Instalacje kablowe (telekomunikacyjne, nadzorcze, elektryczne i powiązane ...)

Topologia instalacji

Topologia sieci/okablowania jest to zbiór zasad wedłóg których rozprowadzana jest dana sieć, okablowanie. Do najważniejszych modeli topologii okablowania zaliczyć należy architektury: magistrali, gwiazdy oraz gwiazdy hierarchicznej (drzewa). Każda z wspomnianych topologii ma swoje zalety i wady, dlatego wybór którejś z nich powinien być uzależniony od konkretnego przypadku i dobrze przemyślany.

W przypadku niewielkich instalacji teleinformatycznych oczywiście najlepszą topologią wydaje się być topologia gwiazdy (pojedynczej), charakteryzująca się tym iż wszystkie podłączenia początek biorą w węźle centralnym (centralnym punkcie dystrybucyjnym). W przypadku większych systemów takim optymalnym rozwiązaniem jest topologia hierarchicznej gwiazdy, w której występuje wiele podstruktur gwiaździstych, których węzły połączone są ze sobą w sposób hierarchiczny. Na ogół gwiazdy na wyższych poziomach hierarchii - bliżej węzła centralnego (korzenia) łączą ze sobą (i węzłem wyższego poziomu) tylko węzły gwiazd niższego poziomu. Natomiast przy systemach o dużej rozpiętości przestrzennej spotyka się często rozwiązanie oparte na połączeniu systemów gwieździstych za pomocą magistrali (równorzędnego połączenia elementów na nią składających się - bez elementu łączącego wszystkie inne), gdyż rozwiązanie takie jest w stanie wybitnie skrócić długości tras kablowych.

Sytuacja zaczyna się komplikować gdy dołożymy do naszych instalacji teleinformatycznych instalację elektryczną, w której stosowanie gwiazdy, bardzo komplikowałoby przebieg tras kablowych oraz ewidentnie zwiększało liczbę prowadzonych kabli (każde gniazdo końcowe powinno mieć przy takim układzie kabel aż do punktu dystrybucyjnego), zwłaszcza przy stosowaniu wspólnej (lub bliskiej) lokalizacji teleinformatycznych i elektrycznych punktów dystrybucyjnych. Jak również wymagałoby tworzenia dużych punktów dystrybucyjnych ze względu na konieczność umieszczenia tam urządzeń sterujących każdą linią. Pewnym kompromisowym rozwiązaniem może tu być ograniczenie gwiazdy tylko do ostatniego odcinka i stosowanie rozproszonego systemu urządzeń sterujących.

Prowadzenie instalacji

Okablowanie

Mamy doczynienia z dwoma typami okablowania - instalacje zasilające (na ogół 230V AC, niekiedy także niskonapięciowe) oraz instalacje teletechniczne/teleinformatyczne (sieci komputerowe, CCTV, systemy sterujące, alarmowe, ...).

W przypadku instalacji zasilających kwestia okablowania jest prosta. Jako obwody rozprowadzające stosuje się najczęściej przewody o przekroju 1.5mm² - instalacje oświetleniowe oraz 2.5mm² - instalacje gniazd. Jako główne linie zasilające wykorzystuje się większe przekroje. Przewody wysokonapięciowe (230VAC) mogą być bez żadnych problemów wykorzystane do instalacji niskonapięciowych (np. 12VDC lub 24VDC).

Natomiast w przypadku przewodów sygnałowych sytuacja jest trudniejsza - mamy linie niesymetryczne (przewód współosiowy), gdzie ochroną przed zakłóceniami jest ekranowanie i symetryczne (skrętka), gdzie najczęstszą ochroną przed zakłóceniami jest transmisja różnicowa, a także różne impedancje tych linii (najczęściej 75 i 100 omów). Najpowszechniej obecnie używanym jest okablowanie symetryczne 100 omowe kategorii 5e lub wyższej (ze złączami RJ45) - jest ono wykorzystywane przede wszystkim do sieci komputerowych (Ethernet), ale może być również wykorzystane do przesyłu innych sygnałów (instalacje alarmowe, telefonia, systemy sterujące, ...). Za wykorzystywaniem go w innych instalacjach niż sieci komputerowe przemawia ujednolicenie okablowania, przeciw argumenty ekonomiczne (jest ono lepsze ale i droższe od tego jakiego wymagają te systemy). Okablowanie to może być także wykorzystywane do przesyłu analogowego sygnału audio i wideo (AV), ale tutaj problemem jest dopasowanie systemów AV do korzystania z tego medium, systemy te dostosowane są do korzystania z niesymetrycznego kabla 75 omów (ze złączami F, BNC lub chinch (RCA)) i konieczne jest użycie specjalnych układów dostosowujących. Są to układy oparte o indukcję (balun/transformator wideo) lub też specjalizowane układy elektroniczne (wzmacniacze operacyjne typu MAX435/MAX436 czy też LT1190/1193, które umożliwiają przesył obrazu z wykorzystaniem skrętki nawet na odległości większe niż 1km).

Sposoby prowadzenia instalacji

Najprostszym sposobem na położenie kabli wydaje się instalacja wtynkowa - kable są położone bezpośrednio w tynku, nie umożliwia on jednak praktycznie żadnej ingerencji w instalację bez rozkuwania ścian, w związku z czym jest niezbyt praktyczny. Natynkowym ich analogiem byłoby prowadzenie gołego kabla mocowanego specjalnymi zaczepami (umożliwia łatwe modyfikacje instalacji, jednak nie zapewnia żadnego ich zabezpieczenia). Na pewien stopień ingerencji pozwalają instalacje wykonane z rurek PCV - podtynkowe (głównie z giętkich karbowanych rurek) oraz prowadzone po wierzchu (z twardego PCV z wykorzystaniem osprzętu łącznikowego (złączki, złączki karbowane, kolanka, rozgałęźniki, puszki, ...) oraz uchwytów mocujących (zwykłe i zamknięte). Wadą tych instalacji jest trudność przy ich rozbudowie (o ile wymiana kabla nie nastręczy gigantycznych problemów o tyle dołożenie nowego może być prawdziwym wyzwaniem). W związku z tym stosowanie rurek jest dobrym rozwiązaniem na odcinkach instalacji / instalacjach których większej rozbudowy nie przewidujemy (oświetlenie tuneli technicznych, odprowadzenia do pojedynczych lamp, czujników, ...).

Dlatego najpraktyczniejsze (aczkolwiek trochę mniej estetyczne od instalacji podtynkowych) wydaje się prowadzenie instalacji w systemie (zdobywających ostatnio coraz większą popularność) natynkowych korytek kablowych jak również z wykorzystaniem innych systemów (podłoga techniczna wraz z puszkami podłogowymi oraz specjalnymi przepustami kablowymi i kolumnami elektroinstalacyjnymi, ...). W miejscu tym należy dokonać wyboru między łatwym dostępem do elementów okablowania a estetyką, warto przy tym pamiętać że przy dobrze zaplanowanej instalacji (zwłaszcza gdy jest to gwiazda) dostęp do okablowania jest możliwością potencjalną która może nie być nigdy potrzebna.

Na rynku dostępnych jest wiele systemów korytek aluminiowych, stalowych jak i PCV umożliwiających budowę kompleksowych tras kablowych. Na systemy te oprócz samych kanałów instalacyjnych o różnych rozmiarach składają się także akcesoria takie jak: przegrody (zwykłe, umożliwiające montaż niezależnych pokryw, zapewniające powiększony odstęp, niekiedy są one częścią samego korytka), pokrywy (perforowane, pełne, zaczepiane od góry lub od boku kanału), różnego rodzaju łączniki, kolanka, narożniki, odgałęźniki, reduktory rozmiarów, pokrywy elastyczne, klamry rozporowe, ... . Kanały posiadają wykonania podsufitowe/narożnikowe, przypodłogowe, elementy umożliwiające montaż osprzętu - zarówno standardowego, jak też modułowego typu S (18mm) czy też 45x45mm ("EuroMod"), a także urządzeń takich jak czujniki, lampy, itp, zarówno na kanale jak i obok niego. Warto także szczególną uwagę zwrócić na korytka "podtynkowe" przeznaczone do montażu zlicowanego ze ścianą oraz fakt dodatkowego ekranowania elektomagnetycznego jakie zapewniają kanały metalowe. Zobacz w Sieci: system korytek metalowych BRSN, korytka siatkowe, otwarty system dystrybucji kabli

Jako podstawę dystrybucji należałoby przyjąć system koryt stalowych. W pomieszczeniach technicznych oraz na odcinkach z dużą ilością przewodów (tutaj np. nad sufitem podwieszanym lub pod podłogą techniczną) najpraktyczniejsze wydają się korytka ażurowe lub wręcz korytka siatkowe albo drabinki kablowe. Natomiast na dalszych odcinkach kanały instalacyjne umożliwiające montaż osprzętu, uzupełnione kanałami podsufitowymi, mniejszymi listwami rozprowadzającymi pojedyncze obwody (np. do czujek).

Dystrybucja najczęściej (obiekty biurowe, mieszkania, ...) ma charakter poziomy i dotyczy głównie obwodów między ostatnim punktem dystrybucyjnym a punktem końcowym instalacji (gniazdo, lampa, ...). Jednym z wyjątków (obok łączenia piętrowych punktów dystrybucyjnych w biurowcach) jest przypadek wielorodzinnego budynku mieszkalnego, gdzie dystrybucja mediów do lokali ma głównie charakter pionowy (niewielka powierzchniowo klatka schodowa z kilkoma lokalami na piętrze i sporo pięter). W takim wypadku najrozsądniejsze wydaje się prowadzenie dwóch pionów kablowych i łączenie ich podsufitową listwą (przechodzącą nad wejściami do wszystkich lokali), z której prowadzone są przepusty do wnętrza lokali i w której umieszczane są punkty styku instalacji wspólnej i wewnętrznej. Także w tej listwie (obok lokowanych tam gniazd styku instalacji wspólnej i wewnętrznej) należy zostawiać niewielki odcinek kabla jako zapas, podobnie jak przy każdym innym gniazdku końcowym.

Punkty dystrybucyjne

Pod pojęciem punktu dystrybucyjnego będę rozumiał punkty mieszczące panele krosowe (RJ45, światłowodowe, F, BNC, ...), osprzęt sieciowy, urządzenia sterujące, serwery, energetyczne tablice rozdzielcze, etc. Miejsca takie pełnia bardzo ważną, wręcz strategiczną rolę w strukturze okablowania, systemów sterujących, sieci komputerowych i innych sieci teleinformatycznych. Niezależnie od tego czy nasz punkt jest osobnym pomieszczeniem (co oczywiście jest najlepszym rozwiązaniem) czy też wybranym fragmentem innego pomieszczenia (biura, korytarza) najsensowniejsze wydaje się oparcie go o szafę lub stelaż 19 calowy (bądź też ich) wraz z odpowiednim osprzętem. Oczywiście możliwe są też inne rozwiązania, bądź rozwiązania tylko w części oparte na standardzie 19 calowym, jednak (przynajmniej na razie) nie będę im poświęcał tutaj większej uwagi.

Istotną kwestią jest zapewnienie uporządkowanego okablowania takiego punktu, do tego celu skorzystać można z opisywanych wcześniej systemów korytek kablowych, osprzętu porządkującego kable do szaf. Dobrym pomysłem jest też pogrupowanie wiązek przewodów dochodzących do jednego panelu poprzez umieszczenie ich w elastycznej rurze PCV na odcinku od korytka kablowego, którym dochodzą do szafy, do panelu, którym są zakończone. Dzięki takiemu rozwiązaniu zostawiony w szafie zapas kabla, umożliwiający wysunięcie panelu i wygodne operowanie na nim, nie wprowadza bałaganu do szafy. Jak wyżej wspomniałem indywidualny zapas kabla zostawiać należy przy gnieździe końcowym. Bardzo wygodnym rozwiązaniem jest stosowanie podłogi technicznej w większych punktach dystrybucyjnych / serwerowniach i umieszczanie pod nią korytek metalowych na wiązki przewodów.

Systemy 19-sto calowe (standard rack)

Jest to standard, który pozwala na montaż w jednej obudowie (szafie bądź stojaku) różnorodnego osprzętu, począwszy od paneli krosowych, osprzętu sieciowego, poprzez komputery przemysłowe, serwery i specjalistyczne urządzenia sterujące ..., po modułową aparaturę elektryczną. Urządzenia w tym standardzie charakteryzują się znormalizowaną szerokością (właśnie 19 cali czyli koło 48 cm) oraz wysokością w wielokrotnościach 1U (= 44,45 mm), nie posiadają natomiast zestandaryzowanej głębokości (na ogół nie przekracza ona 45 cm, ale potrafi być nawet 60 cm do 80 cm).

Ważną cechą szaf jest demontowalność boków szafy oraz przednie i tylne otwieralne drzwi (co daje możliwość dostępu do urządzeń z dowolnej strony), producenci zapewniają też szeroki wybór rodzajów drzwi. Istnieje także możliwość zastosowania skróconych drzwi umożliwiające montaż na górze lub dole specjalnych przepustów kablowych, takowe mogą być też montowane w podłodze jak i suficie szafy (tam mogą być montowane też systemy wentylacji). W śród cech szaf wyróżnia się również spora gama szerokości (większa szerokość zapewnia większą przestrzeń z boku urządzeń, a także możliwość montażu ram obrotowych) oraz mniejsze od typowych stojących szaf wersje przystosowane do powieszenia na ścianie (tu warto zwrócić uwagę na szafy dzielone, które umożliwiają otwarcie "od tyłu" - przednia część połączona jest z tylnią mocowaną do ściany zawiasami ...). Jeżeli mamy do dyspozycji całe dobrze zabezpieczone pomieszczenie warto rozważyć użycie zamiast szaf 19" odpowiednich stojaków (jak szafa tyle że bez obudowy) - zapewnia to łatwiejszy dostęp do zamontowanych użądzeń. W przypadku szaf przeznaczonych do montażu serwerów wraz z osprzętem warto rozważyć szafy wyposażone w kółka jezdne, w połączeniu z wyposażeniem każdej takiej szafy w własny panel dystrybucji napięć (podobny jak dla szaf dystrybucji okablowania - od przodu szyna do montażu zabezpieczeń, od tyłu gniazda podłączeniowe) oraz switch (co redukuje liczbę kabli dochodzących do szafy) ułatwia to znacznie reorganizację systemu.

W śród bogatego osprzętu wspomnieć należy o:

panelach krosowych
osprzęcie sieciowym (routery, switch'e, ...), telefonicznym, ...
obudowach komputerów przemysłowych (zarówno opartych o zwykłe płyty główne, jak i specjalistyczne rozwiązania) o zróżnicowanej wysokości (najczęściej od 2U do 6U) i gamie elementów dostępnych z zewnątrz (np: wyprowadzenia kart rozszerzeń oraz pojedynczych urządzeń 3,5'' i 5,25'', wyprowadzenia wyłącznie wielu urządzeń 5,25'', ...) oraz obudowach stacji roboczych z wbudowanym miejscem na wyświetlacz ciekłokrystaliczny
obudowach i półkach do innego osprzętu, w tym konstrukcji specjalnie przystosowanych do urządzeń danego typu (np. monitorów)
wysuwanych szufladach na klawiaturę, dokumentację, ...
panelach dystrybucji napięć (umożliwiających montaż standardowego elektrycznego osprzętu modułowego na wspornik 35mm (szynę DIN) - do 18 modułów 17,5 mm przy wysokości 3U)
listwach zasilających, zasilaczach awaryjnych, osprzęcie porządkującym kable oraz innym specjalistycznym osprzęcie

Instalacje elektryczne - w systemie czy obok ?

Ze względu na oszczędność miejsca w przypadku instalacji elektrycznych wspomnianą już aparaturę modułową (m.in. bezpieczniki, RCD (warto wspomnieć o różnych typach RCD: AC - reaguje tylko na przemienne prądy upływu, A - także wyprostowane jednopołówkowe / impulsowe, oraz najbardziej uniwersaklny B - reaguke), styczniki, przekaźniki) często montuje się w oddzielnych, przystosowanych specjalnie do tego celu rozdzielnicach. Instalacje te nastręczają także problemy w przypadku dużych systemów z dużymi odległościami do punktów dystrybucyjnych - dużo dużych przewodów, ... . Należy także pamiętać o zachowaniu wymaganych odległości pomiędzy instalacjami wysokoprądowymi a telekomunikacyjnymi oraz odpowiednim ekranowaniu elektromagnetycznym. Jest to szczególnie ważne w .przypadku pobliskiego lokowania rozdzielczych punktów energetycznych i teletechnicznych (może to być nawet wspólne pomieszczenie).

W miejsce wspomnianych rozdzielnic elektrycznych można by z powodzeniem zastosować zmodyfikowaną wersję opisywanego powyżej "panelu dystrybucji napięć" złożoną z dwóch części - panelu frotowego o wysokości 3U z demontowalnym wspornikiem DIN do montażu aparatury oraz tylniej części (tylnej ściany obudowy głębokości około 20-25 cm) w której umieszczone byłyby złącza kablowe (zaciski śrubowe dla przewodów N, L oraz PE, które może być od razu w tym miejscu łączone (także do masy szafy)) pomiędzy rozprowadzaną po obiekcie instalacją a dołączonym przewodami typu linka przednim panelem. W tylnej części można wykorzystać złączki szynowe lub inne podobne rozwiązania dostępne na standardową szynę wspornikową DIN (zobacz w Sieci: złączki szynowe, złączki sprężynowe, złączki śrubowe dwupoziomowe, a nawet trój poziomowe - np. PIK 4-PE/L/N lub ZG-G4/PE/L/N). Dla obwodów <= 10A można rozważyć także zastosowanie rozłączalnych kostek łącznikowych (z bolcami - zobacz GP2,5 / WP2,5 w katalog złączek Spółdzielni "Pokój"), można by je zastosować nawet w formie typowych patchpaneli 1U (podłączenia instalacji) łączonych patchordami z modułami 3+1U (zabezpieczenia wraz z gniazdami podłączeniowymi). Na podobnej zasadzie w szafie można montować aparaturę sterowniczą instalacji (np. sterowniki oświetlenia) - w przedniej części mamy (w demontowalnej sub obudowie) układ elektroniczny (wraz z wyprowadzeniem gniazd sterujących RJ lub D-SUB na panel przedni) połączony wiązką przewodów linkowych z złączami na tyle.

Zobacz w Wikipedii: Instalacja elektryczna, Układ_sieciowy, Rozdzielnica elektryczna, Bezpiecznik_elektryczny, Bezpiecznik różnicowo-prądowy, Gniazdko elektryczne, en:Electrical_room, en:Electric_switchboard, en:Utility_tunnel.

Uwagi końcowe i integracja systemów

Przy tworzeniu kompleksowej instalacji budynku warto zorganizować ją tak aby od centralnego punktu dystrybucyjnego (w którym znajduje się punkt styku z instalacjami zewnętrznymi) nie były prowadzone żadne obce instalacje. Wszystkie media zewnętrzne powinny być wpuszczane w odpowiednie podsystemy tej instalacji wewnętrznej. Instalacja wewnętrzna powinna stanowić spójną, dobrze zintegrowaną całość opartą na podobnej architekturze - zarówno na tej samej fizycznej topologii i wspólnych punktach dystrybucyjnych, jak również podobnych mechanizmach działania - wykorzystaniu sieci komputerowych, warto tu rozważyć utworzenie dedykowanych systemów (np. telekomunikacyjny i bezpieczeństwa).

Konieczne jest także zapewnienie odpowiednich warunków dla urządzeń pracujących w punktach dystrybucyjnych (zwłaszcza w głównej serwerowni), a także odpowiedniego bezpieczeństwa tych pomieszczeń. Należy zapewnić także aby opisywane systemy (zwłaszcza system sterowania) były dobrze zintegrowane z pozostałymi instalacjami technicznymi (wodno-kanalizacyjną, centralnego ogrzewania, ciepłej wody, klimatyzacjo-wentylacyjną, centralnego odkurzacza, ...). Więcej na temat warunków funkcjonowania punktów dystrybucyjnych oraz integracji różnych systemów w artykule elektroniczny dom.

Linki

Więcej na temat integracji oraz budowania różnych systemów w oparciu o zaprezentowane powyżej rozwiązania (systemy kanałów kablowych, punktów dystrybucyjnych, ...) w artykule elektroniczny dom.

Zobacz w Sieci: MultiWireing, Emiter, Legrand, Obciążalność prądowa i spadki napięć, Informator Techniczny Technokabel, , Instalacje elektryczne, Poradnik elektroinstalatora (f. Moeller), Sieci komputerowe @ Politechnika Rzeszowska