Защита оборудования Слаботочных Кабельных Сетей (СКС) от внешних воздействий

Оборудование для СКС, как и любая сложная электронная техника, очень чувствительно к внешним воздействиям.

В зависимости от назначения, оборудование, входящее в состав СКС, должно стабильно работать в широком диапазоне температур и иметь надежную пылевлагозащиту. Тем не менее, ни один производитель не гарантирует полную защиту техники от прямого попадания молнии или перенапряжения в электрической сети, вызванного грозовыми разрядами.

Необходимость установки устройств грозозащиты, их принцип действия и преимущества использования

При построении сетей СКС рекомендуется закладывать в проекты устройства грозозащиты для обеспечения безотказной и безопасной работы систем. Они помогут защитить оборудование от перепадов и всплесков напряжения, вызванных внешними факторами.

Специальные мероприятия по защите от грозы актуальны на следующих объектах:

•  на территориально удаленных объектах, где стоимость выезда для замены/ремонта сопоставима со стоимостью самого оборудования;
•  на объектах повышенной материальной ответственности или особой значимости, где время восстановления работоспособности оборудования четко регламентировано;
•  на объектах, где высока вероятность повреждения линий связи в силу специфики монтажа - прокладка шлейфов сигнализации и интерфейсов вне зданий, воздушные линии и т.п.

Возможные причины возникновения импульсов:

• Удар молнии поблизости от объекта, в т.ч. в молниеотвод

Электрический импульс и электромагнитное возмущение вызывает наведенную ЭДС в токопроводящих жилах цепей передачи информации и питания.

• Статическое электричество

Перемещения кабеля, ионизированный воздух, погодные явления (точку убрать и поставить двоеточие): все это может вызвать появление импульсов статического напряжения, способных вывести из строя сетевое устройство (коммутатор, точку доступа, видеорегистратор и пр.

• Перенапряжение вследствие коммутаций и переключений

Сбои в работе оборудования и вывод его из строя способны вызвать действия, сопровождающиеся резкими скачками напряжения импульсного характера. Например, при подключении удаленного устройства, коммутации патчкордов или включении питания коммутатора на периметре.

Подключение удаленного устройства, коммутация патчкордов, включение питания коммутатора на периметре — это пример действий, сопровождающихся резкими скачками напряжения импульсного характера, что может вызвать сбои в работе оборудования и привести к его выходу из строя.

Принцип действия устройств грозозащиты

Во время грозы и попадания молнии внешнее переменное электромагнитное поле наводит в линии связи электродвижущую силу (ЭДС), которая вызывает прохождение тока в линии. Это приводит к возникновению разности потенциалов на ее концах. Величина этой разности потенциалов зависит от протяженности участка воздействия и напряженности электромагнитного поля от внешнего источника. Длительность разряда молнии составляет 50 мкс, количество повторений молнии – до трех раз с интервалом по 0,5 сек. Наведенная ЭДС от грозового разряда в среднем достигает 5000 В (5 кВ) в течение 50 мкс.

При прямом попадании молнии в линию (или устройство системы) защитное устройство бесполезно.

Защитить линии с помощью установки предохранителей невозможно, так как ни один предохранитель не успеет сработать за 50 мкс во время наведенной ЭДС. Задача защиты в линии – понизить наведенную ЭДС до допустимого уровня и не повлиять на полезный сигнал.

В качестве отводящих устройств первой ступени защиты применяются «разрядники» – газоразрядные приборы, имеющие определенное напряжение пробоя, при котором резко снижается его сопротивление. После прохождения через первую ступень (разрядник) потенциал в линии ограничивается на уровне потенциала пробоя, и составляет ~ 350-500 В для коротких импульсов и ~ 90 В для длительных процессов пробоя (в случае попадания опасных напряжений от других источников, например, при падении силового провода на линию). Стоит отметить, что применение плавких предохранителей не дает результата, так как время их реакции на импульс значительно превышает время перенапряжения.

Для дальнейшего ограничения опасного напряжения выполняется вторая ступень защиты, которая отделяется от первой ограничивающими ток элементами (дроссели, резисторы). Она строится на стабилитронах или супрессорах. Напряжение уменьшается с 350–500 В до 6–7 В, а пропускаемая мощность составляет до 1,5 кВт.  Во многих случаях этого достаточно для предотвращения отказов аппаратуры.

Из каких элементов состоят устройства грозозащиты Comonyx?

Самый действенный метод грозозащиты – тот, при котором разряд уходит в землю. Такой принцип обеспечивают варисторы, супрессоры и газонаполненные разрядники. Они ставятся между сигнальными жилами и землей. При их пробое происходит «замыкание» питающей или сигнальной линии на заземление. Это предотвращает распространение импульса высокого напряжения дальше места этого замыкания.

Рассмотрим эти элементы подробнее:

•  Варистор – разновидность резистора, обладающего свойством резко уменьшать своё сопротивление с миллиардов до десятков Ом при увеличении приложенного к нему напряжения выше пороговой величины. При дальнейшем увеличении напряжения сопротивление уменьшается ещё сильнее. Благодаря отсутствию сопровождающих токов при скачкообразном изменении приложенного напряжения варисторы являются основным элементом для производства устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).
•  Супрессор – полупроводниковый ограничитель напряжения. Его главные преимущества – очень короткое время реакции на превышение напряжения и возможность рассеять очень большую мощность без разрушения. Супрессор способен "принимать удар на себя" на короткое время. Для подавления высоковольтных импульсных помех в сети или для срабатывания защиты в блоке питания этого достаточно.
•  Газонаполненный разрядник – это пассивный компонент, выполненный из двух или трех электродов в корпусе, наполненном инертным газом при регулируемом давлении. Защищает от скачков напряжения, вызванных попаданием молнии и переходными процессами в цепях. Электрический разряд происходит в керамической трубке - наполненной инертным газом - это позволяет обеспечить лучшие характеристики скорости срабатывания. Напряжение пробоя газового разрядника находится в диапазоне от 60В до 5кВ.

Также в состав устройств грозозащиты ComOnyX входят синфазные дроссели, использующиеся в импульсных источниках питания, для фильтрации синфазных сигналов электромагнитных помех. Синфазные дроссели работают в цепях фильтров постоянного или переменного низкочастотного тока. Благодаря низкому сопротивлению постоянного тока их можно применять в низковольтных цепях устройств грозозащиты, практически без падения напряжения на катушках прибора.

Виды устройств грозозащиты

Для эффективной защиты Ethernet устройств могут применяться несколько типов защиты с разным функциональным назначением:

•  Защита питающих линий

Устройства данного типа более всего предохраняют от перепадов напряжения типы устройств, не имеющих питания по технологии PoE.

•  Защита сигнальных линий (витая пара и коаксиальный кабель)

Все модели этого вида имеют высокую чувствительность к кратковременным перепадам в напряжении, т.е. эти устройства более направлены на защиту от импульсных напряжений.

В ассортименте продукции ComOnyX представлены устройства грозозащиты для решения любых задач:

•  Защита витой пары и линии 12В

Важные моменты при установке устройств грозозащиты:

1. От качества выполненных работ зависит безопасность абсолютно всех устройств, входящих в систему. Для заземляющей шины необходимо использовать кабель, обладающий максимальным сечением. Данную шину необходимо прокладывать по самому короткому пути.

2. Устройство грозозащиты способно защитить только порт, вблизи которого его установили. Поэтому его необходимо устанавливать у каждого из портов (точки доступа, коммутатора, сетевого видеорегистратора и др.).

3. Для ослабления помех в наружных линиях обязательно использование экранированного кабеля.

4. Если использовался экранированный кабель, то заземление производится лишь с одной стороны.

Подключение

Устройство грозозащиты подключается в разрыв линии, как можно ближе к устройству, которое оно будет «защищать». У большинства моделей на крышке устройства грозозащиты указывается направление подключения. Также необходимо соединить клеммы заземления и заземляющего контура.

Заключение

Затраты при монтаже оборудования для систем СКС с учетом установки качественных устройств грозозащиты, несопоставимы с затратами на замену всего оборудования, вышедшего из строя из-за попадания высокого напряжения в инфраструктуру сети.
Важно понимать, что никакое оборудование не способно выдержать прямое попадание в него молнии, однако зачастую причиной выхода из строя являются наведенные статические разряды. Устройства грозозащиты для систем СКС ComOnyX позволяют устранить подобные влияния.