Protezione contro le sovratensioni per reti ETHERNET e Fast Ethernet

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1 911 Protezione contro le sovratensioni per reti ETHERNET e Fast Ethernet

2 Al momento attuale, la tecnologia Ethernet è quella più comunemente usata per la realizzazione delle reti locali. Il nome "Ether" (etere) si riferisce alle prime reti radio. Introdotta negli anni '80, la rete Ethernet 10 MBit faceva uso di cavi coassiali. Più tardi furono introdotte le reti Fast Ethernet a 100 MBit/s e Gigabit Ethernet a 1000 MBit/s e 10 GBit/s. Tutte le versioni Ethernet si basano sugli stessi principi. Dagli anni '90 in poi, Ethernet divenne la più diffusa tecnologia per le reti LAN (Local Area Network), sostituendo le altre tecnologie, come Token Ring e ARCNET. Il collegamento Ethernet avviene attraverso diversi tipi di cavi: coassiali a 50 Ω, doppini ritorti, cavi in fibra ottica, o altri. Attualmente, la velocità di trasmissione dati Ethernet è di solito 100 MBit/s. Tuttavia sono in aumento le reti a 1000 MBit/s. Le sovratensioni possono causare malfunzionamenti e danni, e quindi guasti dei sistemi di elaborazione. Questo può influire in modo significativo sul funzionamento, con il risultato di lunghi periodi di arresto degli impianti e dei sistemi. Pertanto, per garantire un funzionamento affidabile dei sistemi di elaborazione, sono necessari i concetti di protezione contro le sovratensioni, oltre alla protezione dell'impianto di alimentazione e il backup periodico dei dati. Cause di danni I guasti negli impianti informatici sono causati tipicamente da: fulmini a distanza che causano impulsi transitori nelle reti di alimentazione, nelle rete dati o nelle linee di telecomunicazione, fulmini nelle vicinanze che causano campi elettromagnetici che iniettano impulsi transitori nelle reti di alimentazione, nelle rete dati o nelle linee di telecomunicazione, fulminazioni dirette, che iniettano differenze di potenziale e correnti parziali di fulmine non ammissibili negli impianti dell'edificio. Cablaggio strutturato come mezzo di connessione uniforme Il cablaggio strutturato è un mezzo di connessione uniforme per diversi servizi quali i telefoni analogici, le linee ISDN o le varie tecnologie di rete. Di conseguenza, gli impianti esistenti possono essere facilmente adattati alle nuove attività senza cambiare i cavi o le parti di collegamento. Un impianto con cablaggio strutturato prevede cavi universali e indipendenti dall'applicazione, che non sono ottimizzati per una specifica topologia di rete, produttore o prodotto. Il tipo di cavi e la loro topologia assicurano la possibilità di utilizzare tutti i protocolli attuali e futuri. Un sistema di cablaggio universale consiste di tre diversi livelli gerarchici: 1. La dorsale primaria collega il quadro di distribuzione del distretto (un complesso di edifici) ai quadri di distribuzione dei singoli edifici. Nelle reti dati si impiegano principalmente cavi a fibre ottiche multimodali 50 µm /125 µm con una lunghezza massima di circa 1500 m (in caso di distanze > 2 km si utilizzano cavi a fibre ottiche monomodali). 2. La dorsale dell'edificio collega l'edificio ai quadri di distribuzione di piano. Anche in questo caso si impiegano principalmente cavi a fibre ottiche da 50 µm e cavi bilanciati da 100 ohm con una lunghezza di 500 m. 3. Il cablaggio orizzontale (quadro di piano) comprende tutti i cavi delle stazioni di lavoro del piano e non deve superare i 90 m. Si utilizzano di solito cavi in rame o in alcuni casi i cavi a fibre ottiche da 62,5 µm per collegare il quadro di piano con l'uscita delle telecomunicazioni. Le interfacce tra queste aree si trovano nei quadri di distribuzione passiva. Questi quadri di distribuzione collegano la dorsale primaria, la dorsale dell'edificio e il cablaggio orizzontale dei sistemi di cablaggio universale. Essi consentono di avviare i servizi di comunicazione in una stazione di lavoro semplicemente connettendo dei cavi collegamento. I quadri di distribuzione per i cavi in fibra ottica (dorsale di distretto e dorsale dell'edificio) e i doppini ritorti (collegamento orizzontale) variano in base al numero di porte. Per esempio, si usano di solito 24 porte per i sistemi di cablaggio strutturati e 25 porte per impianti di telecomunicazione. I cavi sono installati in rack o armadi dati da 19". Per i sistemi di cablaggio generico si utilizza la topologia a stella. Tutti i protocolli attualmente disponibili possono funzionare con topologie a stella, a prescindere dal fatto che essi costituiscano un anello logico o un sistema bus. I sistemi di cablaggio strutturati collegano tutti gli apparecchi utilizzatori. Essi consentono la comunicazione tra telefoni, reti, sistemi di sicurezza, sistemi domotici, interconnessioni LAN e WLAN, nonché l'accesso alla rete intranet e internet. I sistemi di cablaggio generico garantiscono la flessibilità di impiego degli apparecchi utilizzatori. Si suppone che tutte le informazioni, quali i servizi di trasmissione dati, voce, televisione, automazione e controllo di macchine e impianti, verranno trasmesse via Ethernet per i prossimi anni e Ethernet diverrà così un concetto di trasmissione universale. Pertanto deve essere assicuratala la compatibilità elettromagnetica (EMC). Concetto di compatibilità elettromagnetica (EMC) La compatibilità elettromagnetica è definita come la capacità di un dispositivo, in particolare di un impianto o un sistema, di funzionare correttamente nel suo ambiente elettromagnetico senza provocare interferenze inaccettabili per i dispositivi, gli impianti o i sistemi che si trovano in questo ambiente. 326 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI

3 Per garantire il funzionamento continuo e senza problemi delle reti dati, pertanto, è indispensabile considerare da subito la EMC. Questo non riguarda solo i cavi dati della rete, ma anche l'intera infrastruttura elettrotecnica degli edifici e dei complessi edilizi dove va installata la rete nel suo insieme. Di conseguenza, è importante considerare le condizioni dell'ambiente elettromagnetico: ci sono potenziali fonti di interferenze elettromagnetiche, come ponti radio, stazioni base per la telefonia mobile, linee di assemblaggio o ascensori? qual è la qualità dell'energia elettrica (ad esempio armoniche, sfarfallamenti, cadute di tensione, sovratensioni, transitori)? cosa si può dire riguardo al rischio di un fulmine (ad esempio, la frequenza)? esiste la possibilità di emissioni? Al fine di garantire le prestazioni delle reti dati, anche in vista delle maggiori esigenze previste per il futuro, bisogna prestare particolare attenzione alla compatibilità elettromagnetica dell'impianto. Pertanto, la progettazione di una rete dati deve comprendere un concetto di messa a terra e di collegamento equipotenziale in grado di fornire informazioni su: percorsi e condutture per cavi, struttura dei cavi, componenti attivi, protezione contro i fulmini, protezione delle linee di segnale, collegamento equipotenziale, protezione dalle sovratensioni. Le misure più importanti per assicurare la compatibilità elettromagnetica e con essa la trasmissione dei dati senza disturbi sono: separazione in aria delle fonti note di interferenze elettromagnetiche (ad esempio stazioni di trasformazione, azionamenti degli ascensori) dai componenti informatici; uso di condotti metallici chiusi e messi a terra in caso di interferenze causate da forti trasmettitori radio e, se necessario, il collegamento dei dispositivi informatici solo tramite cavi a fibre ottiche; utilizzo di circuiti separati per i dispositivi informatici, adozione di filtri contro i disturbi e gruppi di continuità per l'alimentazione, se necessario; evitare assolutamente di posare le linee di alimentazione e le linee dati dei dispositivi informatici parallelamente alle linee di alimentazione di forti carichi (a causa del rischio di sovratensioni di commutazione durante la commutazione dei carichi) e delle fonti di interferenza note (ad esempio controllori a tiristori); utilizzare cavi dati schermati messi a terra su entrambe le estremità (Figura ); i cavi di collegamento e di connessione devono essere integrati nel concetto di schermatura; integrazione dell'armatura (ammagliatura) nel sistema equipotenziale (Figura ) per gli involucri di metallo e le protezioni (ad esempio i supporti e le condutture dei cavi); i cavi schermati per trasmissione dati e le linee di alimentazione devono utilizzare lo stesso condotto nella dorsale dell'edificio; evitare l'installazione in condotti separati opposti l'uno all'altro; non superare la distanza di 20 cm tra questi due diversi tipi di cavi; Figura Figura Collegamento della schermatura su entrambe le estremità - Schermatura contro l'accoppiamento capacitivo/ induttivo e messa a terra diretta e indiretta della schermatura per evitare correnti di compensazione quadro dati 19" ethernet hub/switch messa a terra diretta MEB 1 messa a terra indiretta tramite MEB 2 scaricatore a gas MEB 1 MEB 2 sezionatore cavo dati 16 (25) mm 2 Cu presa di rete PC Collegamento equipotenziale di un impianto con cavi schermati GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 327

4 le linee di alimentazione per i dispositivi e le relative linee di dati devono passare lungo lo stesso percorso; separare i cavi con dei pettini fissacavi; nell'area orizzontale si consiglia di mantenere una distanza di max. 10 cm tra queste linee; se viene installato sull'edificio un impianto di protezione antifulmine, vanno rispettate le distanze di isolamento delle linee dati (e delle linee di alimentazione) rispetto agli elementi della protezione contro i fulmini esterna (captatori e calate); le linee dati e le linee di alimentazione non devono essere disposte parallelamente alle calate della protezione contro i fulmini esterna; utilizzare cavi a fibre ottiche per collegare dispositivi informatici che si trovano in edifici diversi (dorsali di distretto); installare dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni nei circuiti di alimentazione e nel cablaggio orizzontale, per proteggerli dai transitori causati da operazioni di commutazione e scariche atmosferiche (Figure e ); preferire impianti di rete di tipo TN-S, per evitare correnti di interferenza nelle schermature delle linee dati; stabilire un collegamento equipotenziale di protezione (principale) con l'impianto di rete (PEN) in un punto dell'edificio (ad esempio, al punto di ingresso dei cavi di rete). Al fine di garantire un'adeguata protezione EMC, inoltre, è importante scegliere una corrente di fulmine e dei limitatori di sovratensione adeguati ai sistemi informatici e per familiarizzarsi con il loro effetto protettivo. Effetto protettivo degli scaricatori per i sistemi informatici Per verificare la compatibilità elettromagnetica (EMC), le apparecchiature elettriche ed elettroniche (dispositivi) devono possedere una definita immunità nei confronti delle interferenze trasmesse (picchi di sovratensione). Differenti condizioni dell'ambiente elettromagnetico richiedono diversi livelli di immunità dei dispositivi. Il livello di immunità di un dispositivo dipende dal livello di prova. Per definire i diversi livelli di immunità dei dispositivi terminali, i livelli sono suddivisi in quattro diversi livelli da 1 a 4. Il livello di prova 1 definisce i requisiti minimi per l'immunità di un dispositivo terminale. Il livello di prova si trova normalmente nella documentazione tecnica del dispositivo oppure si può richiedere al produttore del dispositivo. Per i sistemi informatici bisogna limitare le interferenze trasmesse a un livello accettabile, in modo da non superare il livello di immunità dei dispositivi. Per esempio, bisogna selezionare uno scaricatore avente un'energia passante inferiore al valore di prova EMC del dispositivo terminale di livello 2: tensione impulsiva < 1 kv in combinazione con una corrente impulsiva di qualche ampere (a seconda del tipo di iniezione). A seconda dell'applicazione e del tipo di progettazione, le interfacce informatiche dei dispositivi utilizzatori presentano diversi livelli di immunità. Quando si seleziona un adeguato limitatore, non sono importanti solo i parametri del sistema, ma anche il fatto che esso sia in grado di proteggere il dispositivo utilizzatore. Al fine di facilitare la selezione, è stata sviluppata un'indicazione distintiva della classe SPD per la famiglia di prodotti Yellow/Line. Insieme con la documentazione del dispositivo terminale, questa indicazione fornisce informazioni precise circa l'adeguatezza dello scaricatore per Figura Dispositivo di protezione NET - Dispositivo di protezione universale contro le sovratensioni per la protezione delle linee dati del quadro di piano (adatto anche per reti di classe D) Figura DEHNprotector - Dispositivo di protezione universale contro le sovratensioni per la protezione delle linee di rete e delle linee dati di una stazione di lavoro 328 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI

5 SDB SPD Tipo Art. DEHNventil DV M TNC Involucro equipotenziale DPG LSA... P Striscia di sezionamento TL2 10DA LSA DEHNrapid LSA DRL 10 B 180 FSD Telaio di messa a terra EF 10 DRL DEHNrapid LSA DRL PD Barra equipotenziale K DEHNguard modulare DG M TNS SDB server splitter sistema informatico quadro telef. locale sistema telefonico DEHNrail modulare DR M 2P DEHNpatch DEHNlink (a monte dello splitter) DPA M CAT6 RJ45H DLI TC 2 I SFL-Protector SFL PRO 6X MDB 4 MEB Quadro Fibre Ottiche edificio sezionatore telefono NET Protector per doppini 8 x 2 NET PRO TC 2 LSA Involucro 19" EG NET PRO DEHNflex M DFL M Modulo di protezione telefonico DSM TC 2 SK TNC 230/400 V DEHNprotector DPRO 230 LAN Figura Edificio amministrativo dotato di impianti con elevata richiesta di disponibilità il dispositivo utilizzatore (coordinamento energetico reciproco). I limitatori correttamente dimensionati proteggono in modo appropriato i dispositivi utilizzatori contro i picchi di tensione e di potenza, aumentando così la disponibilità dell'impianto. Le reti ad alta frequenza, più sensibili alle interferenze, si stanno sempre più affermando come le più moderne reti di comunicazione. Pertanto, per garantire il buon funzionamento della rete, è necessario un concetto EMC coerente che comprenda anche la protezione contro i fulmini e le sovratensioni degli edifici e degli impianti (Figura ). Scelta dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni Per garantire un'efficace protezione contro le sovratensioni, gli elettricisti e gli esperti informatici devono coordinare le misure adottate per i diversi sistemi in collaborazione con il costruttore del dispositivo. Pertanto nei progetti di grandi dimensioni vanno coinvolti degli esperti (ad esempio dei consulenti tecnici). GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 329

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