Обеспечение электромагнитной совместимости информационных структурированных кабельных сетей

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 621.3

В.М. Артюшенко

д-р техн. наук, профессор, кафедра информационных технологий и управляющих систем, ГБОУ ВПО Московской области «Финансово-технологическая академия», г. Королев

Т.С. Аббасова

канд. техн. наук, доцент, кафедра информационных технологий и управляющих систем, ГБОУ ВПО Московской области «<Финансово-технологическая академия», г. Королев

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ СОВМЕСТИМОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СТРУКТУРИРОВАННЫХ КАБЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Аннотация. Рассмотрены вопросы, связанные с обеспечением электромагнитной совместимости ин-

формационных структурированных кабельных сетей. Получены графические зависимости, позволяющие обеспечивать электромагнитную совместимость при построении и эксплуатации структурированных кабельных сетей.

Ключевые слова: внешнее электромагнитное воздействие, электромагнитная совместимость, структурированные кабельные сети.

V.M. Artyushenko, Financial and Technological Academy, Korolev

T.S. Abbasova, Financial and Technological Academy, Korolev

ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY OF STRUCTURED CABLING INFORMATION NETWORK

Abstract. The problems associated with providing of electromagnetic compatibility of structured cabling systems are considered. Graphic dependences are obtained, which allow provide electromagnetic compatibility in the construction and operation of structured cabling systems.

Keywords: external electromagnetic interference, electromagnetic compatibility, structured cabling.

Одной из важнейших проблем при построении и эксплуатации структурированных кабельных сетей (СКС) является проблема обеспечения электромагнитной совместимости [1-4]. Особую актуальность эта проблема приобретает при передаче по СКС сигналов высокоскоростных протоколов, и их прокладки в непосредственной близости от телекоммуникационных и силовых кабелей [5-7].

Проведем анализ эффективности защиты СКС от внешних помех, с точки зрения обеспечения электромагнитной совместимости.

Важным аспектом проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) является взаимное влияние кабелей, проложенных в одном и том же кабелепроводе. Согласно теории, если источником помех, воздействующих на неэкранированный кабель СКС, является проложенный вместе с ним кабель, излучающий электромагнитные помехи, то для приближенной оценки электромагнитных помех можно воспользоваться выражением [1, 3]:

где Lп - длина кабеля, подверженного воздействию электромагнитной помехи, м; г - расстояние между «мешающим» кабелем и кабелем подверженным воздействию помехи, м; Rк -сопротивление кабеля, Ом;

Дпп = ^п) - ослабление электромагнитных помех, для двух параллельно проложенных кабелей, в зависимости от рабочей частоты «мешающего» кабеля Fп (рис. 1).

Если один из кабелей экранирован, то для определения величины ослабления Дпп, можно воспользоваться графиками, представленными на рисунке 2, когда Lп = 2 м, г = 0,01 м.

Ап « Апп - 20^(50^/^), дБ,

Анализируя выражение (1) и приведенные на рисунках 1 и 2 зависимости, можно сделать следующие выводы. Для уменьшения влияния электромагнитных помех, в случае прокладки двух кабелей, один из которых является источником помех, необходимо: максимально разнести их друг от друга; обеспечить их хотя бы простейшим защитным экраном; максимально уменьшить длину кабеля, подверженного воздействию электромагнитной помехи.

120 110 100 ш 90 * 80 70 60 50 40 30 5 20 О Ю 0

*

' ч

ч

ч.

♦. ч » с

ч -— Л

— ♦ - —Л

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 Рп, МГц

-♦-1 --Ш--2 —А— 3

Рисунок 1 - Ослабление электромагнитных помех, при параллельной прокладке двух неэкранированных кабелей, один из которых является источником помех, где 1 - и = 10 м, г = 0,01 м; 2 - и = 2 м, г = 0,01 м; 3 - ^ = 1 м, г = 0,01 м

Рисунок 2 - Ослабление электромагнитных помех, при параллельной прокладке двух кабелей (проводов), один (или оба) из которых защищены экраном, где 1 - один кабель экранирован; 2 - оба кабеля экранированы

На рисунке 3 представлены зависимости ослабления электромагнитной помехи для трех случаев защиты информационного кабеля: 1 - экранирование кабеля, 2 - использование алюминиевой вставки, 3 - использование металлического напыления короба из ПВХ [7].

Наилучшую защиту обеспечил экранированный кабель. Применение алюминиевой вставки показало себя на 5 дБ хуже во всем диапазоне частот. Металлическое напыление оказалось на 20-30 дБ или примерно в 100-1000 раз менее эффективным [4, 5].

50

1 50 100 150 200 МГц

| --+--1 -»-2 —А—3 Рисунок 3 - Зависимость относительного ослабления от частоты

Воспользовавшись методикой, изложенной в стандартах Е1А/Т1А 569 и ЕЫ50174-2, были получены зависимости предельно допустимых расстояний между информационными и силовыми кабелями, проложенными с использованием различных разделителей (рис. 4-9).

Из представленных зависимостей видно, что использование разделителя между неэк-ранированным силовым и информационным кабелем позволяет значительно уменьшить предельно допустимое расстояние. Так, при 3 кВА, алюминиевый разделитель уменьшает его почти в 1,5 раза, стальной - в 2,6 раз. При 5 кВА, алюминиевый разделитель - в 1,2 раза, стальной - почти в 2 раза [4, 5].

1000 900 800 I 700

ф 600

I 500 о 400 g 300 CL 200 100 о

1 2 3 4 5 кВА

—♦—1 - - - 2 - /,-3

Рисунок 4 - Предельно допустимые расстояния между силовыми и информационными кабелями без металлического разделителя, где 1 - оба кабеля не экранированы; 2 - один из кабелей экранирован; 3 - оба кабеля экранированы

Для исследования устойчивости СКС к внешним электромагнитным воздействиям была разработана специальная компьютерная программа, позволяющая имитировать работу сети, использующую стандартный высокоскоростной протокол передачи данных АТМ 155, в условиях воздействия радиоизлучений. Программа основывалась на методике измерений, разработанной лабораторией NAMAS, и на рекомендациях стандарта EN61000-4-3: 1996.

1000 900 800 | 700 ф 600

5

500 400

о; о I-

о 300

пз о_

200 100 0

М

_>—^ _____¿Г""

кВА

1 --Я- 2 - Л- 3

Рисунок 5 - Предельно допустимые расстояния между силовыми и информационными кабелями с алюминиевым разделителем, где 1 - оба кабеля неэкранированы; 2 - один из кабелей экранирован; 3 - оба кабеля экранированы

Рисунок 6 - Предельно допустимые расстояния между силовыми и информационными кабелями со стальным разделителем, где 1 - оба кабеля неэкранированы; 2 - один из кабелей экранирован; 3 - оба кабеля экранированы

1000 800 | 600

о: о I-

о о

ГС 0_

400 200

/ ш

а/ / ✓ /

.и-.

.——

1 2 3 4 5 кВА

—Ф— 1 --Л- 2 - Л- 3 I

Рисунок 7 - Предельно допустимые расстояния между неэкранированными силовыми и информационными кабелями, где 1 - без металлического разделения; 2 - с алюминиевым разделителем; 3 - со стальным разделителем

1000 900 800 1 700 ф 600

о

I-

О 300 то

200 100 о

400

..-Л

___- ~---~ттг г~ Г«--.*--:-' . ^ L

кВА

1 --- 2 -/,- 3

Рисунок 8 - Предельно допустимые расстояния между экранированными силовыми и неэкранированными информационными кабелями, где 1 - без металлического разделения; 2 - с алюминиевым разделителем; 3 - со стальным разделителем

1000 900 800 | 700 600

ш

I 500

о 400

0

1 200 100

0

300

________

1-ffc^H ____-7.

кВА

1 --Я--2 - А- 3

Рисунок 9 - Предельно допустимые расстояния между экранированными силовыми и информационными кабелями, где 1 - без металлического разделения;

2 - с алюминиевым разделителем; 3 - со стальным разделителем

Неэкранированная система категории 6 не обеспечила защиту от электромагнитных помех для напряженности поля в 3 В/м. Системы, использующие экранированные кабели, устойчиво работали до уровня наводок в 15 В/м [6, 7].

На рисунке 10 представлены уровни наведенных напряженностей поля в витых парах неэк-ранированной системы. На рисунке 11 приведены результаты тестирования, характеризующие относительную устойчивость экранированной системы к воздействию внешних наводок [7].

Полученные результаты хорошо совпадают с результатами компании ITT NS&S, организовавшей многочисленные измерения систем разных производителей, проведенные различными лабораториями в США и Англии.

2 180

ф 140

5 120

<5 80 | 60 40 20 0

ф кс

ф

ш

та

''-й-'"

- Щ- . — -К" — — К ~

.--х— ~~

0,5 1 1,5 2 2,5 3 В/м

—♦— 1 --в- 2 —¿г— 3 4

Рисунок 10 - Уровни наведенных напряженностей поля в витых парах неэкранированной системы, где 1 - 3-я пара; 2 - 1-я пара; 3 - 2-я пара; 4 - 4-я пара

.. 50 ш

5 45

ф 40

к 35 30

25

о 5 20

ж

х 15

ф

5 ю

03 5 га э

0

ш

-Ш "' - - ^ X

-""* „ -л' '

. -X "

^ _ ^-~ ._____ „ _ - - - "СГ 2."  — " — ••Х--"-"

/т " • *- —"X

В/М

•1 —»—2 --л--3 - х- 4

Рисунок 11 - Уровни наведенного напряжения в витых парах экранированной системы, где 1 - 3-я пара; 2 - 1-я пара; 3 - 2-я пара; 4 - 4-я пара

Таким образом, сравнительный анализ защиты от взаимного влияния кабелей, проложенных в одном и том же кабелепроводе, показал, что в диапазоне до 250 МГц наилучшую защиту обеспечивает экранированный кабель. Алюминиевая вставка защищает информационный кабель на 5 дБ хуже во всем диапазоне частот. Металлическое напыление оказалось примерно в 100-1000 раз менее эффективным, чем применение экранированного кабеля.

Использование разделителей между неэкранированным силовым и информационным кабелем позволяет значительно уменьшить предельно допустимые расстояния. Так, при 3 кВА, алюминиевый разделитель уменьшает его почти в 1,5 раза, стальной - в 2,6 раз.

Для обеспечения защиты от электромагнитных помех, при напряженности поля выше 3 В/м, необходимо использовать экранированные СКС категории 6, так как уровень наводок в неэкранированной системе оказался в 5-10 раз выше, чем в экранированной.

Список литературы:

1. Артюшенко В.М., Аббасова Т.С. Структурированные кабельные системы: учебное пособие / под ред. В.М. Артюшенко; ГОУ ВПО «МГУС». - М., 2005.

2. Артюшенко В.М., Аббасова Т.С. Методы инсталляции и проектирования электрических кабельных линий в 10-гигабитных системах связи // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2009. - № 2, Т. 5. - С. 8-16.

3. Артюшенко В.М., Гуреев А.К., Абраменков В.В., Енютин К.А. Мультимедийные гибридные сети: монография. - М: МГУС, 2007. - 94 с.

4. Артюшенко В.М., Аббасова Т.С. Электромагнитная совместимость электропроводных кабелей и коммутационного оборудования высокоскоростных структурированных кабельных систем // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2008. - № 4, Т. 4. -С. 22-29.

5. Артюшенко В.М., Аббасова Т.С. Сервис информационных систем в электротехнических комплексах: монография / под науч. ред. В.М. Артюшенко; ФГОУ ВПО РГУТиС. - М., 2010. - 98 с.

6. Артюшенко В.М., Аббасова Т.С. Проектирование мультисервисных систем в условиях воздействия внешних электромагнитных помех: монография / под науч. ред. В.М. Артюшенко; ФГОУ ВПО РГУТиС. - М., 2011. - 110 с.

7. Артюшенко В.М., Аббасова Т.С. Расчет и проектирование структурированных мультисервисных кабельных систем в условиях мешающих электромагнитных воздействий: учебное пособие / под ред. В.М. Артюшенко. - Королев МО: ФТА, 2012. - 264 с.