Принцип действия грозозащиты для витой пары

Грозозащита витой пары

Гальваническая развязка для витой пары

Грозозащита, или гальваническая развязка — это защита от всевозможных импульсных скачков электричества, или броска статического напряжения.

Область применения, где необходима грозозащита (при передаче информационных сигналов по витой паре):

  • PPoE сети.
  • Локальные сети.
  • Ethernet сети.
  • Wi-fi сети.

Виды воздействия на сетевую аппаратуру:

  • электростатическое воздействие (связано с электростатическими полями до грозы, и грозовыми разрядами);
  • электромагнитное воздействие (индуктивное влияния молнии на кабель);
  • гальваническое воздействие (попадание токов молнии в заземление);
  • ток молнии (прямой удар молнии);

Гальваническая развязка необходима для разделения слаботочных (информационные каналы витой пары) и силовых цепей (сеть питания). Для питания коммуникационной аппаратуры используется сеть переменного напряжения 220В, в которых очень часто происходят скачки электричества, доходящие до несколько тысяч вольт. Это приводит к выводу из работы соответствующей подключенной аппаратуры.

Первопричиной броска статического напряжения являются молния, атмосферные осадки, а также недалеко расположенные высоковольтные кабели передачи электроэнергии (кабель питания лифта, электрического привода и т. п.). Все это ведет к понижению помехоустойчивости и пропускной способности канала. Поэтому имеет место использование дополнительных устройств для защиты оборудования.

Грозозащита для витой пары

Принцип действия

Принцип работы любого грозозащитного оборудования заключается в отведении поражающего заряда на землю. Типичная схема (рис. №1) построена на основе диодного моста со специальным замыкающим диодом.

Грозозащита для витой пары

Рис. №1. Типовая схема защиты

При возникновении между линиями передачи разницы потенциалов 6-7 В, диод D11 замыкается и статическое напряжения спускается на землю. Также вместо диодов можно использовать газовые разрядники, варисторов или стабилитронов. Данную схему можно применить для защиты сетевых карт, switch-а и хабов в кабеле:

  • UTP
  • FTP
  • SFTP
  • SSTP

В процессе нормальной работы разность потенциалов между линиями относительно небольшая (близкая к нулю). Между корпусом и линиями также не должно быть напряжения. Диод D11 является сопрессором: он запирается при перенапряжении между линиями, и отпирается для следующего срабатывания. Таким образом, при достижении пороговой разности, ток протекает не между линиями, а через диод и заряд переходит на землю. Далее, работа сети продолжается в нормальном режиме до следующего разряда.

Замечания по подключению:

  1. Все схемы защиты, подключенные к портам (ПК, свитч) обязательно соединить между собой.
  2. У компьютеров на корпусе есть болт заземляющий. Но если сам корпус не заземлен, то при вставке вилки в розетку мы не соблюдаем полярность и делаем это не умышленно. Это ведет к наводке напряжения равное половине напряжения розетки (110 В). В этом случае заземлять грозозащиту на болт не рекомендуется. Это не спалит оборудование, а вот глюки в работе обеспечит.
  3. Найти «землю» и заземлить туда грозозащиту.
  4. Работают при длине кабеля более 100 м.
  5. Заменить диод сопрессор на варистор нельзя, так как возрастает ток утечки. Вызывает неработоспособность схемы.

Как и к любому оборудованию защиты, применяются требования к работе (данная спецификация приведена на примере грозозащиты кабеля Ethernet RJ45):

  1. Время реакции: <1нс
  2. Сопротивление кабеля, Ом: примерно 100.
  3. Скорость работы сети: 100-1000 Мбит/с
  4. Максимальное напряжение: 6-12 В.
  5. Максимальный ток: 5000 А.

Часто задают вопрос: можно заменить диод на стабилитрон. В целом да, но необходимо сделать следующую оговорку: все дело во времени срабатывания. При сильном перенапряжении срабатывание стабилитронов равно 25 нс. Слишком много для кое-какого оборудования.

Отсюда следствие – горение всего и вся. Время срабатывания диода лежит в пределах одной пикосекунды. Но так как время срабатывания варисторов идет с опозданием, но в пиковой части фронта, время «реакции» равно 5 нс. Вывод: можно, но осторожно. Смотрите техническую документацию.

Грозозащита для витой пары

Установка

При проектировании коммуникационных цепей встает вопрос о монтаже гроззащитного оборудования, так как кабели могут идти не только внутри помещения/цеха/ другого объекта, но и снаружи. Установка грозозащиты осуществляется на:

  1. Корпус установки.
  2. ДИН рейка.
  3. На кабеле по ходу прохождения сигнала.

Необходимо отметить, что защиту нужно устанавливать двухстороннюю. Это объясняется тем, что сопротивление кабеля в любом случае не равно нулю. Так как ток протекает по пути наименьшего сопротивления, то в данной ситуации он может поразить работающее оборудование с другой стороны кабеля.

Также необходимо отметить, что грозозащита вызывает затухание идущего по кабелю сигнала. Поэтому необходимо обращать внимание на технические характеристики устройства. При достаточной длине кабеля сигнал имеет свойство искажаться.

После установки защиты, исходя из опыта, возникают некоторые проблемы. Выше было указано, что нужно устанавливать двухстороннюю защиту, и также обязательно заземлить их. Неквалифицированные электрики часто заземляют одну сторону, а другую зануляют. Исходя из факторов таких, как «где» находится дом, от какой подстанции питается, откуда вообще идет «земля», необходимо померить разность потенциалов между землей и нулем. Очень часто это значение превышает порог срабатывание грозозащиты, что приводит к отключению оборудования.

Если после выше написанного сеть не заработала, сделайте следующее:

  1. Тщательней ищите источник помех (возможно, рядом проложен кабель 220 В).
  2. Имеет место проверить «землю». Для большей уверенности протяните кабель «земли» от электрощитка.
  3. Поставьте защиту с одной стороны (ВНИМАНИЕ: данный шаг ОЧЕНЬ аккуратно, МОЖЕТ ВЫГОРЕТЬ ВСЕ ОБОРУДОВАНИЕ).
  4. Измените тип грозозащиты.

Следует отметить, что грозозащита повышает надежность в разы, но не все 100%. Грозозащита может и сгореть. К этому обычно приводит маленькое время реакции на открытие диода, что исключает возможность мгновенно перенаправить заряд на «землю».

Заземление и зануление

Заземлить необходимо на заранее проверенную «землю». Это необходимо для того, чтобы заряд не скопился на корпусе детали. Нельзя заземлять на водопроводные трубы или трубы отопления, так как они обладают очень высоким сопротивлением (ток протекает по пути наименьшего сопротивления). Исходя их схемы защиты на примере фирменного нетпротекта (рис. №2) земля нужна для стекания заряда. В другом случае заряду некуда «деваться», и он может скопиться на корпусе оборудования, что приведет к поражению электрическим током любого человека.

Грозозащита для витой пары

Рис. №2. Нетпротект. Типовая схема

Зануление производить не желательно. Разница между «нулем» и «землей» в том, что ноль – это шина, которая служит для замыкания цепи и протекания тока (ее потенциал равен нулю). В то время как земля – это необходима для выведения накопившихся зарядов и защиты от статики. Зануление не оказывает положительного влияния на грозозащиту, а наоборот, повышает частоты ее срабатывания. Это ложные срабатывания. Соответственно, будут частые перерывы в работе сети (совет: зануление допускается в том случае, если нет возможности заземлить на настоящую «землю»).

Грозозащита не всегда спасает от бед с работой сетевого оборудования. Обрывания нуля, некачественная проведена земля, дешевое оборудование – все это приводит к перебою оборудования, временным и материальным затратам.

Сравнение самодельных и фирменных грозозащит

Для сравнения возьмем фирменную внешнюю грозозащиту (рис. №3) с HPoE ( high power over Ethernet). Степень защиты IP54.

Грозозащита для витой пары

Рис. №3. Внешняя грозозащита.

Обладает следующими преимуществами:

  1. Низкие потери сигнала.
  2. Работоспособность не теряется при попадании напряжения 220 В.
  3. Подавления помех.
  4. Высокая стойкость при отведении на землю большого тока (больше 5 КА).
  5. Поддерживают обе схемы организации дистанционного питания.

Спецификация устройства:

  1. Подключения идет через LSA-коннектор.
  2. Защищаются с 1 – 8 проводники.
  3. Потери в частотах с 5 – 95 МГЦ меньше 0,4 дБ.
  4. Затухание переходное равно при 90 МГц больше 30 дБ: 
    • Ограничение дифференцированного напряжения меньше ±7,5 В.
    • Время срабатывания меньше 10 нс.
    • Максимальное напряжение переменного тока 250, постоянного 350.
    • Отводимый ток меньше 5000 А.

Данное устройство самодельное, и по внешнему виду доверия не вызывает (рис. 4).

Грозозащита для витой пары

Рис. 4. Самодельное устройство

Данное устройство является гальванической развязкой между сетевой картой ПК и свитчем. С основными задачами справляется: отводит накопившееся заряды, но с прямым попаданием молнии не справится, так же как и не справится с пробоем напряжения в 220 В. Можно использовать как временную защиту, которую в скором времени заменят. Единственный плюс – цена (совет: хорошая вещь и стоит хорошо).

В конце хотелось бы отметить, что говоря о защите любого устройства, то ни одно специальное оборудование не защитит вашу сеть, а лишь минимизирует потери.

Оставить комментарий

очиститьОтправить