Bliksembeveiliging en overspanningsbeveiliging PDF

1 BLIKSEMBEVEILIGING EN OVERSPANNINGSBEVEILIGING 1.1 Inleiding 1.2 1.1.1 DE BLIKSEM Jaarlijks teisteren 25 miljoen bliksems onze aardbol. De bliksem is een atmosferische elektrostatische ontlading, die gepaard gaat met een felle lichtflits en een luide donderslag. De elektrische parameters van de...

1 BLIKSEMBEVEILIGING EN OVERSPANNINGSBEVEILIGING 1.1 Inleiding 1.2 1.1.1 DE BLIKSEM Jaarlijks teisteren 25 miljoen bliksems onze aardbol. De bliksem is een atmosferische elektrostatische ontlading, die gepaard gaat met een felle lichtflits en een luide donderslag. De elektrische parameters van de bliksem zijn enorm: de hoogste gemeten piekstroom bedroeg 350.000 A. De spanning tussen wolk en aarde, net vóór de ontlading, kan meerdere honderden miljoenen volt bereiken. Bij de beveiliging tegen bliksem maken we een onderscheid tussen beveiliging voor een directe (rechtstreekse) blikseminslag (zie figuur 1) en een indirecte (verwijderde) blikseminslag (zie figuur 2). Fig 1 Fig. 2 1.1.2 OVERSPANNINGEN Overspanningen kunnen op heel wat manieren ontstaan in de elektrische installatie. Het meest voorkomend zijn: - atmosferische overspanningen veroorzaakt door indirecte blikseminslag; - overspanningen veroorzaakt door schakelhandelingen (in- en uitschakelen van machines, transformatoren, relais enz.). 1.2 Beveiliging tegen directe blikseminslag op de structuur Hoewel een directe blikseminslag enorme schade kan veroorzaken aan gebouwen, is de kans op beschadiging door indirecte blikseminslag veel groter. Directe blikseminslag veroorzaakt fysieke schade, zoals brandschade en barsten in de muren. De schade aan de elektrische installatie en de eraan verbonden apparaten is enorm: mechanische en elektrische vernietiging van de componenten. Figuur 1 geeft ons de voorstelling van een directe inslag en de toestellen die beschadigd kunnen worden. In figuur 3 zien we een door directe blikseminslag beschadigd stopcontact. Fig. 3 Particulaire woningen worden meestal niet tegen directe blikseminslag beveligd, omdat de kans op inslag vrij gering is. Grote historische gebouwen, kerken, alleenstaande woningen op een heuvel of grote, in de vrije ruimte opgestelde elektrische installaties (masten, schakelstations enz.) worden veelal door middel van een bliksemafleider beveiligd. In figuur 4 is een woning met een externe structuurbeveiliging weergegeven. Een bliksemafleiderinstallatie bestaat uit opvangers, afgaande leidingen en een apart aardnetwerk. De beveliging is zo geïnstalleerd en gedimensioneerd dat de bliksem die erop inslaat, zonder problemen naar de aarde wordt afgevoerd. De bliksemafleiderinstallatie is alleen maar een preventie tegen de fysieke beschadiging van de woning of constructie. De bescherming van de elektrische installatie wordt verder besproken. Beveiligingsmaatregelingen tegen rechtstreekse blikseminslag op het gebouw (de structuur) zijn tweevoudig: - externe beveiliging rond het gebouw (kooi van Faraday); - overspanningsbeveiliging én beveiliging van de binnenkomende leidingen door Bliksemstroomafleiders 1.3 Algemeenheden i.v.m. beveiliging tegen overspanningen 1.3.1 WAT ZIJN OVERSPANNINGEN? Overspanningen zijn spanningspieken met een pulsduur in microseconden of lager dan een microseconde (zie figuur 5). Fig. 5 De impulsen zijn schadelijk voor de installatie, waardoor ze gebrekkig functioneert of defect raakt. Door de toenemende gevoeligheid van elektronische componenten, de steeds lagere spanningsniveaus en de geringere vermogens neemt de negatieve beïnvloeding door spanningspieken steeds grotere vormen aan. 1.3.2 ANALYSE VAN DE PROBLEEMSITUATIE Om schadelijke beïnvloeding tegen te gaan moet je een goede analyse maken van de probleemsituatie, dat de beveiliging in haar geheel aan de eisen voldoet. Voor analyse is inzicht noodzakelijk in: a. het ontstaan van de stoorimpuls; b. de manier waarop de impuls de installatie bereikt; c. de manier waarop hij zich in de installatie manifesteert. Bij de analyse is het goed uit te gaan van het storingsmodel zoals in figuur 6. A. Stoorbronnen Je moet de stoorbron kennen omdat hij de karakteristiek van de ontstane stoorimpuls bepaalt. Hieronder worden enkele van de voornaamste stoorbronnen besproken. Bliksemontlading Zowel een directe als een indirecte blikseminslag heeft de meeste energie-inhoud van al de verschillende stoorbronnen en kan dus ook de meeste schade aanrichten. De stoorimpulsen kunnen een installatie binnenkomen via kabels die van buiten naar binnen komen. Dat kan gebeuren door directe inslag op de kabels, maar ook door een blikseminslag in de omgeving, waardoor overspanningen indirect de installatie binnendringen. Schakelhandelingen Een in de industrie veel voorkomende en daarom belangrijke stoorbron is die van de schakelhandelingen. De bekendste is het schakelen van inductieve stroomkringen, zoals transformatoren, relais, magneetschakelaars en motoren. Maar ook kortsluitingen en thyristorregelingen leiden tot stoorimpulsen. Dat fenomeen is nog sterker aanwezig in gelijkspanningssystemen. Zenders Tot deze categorie van stoorbronnen behoren de telecommunicatiemasten en radars. In tegenstelling tot de voorgaande bronnen is de energie-inhoud hier veel kleiner, zodat de stoorimpulsen de installatie of apparatuur meestal niet beschadigen. Hooguit zal een verstoring optreden en zoals brom en dataverminking. De storende invloed van zenders kan voorkomen worden door een aangepaste bekabeling en een goede afscherming van de toestellen. Elektrostatische ontlading Bij elektrische ontlading wordt er een elektrostatische lading overgedragen tussen twee lichamen met een verschillend potentiaal. Dat kan worden veroorzaakt door direct contact of door een geïnduceerd elektrostatisch veld. Statische elektriciteit ontstaat doordat verschillende materialen tegen elkaar wrijven. Hierdoor verplaatsen de elektronen zich van het ene naar het andere materiaal en ontstaan er twee gelijke maar tegengestelde ladingen. De grootte van de lading is afhankelijk van de afzonderlijke materialen, de snelheid en de kracht waarmee gewreven wordt en de oppervlaktegeleiding van de materialen. Een bekend voorbeeld is de oplading van de mens en van een rijdende auto. De ontlading kan goed voelbaar zijn in de winter als je de auto aanraakt of je haar kamt. Elektrostatische ontlading veroorzaakt voornamelijk schade bij aanraking van gevoelige halfgeleiders. Bij de fabricatie of herstelling van toestellen die voorzien zijn van halfgeleiders zal daar zeker rekening mee gehouden moeten worden. B. Koppeling Inleiding Ook de manier waarop de stoorimpuls de installatie bereikt, is van belang voor de keuze van bepaalde beveiligingsmaatregelen. We maken een onderscheid tussen de leidinggebonden en de stralingsgebonden koppelmechanismen. - leidinggebonden: galvanische koppeling - stralingsgebonden: inductieve koppeling capacitieve koppeling elektromagnetische koppeling Galvanische koppeling Fig. 7 Woningen verbonden via een gemeenschappelijke elektrische aansluiting of telefoonaansluiting. Bij de galvanische koppeling vindt de overdracht van de stoorimpuls plaats via een gemeenschappelijke impedantie tussen twee installaties. Het is een leidinggebonden koppeling. De spanning UE zal door de gemeenschappelijke verbinding over beide installaties komen te staan (zie fig. 7). Inductieve koppeling De inductieve koppeling is een stralingsgebonden koppeling die ontstaat volgens het transformatorprincipe (zie fig. 8). De koppeling is het gevolg van een magnetisch veld, veroorzaakt door een stroomvoerende geleider b.v. een bliksemontlading op een bliksemstroomafleidinginstallatie (primaire kring). Dat magnetisch veld kan in een andere stroomvoerende geleider een overspanning veroorzaken (secundaire kring). In al de leidingen binnen de invloedsfeer van het magnetisch veld zullen overspanningen ontstaan. De leidingen kunnen zowel voedingslijnen als datalijnen zijn en kunnen zich zowel ondergronds als bovengronds bevinden. Via de aders komt de overspanning op het aangesloten toestel terecht. Fig. 8 Capacitieve koppeling Ook de capacitieve koppeling is een stralingsgebonden koppeling. De capacitieve koppeling is het gevolg van een hoge spanning tussen twee installaties, waardoor een elektrisch veld ontstaat (zie fig. 9). In de praktijk zal dit type van koppeling minder schade veroorzaken omdat de spanning in het algemeen niet hoog genoeg is. Besluit In de praktijk zullen er bij een blikseminslag op een installatie verschillende koppelmechanismen gelijktijdig aanwezig zijn. Er zullen dus verschillende maatregelen genomen moeten worden, afgestemd op de verschillende koppelmechanismen om een effectieve onderdrukking van de stoorimpuls te krijgen. C. Het stoorontvangende systeem De beveiligingsmaatregelen moeten zo zijn opgebouwd, dat in de systemen waar onverantwoord hoge stoorimpulsen voorkomen, die stoorimpulsen gereduceerd worden zodat er geen negatieve invloed plaatsvindt. Wij beperken ons voornamelijk tot beveiligingsmaatregelen voor huishoudelijke installaties en tot toestellen die zich in die omgeving bevinden. 1.4 Toestellen voor overspanningsbeveiliging in de netvoeding 1.4.1 INLEIDING Een goede overspanningsbeveiliging voor een netvoeding is een meertraps, selectief opgebouwde beveiliging. De vereiste maatregelen voor de beveiliging van netvoedingen van installaties en apparatuur tegen overspanning zijn als volgt in te delen: 1. bliksemstroomafleider als grofbeveiliging; 2. overspanningsbeveiliging als middenbeveiliging; 3. overspanningsbeveiliging als apparaatbeveiliging. Het onderscheid tussen die drie trappen van beveiliging wordt voornamelijk gemaakt door de grootte van het afleidvermogen en door de verschillende inbouwplaatsen in de installatie. 1.4.2 DE BLIKSEMSTROOMAFLEIDER Werking De kern van de bliksemstroomafleider is een hoogvermogenvonkbrug.  Fig. 10 In figuur 10 is rechts een opengewerkte bliksemstroomafleider van het merk Phoenix Contact afgebeeld. Links zie je op welke manier de vonkbrug is samengesteld. De hoge spanning die ontstaat bij een directe blikseminslag, veroorzaakt een lichtboog tussen de elektroden van de vonkbrug, waardoor de overspanning vereffend wordt. Door de speciale constructie van de vonkbrug zal de vlamboog naar de uiteinden gedreven worden. Vervolgens zullen de doofplaatjes ervoor zorgen dat de boog zich opsplitst in meerdere individuele vlambogen, die ten slotte gedoofd worden. Het uitschakelvermogen ligt tussen 25 kA en 100 kA naar gelang van de uitvoering. Toepassing De bliksemstroomafleider is de eerste trap van de beveiliging en is bestemd voor gebouwen die van een externe bliksemafleiderinstallatie zijn voorzien en waar heel hoge stromen moeten worden afgeleid. Hij wordt dus alleen geplaatst op installaties van gebouwen waar er een heel groot risico is van directe blikseminslag. Opstelling De bliksemstroomafleider dient geplaatst te worden na de kWh-meter en voor de hoofdaardbeveiliger in een verzegelde kast. Fig. 11 In figuur 11 is een 3/4-polige bliksemstroomafleidercombinatie in een afzonderlijke kast weergegeven van het merk Phoenix Contact. Het schema is een opstelling voor een TTnetstelsel van 3 x 400 V + N en geldt dus voor alle huishoudelijke installaties. Bij een monofasige aansluiting worden deze geplaatst tussen L en N en tussen N en PE. Aandachtspunten - De speciale verzegelbare behuizing is voorzien van een verend deksel, zodat er bij druktoename geen beschadiging kan ontstaan. - De bliksemstroomafleider wordt meestal niet in het verdeelbord van de installatie geplaatst, omdat de energie die er vrijkomt uit de blaasopeningen andere in de omgeving staande delen van de installatie kan beschadigen. - De leiding die loopt naar het volgende niveau van overspanningsbeveiliging, moet zo lang mogelijk zijn. 1.4.3 OVERSPANNINGSBEVEILIGING Principe De overspanningsbeveiliging van een huishoudelijke installatie begint meestal met de tweede trap namelijk de middenbeveiliging. Die trap bevat meestal als overspanningsbeveiliging een varistor of een gasgevulde overspanningsafleider. Een varistor of VDR-weerstand is een weerstand waarvan de waarde daalt als de spanning toeneemt (zie lespakket basiselektronica). fig.12 fig. 13 In figuur 12 is een schijfvaristor weergegeven met het bijbehorend symbool en in figuur 13 een uitvoering die voorzien is van een thermische beveiliging. Hier wordt gebruikgemaakt van speciale varistoren, die plotseling een heel kleine weerstand aannemen als een bepaalde spanning wordt bereikt. Afhankelijk van het type varistor kan de spanning variëren tussen 5 en 2000 V met een maximale afleidstroom (impuls) van 6,5 kA. De gasgevulde overspanningafleider (figuur 14) bestaat uit twee elektroden die in een keramisch buisje zijn ingebouwd. Tussen de elektroden bevindt zich een gas, bijvoorbeeld neon of argon. Bij het bereiken van de onsteekspanning wordt de inwendige weertand heel klein. In figuur 15 is een enkelpolige overspanningsbeveiliging weergegeven met een ingebouwde varistor. Ook is het toestel voorzien van een ingebouwde thermische beveiliging. Die schakelt de varistor van het net af als die door heel frequente of energierijke overspanningen wordt overbelast. De afschakeling wordt door een defectindicatie aan de voorkant gemeld en kan via een meldcontact naar buiten gebracht worden. Fig. 15 Toepassing Een overspanningsbeveiliging wordt bijzonder aanbevolen in de volgende gevallen: - in zones waar zich regelmatig blikseminslagen voordoen;. - bij installaties die gevoed worden door luchtlijnen; - installaties die ondergronds gevoed worden maar die in de buurt liggen van een transformatorpost die zelf bovengronds gevoed wordt. Opstelling De overspanningsbeveiliging wordt in het hoofdverdeelbord achter de hoofddifferentieelschakelaar van de installatie geplaatst (fig. 16). Om ongewenst uitschakelen van de hoofddifferentieelschakelaar te vermijden, maken we gebruik van een selectieve uitvoering met een gevoeligheid van 300 mA. Fig. 17 Figuur 17 geeft een opstelling van een vierpolige overspanningsbeveiliging van Phoenix Contact met het inwendige schema. 1.4.4 APPARAATBEVEILIGING De derde en laatste stap in onze netvoedingsbeveiliging is de apparaatbeveiliging. Dit is een fijnbeveiliging die in de directe omgeving van gevoelige apparaten wordt aangebracht. Die beveiliging is absoluut onvoldoende voor directe en indirecte blikseminslag als ze niet voorafgegaan wordt door een overspanningsbeveiliging in het verdeelbord. Fig.18 In figuur 18 is een inbouwstopcontact met het inwendige schema weergegeven. Zo’n stopcontact kan o.a. gebruikt worden voor beveiliging van computer, tv, video- en audioapparatuur. Het is voorzien van varistoren en een gasgevulde overspanningsafleider. Ook bevat het een thermische beveiliging die de varistoren uitschakelt en een optische en akoestische defectmelding. Let op dat de nominale stroom van het stopcontact niet overschreden wordt, b.v. 10 A maximaal.  Fig.19 Stoorspanningen kunnen ontstaan bij gebruik van dimmers of bij gebruik van hoogfrequente voorschakelapparaten voor fluorescentielampen. In figuur 19 is een apparaatbeveiliging weergegeven die ook voorzien is van een ontstoorfilter. Die ontstoorfilter zal de hoogfrequente stoorspanningen die zich op het net kunnen bevinden, onderdrukken. 1.4.5 INSTALLATIEVOORBEELD VOOR DE TOEPASSING VAN BLIKSEMSTROOM- EN OVERSPANNINGSAFLEIDERS IN EEN HUISHOUDELIJKE INSTALLATIE In figuur 20 is een voorbeeld van een installatie voorgesteld voor een net 3 x 400 V + N. De aansluiting is voorzien van een vierpolige automaat van 25 A. De bliksemstroomafleider staat opgesteld tussen het verdeelbord en de meterkast in een dubbelgeïsoleerd kastje, dat door de stroomleverancier samen met de hoofddifferentieelschakelaar kan worden verzegeld. De kabel is vanaf de bliksemstroomafleider tot de overspanningsafleider in de mate van het mogelijke minimaal 10 m lang. De overspanningsafleider staat in het hoofdverdeelbord achter de hoofddifferentieelschakelaar. Hij is vierpolig en moet selectief zijn om ongewenst uitschakelen te vermijden; In = 25 A en Id = 300 mA. Afhankelijk van de voorschriften van de fabrikant moet de overspanningsafleider voorafgegaan worden door een afzonderlijke beveiliging. In figuur 21 is een voorbeeld van een installatie voorgesteld voor een monofasige aansluiting van 230 V. De aansluiting is voorzien van een tweepolige automaat van 40 A. Voor deze installatie wordt gebruikgemaakt van tweepolige toestellen. De tweepolige differentieelschakelaar moet ook hier selectief zijn met In = 40 A en Id = 300 mA. 1.5 Overspanningsbeveiliging voor data-installaties 1.5.1 INLEIDING Overspanningen kunnen niet alleen ontstaan op het net maar ook op onze telecommunicatiesystemen, zoals telefoon, fax, pc-interfacekaart en op onze antenne-ingangen voor tv en radio. - Wanneer moeten we die voorzien van een overspanningsbeveiliging? - Als we een bliksemafleidingsinstallatie op het gebouw geplaatst hebben. - Bij installaties van luchtlijnen in heuvelachtige gebieden. - Bij ondergrondse aansluitingen als we in de directe omgeving wonen van hoge gebouwen (structuren). We beperken ons tot enkele beveiligingen voor huishoudelijke installatie. In de handel zijn toestellen te verkrijgen voor alle mogelijke stuur- en datasignalen die in een industriële omgeving aanwezig kunnen zijn b.v.: RS232, RS485, ethernet, 0-5 V of 4-20 mA stuursignalen en zendinstallaties. 1.5.2 OVERSPANNINGSBEVEILIGING VOOR RADIO, TV EN TELENET Fig. 22 In figuur 22 is een overspanningsbeveiliging van het merk Phoenix Contact met het inwendige schema weergegeven. Deze wordt op de binnenkomende coaxiale leiding geplaatst en is voorzien van een F-connector. De aarding moet aan de behuizing aangesloten worden. In figuur 23 is een combinatie weergegeven van een netbeveiliging met een antennebeveiliging van het merk OBO Bettermann. Zowel de netspanning als het tven radiosignaal worden hier ingeplugd. Fig. 23 1.5.3 OVERSPANNINGSBEVEILIGING VOOR DE TELEFOONAANSLUITING Hier moeten we een onderscheid maken tussen analoge een digitale aansluiting. In figuur 24 zijn twee overspanningsbeveiligingen voor analoge aansluitingen weergegeven. Links zie je een stopcontact met een RJ12-aansluiting en rechts een adapter die tussen de lijn wordt geïnstalleerd. Fig 24 RJ12 In figuur 25 is een adapter met schema afgebeelde geschikt voor digitale ISDN-lijnen. Hij kan zowel gebruikt worden voor aansluiting van telefoontoestellen en fax als voor internettoepassingen. De aansluiting gebeurt met een RJ45-stekker Huistaak: 1. Wat moet je plaatsen als je een installatie maximaal wilt beveiligen tegen directe blikseminslag? a. Een externe beveiliging van het gebouw. b. Een bliksemstroomafleider. c. Een bliksemstroomafleider samen met overspanningbeveiligingen. d. Een externe beveiliging rond het gebouw, gecombineerd met een bliksemstroomafleider en overspanningsbeveiligingen. Antwoord D 2. Met welke stoorbronnen zullen we in een woonhuis dat niet gelegen is een risicogebied, het meest rekening moeten houden bij het ontwerp van een elektrische installatie? a. Directe blikseminslag. b. Overspanningen ten gevolge van een indirecte blikseminslag. c. Overspanningen ten gevolge van schakelhandelingen. d. Overspanningen ten gevolge van zenders. e. Overspanningen ten gevolge van elektrostatische ontladingen. Antwoord C 3. Wanneer moet je een installatie van een gewone woning voorzien van een bliksemstroomafleider? a. Bij een woning in een bebouwde kom die voorzien is van een ondergrondse aansluiting. b. Als je woning alleen op een heuvel is gelegen en het distributienet bovengronds is. c. Wanneer je een computer bezit. d. Wanneer je een internetaansluiting hebt. Antwoord B 4. Waar kun je een bliksemstroomafleider het best plaatsen? a. In de directe omgeving van gevoelige toestellen, zoals computer, radio en tv. b. Dadelijk na de hoofddifferentieelschakelaar in het verdeelbord. c. In het verdeelbord op elke kring. d. Tussen de kWh-meter en het hoofdverdeelbord in een verzegelde kast. Antwoord B 5. Waar kun je het best een algemene overspanningsbeveiliging in de installatie plaatsen? a. In de directe omgeving van gevoelige toestellen, zoals computer, radio en tv. b. Dadelijk na de hoofddifferentieelschakelaar in het verdeelbord. c. In het verdeelbord op elke kring. d. Tussen de kWh-meter en het hoofdverdeelbord in een verzegelde kast. Antwoord B 6. Wat is de functie van een apparaatbeveiliging? a. Beveiliging van gevoelige apparaten tegen kleine overspanningen en stoorpulsen. b. Beveiliging van een zware verbruiker tegen overbelasting. c. Beveiliging van gevoelige apparaten tegen directe blikseminslag. d. Beveiliging tegen oververhitting. Antwoord A 7. Een overspanningsbeveiliging voor data-installaties kun je het best plaatsen: a. In de directe omgeving van gevoelige toestellen, zoals computer, radio en tv. b. Dadelijk na de hoofddifferentieelschakelaar in het verdeelbord. c. In het verdeelbord op elke kring. d. Op de binnenkomende datalijnen of telecommunicatieleidingen Antwoord D 2 GESTRUCTUREERDE BEKABELING IN EEN WONING 2.1 Inleiding Gestructureerde bekabeling is de verzamelnaam voor bekabeling van: - Telefonie; - fax; - modem; - printers; - videobeelden; - ISDN; - computer communicatie. Databekabeling in een gewone woning beperkte zich vroeger tot enkele stopcontacten voor antenneaansluiting van tv en radio en enkele telefoonstopcontacten. De snelle opgang van de computer en het internet heeft er zeker voor gezorgd dat er in de meeste woningen al een beperkte databekabeling aanwezig is. Orde brengen in die bekabeling is niet zo eenvoudig. Dikwijls is er dan het bijkomende probleem van het type kabel dat je moet aanleggen. En ten slotte moeten we op elke kabel nog een aangepaste connector plaatsen. Het is dus de bedoeling een vaste voorbekabeling in een gebouw aan te brengen zodat we de communicatiemiddelen vlot en met een grote soepelheid kunnen gebruiken. 2.2 Soorten gestructureerde bekabelingen 2.2.1 BUSBEKABELING In figuur 26 is een voorbeeld van een telefoonbekabeling weergegeven. Hierin zijn zowel enkele telefoons als een fax en een computer met modem opgenomen. - Voordelen: eenvoudige bekabeling, lage kostprijs. - Nadelen: storingen, één toestel stuk en de volledige installatie ligt uit. - Gebruik: bij analoge telefonie. - Ethernet, ISDN-bekabeling. - Busbekabeling wordt steeds minder gebruikt voor computernetwerken. 2.2.2 RINGBEKABELING In figuur 27 is een voorbeeld van een computernetwerk weergegeven in een ringbekabeling. Ringbekabeling werd vroeger veel gebruikt bij computernetwerken vanwege de bedrijfszekerheid, maar is achterhaald door de sterstructuur, omdat de snelheid beperkt blijft. 2.2.2 STERBEKABELING In figuur 28 is een voorbeeld van een computernetwerk weergegeven in een sterstructuur. Centraal in dat netwerk staat een HUB opgesteld. Die HUB of elektronische schakelbox regelt het verkeer tussen de verschillende deelnemers. - Voordelen: bedrijfszekerder en de snelheid is gegarandeerd. - Nadeel: veel bekabeling. Gebruik: de huidige netwerken worden meestal uitgevoerd in sterbekabeling, ook de videoverdeling of de analoge telefonie in de woning kan volgens dat principe gebeuren. 2.3 Enkele begrippen In een gestructureerde bekabeling is elk element belangrijk in die zin dat het een onmisbare bijdrage levert tot de kwaliteit van de installatie. Een verbinding moet absoluut beschouwd worden als een geheel dat bestaat uit een verdeelbord, een kabel, een stopcontact enz. De prestaties van de installatie kunnen alleen maar gegarandeerd worden als alle onderdelen van de installatie aan bepaalde normen voldoen. De producten bestemd voor thuis en KMO’s behoren tot categorie 5 of afgekort cat. 5. Ze kunnen gebruikt worden voor signalen met een maximale frequentie van 100 MHz en een baudrate van 100 Mbps. De huidige onderdelen en kabels voldoen dikwijls aan cat. 5e, d.w.z. 125 MHz en tot 1Gbps. 2.4 De meest gebruikte kabels voor telecommunicatie en data in een woning De meest gebruikte typen van kabel voor gestructureerde bekabeling zijn de “twisted pairs” en in sommige omstandigheden de “Coaxkabel”. (Zie ook lespakket 7) 2.4.1 TWISTED PAIRS Deze kabel bestaat uit 4 paren, waarvan ieder paar op zicht getwist is om interferenties van en op de andere paren tegen te gaan. De twisting van elk paar is verschillend. Ook wordt een onderscheid gemaakt tussen datatwist en mediatwist. De mediatwist wordt gebruikt voor audio- en videosignalen. De kern van de geleider kan zowel enkelvoudig als samengesteld zijn. De samengestelde kern wordt vooral gebruikt bij soepele verbindingssnoeren, ook wel patchkabel genoemd (zie figuur 29). Er bestaan drie verschillende typen van twisted pairs: - UTP (unshielded twisted pairs) fig. 30 De vier paren zijn niet afgeschermd. - FTP (foilded twisted pairs) fig. 31 De vier paren zijn afgeschermd met een folie. - STP (shielded twisted pairs) fig. 32 De vier paren zijn afgeschermd met een folie en een koperen vechtwerk. De FTP en de STP behoren net als de UTP tot categorie 5, maar zijn beter beschermd tegen externe storingen. Maar die twee kabels zijn duurder dan de UTP en vereisen ook speciale connectoren. Een onoordeelkundige verbinding van de afscherming kan dikwijls voor problemen zorgen. FTP en STP worden alleen gebruikt in een industriële omgeving tegen de invloed van elektromagnetische golven (omgeving van motoren, energiekabels enz.). Wij beperken ons tot de UTP, die meestal gebruikt worden in kantoren en bij particulieren. Enkele kenmerken van de UTP cat. 5 (fig. 30) - Impedantie van 100 ohm - Tot 100 MHz - 4 getwiste paren, eenaderige kopergeleider 24 AWG De paren hebben de volgende kleuren: paar 1: blauw en blauw-wit paar 2: oranje en oranje-wit paar 3: groen en groen-wit paar 4: bruin en bruin-wit AWG is een Amerikaanse maataanduiding voor de doorsnede van de koperkern. 24 AWG staat voor een diameter van 0,51 mm of een doorsnede van 0,203 mm². - Buitenmantel van pvc 2.4.2 COAXBEKABELING Deze kabel kan gebruikt worden voor videosignalen en voor datasignalen. - RG59 en RG6 (zie figuur 33) Deze coaxkabels hebben een impedantie van 75 ohm en worden gebruikt voor de verdeling van het antennesignaal in de woning. De RG6 heeft een extra folie onder het vlechtwerk en is zo minder gevoelig voor storingen. - RG58 Deze kabel heeft een impedantie van 50 ohm en wordt gebruikt voor kleine datanetwerken in een busstructuur met een baudrate van maximaal 5 Mbps. Deze kabel ziet er identiek uit als de RG59, maar heeft andere eigenschappen, waardoor ze niet door elkaar gebruikt mogen worden. 2.4.3 ENKELE TIPS VOOR HET AANLEGGEN VAN KABELS VOOR DATA- EN TELECOMMUNICATIE 1. De krommingsstraal moet ten minste 8 keer de buitendiameter van de kabel zijn. 2. De kabel moet voorzichtig afgerold en zonder hem te beschadigen geplaatst worden. 3. Als het isolatiemateriaal platgedrukt is, gaat de transmissiekwaliteit sterk achteruit. Je mag de kabels dus niet met een tang vastgrijpen. 4. Als de buitenmantel beschadigd is, moet de kabel vervangen worden. 5. Een sterkstroomkabel en een telecommunicatiekabel mogen niet parallel naast elkaar lopen, de afstand tussen beide kabels moet minimaal 30 cm bedragen De stroom kiest de gemakkelijkste weg. Dat gemak wordt bepaald door de impedantie van het circuit en die hangt sterk af van de frequentie van het signaal dat erdoorheen gaat. Hoe hoger de frequentie, hoe meer de geleider de neiging heeft zich te gedragen als een spoel. We kunnen stellen dat onder 100 kHz het resistieve de bovenhand heeft. Maar aangezien we met hogere frequenties zitten, is de kwaliteit van de bekabeling en de onderdelen van groot belang. 2.5 Aansluitpunten of stopcontacten, ook wel outlets genoemd Een tweede deel van de gestructureerde bekabeling zijn de aansluitpunten. De uiteinden van de UTP-kabel worden voorzien van outlets. Aan de toestelkant worden die outlets meestal geplaatst in een houder en voorzien van een gepast afdekplaatje. In figuur 34 is een volledig aansluitdoosje van Niko afgebeeld. Het bestaat uit de volgende onderdelen: twee RJ45-outlets cat. 5, een passtuk, een montageraam voor schroefbevestiging en een centraal plaatje voorzien van twee stofschuifjes. Niko heeft er ook voor gezorgd dat je door gebruik te maken van een ander passtuk outlets kunt gebruiken van andere merken, om toch dezelfde afwerking te verkrijgen. Aan de andere kant wordt de outlet geplaatst in een patchpanel. In figuur 35 is een patchpanel weergegeven dat voorzien is van RJ45-outlets. Dat patchpanel maakt deel uit van het vaste gedeelte van de gestructureerde bekabeling en wordt in de technische ruimte geplaatst. Met behulp van patchkabels worden de verschillende signalen doorgeschakeld naar de verschillende plaatsen naar gelang van de behoeften. Dat signaal kan zowel door een analoge als digitale telefoonlijn komen en ook door een datalijn voor een pc of een internetverbinding. Bij de aankoop van een patchpanel moet je wel outlets van hetzelfde merk kopen; anders krijg je problemen met de montage. 2.5.1 SOORTEN OUTLETS VOOR UTP De drie meest gebruikte outlets voor UTP-bekabeling zijn RJ11, RJ12 en RJ45 (zie fig. 36). RJ11 wordt vooral gebruikt bij de huidige analoge telefoontoestellen, maar hij kan niet gebruikt worden voor een ethernetverbinding (netwerk voor computers). Maar als we RJ45- outlets gebruiken, kunnen die zowel voor ethernet als voor analoge en digitale telefonie gebruikt worden. In de handel zijn overgangen verkrijgbaar (figuur 37). 2.5.2 AANSLUITEN VAN RJ45-OUTLETS Het aansluiten van een RJ45-outlet moet gebeuren volgens een internationaal vastgelegde standaard. De bedradingsvolgorde is vastgelegd in twee standaarden, namelijk T568A en T568B. Wij beperken ons tot de in Europa meestal gebruikte T568B (zie figuur 38). Het vakkundig aansluiten van de outlet is van het grootste belang. Elke fabrikant heeft een andere aansluitmethode ontwikkeld, die opgevraagd kan worden bij de aankoop. Sommige merken vereisen hulpgereedschap Je hoeft alleen maar de buitenmantel van de UTP-kabel te verwijderen, de aderisolatie hoeft niet verwijderd te worden. Let op dat je bij het insnijden van de buitenmantel de aderisolatie niet insnijdt, want dat veroorzaakt storingen. In figuur 39 zien we een handleiding voor het aansluiten van outlets van Niko. Deze werkwijze is van toepassing voor RJ11, RJ12 en RJ45. In figuur 40 zien we een RJ45-outlet van het merk Legrand. Hier is geen hulpwerkstuk nodig bij de montage. De aders moeten in de gaatjes gestoken worden, een kwartslag met een schroevendraaier volstaat om een goede verbinding te verwezenlijken. 2.6 Enkele praktische voorbeelden van een installatie In figuur 41 is een eenvoudige installatie weergegeven met één binnenkomende analoge telefoonlijn uitgevoerd in UTP-kabel met RJ45-outlets. Er zijn in deze installatie drie analoge telefoons aangesloten en één analoge modem van de pc. In figuur 42 is dezelfde installatie weergegeven, maar uitgebreid met digitale internetaansluiting en met een klein netwerk. De bestaande vaste bekabeling is volledig behouden. De Twin-box van Belgacom heeft twee RJ45-aansluitingen voor de ISDN-lijnen en twee RJ11 aansluitingen voor analoge toestellen. Als je gebruikmaakt van meerdere analoge lijnen, kan je een extra klemmenstrook gebruiken. Het pc-netwerk bestaat uit een server die voorzien is van de internetaansluiting en die verbonden is met de HUB in de technische ruimte. Van daaruit vertrekken dan de aansluitingen naar de twee andere pc’s. De ISDN-lijn voor internet wordt via een ISDN-modem aangesloten aan de server. Vervolg Huistaak 8. Welke gestructureerde bekabeling wordt meestal gebruikt in de huidige computernetwerken? a. Busbekabeling. b. Ringbekabeling. c. Sterbekabeling. d. Een combinatie van ster- en ringbekabeling. Antwoord C 9. Welke kabel wordt momenteel meestal gebruikt voor datanetwerken? a. UTP b. FTP c. STP d. RG58 e. RG59 Antwoord A 10. Welk van de volgende uitspaken is fout? a. Het twisten van de paren van een UTP-kabel heeft tot doel de invloed van de stoorsignalen te beperken. b. Datakabels mag je niet naast sterkstroomkabel leggen. c. Een UTP-kabel mag platgedrukt worden zolang de isolatie maar niet beschadigd is. d. FTP is het zelfde als UTP, maar voorzien van een afscherming. Antwoord C 11. Wat is de meest algemeen te gebruiken outlet? a. RJ11 b. RJ12 c. RJ10 d. RJ45 Antwoord D 3 TELEFONIE 3.1 Inleiding Het oudste net van telecommunicatie is zeker het telefoonnetwerk. Ondanks de opkomst van de gsm wordt elke woning nog voorzien van een vaste telefoonaansluiting. Die aansluiting kan zowel gebruikt worden voor het voeren van gesprekken als voor internetverbindingen. Omdat Belgacom alleen maar een aansluitdoos plaatst in elke woning, is de verdere verdeling van het telefoonnet in de woning de verantwoordelijkheid van de eigenaar. In dit hoofdstuk zullen we aandacht besteden aan de soorten lijnen die Belgacom op dit ogenblik ter beschikking stelt en ook aan praktische voorbeelden van zowel digitale als analoge installaties. Het is ook mogelijk om een vaste telefoonaansluiting te installeren via Telenet. In hoofdstuk 4 van dit lespakket wordt deze mogelijkheid verder uitgewerkt. 3.2 Soorten telefoonaansluitingen Steeds meer particulieren maken gebruik van het internet. Omdat een gewone analoge lijn vrij traag is, wordt hoe langer hoe meer gebruikgemaakt van digitale lijnen. De binneninstallatie hangt af van de soort lijn die aangevraagd wordt. Belgacom biedt op dit ogenblik de volgende aansluitingen aan: - de PSTN-lijn; - de ISDN-lijn; - de ADSL-lijn. 3.2.1 DE PSTN-LIJN De PSTN-lijn (Public Switched Telephone Network) is de standaardaansluiting van Belgacom. Die is geschikt voor het aansluiten van goedgekeurde analoge toestellen, zoals telefoon, fax en modem. De communicatie gebeurt over twee koperdraden of één paar. Over de lijn is maar één communicatie tegelijk mogelijk. Als je een verbinding hebt met het internet, kun je geen telefoongesprek meer voeren. Belgacom zal de aansluiting brengen aan een 5-polig stopcontact (figuur 43) vanwaar je meerdere stopcontacten kunt aftakken. 3.2.2 DE ISDN-LIJN De ISDN-lijn (Integrated Services Digital Netwerk) is een digitale lijn. De stem wordt omgevormd tot een digitaal signaal (zie lespakket basiselektronica) en samen met tekst, data en beeld gelijktijdig aangeboden op het netwerk. Dit digitale netwerk werd ontwikkeld vanuit het bestaande netwerk, d.w.z. dat de transmissie tussen de woning en de centrale gebeurt over één paar koperdraden. De digitale verbinding in de woning gebeurt evenwel over twee paar koperdraden. Op die digitale lijn kunnen afhankelijk van de aard van aansluiting 2 tot 8 digitale toestellen aangesloten worden, elk met een eigen nummer. De standaardaansluiting (ISDN-2) biedt de mogelijkheid om twee communicaties gelijktijdig te voeren b.v. telefoon en internet. Bij ISDN-30 zijn 30 communicaties tegelijk mogelijk. Op deze digitale lijn kunnen geen analoge toestellen rechtstreeks aangesloten worden. Hiervoor heb je een speciale adapter nodig of een ISDN-TWIN-aansluiting. In figuur 44 is een TWIN-aansluitdoos weergegeven. De gewone ISDN-lijn wordt door particulieren minder gebruikt, omdat deze snelle internetverbinding betaald moet worden per tijdseenheid, waardoor de kosten kunnen oplopen. Het voordeel van deze aansluiting zit hem vooral in het aantal verschillende directe nummers dat je ter beschikking hebt. 3.2.2 DE ADSL-LIJN OF TURBO LINE De ADSL-lijn (Asymmetric Digital Subscriber Line) is een techniek voor de transmissie van data (internet) met hoge snelheid en met behulp van een gewone telefoonlijn. Die lijn is speciaal ontwikkeld voor internet. Er kunnen geen digitale telefoons of faxen op worden aangesloten. De digitale lijn is dag en nacht open voor internettoepassingen tegen een vaste prijs. Er komen dus geen belkosten bij. Bij het binnenkomen van de telefoonlijn wordt het telefoniesignaal met lage frequentie gefilterd door een splitter, voordat het naar het telefoontoestel wordt gestuurd. Het hoogfrequente signaal wordt verstuurd naar een modem en na demodulatie bij een pc aangeboden. In figuur 45 is een dergelijke splitter afgebeeld. Wens je meer informatie over de mogelijkheden van een bepaalde lijn of over de aansluitkosten ervan, dan kun je terecht bij een commercieel centrum van Belgacom in je buurt. 3.3 Praktische schema’s van telefooninstallaties 3.3.1 ALGEMENE RICHTLIJNEN - Welke kabel kun je het best gebruiken? Tot voor enkele jaren werd haast uitsluitend gebruikgemaakt van VVT 1x4 voor binneninstallaties. Die telefoonkabel beschikt over 4 geleiders met een diameter van 0,6 mm en een aarding. Hij is geschikt voor de aanleg van zowel de PSTN-lijnen als de ISDNlijnen. Maar als je een universele bekabeling wenst, die eventueel de mogelijkheid biedt om gebruikt te worden voor een netwerk met enkele computers, dan is het aangewezen om steeds gebruik te maken van UTP-kabel. Die kabel (besproken in 2.3.1 van dit lespakket) is geschikt voor telefonie en voor datacommunicatie. Deze kabel heeft ook het voordeel dat hij gebruikt kan worden op de steeds meer voorkomende OUTLETS RJ11, RJ12 en RJ45. Hij kost ongeveer evenveel als de VVT. - Welk stopcontact moet je plaatsen? In figuur 46 is het meest gebruikte 5-polige stopcontact weergegeven. Er bestaat zowel een opbouw- als in een inbouwversie. Het wordt alleen gebruikt voor PSTN-lijnen Er wordt steeds meer gebruikgemaakt van de RJ11- of de RJ45- stekkers. Analoge telefoontoestellen zijn het uiteinde van het soepele snoer meestal voorzien van een RJ11- stekker. Die kan eventueel in een 5-polige stekker gestoken worden (figuur 47). ISDN-toestellen zijn meestal voorzien van een RJ45-stekker In figuur 48 zijn enkele RJ11-stopcontacten weergegeven samen met een stopcontact voor een RJ11- en een 5-polige stekker. Voor ISDN-toestellen zijn er echter speciale stopcontacten op de markt, voorzien van een RJ45-outlet. Deze stopcontacten zijn inwendig voorzien van inschakelbare afsluitweerstanden. Ze kunnen aan het uiteinde van een lijn geplaatst worden.In figuur 49 zijn enkele stopcontacten weergegeven. 3.3.2 PSTN-INSTALLATIES - Aansluiten van het stopcontact Voor de gewone analoge telefooninstallatie worden de twee binnenkomende draden aangesloten op het 5- polige stopcontact of de RJ11-outlet op de klemmen a en b (zie figuur 50). Als we gebruikmaken van een RJ45-outlet, wordt de binnenkomende telefoonlijn aangesloten op de klemmen 4 en 5 (zie figuur 51). In figuur 38 is het volledige gebruik van RJ45 weergegeven. - Een volledige installatie Een telefooninstallatie kan op verschillende manieren uitgewerkt worden, maar de aansluitpunten worden steeds parallel afgetakt. Dat verdelen kan gebeuren in een busbekabeling of in een sterbekabeling. Die laatste biedt met het oog op de toekomst de meeste mogelijkheden. Opgelet: Belgacom garandeert de goede werking bij aansluiting van maximaal 3 analoge toestellen per lijn! Bij beide installaties wordt afgetakt aan de aansluitdoos van Belgacom. Die aansluitdoos is voorzien van een RC-kring, die het mogelijk maakt de lijn te testen ook als er geen toestellen aangesloten zijn. Dat gebeurt vanuit de centrale en het stelt de telefoonmaatschappij ertoe in staat om defecten te lokaliseren. De schakelaars op de nieuwe aansluitdozen van Belgacom hebben de mogelijkheid de binneninstallatie uit te schakelen en de lijn vanaf dat aansluitpunt tot de centrale te testen. In figuur 52 is een voorbeeld van een installatie weergegeven met een busbekabeling. Een vaste bekabeling verbindt de verschillende aansluitpunten onderling. De sterbekabeling van figuur 53 heeft meer mogelijkheden. Je kunt meerdere aansluitpunten centraal laten samenkomen, die in een eerste fase maar gedeeltelijk aangesloten worden. Bij deze installatie is het zeker te overwegen om UTP-kabel te gebruikten en eventueel RJ11- of RJ45-outlets te plaatsen. Je hebt dan achteraf de mogelijkheid de installatie om te vormen tot die van figuur 41 of 42. Je kunt gebruikmaken van de in de handel te verkrijgen verdeeldozen van 6, 10 of 20 paar. In figuur 54 is een verdeeldoos van Vynckier weergegeven met een voorbeeld van doorverbinding. De klemmen van zo’n doos zijn horizontaal doorverbonden. 3.3.3 ISDN-INSTALLATIES Bij een ISDN-aansluiting zal Belgacom een speciale aansluitdoos komen installeren. Vanaf die aansluitdoos is de verdere installatie de verantwoordelijkheid van de eindgebruiker. De binnenkomende lijn is tweedraads. De bekabeling voorbij de aansluitdoos bestaat uit vier draden voor de ISDN-toestellen. Wij bespreken de standaard-ISDN-2-aansluiting. Je kunt kiezen tussen twee aansluitdozen: NT1: enkel digitale toestellen kunnen hierop aangesloten worden NT1-2ab of TWIN-box: die is identiek aan de NT1, maar biedt de mogelijkheid om er analoge toestellen op aan te sluiten. - De standaard-ISDN-2-aansluiting met NT1 In figuur 55 is het principeschema weergegeven van een installatie De NT1-aansluitdoos heeft twee RJ45-aansluitpunten waarop je een ISDN-toestel kunt inpluggen. De maximale afstand tussen het aansluitpunt en het ISDN-toestel is 10 meter.