Iz prakse: Bezbedno uzemljena mreža

Uzemljenje je problem kome se tokom projektovanaja i instaliranja LAN mreža ne poklanja posebna pažnja. A trebalo bi!

Odkad su u prvoj polovini osamdesetih proizvođači opreme za lokalne računarske mreže počeli da napuštaju koaksijalne kablove i umesto njih za prenos podataka sve više koriste parične, nastala je prava mala revolucija u kabliranju. Veliki broj proizvođača je prihvatio izazov i ubrzo je nastala oštra i bespoštedna borba na tržištu. Razni proizvođači nudili su različita rešenja, ne samo za kablove već i za ostalu prateću opremu, konektore, utičnice, razdelnike. Stanje se stabilizovalo donošenjem međunarodnih standarda za strukturno kabliranje, koji su definisali osnovne komponente kablovskih sistema. Standardi su predvideli nekoliko tipova kabla i utvrdili njihove prenosne karakteristike. To su UTP (četiri neoklopljene parice), FTP (četiri parice omotane s jednom ili dve folije), S‑FTP (isto što i FTP, samo se oko folije postavlja širm) i STP (svaka od četiri parice je omotana folijom, pa oko svih zajedno širm).

Neželjena indukcija

Koncepcija kabliranja sa UTP kablovima je najstarija i još uvek najpopularnija u svetu. UTP kablovi imaju karakterističnu impedansu od 100 oma, odlične prenosne karakteristike i predstavljaju veoma dobar komunikacioni medijum. Kako su u početku računarske mreže podatke prenosile brzinama ispod 20 Mb/s (Etherenet – 10 Mb/s, Token Ring – 4 ili 16 Mb/s i slično) UTP kablovi su predstavljali sasvim zadovoljavajuće tehničko rešenje.

Problem se međutim javlja sa pojavom bržih LAN mreža. Kablovi se polažu u poslovnim zgradama gde, pored njih, postoje i druge instalacije. Neke od tih instalacija, a naročito energetske mogu da stvore velike nevolje, jer se struje koje one prenose i koje su znatno većeg intenziteta od signala u računarskim mrežama, preko svog snažnog elektromagnetnog polja mogu indukovati i u UTP kablovima. Neželjena indukcija stvara smetnje prolasku brzih digitalnih signala. Te smetnje nekad mogu biti toliko velike da potpuno onemoguće prenos podataka, pa čak i da oštete aktivnu opremu, dakle habove, svičeve i mrežne kartice u računarima.

Princip upredanja parica sam po sebi pruža određeni stepen zaštite od spoljne indukcije. Za UTP kablove, gledajući spektar signala, ta zaštita se proteže do 30 MHz. Na učestanostima nižim od 30 MHz parice se same bore, koliko mogu, protiv indukcije. Iznad toga UTP kablovi nemaju zaštitu. Naizmenična struja koja se prenosi kroz energetsku mrežu ima frekvenciju 50 Hz, dakle 600,000 puta manje od 30 MHz‑ne granice. Ako parica pruža samoj sebi dovoljnu zaštitu na tako visokoj frekvenciji, onda je sigurno na 50 Hz zaštita još bolja, zar ne?

Parazitne struje

Nažalost nije baš tako. Problem sa energetskom mrežom je u tome što struja koja kroz nju prolazi nije nikad „čista“. To znači da se pored onih „glavnih“ 50 Hz kroz energetsku mrežu prostiru i razne parazitne struje koje mogu da imaju znatno višu učestanost. Ove struje nam ne isporučuje Elektroprivreda (barem ne bi trebalo), već se one stvaraju u našoj električnoj instalaciji, na prekidačima prilikom uključivanja ili isključivanja, kao posledica rada motora i raznih drugih električnih uređaja. Pored ovih parazitnih struja, koje mogu da dovedu do neželjene indukcije u naše UTP kablove, i razni drugi električni aparati, pa i osvetljenje, mogu da prave visokofrekventne smetnje. Mnogi električni uređaji čak imaju običaj da varniče, stvarajući pri tom elektromagnetne talase čiji spektar može biti reda veličine i nekoliko GHz.

Šta se radi u takvim situacijama? Ukoliko i dalje insistiramo na UTP kablovima, postoje dva rešenja. Prvo, da se UTP kablovi što više udalje od energetskih. Kako intenzitet elektromagnetnog polja opada sa kvadratom rastojanja, ukoliko dovoljno udaljimo kablove jedne od drugih, neželjena indukcija će se smanjiti na prihvatljiv nivo. Tu ipak treba biti oprezan, jer daljina zavisi od napona i struje koji se prenose energetskim kablovima. Što su ove vrednosti veće, više treba udaljiti UTP kablove.

U praksi je ovo rešenje je teško dosledno sprovesti. Energetičari za svoje instalacije najčešće zaposednu najbolje trase i tako rasporede kablove da je gotovo nemoguće izbeći ih. Drugo rešenje je polaganje UTP kablova u provodne (metalne) cevi, ili kanale. U ovom slučaju energetski i kablovi za prenos podataka mogu biti veoma blizu jedni drugima, bez opasnosti da od indukcije. Jedini problem kod ovog rešenja je što je ono preskupo. Šta onda?

Kablovi se polažu u poslovnim zgradama gde, pored njih, postoje i druge instalacije. Energetske instalacije mogu da stvore velike nevolje, jer se struje koje one prenose preko svog snažnog elektromagnetnog polja mogu indukovati struju u UTP kablovima

Oklopljeni kablovi

FTP, S‑FTP i STP kablovi spadaju u tzv. oklopljene kablove: oni oko svoje četiri parice imaju omotač u vidu tanke folije ili širma. Ovi omotači pružaju veoma dobru zaštitu od spoljašnjeg elektromagnetnog polja i iznad onih kritičnih 30 MHz. Oklopljeni kablovi generalno imaju i ostale prenosne karakteristike znatno bolje od UTP kablova, pa ih treba koristiti gde god je to moguće. Priči bi tu bio kraj da ne postoji još jedan problemčić, koji sreću kvari: uzemljenje! Oklopljeni kablovi se, naime, moraju uzemljiti.

Uzemljenje je potrebno iz dva razloga: zbog zaštite od elektromagnetnih smetnji i zbog bezbednosti. Razne folije i širmovi koji štite parice u kablovima, to rade ili tako što se neželjene struje indukuju u njima umesto u paricama, ili tako što reflektuju pristigle visokofrekventne elektromagnetne talase. Da bi tu svoju funkciju uspešno obavili, a da pri tom ne bi postali antena koja zrači nešto za svoju dušu, neophodno je ove zaštitne omotače povezati sa velikom provodnom površinom, kao što je orman za smeštaj opreme. Veza sa ovom velikom metalnom površinom mora biti takva da ima što manju impedansu na visokim frekvencijama i da tako omogući što lakše oticanje neželjenih struja. Zbog toga se ova veza u praksi izvodi tako da se omotač kabla (folija, širm) na jednom mestu potpuno obuhvati mehanizmom spoja.

Opisan način uzemljenja se primenjuje samo za zaštitu od elektromagnetnih smetnji (EMC – Electromagnetic Compatibility, EMI – Electromegnetic interference) i razlikuje se od zaštitnog uzemljenja kod koga se zaista vrši povezivanje sa zemljom. U stvari, to i nije pravo uzemljenje. Kako klasični načini zaštitnog uzemljenja (zeleno‑žuta žica) imaju suviše veliku impedansu za visokofrekventne struje, što se tiče zaštite od elektromagnetnih smetnji, folije kablova se i ne moraju povezati sa zemljom. Dovoljno je da ih povežete na metalno kućište ormana.

Zaštitno uzemljenje

Čak i ako primenimo sve mere zaštite naših kablova od spoljašnjih ometanja, nismo ništa uradili ako korisnik, usled lošeg zaštitnog uzemljenja, prilikom nekog kvara na aktivnoj opremi doživi strujni udar. Odgovarajući propisi, domaći i međunarodni, nalažu da se svi metalni delovi opreme sa kojima bi korisnik mogao da dođe u dodir uzemlje. Ovo je bespogovorno pravilo i mora se poštovati.

Koji su metalni delovi kod kablovskih sistema? Pre svega ormani, razdelnici i druga prateća oprema. Kad koristimo oklopljene kablove, verovatno ćemo koristiti i oklopljene utičnice. Kako sa utičnicama korisnik može da dođe u fizički kontakt, mora se obezbediti da i one budu uzemljene. Kako se metalne obloge RJ45 portova na utičnicama galvanski povezuju sa folijom ili širmom kablova, za FTP, S‑FTP i STP kablo

Autor: Dejan Petkov