Výpočet potřebného množství kroucené dvoulinky při návrhu SCS – IT Engineer s Notebook
Když je nutné změřit délku kabelu v cívce, samozřejmě nejlepší metodou měření je převinout a určit délku přímou metodou. Tato metoda však vyžaduje převíječe, poměrně hodně času a personálu údržby. Mnohem častěji se používají nepřímé metody pro stanovení délky kabelu.
- DC metoda – měřením odporu stejnosměrného vodiče
- metoda TDR (reflektometr) – měřením doby průchodu snímacího impulsu
DC metoda
Metoda je založena na Ohmově zákonu, ve kterém je odpor jádra kabelu úměrný délce jádra. Nebo pro délku kabelu:
Zde R je naměřený odpor jádra v ohmech.
Rpg — lineární odpor jádra v ohmech/km.
Vše by bylo v pořádku, kdyby lineární odpor nezávisel na mnoha faktorech. Ve skutečnosti závisí lineární odpor na průřezu jádra, teplotě a chemickém složení materiálu jádra.
Obecně platí, že pro Rpg lze napsat:
Rezistivita ρ materiálu jádra závisí na chemickém složení a teplotě
ρ20 – rezistivita materiálu, ze kterého je jádro vyrobeno, při 20 o C – závisí pouze na materiálu jádra
α je teplotní koeficient, který také závisí na chemickém složení materiálu jádra.
Takže podrobnější vzorec pro délku jádra kabelu bude vypadat takto:
Je třeba poznamenat, že délka jádra není vždy stejná jako délka kabelu. Pokud jsou pro energetické kabely tyto hodnoty stejné, pak jsou v komunikačních kabelech jednotlivá jádra stočena do párů nebo čtyř. Zkroucení způsobuje, že délka jádra je delší než délka kabelu.
Co by mělo zařízení měřit metodou DC?
Odpor jádra je samozřejmě co nejpřesnější.
Takže pro typický měděný napájecí kabel o průřezu 9 mm2 bude odpor 1 metru řádově 0,002 Ohmů pro kabel s větším průřezem bude odpor ještě menší. Zařízení tedy musí mít rozlišení ne horší než 0,001 Ohm.
Měření odporu s takovým rozlišením představuje známé obtíže.
Nejprve je nutné zajistit, aby bylo zařízení připojeno způsobem, který nezkresluje výsledek měření. Řešení tohoto problému je dobře známé – jedná se o použití tzv. Kelvinova zapojení neboli čtyřvodičového zapojení. Jeho význam je znázorněn na následujícím obrázku:
Tento obvod má dva samostatné obvody: proudový obvod s ampérmetrem a obvod poklesu napětí s voltmetrem.
- Udržujte oba konce kabelu na stejné teplotě
- Provádějte měření při vysokém proudu
U moderních přenosných přístrojů je boj o snížení spotřeby energie a měření se obvykle provádějí při nízkých proudech. Jeho hodnota navíc většinou není uvedena v dokumentaci k zařízení. Podle našeho názoru má tento parametr prvořadý význam, který určuje fyzikální omezení metrologických parametrů zařízení.
metoda TDR
Metoda je založena na vyslání krátkého snímacího impulsu do kabelu a pozorování odraženého signálu od konce kabelu:
Metoda není použitelná pro kabely s jednou žilou!
K odrazu dochází jak od otevřeného, tak od zkratovaného konce kabelu. Jediný rozdíl bude v tom, že při odrazu od zkratovaného konce dojde k převrácení pulsu.
Délku lze vypočítat z času τ mezi okamžikem začátku snímacího impulsu a okamžikem příchodu odraženého impulsu se známou rychlostí šíření. Rychlost šíření je dána geometrií kabelu a izolačními vlastnostmi. Kabely se stejnou geometrií (průřez jádra, tloušťka izolace atd.), ale lišící se dielektrickou konstantou izolačního materiálu, se budou vyznačovat různými rychlostmi šíření. Závody, které vyrábějí kabelové produkty, obvykle neposkytují hodnotu rychlosti šíření a měřič se musí řídit některými hodnotami. Některé referenční materiály lze nalézt, ale kabely se stejným označením z různých šarží mohou mít různé fyzikální vlastnosti.
Rychlost šíření se pro reflektometrii tradičně udává koeficientem zkracování KU = C/V. Zde C je rychlost světla ve vakuu, V je rychlost šíření elektromagnetické vlny ve zkoumaném kabelu. U většiny značek kabelů je faktor zkrácení v rozmezí 1÷3.
Kromě odrazu od konce kabelu se snímací impuls odráží také od jakékoliv nehomogenity kabelu.
Zařízení připojené ke kabelu je také heterogenní. K odstranění rušivého echo signálu se používá nastavitelná zátěž MATCHING.
Co by mělo zařízení metodou TDR měřit?
Doba mezi odesláním impulsu sondy a začátkem příchodu odraženého echo signálu. Na první pohled je vše docela jednoduché, ale v praxi existují značné potíže. Pro přesné měření musí mít signál sondy trvání v rozsahu nanosekund s velmi strmými hranami. Při šíření podél kabelu takový impuls podléhá značnému zkreslení. Jeho amplituda je značně snížena a čela jsou rozmazaná.
Za takových podmínek představuje určení začátku ozvěny značné potíže. Obvyklý přístup, kdy si zařízení samo určí start překročením určité úrovně, vede k výrazným chybám.
Druhým komplikujícím faktorem se zdá být přítomnost vlastních nehomogenit kabelu.
Skutečnost je taková, že v současnosti nejlepší způsob, jak určit začátek odrazu od konce kabelu, zahrnuje pozorné oko měřiče. Dokonce ani profesionální reflektometry pro měděné kabely nemají funkce automatické analýzy s přesným určením vzdálenosti.
Většina měřičů délky kabelů zobrazuje informace na alfanumerických indikátorech. Kvalitní měření délky kabelu je podle našeho názoru možné pouze pozorováním grafického obrazu s možností jeho protažení podél os pro přesné umístění měřicího kurzoru.
Porovnání vlastností zařízení
Na trhu je k dispozici několik modelů zařízení pro měření délky kabelu na bubnu. V tabulce jsou uvedena zařízení a metody, které používají:
| model | Производитель | DC metoda | metoda TDR | Cena a odkaz |
|---|---|---|---|---|
| Unitest 3000 | CH. BEHA GmbH (Německo) | ДА | Ne | 24 840 RUB http://www.electronpribor.ru |
| Unitest Echometer 3000 | CH. BEHA GmbH (Německo) | Ne | ДА | 18 405 RUB http://www.electronpribor.ru |
| CLM100B | UEITEST (Kanada) | ДА | Ne | |
| 33 CLM | NEJLEPŠÍ (Korea) | ДА | Ne | |
| Měřič délky kabelu 900 TDR | NEJLEPŠÍ (Korea) | Ne | ДА | |
| MIT 710 | MITCHELLOVI NÁSTROJE | ДА | Ne | 395.95 $ http://www.cablelengthmeter.com/cable-length-meter.html |
| KT-96 | Kilter Electronic (Čína) | ДА | Ne | |
| Megger TDR900 | MEGGER (Anglie) | Ne | ДА | $380,00 |
| Kabelový metr IRK-PRO Alfa | SVIAZPIBOR (Rusko) | ДА | ДА | 23 560 RUB včetně DPH |
Z tabulky výše je zřejmé, že pouze v zařízení CableMeter (KOMUNIKAČNÍ ZAŘÍZENÍ) Obě metody jsou implementovány současně. Pokračujme ve srovnávací analýze podrobněji.
DC metoda
Měření vzdálenosti je založeno na měření odporu. Hlavní metrologické charakteristiky jsou určeny parametry měření odporu s přihlédnutím k teplotě jádra kabelu.
| model | Rozsahy odporu [Ohm] | Rozlišení [mOhm] | Testovací proud [mA] | Přesnost [%] | Teplotní senzor | Zobrazení teploty |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Unitest 3000 | 0,5 200 ÷ 0,5 2000 ÷ | 10 100 | 10 | ± (2 % + 5 jednotek) | ДА | Ne |
| CLM100B | 0 10 ÷ 10 99,99 ÷ | 1 | ? | ± (0,5 % + 3 jednotek) ± (0,5 % + 10 jednotek) | ДА | Ne |
| 33 CLM | 0 65 ÷ | 1 | ? | ± (2 % + 3 jednotek) | ДА | Ne |
| MIT 710 | 0 10 ÷ 10 99,99 ÷ | 1 | ? | ± (0,5 % + 3 jednotek) ± (0,5 % + 10 jednotek) | ДА | Ne |
| KT-96 | 200 2000 | ? | ? | ? | ДА | Ne |
| Kabelový metr IRK-PRO Alfa | 0 2000 ÷ | 1 | 90 | ± (0,1 % + 1 jednotek) | ДА | ДА |
- AWG (MCM)
- Průměr [mm]
- Plocha průřezu [mm 2 ]
Kromě toho je u kabelů s kroucenými jádry nejsprávnější provádět výpočty založené na lineárním odporu. Tato funkce je také užitečná pro bimetalové dráty.
Uvažovaná zařízení implementují následující metody výpočtu:
| model | AWG (MCM) | Průměr | Sekce | Lineární odpor |
|---|---|---|---|---|
| Unitest 3000 | ДА | ANO Od stolu | ANO Od stolu | Ne |
| CLM100B | ДА | ANO Od stolu | ANO Od stolu | Ne |
| 33 CLM | ДА | ANO Od stolu | ANO Od stolu | Ne |
| MIT 710 | ДА | ANO Od stolu | ANO Od stolu | Ne |
| KT-96 | ДА | ANO Od stolu | ANO Od stolu | Ne |
| Kabelový metr IRK-PRO Alfa | ДА | ANO libovolné* | ANO libovolné* | ANO* |
* V CableMeter zadává průměr, průřez nebo lineární odpor uživatel
Snadnost použití zařízení je do značné míry určena úplností zobrazovaných informací. Všechna cizí zařízení mají podobný vzhled a rozložení obrazovky:
- RS-232
- LCD
- Funkční tlačítka
- Tlačítko Start/Stop
- Výběr typu kabelu (Musíte se podívat na tabulku a nastavit přepínač do příslušné polohy)
- Kabelové konektory
Na obrazovce se zobrazí následující informace:
- výstraha
- Chybové hlášení
- Indikátor baterie
- Naměřená hodnota
- Jednotky měření
- Indikátor hliník/měď
- Indikátor paměti
- Ukazatel na teplotní kompenzátor (samotná teplota se nezobrazuje)
- Ukažte na tabulku v popisu, podle které se nastavuje průřez kabelu
- Vzpomínka
V designu zařízení CableMeter (KOMUNIKAČNÍ ZAŘÍZENÍ) Pro pohodlnější ovládání slouží grafický displej.
metoda TDR
Činnost všech reflektometrů je založena na vyslání snímacího signálu do kabelu a analýze zpětného echa. Přijímaný echo signál je obvykle značně oslabený a zkreslený ve srovnání se znějícím signálem. Na kabelech s vysokým útlumem je signál ozvěny velmi malý. Schopnost měření souvisí s překrývajícím se útlumem.
| model | Útlum překrytí [dB] | Pozorování reflektogramu | Faktor zkrácení | Rozsah měření [m] | Rozlišení [m] | Přesnost |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Unitest Echometer 3000 | 6 | Ne | Určeno kabelem vybraným z tabulky | 2000 | 0,1 | ± (2 % + 3 m) |
| Měřič délky kabelu 900 TDR | ? | Ne | 1,000 6,999 ÷ | 3700 | 0,5 | ± (2 % + 0,5 m) |
| Megger TDR900 | ? | Ne | 1,00 100 ÷ | 3700 | 0,5 | ± (2 % + 0,5 m) |
| Kabelový metr IRK-PRO Alfa | 80 | ДА | 1,000 6,999 ÷ | 5000 | 0,2 | ± 1% |
Design nástroje.
Všechny uvažované reflektometry mají číselný výstup výsledků měření, což určuje jejich relativně nízkou cenu. CableMeter (KOMUNIKAČNÍ ZAŘÍZENÍ) má schopnost zobrazovat grafické informace, jako mnohem dražší reflektometry:
CableMeter (KOMUNIKAČNÍ ZAŘÍZENÍ)
Pro odhad očekávané spotřeby kroucené dvoulinky informačního kabelu při návrhu místní sítě není vůbec nutné důkladně propočítávat vzdálenosti od elektroinstalační skříně ke každému pracovnímu místu s přihlédnutím ke všem nevyhnutelným sestupům, stoupáním a zatáčkám při pokládce kabelu.
Existující metody výpočtu spotřeby kabelů
Existují dvě metody pro výpočet množství kabelu pro horizontální podsystém:
- sumační metoda;
- empirickou metodou.
Metoda součtu spočívá ve výpočtu délky trasy každého horizontálního kabelu a následném sečtení těchto délek. K získanému výsledku se připočítává technologická marže až 10% a také marže pro řezání v zásuvkách a na příčných panelech. Výhodou uvažované metody je její vysoká přesnost. Při absenci automatizačních nástrojů a návrhu SCS s velkým počtem portů se však tento přístup ukazuje jako nadměrně náročný na práci, což prakticky vylučuje zejména výpočet několika možností organizace kabelového systému.
Empirická metoda uvádí do praxe ustanovení známé centrální limitní věty teorie pravděpodobnosti a jak ukazuje zkušenost z vývoje, dává dobré výsledky pro kabelové systémy s počtem pracovních míst nad 30. Její podstata spočívá v jejím použití pro výpočet celkových délka horizontálního kabelu vynaložená na implementaci konkrétního kabelového systému, zobecněný empirický vzorec.
Významným omezením empirické metody je předpoklad, že úlohy jsou rozmístěny rovnoměrně po celé obslužné oblasti.
Metodika výpočtu spotřeby kroucené dvoulinky pomocí empirické metody
Při výpočtu předpokládané spotřeby vodorovného kabelu empirickou metodou se používá následující vzorec, pomocí kterého určíme průměrnou délku kabelu:
Lženatý = (Lmin + Lмакс) / 2 * 1,1 + X
kde: Lmin a Lmax jsou délky nejkratších a nejdelších kabelových vedení.
X je okraj pro řezání kabelu (obvykle 0,6 – 1,0 m).
1,1 je technologický bezpečnostní faktor rovný 10 %.
Pro zjednodušení výpočtu lze ve většině případů pro typické kancelářské prostory brát Lmin 15 metrů a Lmax se může rovnat polovině obvodu budovy (podlaží, místnosti), tedy délce plus šířce. .
Dále vypočítáme počet kabelových přeposlání z jednoho kabelového balíku:
kde Lcat je počet kabelů v jednom balení (100, 305, 500, 1000)
Zaokrouhlete výslednou hodnotu na minimální celé číslo.
Celkový počet portů vydělíme počtem přesměrování z jednoho balíčku a zaokrouhlíme na nejbližší vyšší hodnotu.
Výslednou hodnotu vynásobíme délkou kabelu v balení.
Příklad výpočtu
Použijeme například typickou budovu o rozměrech 15×42 metrů a výšce stropu cca 3 metry, do které je potřeba instalovat 35 pracovních stanic se dvěma informačními porty. Předpokládáme, že rozvodna je umístěna v geometrickém středu podlahy a všechna pracoviště jsou rovnoměrně rozmístěna po ploše místnosti. Pro instalaci použijeme kroucenou dvojlinku v balení po 305 metrech.
Pak bude průměrná délka kabelu rovna (15+15+42)/2*1,1+1 = 40,6 metrů
Vydělte délku zabaleného kabelu průměrnou délkou kabelového vedení a zaokrouhlete dolů:
305 / 40,6 = 7 hodů
Celkový počet portů vydělíme počtem přesměrování z jednoho balíku kabelů, zaokrouhlíme a získáme požadovaný počet balíků kabelů:
Potřebné množství kabelu vypočítáme vynásobením počtu balení délkou kabelu v každém balení:
10 * 305 = 3050 metrů.
Statistika
Při výpočtech můžete jako vodítko použít následující statistiky, které jsem v průběhu let shromáždil.
Průměrná délka kabelového vedení je obvykle 40 až 50 metrů.
Na základě toho jedno balení 305 metrů kabelu vystačí na 6..7 portů.
Excel jako pomocník při výpočtech
Daný algoritmus lze použít v excelové tabulce. K tomu použijeme následující vzorec:
kde port, upak, lmin, lmax jsou číselné hodnoty nebo odkazy na buňky, které obsahují digitální hodnoty odpovídajících parametrů.
- port — počet portů;
- upak – délka kabelu v jedné krabici (balení);
- lmin — minimální délka kabelového vedení;
- lmax je maximální délka kabelového vedení.
Poděkování
Při psaní tohoto článku jsme vycházeli z metodických materiálů z distančního kurzu „Základy návrhu, instalace a testování strukturovaného
kabelový systém EUROLAN“, stejně jako populární publikace „Structured Cable Systems“ od autorů Semenov A.B., Strizhakov S.K., Suncheley I.R.