo ne sme vdreti v taki količini, da bi ji škodovala. | |
| 8 | zaščita pri trajni potopitvi | Pri trajni potopitvi voda ne sme vdreti v opremo v škodljivi količini. | |
| 9 | zaščita pri visokotlačnem čiščenju | Voda, uporabljena pri visokotlačnem čiščenju/čiščenju s parnim curkom, ne sme imeti škodljivih vplivov. |
V standardu EN 50173-1 so optični kabli s kremenčevimi steklenimi vlakni razdeljeni v kategorije (OM3, OM4, OM5, OS1a in OS2). Vlakna iz kremenčevega stekla delimo na večrodovna (Multimode) in enorodovna (Singlemode). V praksi se pogosto uporabljajo tudi okrajšave MM za Multimode oz. večrodovna ter EM ali SM za Singelmode oz enorodovna vlakna. 10 Kategorije večrodovnih (MM) optičnih vlaken po standardu EN 50173-1 so OM3, OM4 in OM5 ter so označene tudi kot vlakna z gradientnim indeksom loma svetlobe, s premerom jedra 50 μm. Kategoriji večrodovnih (MM) optičnih vlaken, ki jih še vedno lahko najdemo v obstoječih inštalacijah, sta OM1 in OM2. Vendar sta ti kategoriji že stvar preteklosti in sta v standardizaciji navedeni le kot informativni. Te zastarele kategorije so znane tudi kot vlakna z gradientnim indeksom loma svetlobe, s premerom jedra 50 μm ali celo 62,5 μm. Kategorije enorodovnih optičnih vlaken (EM/SM) po standardu EN 50173-1 so OS1a in OS2 in se označujejo tudi kot vlakna s stopenjskim indeksom s premerom jedra 9 μm. Med kategorijo optičnih vlaken OS1, ki je znana tudi v praksi, in kategorijo OS1a v skladu z EN 50173-1, ni tehničnih razlik.
Standardi ITU-T, znani tudi kot priporočila ITU-T, opisujejo geometrijske lastnosti in značilnosti prenosa večrodovnih (MM) in enorodovnih (EM/SM) optičnih kablov.
Med številnimi trenutno objavljenimi standardi ITU-T, ki se najpogosteje uporabljajo v lokalnih omrežjih (LAN), so naslednji – ITU-T G.651.1 za kategorije večrodovnih optičnih vlaken ter ITU-T G.652.x in ITU-T G.657.x za kategorije enorodovnih optičnih vlaken. Poleg različnih lastnosti prenosa in uporabe standardov ITU-T se optična vlakna – še posebej enorodovna vlakna – razlikujejo predvsem po svojih fizikalnih lastnostih (polmer upogibanja). Na trgu se je zato uveljavil izraz – vlakna odporna na upogibanje.
Svetloba je vidni del elektromagnetnega sevanja. Elektromagnetni valovi se v vakuumu širijo s svetlobno hitrostjo. Vidna svetloba zavzema le ozko območje (pasovno širino) od 420 nm (vijolična) do 750 nm (rdeča). Toda v optični tehnologiji se uporablja infrardeča valovna dolžina od okoli 800 nm do 1600 nm.
POZOR! NIKOLI ne glejte v optični kabel, ko je v obratovanju, ker človeško oko ne zazna LED ali laserskih žarkov in lahko pride do trajne poškodbe vida! (prenos šele nad 850 nm = infrardeča svetloba)
Ta oblika vlaken se v primerjavi z mnogorodnimi vlakni s stopenjskim indeksom loma odlikuje z boljšo pasovno širino glede na dolžino medija. Pri vlaknih z gradientnim indeksom loma svetlobe parabolično pada od sredine jedra proti plašču. Svetloba se širi v obliki sinusa med jedrom in plaščem. Ta vlakna lahko imajo različne premere jedra.
V nasprotju z gradientnimi vlakni (najpogosteje uporabljena v večrodovnem območju), so enorodovna vlakna s stopenjskim indeksom loma. Zaradi konstrukcije se lahko v jedru širi le osno, ne prihaja do časovnih zamikov kot v večrodovnem področju in disperzija je enaka nič.
Kremenčevo stekleno vlakno (SiO2) je sestavljeno iz kombinacije različnih stekel:
Za razliko od bakrene tehnologije se pri optičnih vodnikih svetlobni signal duši (slabi) glede na dolžino optičnega vodnika. Ta parameter je zelo pomemben za fazo načrtovanja optičnih omrežij in izračun razdalj. Stopnja dušenja je odvisna od absorpcije in sipanja svetlobe, kakor tudi od mehansko povzročenega upogibanja.
Več kot se lahko prenese impulzov (binarno) v določeni časovni enoti (s), toliko večja je kapaciteta prenosa optičnega kabla. Ta kapaciteta prenosa se lahko preračuna v ustrezno pasovno širino. Toda pomembno je, da je opisana pasovna širina razpoložljiva preko celotne optične razdalje prenosa. Z matematično formulo se lahko razmerje med maksimalno frekvenco prenosa in razdaljo prenosa določi kot pasovna širina glede na dolžino medija. Ta zmnožek pasovne širine in dolžine ima poleg dušenja na vlaknih v tehnologiji optičnih vlaken najpomembnejšo vlogo v fazi načrtovanja optičnega omrežja.
Zmnožek pasovne širine in dolžine je recipročna vrednost rodovne disperzije (rodovno disperzijo povzroči optični impulz, ki se prenaša preko različnih rodov ti pa imajo različne čase širjenja na različne razdalje). Na primer, če je rodovna disperzija v primeru vlakna z gradientnim indeksom loma svetlobe 2,5 ns/km, je zmnožek pasovne širine in dolžine kabla 400 MHz x km. To pomeni, da se lahko prenaša 400 MHz na 1 km, 800 MHz na 500 m ali 1 GHz na 400 m. Po tej razdalji je treba signal ponovno ojačati.
V osnovi sta stekleno jedro in plašč sestavljena iz kremenčevega stekla, katerega izvor je kremenčev pesek (SiO2). Eden od najbolj pozitivnih vidikov je, da je ta material na našem planetu na voljo v zadostnih količinah. Optično vlakno je sestavljeno iz cilindričnega jedra in obdajajočega plašča. Zaradi lastnosti stekla sta jedro in plašč zelo občutljiva na upogibanje in/ali na torzijske obremenitve. Za boljšo odpornost pred upogibanjem in torzijskimi obremenitvami, obdaja „steklo“ primarna obloga (plašč). To ima pomembne naloge: mehanska zaščita, zaščita vlakna pred vdorom vlage (H2 O bi se razpršila v optični kabel), barvna oznaka pri konstrukciji kablov, kjer so vlakna v cevki.
Zaščitni tulec služi za zaščito pred prevelikim upogibanjem kabla, to pomeni, da se lahko kabel upogne samo znotraj določenega polmera in se vlakna pri tem ne obremenijo ali poškodujejo.
Ohišje je kovinsko ali izdelano iz umetne mase. Vsebuje ferulo in zaščito pred potegom kabla v konektorju. Konektor vedno primemo za ohišje in priključimo.
Ferula je običajno iz keramike, redkeje iz umetne mase ali kovine in služi centriranju vlaken v konektorju. Vlakno se prilepi v srednjo odprtino. Vlakno se vodi do začetka ferule in se tam v ravnini s ferulo obrusi. Na tej obrušeni površini se prenaša svetlobni signal.
