|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Грозозахист локальних мереж. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Комп'ютери Одна з проблем, з якою доводиться стикатися розробникам локальних комп'ютерних мереж, - забезпечення стійкості обладнання до різних зовнішніх впливів. Особлива роль відведена пристроям грозозахисту. З розвитком "домашніх мереж" ця проблема стає по-справжньому гострою, оскільки чимала частка обладнання виходить з ладу з вини статичної електрики. Тема пристрою грозозахисту традиційно є однією з найбільш обговорюваних серед радіоаматорів та професіоналів і огорнута різними міфами та неточностями. У запропонованій статті дається відповідь на запитання: чи можливо протистояти надто потужному для апаратури впливу грозових розрядів, та визначено шляхи та методи захисту активного обладнання. Спроби захисту від грозових розрядів були відомі задовго до н. Під час археологічних розкопок у Єгипті знайдено написи на стінах зруйнованих храмів, з яких випливає, що встановлені навколо храмів щогли служили для захисту від "небесного вогню". Коливальний характер грозового розряду було доведено ще експериментальних робіт Р. Герца. Важливим виявився той факт, що крім значного електростатичного потенціалу, викликаного переміщенням з великою швидкістю крапель води, пилових частинок і шматочків льоду, грозовий розряд діє як потужний радіопередавач, що породжує сильне електромагнітне випромінювання. Спектральний склад цього випромінювання лежить у діапазоні від кількох герц до десятків кілогерців, найбільша щільність якого знаходиться в районі 5...8 кГц. З цієї причини трансформаторна розв'язка пристроїв від інформаційних ліній, виконаних кручений парою (ЛВВП), нерідко виявляється безсилою. Перешкода величезної потужності проходить через трансформатор, що розв'язує, не руйнуючи його, але пошкоджуючи електроніку. Дослідження показали, що тривалість таких імпульсів може становити від 1 до 500 мкс і більше, а напруга від сотень вольт до десятків кіловольт. Внаслідок тривалих досліджень різними лабораторіями світу було отримано усереднені параметри імпульсів грозових розрядів. На лініях електропередач та телефонії довжиною, що вимірюється кілометрами, можливі імпульси напруги до 20...25 кВ та струму до 10 кА. У більш коротких лініях, довжиною в сотні метрів, наводяться імпульси напруги до 6 кВ і струму до 5 кА, а лініях, що проходять усередині будівель, - до 6 кВ і до 500 А. За статистикою, опублікованою на сайті , Відсоток "виживання" обладнання, яке підключене до повітряних ліній, виконаних неекранованої кручений парою, становить всього 2%. Цифри, отримані автором під час обслуговування локальної мережі однієї з підприємств, загалом повністю підтверджують сказане. А вихід з ладу апаратури, підключеної до ліній коаксіального кабелю, не рідкість навіть усередині цегляних будівель. На таких повітряних лініях обладнання без спеціальних заходів захисту практично "не живе". Відразу зауважимо, що стовідсоткового захисту від подібних впливів не існує, але мінімізувати втрати, виходячи з розумного компромісу між вартістю, складністю та ефективністю пристроїв захисту, безсумнівно, можна. Звичайно, непогано використовувати "класичні" методи: перехід на оптоволоконні кабелі, відмова від відкритих ліній, екранування кабельної системи, але часом все це недоступне для середніх і дрібних мереж внаслідок високої вартості та складності монтажу. Розглянемо основні причини виходу з ладу обладнання під час грози. 1. Утворення статичної електрики на кабелях та апаратурі внаслідок впливу нерухомих зарядів, накопичених у грозовій хмарі. Найбільш схильні до впливу статичних зарядів повітряні лінії. Причому значний заряд може накопичуватися в суху погоду взимку під час снігопаду і влітку під час так званих "піщаних хуртовин". Основний метод захисту - забезпечення відведення статичної електрики за допомогою заземлення екрану та (або) провідної траверси та установки на обох кінцях кабелю розрядників. Тут перше місце виходить правильність виконання заземлення і надійність розрядників, яких пред'являються високі вимоги щодо відведення значного струму. 2. Наведення в кабельній системі імпульсів високої напруги, що виникають внаслідок впливу потужного електромагнітного поля, що породжується грозовими розрядами. Якщо застосована ЛВВП не екранована, внаслідок впливу потужної електромагнітної хвилі на кожному кроці скручування наводиться невелика напруга, в межах кількох мілівольт. Якщо ЛВВП ідеально виготовлена і площа контурів однакова, сумарна наведена ЕРС близька до нуля. Реально ж крок скручування далеко не однаковий, тому повної взаємної компенсації елементарних ЕРС не відбувається, і чим довше кабель, тим вищою може бути напруга між провідниками однієї пари в результаті електромагнітного імпульсу, створюваного блискавкою. Ця напруга може досягати кількох сотень вольт. Основний метод захисту - екранування, встановлення на кінцях кабелю пристроїв захисту, що вирівнюють потенціали, при яких максимальна напруга між будь-якими двома проводами в кабелі не перевищує 7...10 В. Потенціал, що перевищує сотні вольт щодо землі, знижує розрядник. 3. Кидки напруги мережі живлення. Це причина, що досить часто зустрічається, виходу з ладу обладнання "цілком". У мережі 220 В нерідко відбуваються кидки напруги до кількох тисяч вольт. Причини тому – спрацювання запобіжників на підстанції, розряд блискавки, перешкоди від інших потужних споживачів енергії. Традиційні методи захисту – підвищення надійності штатних джерел живлення, застосування джерел безперебійного живлення та пристроїв захисту від підвищення напруги у мережі. 4. Зміна потенціалу заземлюючих пристроїв. Воно виникає при близькому розряді блискавки на поверхню землі. Основна причина виходу з ладу апаратури - велика різниця потенціалів на заземлювальних шинах устаткування, встановленого значною відстані друг від друга. У цьому випадку кабельними лініями і ланцюгами входів/виходів протікає дуже великий струм, що зрівнює, який руйнує електронне або електричне обладнання. Мінімізувати втрати в цьому випадку можна, дотримуючись правил монтажу заземлювальних пристроїв. Одне з лідируючих позицій з продажу займають пристрої грозозахисту для побутового застосування ProtectNet фірми АРС. Однак за досить доступною ціною та зовнішньою привабливістю ці УГ для ЛВВП не позбавлені недоліків. Застосовані в них металооксидні варистори, хоч і мають високу швидкодію і дуже низьку ціну, не здатні надійно захистити обладнання на неекранованих повітряних лініях. Залишкова напруга на них може в кілька разів перевищувати гранично допустиму для апаратури, що захищається. Це пояснюється неідеальною вольт-амперною характеристикою варисторів та залежністю напруги від амплітуди імпульсу струму, що протікає через них. Необхідно також враховувати, що захисні елементи поступово змінюють свої параметри, що деградують, якщо через них протікає струм, близький до граничного. У цьому випадку у варисторів зменшується внутрішній опір і вони зрештою замикають лінію, що захищається. Практично через кілька років експлуатації на повітряних лініях захисні властивості приладів губляться і збільшуються втрати, тому стає неможливим їх застосування високошвидкісних мережах на значних відстанях. У багатьох УГ вітчизняного виробництва як розрядники використовують або неонові лампи, або "неонки" від стартерів ламп денного світла. Це зумовлено переважно низькою вартістю подібних захисних елементів. На думку автора, таке рішення не дуже вдало, оскільки неонові лампи мають великий опір при пробої та невисокій швидкодії. Тривалі випробування неекранованої ЛВВП 100-мегабітної мережі довжиною сто метрів, протягнутою між будинками, показали, що непогано справляється зі своїми обов'язками пристрій, схема якого показана на рис. 1. Воно являє собою багатофазний діодний міст на діодах VD1 VD16, діагональ якого включений захисний діод VD17, що обмежує напругу між будь-якими двома провідниками лінії на рівні близько 8 В. Застосування обмежувальних діодів фірми Transil обумовлено суттєвими відмінностями параметрів таких приладів від стабілітронів. Наприклад, час спрацьовування обмежувального діода не перевищує кількох пікосекунд, а пікова потужність, що розсіюється (протягом 1 мс) становить 1500 Вт.
До гнізда XS1 підключають лінію, а до гнізда XS2 - мережне обладнання. Кабель, що з'єднує УГ з мережевим обладнанням, має бути мінімальної довжини. Кожен провідник інформаційного кабелю з'єднаний із землею через газонаповнені розрядники F1-F4, які забезпечують відведення потенціалу статичної електрики, що перевищує 90 В. Спеціалізовані розрядники Epcos Т83-А90Х допускають проходження імпульсного струму 10 кА тривалості 8/20 мкс. Здвоєні розрядники застосовані виходячи лише з економічних міркувань, замість них можна використовувати будь-які, які відповідають зазначеним вище вимогам. Замість діодів 1N4007 (VD1-VD16) можна використовувати будь-які аналогічні випрямні діоди імпортного та вітчизняного виробництва з допустимою зворотною напругою не менше 1000 В, здатні працювати на частотах вище 10 кГц. УГ зібрано на друкованій платі із двосторонньо фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм. Креслення друкованої плати пристрою показано на рис. 2.
Фольга на платі з боку елементів виконує функцію екрана, її видаляють лише біля висновків деталей, зенкуючи отвори. Середній висновок розрядників припаюють безпосередньо до фольги з боку деталей. Заземлюючий провідник вставляють в отвір діаметром 2 мм і припаюють до обох сторін плати. Для зменшення перехресних наведень перемички 1 та 2,3 та 6, 4 та 5, 7 та 8 можна попарно звити двома-трьома витками. Зовнішній вигляд зібраної плати УГ показано на рис. 3.
Пристрій змонтований у корпусі стандартної подвійної розетки RG45B (рис. 4).
Оскільки в цій розетці нумерація виводів роз'ємів XS1 і XS2 перевернута відносно один одного, довелося на друкованій платі використовувати перемички. У разі іншого варіанта монтажу УГ перемички можна виключити. Штатні ножові рознімання з плати розетки видаляють, а замість них запаюють вигнуті штирі (рис. 5), на які монтують плату УГ (рис. 6).
Якщо немає необхідності у захисті всіх восьми провідників кабелю, УГ можна зібрати за спрощеною схемою, показаною на рис. 7. Провідники, що не використовуються, з'єднують разом і через розрядник F2 (Epcos N81-А90Х) підключають до заземлення.
Для захисту джерел живлення від коротких сплесків напруги в мережі 220 застосовують пристрій, схема якого показана на рис. 8. Його включають у розрив мережного дроту можливо ближче до блоку живлення, наприклад, вбудовують у розетку.
Якщо довжина низьковольтного (9...12 В) ланцюга живлення апаратури становить кілька метрів і більше, наприклад, живлення підводять по вільних парах або неекранованих дротах, необхідно встановити УГ, яке збирають за схемою рис. 8, яка відрізняється тим, що замість двох використовують тільки один обмежувальний діод 1.5КЕ18, включений катодом до плюс харчування. Пристрій підключають якомога ближче до активного обладнання в розрив низьковольтного ланцюга живлення постійного струму. Всі види УГ вимагають обов'язкового підключення до заземлення або захисного занулення, вважатимемо, що це, в нашому випадку, те саме. За його відсутності всі заходи щодо грозозахисту практично зводяться до нуля. Зупинимося на основних моментах щодо підключення УГ до заземлення. Згідно з Правилами Пристрої Електроустановок (ПУЕ), електрична мережа в житлових будинках складається з фази (L), робочого нуля (N) та захисного нуля (РЕ), що підключається до корпусу розподільного щита на сходовому майданчику та середнього контакту розетки у квартирі. Якщо ваш будинок побудований після 1998 р., то з великим ступенем ймовірності можна припускати, що до розеток захисний нуль підведений. Перевірити його наявність можна, підключивши лампу розжарювання на напругу 220 щодо фази спочатку до нульового проводу, потім до середнього контакту розетки. В обох випадках лампа повинна горіти яскраво та рівно, якщо при підключенні лампи до середнього контакту відбудеться спрацювання пристрою захисного відключення (ПЗВ) у щиті, це лише підтвердить наявність захисного нуля. Якщо ж у приміщення захисний нуль не підведений, його доведеться провести самому. Для цього знадобиться провід перетином не менше 1,5 мм2, чим більше, тим краще. Один кінець дроту закріплюють під будь-який вільний болт шини, з'єднаної з корпусом розподільного щита, другий з'єднують із заземлюючим контактом розетки або УГ. Забороняється використовувати батарею опалення або водопровідні труби як захисне занулення. Одна з причин – високий опір подібного "заземлення". Крім того, у деяких випадках потенціал на батареї може бути відмінний від нуля, наприклад, якщо сусід використовує труби як робочий нуль через розрив нульового провідника в проводці, що категорично заборонено. І хоча у підвалі будівлі теоретично має існувати система вирівнювання потенціалів, практично зустрічається всяке. Якщо у міських квартирах все більш-менш зрозуміло, то власникам, наприклад, сільських будинків непросто визначитися із правильним вибором захисного занулення. Зазвичай у сільські будинки напруга 220 В підводять повітряними лініями електропередачі, і використовувати як захисний робочий нуль небезпечно. При виникненні аварійної ситуації (обрив нульового дроту на лінії електропередачі, падіння дерева на лінію електропередачі тощо) на нульовому дроті можлива поява потенціалу, відмінного від нуля, аж до фазної напруги. У цьому випадку як пристрій захисного занулення можна використовувати природні заземлювачі. Пункт 1.7.70 ПУЕ з цього приводу говорить: "В якості природних заземлювачів рекомендується використовувати: прокладені в землі водопровідні та інші металеві трубопроводи, за винятком трубопроводів горючих рідин, горючих та вибухових газів та сумішей, каналізації та центрального опалення; обсадні труби свердловин; металеві і залізобетонні конструкції будівель і споруд, що знаходяться у зіткненні із землею, металеві шунти гідротехнічних споруд, водоводи, затвори тощо, свинцеві оболонки кабелів, прокладених у землі, алюмінієві оболонки кабелів не допускається використовувати як природні заземлювачі. єдиними заземлювачами, то в розрахунку заземлювальних пристроїв вони повинні враховуватися при кількості кабелів не менше двох; з повторними заземлювачами при кількості ПЛ не менше двох; рейкові шляхи магістральних неелектрофікованих залізниць та під'їзні шляхи за наявності навмисного пристрою перемичок між рейками”. Також хотілося б зазначити, що згідно з ПУЕ "не допускається об'єднання нульових робітників і нульових захисних провідників різних групових ліній...", тобто заземляти (занулювати) траверси, що провадять, троси підвісу кабелів і провідники, що не використовуються, в кабелі необхідно тільки з одного кінця . Справа в тому, що при близькому грозовому розряді в землю значно змінюється потенціал заземлювальних пристроїв, про що було сказано вище. Крім того, різниця потенціалів між віддаленими точками заземлення може бути дуже великою і при "жорсткому" заземленні з обох кінців, через кабелі та апаратуру можливе протікання значного струму, що зрівнює. УГ живильних та інформаційних ліній, аналогічні описаним, можна використовувати не тільки для захисту ЛВВП, але й телефонних, ліній протипожежної та охоронної сигналізації, систем відеоспостереження та інших, віддалених на відстань більше кількох десятків метрів інформаційних та живильних ліній активного обладнання, що особливо експлуатується на відкритому повітря. Автор: Д.Малород, м.Ковров Володимирської обл.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Трансімпедансні операційні підсилювачі до 2,1 ГГц ▪ Мікроскопічні лазери, що перебудовуються
▪ розділ сайту Заземлення та занулення. Добірка статей ▪ стаття По морю аки по суху. Крилатий вислів ▪ стаття Чому виникла лінія Мейсона-Діксона? Детальна відповідь ▪ стаття Робота на листопідбірному обладнанні. Типова інструкція з охорони праці
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page