Przystosowanie sieci stałej dla dostępu szerokopasmowego może być realizowane przy użyciu wielu odmiennych technologii.
Nowoczesne sieci telekomunikacyjne muszą zapewniać możliwość realizacji usług szerokopasmowych, takich jak dostęp do internetu, telewizja czy gry sieciowe.
Przystosowanie sieci stałej dla dostępu szerokopasmowego może być realizowane przy użyciu wielu odmiennych technologii:
FTTH (Fiber To The Home – światłowód do domu) – sieć z przyłączami światłowodowymi do posesji abonenta; alternatywny termin: FTTP (Fiber To The Premises);
FTTB (Fiber To The Building – światłowód do budynku) – sieć z łączami światłowodowymi do budynków, zwykle budynków mieszkalnych wielorodzinnych lub biurowych. Segment miedziany FTTB można zbudować jako LAN z kabli symetrycznych tzw. komputerowych;
FTTC (Fiber To The Curb (Cabinet) – światłowód do szafki ulicznej) – sieć, w której światłowód jest doprowadzony do jednostki sieci optycznej ONU zainstalowanej w szafce kablowej w pobliżu ulicy. Podłączenie do użytkownika jest realizowane przy użyciu kabli miedzianych z zastosowaniem technik transmisyjnych xDSL. Zakres dostępnych usług multimedialnych jest uzależniony od długości i jakości kabla miedzianego, dlatego konieczne jest stosowanie nowej generacji kabli, które mogą być wykorzystywane do realizacji transmisji cyfrowej w obydwu kierunkach.
Obowiązek wyposażenia budynków w sieci do transmisji szerokopasmowej nakłada na inwestorów ustawa z dnia 7 maja 2010 r. o wspieraniu rozwoju usług i sieci telekomunikacyjnych.
Rys. 1 Szkic przedstawiający zjawisko tłumienności przenikowej: A) NEXT; B) FEXT
Kable teleinformatyczne zastępują więc w nowoczesnych sieciach telekomunikacyjnych tradycyjne kable miedziane projektowane do transmisji sygnałów analogowych i cyfrowych w niskich częstotliwościach.
Podstawowe kryteria doboru kabli do sieci telekomunikacyjnych to:
– parametry transmisyjne, które powinny być dopasowane do własności urządzeń, jakie kable mają połączyć;
– warunki eksploatacyjne, czyli narażenia zewnętrzne, jakim może być poddany zainstalowany kabel podczas eksploatacji;
– odporność na działanie zakłóceń elektromagnetycznych;
– wpływ kabla na środowisko, w którym jest użytkowany.
Zdolność toru przewodowego do transmisji sygnału cyfrowego charakteryzują parametry falowe oraz przenikowe, takie jak:
– impedancja falowa, która ze względu na warunek dopasowania powinna być równa impedancji wyjściowej nadajnika i impedancji wejściowej odbiornika;
– tłumienność falowa określa tłumienie sygnału na drodze między nadajnikiem a odbiornikiem wywołane przez elementy samego kabla; zależy od długości toru – im dłuższy kabel, tym większe zniekształcenie sygnału;
– tłumienność przenikowa charakteryzuje poziom zakłócenia sygnału przesyłanego w danym torze, wywołanego przez przenikanie energii elektromagnetycznej sygnałów z sąsiedniego toru, na jednym z jego końców:
– przy źródle sygnału – tłumienność zbliżnoprzenikowa NEXT,
– naprzeciwległym końcu – tłumienność zdalnoprzenikowa FEXT.
Rys. 2 XzTKMDXpw 100 x 2 x 0,5 120 ?
1 – powłoka zewnętrzna, czarny PE;
2 – bariera przeciwwilgociowa poprzeczna oraz ekran kabla, taśma aluminiowa pokryta jednostronnie warstwą kopolimeru etylenu;
3 – żyła uziemiająca, drut CuSn o średnicy 0,5 mm;
4 – obwój ośrodka, taśma z tworzywa; 5 – ośrodek kabla wypełniony żelem hydrofobowym, bariera przeciwwilgociowa wzdłużna;
6 – pęczki elementarne dziesięcioparowe, owinięte tasiemką polipropylenową;
7 – pęczek rezerwowy czteroparowy
Jeżeli wszystkie pary kabla wykorzystywane są do przesyłania i odbierania sygnału przemiennie w obydwu kierunkach, zakłócenia występujące w danej parze pochodzą od wszystkich par po stronie odbiorczej oraz po stronie nadawczej.
Poziom zakłóceń w przypadku tak realizowanej transmisji charakteryzują:
– PS NEXT – suma zmierzonej energii przeniku zbliżnego ze wszystkich par w stosunku do pary mierzonej;
– PS ELFEXT [PS ACR(F)] – suma zmierzonej energii przeniku zdalnego ze wszystkich par w stosunku do pary mierzonej;
– Alien Crosstalk (ANEXT i AFEXT) – charakteryzują przesłuchy pomiędzy parami w sąsiadujących ze sobą kablach.
Wymagania dla parametrów transmisyjnych kabli wieloparowych dla szerokopasmowej transmisji cyfrowej określone są w normie arkuszowej IEC 62255, części 1 do 3.
W zależności od wymaganego pasma transmisji kable podzielone zostały na trzy kategorie: do 30 MHz, do 60 MHz oraz do 100 MHz. Przykładem wyrobów spełniających te wymagania są kable zewnętrzne typu XzTKMDXpw.
Podstawowa różnica w konstrukcji tych kabli w stosunku do kabli przeznaczonych do transmisji analogowej polega na zastosowaniu parowego skrętu żył. Również pęczki elementarne skręcane są ze stałymi skokami skrętu. Krótkie i odpowiednio zaprojektowane skoki skrętu par zapewniają przesłuchy na poziomie gwarantującym transmisję sygnału cyfrowego bez zakłóceń powodowanych przenikaniem energii z sąsiadujących ze sobą wiązek. Różnice w uzyskiwanych parametrach transmisyjnych widać na przykładowych charakterystykach częstotliwościowych kabla XzTKMDXpw 10 x 2 x 0,5 i kabla XzTKMXpw 5 x 4 x 0,5 o takiej samej liczbie torów transmisyjnych.
Rys. 3 Charakterystyka impedancji falowej torów transmisyjnych kabla XzTKMDXpw 10 x 2 x 0,5
Rys. 4 Charakterystyka impedancji falowej torów transmisyjnych kabla XzTKMXpw 5 x 4 x 0,5
Wymagania dla kabli teleinformatycznych stosowanych w systemach okablowania strukturalnego zawarte są w normach serii PN-EN 50288 oraz PN-EN 50173.
W zależności od parametrów torów transmisyjnych kable zostały podzielone na następujące kategorie, przeznaczone do zdefiniowanych klas okablowania oraz obsługiwanych aplikacji sieciowych:
– Kategoria 1 obejmuje kable o torach przeznaczonych do transmisji sygnałów w paśmie częstotliwości akustycznych (do 100 kHz). Przewidziane do usług telefonicznych. Nie stawia się żadnych wymagań wobec parametrów falowych. Stosowane w klasie okablowania A.
– Kategoria 2 obejmuje kable z torami przystosowanymi do transmisji sygnałów w zakresie częstotliwości do 1 MHz lub z przepływnością binarną do 2 Mb/s. Przewidziane zastosowanie to dostęp podstawowy do usług ISDN. Stosowane w klasie okablowania B.
– Kategoria 3 dotyczy kabli z torami do pracy przy częstotliwościach do 16 MHz, możliwe zastosowania to np. ATM LAN 155,52 Mbit/s. Stosowane w klasie okablowania C. Kable kategorii 4 do 20 MHz na rynku europejskim nie są stosowane.
– Kategoria 5 dotyczy kabli z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 100 MHz, do przesyłania sygnałów za pomocą transmisji pojedynczej. Jako zamienniki tej kategorii w kablach czteroparowych większość producentów oferuje obecnie kable kategorii 5e.
– Kategoria 5e dotyczy kabli z torami przewidzianymi do transmisji z przepływnością binarną do 1 Gb/s (transmisja podwójna). Parametry definiowane są do 125 MHz. Stosowane w klasie okablowania D.
– Kategoria 6 dotyczy kabli z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 250 MHz, z przepływnością binarną większą od 1 Gb/s (np. ATM LAN 1,2 Gbit/s). Stosowane w klasie okablowania E.
– Kategoria 6A dotyczy kabli z torami do pracy przy częstotliwościach do 500 MHz, z przepływnością binarną do 10 Gb/s, np. 10 GBASE-T. Obecnie jest to najwyższa kategoria dla kabli nieekranowanych. Przewidziane do klasy okablowania EA.
– Kategoria 7 dotyczy kabli z indywidualnie ekranowanymi parami, których tory przeznaczone są do pracy przy częstotliwościach do 600 MHz. Bardziej bezpieczne rozwiązanie dla transmisji 10 Gb/s. Stosowane w klasie okablowania F.
– Kategoria 7A do 1000 MHz. Stosowane w klasie okablowania FA. Brak zdefiniowanych aplikacji.
Tab. 1 Klasyfikacja środowisk pracy na podstawie systemu MICE
|
Kategoria mechaniczna
|
M1
|
M2
|
M3
|
|
Kategoria wnikania zanieczyszczeń
|
I1
|
I2
|
I3
|
|
Kategoria klimatyczna
|
C1
|
C2
|
C3
|
|
Kategoria elektromagnetyczna
|
E1
|
E2
|
E3
|
Tab. 2 Limity tłumienia sprzęgu dla kanałów okablowania ekranowanego
|
|
Minimalne tłumienie sprzęgu [dB]
|
||||||
|
Częstotliwość [MHz]
|
30
|
100
|
250
|
500
|
600
|
1000
|
|
|
Klasa EA
|
E1
|
40,0
|
40,0
|
32,0
|
26,0
|
N/A
|
N/A
|
|
E2
|
50,0
|
50,0
|
42,0
|
36,0
|
N/A
|
N/A
|
|
|
E3
|
60,0
|
60,0
|
52,0
|
46,0
|
N/A
|
N/A
|
|
|
Klasa F
|
E1
|
40,0
|
40,0
|
32,0
|
26,0
|
24,4
|
N/A
|
|
E2
|
50,0
|
50,0
|
42,0
|
36,0
|
34,4
|
N/A
|
|
|
E3
|
60,0
|
60,0
|
52,0
|
46,0
|
44,4
|
N/A
|
|
|
Klasa FA
|
E1
|
40,0
|
40,0
|
32,0
|
26,0
|
24,4
|
20,0
|
|
E2
|
50,0
|
50,0
|
42,0
|
36,0
|
34,4
|
30,0
|
|
|
E3
|
60,0
|
60,0
|
52,0
|
46,0
|
44,4
|
40,0
|
|
W specyfikacji technicznej opracowywanej przed wykonaniem instalacji należy szczegółowo przedstawić wymagane właściwości transmisyjne kabli w związku z określonym środowiskiem pracy:
– czynniki mechaniczne – wstrząs/uderzenie, wibracja, rozciąganie, zginanie i skręcanie;
– wnikanie zanieczyszczeń, np. zalanie;
– czynniki klimatyczne i chemiczne – zakres temperatur, wilgotność, promieniowanie słoneczne, zanieczyszczenia chemiczne (ciekłe lub gazowe);
– czynniki elektromagnetyczne.
Opierając się na tych czynnikach, wprowadzono klasyfikację środowisk według tzw. systemu MICE, który powinien służyć projektantom okablowania do wyboru właściwej klasy komponentów lub alternatywnie do specyfikacji wymaganych zabezpieczeń (tab. 1).
Dla każdej kategorii ustalono specyficzne parametry, które ją charakteryzują, oraz poziomy wymagań dla każdego parametru. Na przykład dla kategorii klimatycznej uwzględnia się różnice w zakresie temperatury otoczenia, możliwych zmian temperatury, wilgotności oraz intensywności promieniowania słonecznego.
Fot. 1 Ekran wspólny ośrodka kabla
Fot. 2 Ekran indywidualny wiązki parowej
Fot. 3 Ekran dwuwarstwowy
Odporność kablowego toru transmisyjnego na zakłócenia elektromagnetyczne występujące w zewnętrznym otoczeniu kabla zależy w decydującym stopniu od jego konstrukcji. Parametrami określającymi stopień ochrony przed tymi zakłóceniami są:
– tłumienność niesymetrii, metody pomiaru są dobrze ustalone dla częstotliwości do 100 MHz;
– tłumienie sprzęgu, stanowiące stosunek pomiędzy sygnałem pożądanym a niepożądanym sygnałem wypromieniowanym z okablowania – mierzone w przedziale częstotliwości od 30 do 1000 MHz.
W przypadku kabli teleinformatycznych ochronę przed zakłóceniami poprawia skręt parowy żył izolowanych, z odpowiednio krótkimi skokami skrętu, a dodatkowo w kablach wieloparowych skręcanie wiązek parowych w pęczki. Maksymalna wartość tłumienności niesymetrii w kablach nieekranowanych jest rzędu 40 dB. Radykalną poprawę stopnia ochrony sygnałów przed zakłóceniami daje ekranowanie ośrodka kabla lub jego poszczególnych elementów.
W praktyce stosowane są następujące rodzaje ekranów:
– ekran wspólny ośrodka wykonywany z laminowanej tworzywem taśmy aluminiowej, zwijanej wokół ośrodka kabla w rurkę lub nawiniętej spiralnie z zakładką ( fot. 1);
– ekrany indywidualne wiązek parowych, wykonywane z laminowanych tworzywem taśm aluminiowych lub oplotu z drutów miedzianych, zazwyczaj ocynowanych (fot. 2);
– ekran dwuwarstwowy, w którym najczęściej pierwszą warstwę stanowi rurka zwinięta z grubej, laminowanej tworzywem taśmy aluminiowej, a drugą warstwę – oplot z drutów miedzianych ocynowanych lub kombinacja ekranów indywidualnych wiązek parowych z taśmy aluminiowej z ekranem wspólnym ośrodka kabla w postaci oplotu z drutów miedzianych; taki ekran daje poprawę stopnia ochrony o ponad 80 dB (fot. 3).
Wartości tłumienia sprzęgu przyjęto jako podstawę klasyfikacji kanałów okablowania ekranowanego dla kategorii elektromagnetycznej (tab. 2).
Należy pamiętać, że klasyfikacja środowiska pracy może zmieniać się w czasie i wzdłuż trasy kabla, a krytyczne dla parametrów transmisyjnych będą zawsze czynniki najbardziej niekorzystne, choćby występowały na krótkim odcinku.
Kolejnym kryterium doboru kabli jest wpływ kabli na otoczenie. Dotyczy to w największym stopniu kabli instalowanych w obiektach budowlanych. Nowe regulacje prawne dotyczące wyrobów budowlanych, do których zaliczane są również kable, wprowadzono w formie rozporządzenia Unii Europejskiej z dnia 9 marca 2011 r. Nr 305/2011 (CPR).
Nowe elementy w stosunku do dyrektywy CPD, obowiązującej od 2008 r., to m.in. zwiększenie zakresu wymagań, które dotyczą wprowadzenia do oceny wyrobów aspektów zrównoważonego budownictwa. Obiekty budowlane muszą być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby podczas ich budowy, użytkowania i rozbiórki nie stanowiły zagrożenia dla higieny ani zdrowia mieszkańców i sąsiadów, nie wywierały w ciągu ich całego cyklu życia nadmiernego wpływu na jakość środowiska naturalnego ani na klimat.
Rys. 5 Dopuszczalny minimalny promień gięcia kabla R określany jest jako krotność średnicy zewnętrznej kabla d i odnosi się do promienia zgięcia wewnętrznej powierzchni kabla, a nie do jego osi
Rozporządzenie zobowiązuje producentów wyrobów do sporządzenia deklaracji właściwości użytkowych zasadniczych charakterystyk wyrobu, opierając się na dokumentacji technicznej i badaniach próbek, zgodnie z zasadami systemu oceny zgodności ustalonymi dla danej grupy wyrobów. Deklaracja powinna zawierać również informację o zawartości substancji niebezpiecznych.
W zakresie odporności na działanie ognia zdefiniowane zostały następujące klasy kabli elektrycznych (telekomunikacyjnych, sterowniczych i zasilających): Aca (wyroby najbezpieczniejsze pożarowo), B1ca, B2ca, Cca, Dca, Eca oraz Fca (odporność nieokreślona).
Głównym kryterium klasyfikacji dla poszczególnych klas jest ilość i szybkość wydzielania ciepła, czyli efektywność kabli jako paliwa. W tym celu zdefiniowane zostały nowe parametry wyrobu:
– HRRsm30 [kW] – tempo uwalniania się ciepła uśrednione za pomocą 30-sek. średniej ruchomej;
– THR1200s [MJ] – całkowita ilość ciepła wydzielanego od początku do końca testu (w czasie 1200 s), z wyłączeniem udziału źródła inicjującego ogień;
– FIGRA [W/s] – tempo rozprzestrzeniania się ognia zdefiniowane jako iloraz HRRsm30, z wyłączeniem wpływu źródła zapłonu i czasu;
– PCS [MJ/kg] – całkowita wartość kaloryczna (potencjał cieplny brutto).
Metody pomiarowe zawarte są w normie PN-EN 50399:2011.
Klasyfikacja dodatkowa pozwala ocenić możliwość wystąpienia w czasie pożaru dodatkowych zagrożeń: dymu, który jest najczęstszą bezpośrednią przyczyną ofiar, utrudnia ewakuację i akcję ratowniczą, czy płonących kropli, których skutkiem mogą być obrażenia, również przenoszenie się ognisk pożaru.
Klasyfikacja dodatkowa definiuje:
– wydzielanie dymu od s1 do s3;
– występowanie płonących kropel/drobin od d0 do d2;
– kwasowość od a1 do a3.
Zakładany termin wejścia w życie CPR to 1 lipca 2013 r. Po 1 lipca 2013 r. każdy kabel/przewód (dla budownictwa) podlega klasyfikacji i musi mieć oznakowanie CE oznaczające zgodność z CPR (wyroby bez CE będą nielegalne).
Decyzja odnośnie do obszaru zastosowania danych klas pozostaje w gestii rządów poszczególnych krajów UE. Tylko wyrób spełniający wymagania danej klasy będzie mógł być stosowany w zdefiniowanym typie budowli.
Zasady instalowania kabli teleinformatycznych zawarte są w serii norm PN-EN 50174.
Podstawowe wymagania i zalecenia:
– Nie należy przekraczać dopuszczalnej siły wciągania kabla do wykopów, kanałów kablowych lub rurek instalacyjnych.
Siła dopuszczalna podczas instalowania kabli FZ = 50 * n * S
gdzie: FZ – siła dopuszczalna [N]; n – liczba żył w kablu; S – przekrój żyły [mm²].
– Przy zginaniu kabla promień gięcia nie powinien nigdy przekroczyć minimalnej wartości (rys. 5).
Producent kabla powinien dostarczyć informacje określające minimalny promień gięcia kabla podczas instalacji, podczas eksploatacji – statyczny oraz jeśli ma to zastosowanie – dynamiczny.
Dopuszczalny minimalny promień gięcia określany jest jako krotność średnicy zewnętrznej kabla i odnosi się do promienia zgięcia wewnętrznej powierzchni kabla, a nie do jego osi.
– Należy przestrzegać zalecanych dopuszczalnych minimalnych temperatur instalowania.
Aby uniknąć ryzyka uszkodzenia kabla podczas instalowania, zaleca się, aby temperatura kabla i temperatura otoczenia, w jakim ma być instalowany, były przez co najmniej 24 godziny wyższe od zalecanych dopuszczalnych minimalnych temperatur instalowania. Temperatury te zależą głównie od materiału zastosowanego na powłokę kabla i są wyższe od minimalnych temperatur pracy kabla. Jeśli to możliwe, zaleca się, aby przed instalowaniem kabli w niskich temperaturach przechowywać je przez dobę w pomieszczeniu ogrzewanym.
– Należy unikać prowadzenia kabla w bezpośredniej bliskości źródeł ciepła, wilgoci lub wibracji, które zwiększają ryzyko albo uszkodzenia struktury kabla, albo pogorszenia jego właściwości transmisyjnych.
– Unikać skręcania wzdłużnego kabla, niepotrzebnych zgięć, zapętleń oraz nacisku na kabel.
– Należy upewnić się, że na trasie wciągania kabla nie ma ostrych kamieni i krawędzi, które mogą uszkodzić kabel.
– Przez cały czas instalowania końce kabla trzeba zabezpieczać przed wnikaniem wilgoci (np. kapturkami).
– Wszystkie elementy systemu kablowego powinny być tej samej kategorii.
Kable i połączenia różnych kategorii mogą być mieszane ze sobą w kanale okablowania symetrycznego, jednak o wydajności kanału będzie decydował element o najsłabszej wydajności.
– Wszystkie elementy budowlane, które mają wpływ na podtrzymanie funkcji kabla podczas pożaru, powinny posiadać odpowiednią wytrzymałość i odpowiedni atest klasy odporności ogniowej równej co najmniej klasie podtrzymania funkcji kabla.
– Wymaganiem minimum dla kabli wprowadzanych do budynku jest odporność kabla na rozprzestrzenianie się płomienia zgodnie z normą PN-EN 60332-1. Kable, które nie są zgodne z tą normą, należy:
– zakończyć wewnątrz budynku w granicach 2 m od miejsca wprowadzenia wewnętrznej przegrody ognioodpornej, np. podłogi/sufitu/ściany lub
– instalować w listwach lub rurach instalacyjnych, które zgodnie z lokalnymi przepisami przeciwpożarowymi są uznawane za przegrodę ognioodporną.
– Wymagania dotyczące rozdzielania kabli informatycznych i kabli zasilania energetycznego zależą od:
– odporności elektromagnetycznej kabli informatycznych,
– konstrukcji kabli zasilania,
– jakości i typów obwodów elektrycznych zasilanych przez kable energetyczne,
– obecności elementów rozdzielających między tymi kablami.
Normy PN-EN 50174-2 oraz PN-EN 50174-3 precyzują wymagania dotyczące odległości i metod separacji dla różnych lokalizacji okablowania. Na przykład:
– jeśli istnieje konieczność krzyżowania kabli informatycznych z instalacją elektryczną, zaleca się, by kąt przecięcia był bliski 90º;
– zalecenie to dotyczy również przypadków przecinania dróg lub linii kolejowych przez okablowanie informatyczne napowietrzne;
– podczas krzyżowania podziemnych kabli informatycznych i kabli zasilających obydwa typy kabli powinny być izolowane, a odstęp między nimi powinien wynosić minimum 0,3 m. Górnym kablem powinien być kabel informatyczny;
– w miejscach skrzyżowań z drogami i liniami kolejowymi kable podziemne powinny być umieszczone w rurach ochronnych lub kanałach kablowych.
Zalecenia norm powinny być uwzględnione w specyfikacji technicznej projektu okablowania, wiedza w tym zakresie jest więc najważniejsza dla projektantów. Znajomość podstawowych zasad jest przydatna również dla instalatorów, ponieważ pozwala uniknąć popełniania błędów wpływających docelowo na jakość transmisji sygnału.
mgr inż. Bożena Jarząbek
Fabryka Kabli Madex
Bibliografia
1. PN-EN 50173-1:2011 Technika informatyczna – Systemy okablowania strukturalnego – Część 1: Wymagania ogólne.
2. PN-EN 50288-1:2005 Przewody wielożyłowe stosowane w cyfrowej i analogowej technice przesyłu danych – Część 1: Wymagania grupowe.
3. PN-EN 50174-2:2010/A1:2011 Technika informatyczna – Instalacja okablowania – Część 2: Planowanie i wykonywanie instalacji wewnątrz budynków (oryg.).
4. PN-EN 50174-3:2005 Technika informatyczna – Instalacja okablowania – Część 3: Planowanie i wykonawstwo instalacji na zewnątrz budynków.
5. Dz. Urz. UE Nr L 88 rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r. ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylające dyrektywę Rady 89/106/EWG.
6. PN-EN 13501-1+A1:2010 Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków – Część 1: Klasyfikacja na podstawie wyników badań reakcji na ogień.
7. PN-EN 50399:2011 Wspólne metody badania palności przewodów i kabli – Pomiar wydzielania ciepła i wytwarzania dymu przez kable podczas sprawdzania rozprzestrzeniania się płomienia – Aparatura probiercza, procedury, wyniki.
