Защита от грозы сетевого оборудования

Принцип действия грозозащиты для витой пары

Гальваническая развязка для витой пары

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

Принцип действия ↓
Установка ↓
Заземление и зануление ↓
Сравнение самодельных и фирменных грозозащит ↓

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.

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.

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:

Все схемы защиты, подключенные к портам (ПК, свитч) обязательно соединить между собой.
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.
Найти «землю» и заземлить туда грозозащиту.
Работают при длине кабеля более 100 м.
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):

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:

Корпус установки.
ДИН рейка.
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.

Если после выше написанного сеть не заработала, сделайте следующее:

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

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»).

Сравнение самодельных и фирменных грозозащит

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

Рис. №3. Внешняя грозозащита.

Обладает следующими преимуществами:

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

Спецификация устройства:

Подключения идет через LSA-коннектор.
Защищаются с 1 – 8 проводники.
Потери в частотах с 5 – 95 МГЦ меньше 0,4 дБ.
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).

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.

Грозозащита

Сети Ethernet, со времён своего изобретения, обрели небывалую популярность, и по ходу развития сетевой инфраструктуры, было разработано и внедрено множество стандартов физического уровня для передачи данных, начиная коаксиальным кабелем и заканчивая оптоволокном. Свою нишу среди них, со всеми своими преимуществами и недостатками, вполне оправданно заняла, так называемая, «витая пара». И даже если для прокладки внешних сетей повсеместно используется оптоволоконный кабель, то с ростом разновидностей телекоммуникационного оборудования возникла необходимость применения медных кабелей («витой пары») как внутри, так и вне зданий.

Данная тенденция повлекла за собой целый ряд проблем, связанных с такими явлениями, как индустриальные электромагнитные помехи и атмосферное электричество. В определенных условиях, из-за роста напряженности ЭМ-поля, порты устройств, подключенных к сети Ethernet, неминуемо выходят из строя. Для решения этой проблемы были разработаны и широко применяются устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), в простонародье называемые «грозозащита».

Название «грозозащита» не совсем уместно в данном случае, так как никакое УЗИП не сможет защитить оборудование от прямого попадания молнии. Для защиты от грозового разряда применяют совсем другие методы. Молнию «приманивают», молниеотводами создают «привлекательные» для разряда места, то есть создают кратчайший путь для протекания тока разряда.
Согласно исследованиям, проводимым для седьмого издания ПУЭ, в центральных регионах России грозовая интенсивность составляет 50 часов в год, при этом молния воздействует на 1 Км² местности 2 раза в год, а для южных регионов на 1 км² — 5 раз в год.

Рис.1 Карта районирования территории РФ по среднегодовой продолжительности гроз в часах

В предгрозовой период, в атмосфере увеличивается напряжённость электрического поля. В этом случае, образовавшиеся заряды неизбежно индуцируются на все воздушные линии связи, в результате чего разница потенциалов между сигнальными проводами и оборудованием может составлять несколько тысяч вольт. Это напряжение неизбежно приводит к пробою изоляции разделительных трансформаторов Ethernet-портов, и далее распространяется по схеме оборудования.

Также статический заряд может накапливаться в результате трения о кабель молекул воздуха и прочих проявлениях стихии. Гораздо хуже выглядит ситуация при удалённом грозовом разряде. В этом случае электромагнитный импульс, неся огромную энергию и индуцируясь на линии связи, не видит препятствия, проходя через паразитную ёмкость разделительных трансформаторов или пробивая их изоляцию, а при растекании тока молнии по поверхности земли, между разнесёнными на расстояние объектами, разница потенциалов может составлять тысячи вольт.

Стоит отметить, что атмосферные явления могут быть не единственным источником возникновения перенапряжений. Также, зачастую, их источником могут являться коммутационные помехи при включении/отключении силового оборудования, при расположении кабельного сегмента в непосредственной близости от электротранспорта, частотно регулируемыми приводами электродвигателей и т.д. Нередко происходят случаи нарушения правил монтажа как слаботочных, так и силовых кабелей, в результате чего на сигнальные линии также наводится опасное для оборудования напряжение. От перечисленных выше явлений как раз и предназначены защищать УЗИП. Несмотря на то, что принцип работы всех УЗИП одинаков, и основан на отведении с линии передачи данных, наведённого электрического заряда, в систему заземления, рынок УЗИП изобилует разновидностями данных устройств и схемотехническими решениями при их проектировании.
Компания «НАГ» являясь производителем телекоммуникационного оборудования, хорошо знакома с обращениями клиентов в службу ремонта, связанных с повреждениями Ethernet-портов, после неблагоприятных погодных условий или при неграмотном расположении линий связи. Основной причиной неисправностей в подобных ситуациях, в большинстве случаев, является отсутствие защиты от перенапряжений или неправильная их установка. В связи с этим, инженерами компании была разработана линейка УЗИП, способная удовлетворить все требования и обеспечить необходимую защиту оборудования.

Выбирая техническое решение при разработке УЗИП, пришлось отталкиваться не только от качества защиты оборудования, но также брать в расчёт суровые экономические реалии нашей страны, так как мало желающих покупать УЗИП ценой выше, чем стоимость ремонта защищаемого порта, а с учётом того, что оригинальные решения стоили бы на порядок дороже, и лишь на очень малую долю улучшали характеристики защиты, выбор был остановлен на классических решениях. Для большего понимания ситуации, ниже будет дано общее представление о том, как работают УЗИП, но для этого необходимо немного погрузиться в теорию и разобраться в схемотехнике подобных устройств.

Помехи на лини передачи бывают двух видов: дифференциальные и синфазные (см. рис.4). Дифференциальная помеха – разность потенциалов между проводниками в линии. При возникновении синфазного перенапряжения устройство работает следующим образом: если напряжение между проводниками превышает порог срабатывания супрессора VD3, его сопротивление резко падает, и по цепочке VD1-VD3-VD5 или VD2-VD3-VD4 (рис. 4, синяя стрелка) замыкает линию, ограничивая импульс на безопасном уровне, и выделяя излишки энергии в виде тепла. Синфазная помеха – разность потенциалов между проводниками линии и оборудованием. Для борьбы с этой помехой в схеме используется газоразрядник FV1, принцип работы которого аналогичен работе супрессора, только здесь энергия импульса, протекая через VD1(VD2)-FV1 или FV1- VD4(VD5) (рис. 4, красная стрелка) уравнивает потенциалы с системой защитного заземления.

Примерами реализации подобной схемы являются «Грозозащита Ethernet SNR-SP-1.0» или «Грозозащита Ethernet SNR-SP-2.0». Разница между ними лишь в том, что первая является оконечным устройством, а вторую можно подключить в разрыв линии передачи данных. Также, в линейке присутствует «Грозозащита Ethernet Nag-APC», которая имеет конструкцию для установки в шасси для стандартной 19 дюймовой стойки. Данные грозозащиты можно применить на портах Ethernet 10/100/1000Base.

Грозозащита Ethernet SNR-SP-1.0 Грозозащита Ethernet SNR-SP-2.0

Грозозащита Ethernet Nag-APC

Шасси APC PRM24 для защит NAG-APC

Если защищаемый Ethernet-порт не поддерживает передачу данных на скорости в 1 Гбит/с, то в данном случае вполне может подойти и «Грозозащита Ethernet Nag-клон», рассчитанная на защиту одного порта, или «Грозозащита Ethernet Nag-клон-4», защищающая 4 Ethernet-порта.

Грозозащита Ethernet Nag-клон Грозозащита Ethernet Nag-клон-4

Случаются ситуации, когда защищаемое устройство необходимо запитать по технологии PoE. Примером могут служить такие устройства, как IP-видеокамеры, маршрутизаторы, точки доступа и т.д. В данной ситуации также можно использовать рассмотренную конструкцию УЗИП, изменив некоторые номиналы деталей, так как разница потенциалов в сигнальных линиях согласно стандарту PoE, может составлять до 57 Вольт.

Изменение номинала приведёт к небольшому уменьшению скорости срабатывания схемы, но обеспечит необходимую защиту для оборудования. Примером подобного решения является «Универсальная грозозащита Дрозд». Она работает на портах Ethernet 10/100/1000Base. «Грозозащита Nag-1.1 POE» применяется только на портах Ethernet 10/100Base, как и «Грозозащита PoE Nag-1P». Её можно использовать только совместно с устройствами, питание которых осуществляется по зарезервированным парам проводов (4;5 и 7;8). Подача питания по сигнальным проводам в данном устройстве не поддерживается.

Универсальная грозозащита Дрозд Грозозащита Nag-1.1POE

Грозозащита PoE Nag-1P

Также, для предотвращения влияния неблагоприятных внешних условий, УЗИП серии «Дрозд» может устанавливаться в корпусы с необходимой степенью защиты от климатических и механических воздействий.

В случае, когда линия передачи данных оказывается в зоне действия разнообразных индустриальных помех, актуальным будет применение УЗИП с дополнительными индуктивно-ёмкостными фильтрами, которые исключат составляющую помехи, не препятствуя прохождению полезного сигнала. Примеры данного решения, это «Грозозащита Ethernet Nag-1.2» и «Грозозащита Ethernet Nag-4.2». Разница между ними в количестве защищаемых портов, 1 и 4 порта соответственно. В силу конструктивных особенностей, эти УЗИП нельзя использовать совместно с устройствами, питаемыми по технологии POE, так как постоянное напряжение не сможет преодолеть преграду из индуктивно-ёмкостных фильтров. Эти устройства могут работать на портах Ethernet 10/100Base.

Грозозащита Ethernet Nag-1.2 Грозозащита Ethernet Nag-4.2

Кроме устройств защиты Ethernet-портов, в линейке есть также «Грозозащита Nag-DSL», применяемая для защиты устройств подключаемых к телефонной линии, таких как телефонные аппараты или DSL-модемы.

Грозозащита Nag-DSL

Зачастую, в линии напряжения питания (

220В) также могут происходить скачки напряжения, приводящие к отказу питаемого оборудования. На этот случай можно воспользоваться устройством «Грозозащита NAG-E1.0», которое работает на том же принципе, что и все выше перечисленные УЗИП, с одной лишь разницей: в этом устройстве дополнительно установлены предохранители, сгорающие при скачке напряжения, поэтому после срабатывания защиты, предохранители нужно заменить.

Грозозащита NAG-E1.0

С подробными характеристиками перечисленных устройств, а также с их стоимостью вы всегда можете ознакомиться на нашем сайте.

Оборудование для грозозащиты сетей Ethernet

Технология Ethernet является основной при построении локальных компьютерных сетей и имеет широкое распространение в настоящее время. Корпоративные локальные сети могут иметь значительную протяженность. Широко используемая при их построении «витая пара» может быть подвержена различным электромагнитным воздействиям. Грозозащита служит для стабилизации напряжения в результате разряда молнии, когда возникают наведенные поля.

Причины импульсного перенапряжения

В перечне причин возникновения импульсных перенапряжений в соединительных линиях локальных сетей, основными являются:

атмосферные явления, к которым относятся разряды молнии, скопление зарядов статического электричества в грозовых слоях атмосферы, электризация элементов линий связи, возникающая при сильном ветре;
индустриальные помехи, вызывающие электромагнитные наводки в линиях связи и обусловленные близостью силовых электрических линий.

Вредоносные электромагнитные всплески вызываются коммутацией силового оборудования, работой частотно-регулируемых приводов, электрифицированным транспортом.

Влияние указанных факторов на устойчивость работы сетевого оборудования Ethernet, часто вызывающее выход его из строя, привело к необходимости создания особого класса предохранительных приспособлений.

Так появились устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), за которыми закрепилось название «грозозащита», впрочем, не совсем правильно отражающее функциональное назначение этих устройств. В общепринятом понимании к грозозащите относятся устройства, препятствующие прямому попаданию молнии в защищаемый объект, к чему УЗИП не имеют отношения.

Принцип работы УЗИП заключается в том, что опасные напряжения, возникающие в медных линиях, отводятся на заземляющую шину. Аппараты грозозащиты включаются на концах линий, в непосредственной близости от порта ethernet.

Приборы защиты от импульсных перенапряжений содержат симметрирующие дроссели с выведенной средней точкой, диоды и газонаполненные разрядники.

Защита Nag-APC-POE

Ethernet Nag-APC-POE относится к клонам (аналогам) APC. Устройством осуществляется защита четырех пар кабеля UTP, соответствующих портов и грозозащита poe. Поддерживает poe всех видов. Имеет модульное исполнение для установки в шасси 19«.

Назначение устройства состоит в защите оборудования от наведенного напряжения, электромагнитных помех атмосферного и индустриального характера. К защищаемому оборудованию относятся маршрутизаторы Wi-Fi, видеокамеры, медные коммутаторные порты.

Данная грозозащита предназначается для монтажа на медные порты устройств. Применение аппаратуры целесообразно, когда длина подключенного к порту кабеля превышает длину 10 метров.

порт видеокамеры, оснащенной питанием и без него;
порт устройства, обеспечивающего доступ по Wi-Fi, либо осуществляющее маршрутизацию;
свич (коммутатор), обеспечивающий доступ;
коммутатор со стороны абонента.

Схема примененной в устройстве грозозащиты Ethernet является проходной, какая-либо направленность отсутствует. Аппаратура рассчитана на эксплуатацию в закрытых помещениях. Поддерживаются все типы poe.

Обзор другого оборудования

Ассортимент грозозащиты для сетей Ethernet довольно широк. Можно подобрать модели устройств, соответствующие параметрам сети и надежно защищающих от скачков напряжения, вызванных природными или техногенными причинами.

Аппараты грозозащиты этой серии предназначены для предохранения оборудования, осуществляющего передачу данных в среде Ethernet 10/100Base-TX по витой паре, то есть, относится к классу устройств молниезащиты ethernet.

Данное устройство совместимо со всем оборудованием компании Ubiquiti. Высокочастотная версия устройства используется для защиты приборов, поддерживающих технологию poe.

ETH-SP

Защищает порты оборудования сетей Ethernet от скачков напряжения, обусловленных как атмосферными явлениями, так и проблемами энергоснабжения.

Изделия фирмы Ubiquiti, как правило, оборудуются встроенными приспособлениями, предотвращающими их выход из строя от импульсных перенапряжений.

Несмотря на это считается целесообразным дополнительное применение грозозащиты ETH-SP, повышающей надежность работы оборудования.

Ethernet Nag-1.2

Осуществляет защиту коммутаторных портов Ethernet, Wi-Fi роутеров, без поддержки технологии poe. Схема грозозащиты в данном приборе модифицирована относительно схемы классической APC.

Среди отличий в схемах – наличие супрессора, работающего при напряжении свыше 7 Вольт, разрядники, которые защищают порт Ethernet от всплесков напряжения до 5000 Вольт.

Ethernet SNR-SP-1.0

Данная модель грозозащиты создана для установки на стороне пользователя сети интернет. Применение современных технологий позволило расположить схему грозозащиты в розетке.

Использование такого прибора обеспечит надежную работу канала передачи данных во время грозы, а также при наличии коммутационных и индустриальных помех.

Грозозащита слаботочных сетей (poe / ethernet)

Развитие современных технологий ведёт к росту количества, длины и пропускной способности слаботочных сетей в наших домах. Являясь составной частью инженерных систем здания, они определяют его структуру безопасности и информационного обеспечения, работу телекоммуникационных комплексов и качество связи. Слаботочной называется сеть, кабелям которой протекают информационные токи напряжением от 12 В до 24 В.

Слаботочные сети используются для создания:

сетей связи (интернет, телевидение, радио, оповещение);
систем контроля доступа (видеонаблюдение, охранная сигнализация, система контроля и управления доступом (СКУД));
систем пожарной безопасности;
систем диспетчеризации и управления инженерными системами и механизмами;
автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП);
систем антитеррористической защищённости и безопасности объекта капитального строительства.

Основными требованиями для слаботочных сетей является высокая надёжность, масштабируемость, бесперебойная работа и экономичность при монтаже и эксплуатации.

Риски повреждения слаботочных сетей и подключенного к ним оборудования

Выделяют следующие причины перенапряжения слаботочных сетей во время грозы:

непосредственный удар в них молнии;
попадание разряда рядом с домом или в систему его внешней молниезащиты.

Грозозащита слаботочных сетей от внешних проявлений молнии необходима в случаях, когда они выведены за пределы дома. Примерами могут служить: телевизионная антенна, соединенная с приемно-передающим оборудованием, а так же кабели, проложенные для соединения отдельных строений с домашней компьютерной сетью, управления автоматическим поливом или организации системы видеонаблюдения. Рассчитанная на приём высокочастотного сигнала, антенна выступит приёмником электромагнитных импульсов, вызванных разрядом молнии. При монтаже сети под землей, прямого попадания в неё молнии удастся избежать.

Однако, такой способ молниезащиты слаботочных сетей не спасет от вторичного воздействия в виде электромагнитного поля, возникающего при ударе в непосредственной близости от объекта защиты.

Помимо кондуктивных импульсов во время грозы, перенапряжения слаботочных сетей может возникать по причине индуктивных наводок на длинные линии. При изменении тока в одном из проводников, имеющим электрическую связь с другими проводниками, в них возникает индуктивное напряжение. Индуктивная наводка имеет прямую зависимость от длины линии сети. В целях её уменьшения, применяют скручивание и экранирование пары сигнальных проводов, с заземлением самих экранов. В случаях, когда слаботочная сеть соединяет объекты с разными, независимыми друг от друга, системами заземления, протекание по ней уравнивающего тока от одной системы к другой, в результате короткого замыкания питающей электросети одного из объектов, может привести к повреждению не только оборудования, но и самой линии. При небольшой разности потенциалов между отдельными системами заземления, их длительность может быть весьма значительна.

Требования к грозозащите слаботочных сетей

Грозозащита слаботочных сетей подразумевает организацию внешней системы молниезащиты для оборудования, находящегося за пределами строения и внутреннюю – для защиты от импульсного перенапряжения коаксиальных цепей внутри.

Во избежание повреждения оборудования, вынесённого за пределы строения, устанавливают возвышающийся над ним молниеотвод таким образом, чтобы защищаемый объект находился в зоне его защиты. Основание оборудования заземляют, соединяя его с молниеотводами.

Выполняя внутреннюю молниезащиту слаботочных сетей, необходимо оборудовать все входящие/выходящие из дома кабели специальными приборами защиты, предохраняющими от возникновения импульсных перенапряжений. Применение устройств защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП) позволяет эффективно обезопасить слаботочную сеть и подключенное к ней оборудование, предупредить аварийную ситуацию и максимально снизить повреждения, даже при прямом попадании разряда молнии. Для этого устройства защиты должны: обеспечивать требуемое остаточное напряжение, выдерживать импульсный ток заданной формы и безопасно отводить грозовой разряд. Надежную защиту обеспечит только то устройство защиты, которое выбрано и установлено в строгом соответствии с нормативными требованиями.

Российских стандартов по применению УЗИП для грозозащиты слаботочных сетей на сегодняшний день пока не разработано, поэтому можно воспользоваться международными (см. Приложение № 1). Если защитные устройства силовых линий устанавливают параллельно цепи, то для коаксиальных монтируют на вводе в здание или в разрыв кабеля, либо непосредственно возле оборудования. Обязательным условием является организация в доме системы заземления. Для примера, разберём грозозащиту системы видеонаблюдения. Видеокамеры зачастую находятся на значительном расстоянии от концентратора, а кабели проходят по воздуху, за счёт чего наведённые импульсные токи на них имеют значительную величину: проход импульса по одной из линий приведёт к выходу из строя всей системы. Поэтому слаботочные УЗИП устанавливают около видеооборудования, монтируя их с обоих концов кабеля.

Как защитить домашнюю сеть во время грозы

Строителям локальных и домашних сетей безусловно знакомо ощущение, когда запущенная после долгих трудов сеть работает. день-два, а потом — приходится лезть на чердак и менять сгоревший хаб. Грозы — вообще бич сетей. В большой сети ни одна гроза не проходит без потерь.

Намаявшись со сгоревшими хабами, человек, само собой, приходит к вопросу: неужели ничего нельзя сделать? Конечно же можно — и нужно! Необходимо, во первых, правильно спланировать и выполнить кабельную разводку, а во-вторых — использовать устройства грозозащиты (известные также как нетпротекторы).

Такие устройства можно купить. Из имеющихся на рынке можно отметить два класса: «брендовые» и «самопальные». Класс брендовых в основном представлен изделиями фирмы APC — это различные модели под общим названием ProtectNet. Эти устройства отличает довольно высокая цена — и довольно низкая надежность (почему — см. ниже). Что касается самопальных устройств, выпускаемых несколькими ООО и ПБОЮЛ, то все они примерно одинаковы. Их собственная надежность выше, чем у устройств APC, но защитные свойства примерно те же.

Такие устройства можно также изготовить самому. Как — читайте в этой статье.

Прежде — немного рассуждений. Каков диагноз при сгорании хаба? Электрический пробой. Каким образом «лишнее» электричество могло попасть в хаб? Через разъемы BNC, UTP и питания. Механизм образования этого электричества? Накопление статических зарядов на воздушной линии, наведенная ЭДС от высоковольтных линий, наведенная ЭДС от грозового разряда. Способ защиты? Отвод лишнего электричества в землю.

Сразу замечу, что никакое из рассматриваемых в данной статье устройств не способно защитить от прямого удара молнии. Однако, мне пока неизвестны случаи прямых ударов молний в провода локальных сетей.

Изготовить защиту для линии на витой паре можно по следующей схеме:

К расположенному слева разъему подключается линия, к расположенному справа — хаб. Разрядники — газовые, на напряжение 300В (я использовал CSG-G301N22). Расстояние от устройства до хаба — минимально возможное.

Принцип работы понятен из схемы. Многофазный диодный мост с защитным диодом в диагонали выполняет функции «выравнивателя» потенциалов, ограничивая максимальную разницу потенциалов любых двух проводов на уровне порядка 10 В. Потенциал, превышающий 300 В относительно земли, гасится разрядником.

Практически все имеющиеся сейчас на рынке устройства выполнены по аналогичной схеме, но есть и важные отличия. Фирма APC использует вместо газовых разрядников так называемые полупроводниковые псевдоискровые разрядники. Эти элементы крайне дешевы, однако их надежность не выдерживает никакой критики. Защитить от статики они способны, но от наведенного электричества при близком ударе молнии сразу выгорают. В грозозащитах, встроенных в ИБП производства APC, использовано другое решение — воздушный искровой промежуток. Такая схема, наоборот, срабатывает только при очень большом наведенном напряжении — когда спасать как правило уже нечего.

Умельцы в различных ООО подметили эту особенность и решили проблему по-своему: практически во всех устройствах российского производства разрядники просто отсутствуют. Вместо них используется «жесткое» (с различными вариациями) соединение с землей. Преимущества такого решения очевидны, недостатки — увы, тоже. При достаточно большой разнице потенциалов между точками заземления с разных концов линии через кабели и устройства начинает течь уравнивающий ток, который может достигать огромных величин и выжигать все на своем пути.

Параметры схемы на рис.1. можно улучшить:

Здесь каждый провод соединен с землей отдельным разрядником, чем достигается гораздо большее быстродействие защиты (разрядник срабатывает на 3 порядка быстрее чем диод 1N4007 и на порядок быстрее защитного диода). Недостаток этой схемы — большое количество относительно дорогостоящих (2-3 USD) разрядников. Схему можно (но нежелательно) упростить, используя только по одному разряднику на каждой паре (например, только с контактов 1 и 3). В любом случае, необходимо использовать специализированные разрядники. Использование вместо разрядников неоновых лампочек или стартеров от ламп дневного света (как рекомендуют некоторые) возможно, но следует учитывать что они обладают гораздо меньшим быстродействием, большим сопротивлением при пробое и меньшей допустимой энергией пробоя.

Важный момент, о котором забывают практически все производители нетпротектов: защита хаба по питанию. Для обычного хаба, питающегося постоянным напряжением величиной 7.5 В, защиту можно выполнить по следующей схеме:

Как и в случае с защитой линии на витой паре, это устройство следует располагать как можно ближе к хабу.

Для хабов, имеющих встроенный сетевой блок питания, дополнительная защита не требуется. Единственное условие — наличие надежного защитного заземления, подключенного к среднему контакту сетевой вилки.

Если при протяжке воздушной линии используется проводящая траверса (обычно — полевик), ее необходимо заземлить. Внимание — заземлять траверсу надо только с одного конца (тут мне приходится спорить с авторами других известных в Интернете статей на эту тему).

К сожалению, даже в новостройках при проведении электрической сети далеко не все и не всегда руководствуются требованиями Правил Устройства Электроустановок. Прямо скажем, никто. Я видел дом (современная кирпичная 9-ти этажка, введенная в эксплуатацию, кстати, уже после появления 7-го издания ПУЭ), в котором каждый подъезд запитывается алюминиевым проводом сечением 2.5 кв.мм. Соответственно, если «заземлить» траверсу в таком доме и в доме с нормальным заземлением, через вашу траверсу будет питаться весь дом!

Аналогично можно выполнить и защиту линии на основе коаксиального кабеля. Наиболее оптимальное решение: выравнивающий мост подключается к оплетке и средней жиле. В такой схеме понадобится 2 разрядника — с оплетки и жилы на землю. Заземлять оплетку коаксиального кабеля при создании воздушной линии между зданиями я не рекомендую.

В заключение — несколько слов касательно эффективности и необходимости описанных устройств. В ходе тестовой проверки устройства включались в воздушную линию на UTP длиной порядка 60 м. При подключении линии (второй конец — свободный!) наблюдается яркое свечение в разрядниках. После окончательного монтажа линии разрядники «подмигивают» примерно с интервалом в 20-50 секунд, т.е. не самая длинная линия в спокойную погоду набирает 300 В статического потенциала менее чем за минуту!

Не секрет, что в местах установки хабов далеко не всегда имеется розетка сети 220В. Поэтому приходится либо, скрепя сердце, издеваться над топологией сети ради размещения хабов в более подходящих местах, либо думать о подведении питания издалека.

Столкнувшись с такой проблемой, «ух-мастера» иногда решают ее просто — подводят 220В, используя свободные пары в кабеле (UTP), или используя коаксиал RG-58. Разумеется, такое «решение» никак нельзя считать приемлемым, так как ни о какой электро- и пожаробезопасности в данном случае не может быть и речи. Даже если пожар случится совсем по другой причине, автор подобной проводки гарантированно будет первым кандидатом в виновные.

Более грамотным выглядит проведение сети 220В, используя соответствующий кабель (медный многожильный, в двойной изоляции, не менее 0.75 кв.мм.). При качественном монтаже это вполне можно считать нормальным вариантом; однако, при размещении хаба в неудачной с пожарной точки зрения зоне — например, на чердаке дома с деревянными стропилами — придется уделить внимание размещению и изоляции розетки. Вдобавок, местные электрики очень косо смотрят на любые «чужеродные» линии 220В.

В некоторых случаях (например, хаб или свитч со встроенным блоком питания) проведения сети 220В не избежать. Однако в большинстве вариантов устанавливаются хабы с внешним блоком питания, выходное напряжение которого как правило равно 7.5В. К такому хабу можно подвести питание «по низкому» напряжению. Рассмотрим возможные варианты:

Типовому хабу требуется 7.5В постоянного тока. Рабочий ток хаба как правило несколько меньше 1А. Напряжение 7.5В абсолютно безопасно с точки зрения пробоя изоляции проводов, однако подвести его «издалека» так просто не удастся. Дело в том, что дешевые хабы очень критичны к величине и особенно чистоте питания, а на больших пролетах неизбежно падение напряжения, как и появление наводок.

Решение состоит в установке стабилизатора на величину 7.5-8В непосредственно около хаба, при этом линейное напряжение питания можно увеличить.

Напряжение источника выбрано равным 13.2В (12-14В) исходя из его широкой распространенности (напряжение в бортовой сети автомобиля). Ассортимент имеющихся в продаже блоков питания на это напряжение очень широк. Разумеется, от одного блока питания можно питать несколько хабов, протянув к ним линии и оборудовав каждый из них своим стабилизатором по схеме на рис.2.1. При этом рабочий ток блока питания следует рассчитывать, исходя из 2А на каждый хаб. При количестве хабов более 10 можно считать по 1.5А/хаб. ИМС стабилизатора следует оборудовать радиатором.

Логическим продолжением данной схемы является схема на рис. 2.2.

Здесь стабилизатор дополнен выпрямителем, что позволяет использовать переменное напряжение и сэкономить на стоимости блока питания, заменив его трансформатором. Рабочий ток трансформатора также следует рассчитывать, исходя из 1.5 — 2А на хаб (мы исходим из предположения, что используется хабы с номинальным током 1А). В качестве трансформатора удачно подходят приборы серии ТН (накальные) с соединенными последовательно (или последовательно-параллельно) обмотками, для получения напряжения 12.6В.

Обе рассмотренные схемы содержат элементы защиты от импульсных помех по питанию, от статики, от перенапряжения и переполюсовки.

В качестве питающей линии можно использовать незадействованные пары в UTP. Проводники в них следует соединить попарно параллельно (синий+белосиний, коричневый+белокоричневый). Через UTP категории 5, соединенной таким образом, можно запитать до 3-х хабов. Такое подключение без проблем пройдет при скорости в линии 10Мб/с; на 100Мб/с «распарка» кабеля нежелательна, хотя как правило при аккуратном монтаже все работает без проблем.

Типовая топология в данном случае может выглядеть так: входящая в дом линия подключается к свитчу, расположенному недалеко от розетки 220В. От этой же розетки питается трансформатор. От свитча (и трансформатора) отходят линии UTP к подъездным (этажным) хабам, при этом на каждый хаб нужна только одна нитка UTP.

Также появляется возможность создания длинного «пролета», состоящего из хабов или свитчей, с подключением к питанию только в одном месте.

При использовании в качестве базового варианта по рис.2.2. (с переменным током в линии) удаленно можно подключать и хабы со встроенным блоком питания. Такой хаб подключается с помощью еще одного трансформатора (например, серии ТН), включенного на «повышение».

Грозозащита для сетевого оборудования

Многие сталкивались с проблемой выхода из строя сетевого оборудования после грозы. Во время такого рода природных явлений, могут “выгорать” как отдельные порты, так и целиком сетевые устройства и даже связанные между собой участки сети. Поэтому о защите от их последствий, стоит позаботиться заранее. Для этого существует целый класс специализированного оборудования, именуемый грозозащита. С видами и принципами работы которого, мы сегодня познакомимся.

Что такое грозозащита?

В первую очередь, грозозащита — это устройство призванное защищать сетевое оборудование от выхода из строя вызванного статическим электричеством. Которое может возникать даже в воздухе, как разность потенциалов двух зарядов. Главной причиной его возникновения, как правило, являются различные атмосферные явления: дождь, снег, грозовые разряды и даже ветер. Однако, так же возможно накопление статического напряжения вблизи различных электромагнитных источников, таких как высоковольтные линии электропередач, силовые кабели и даже обычные электрические провода.

Часто в технической и сопроводительной документации к оборудованию, а так же в разного рода описаниях и технических характеристиках, защита от статического электричества, упоминается как ESD Protection и измеряется в напряжении от которого она может защитить, обычно этот параметр указывается в киловольтах (kV).

Напряжение статического заряда, от которого защищает грозозащита, может достигать 10-20kV (10 000 — 20 000 Вольт). Поэтому на самом деле, это защита от грозы, а не от молнии, как некоторые часто думают. От прямого попадания молнии, защиты быть просто не может, так как в таком случае, напряжение доходит до 1GV (один Гигавольт или 1000000000 Вольт), а сила тока до СТА ТЫСЯЧ (100 000) Ампер. Но такое происходит крайне редко, ведь по статистике, шанс попадания молнии в ваше оборудование, равен примерно 1:600 000.

Есть два основных вида грозозащиты:

Первая, как вы сами понимаете, применяется в проводных сетях и служит для защиты Ethernet портов. Используется там, где часть сети проходит по открытой местности. Например, когда кабель протянут между двумя зданиями по “воздуху” или когда от точки доступа, расположенной на крыше или мачте, идет кабель витая пара, к вашему маршрутизатору или коммутатору.

А второй вид, применяется в тех случаях, когда для организации беспроводных сетей или каналов связи, используется внешняя антенна Wi-Fi, например, установленная на крыше. Чтобы защитить сам высокочастотный модуль от статического разряда, в разрыв между антенной и точкой доступа, устанавливается грозозащита.

При этом, некоторые современные беспроводные точки доступа, предназначенные для наружной установки, изначально оборудованы встроенной грозозащитой высокочастотного тракта.

Как это работает

Классическая грозозащита, это по сути, диодный мост, который имеет защитный диод. Основной принцип работы грозозащиты заключается в том, что когда между проводами возникает разность потенциалов больше 6V, диод “открывается” и замыкает провода на заземление, куда и стекает статический заряд.

Примерная схема грозозащиты для LAN сетей, выглядит следующим образом:

Именно поэтому, крайне важным элементом грозозащиты, является правильное заземление, сопротивление растеканию тока которого, не превышает 2-3Ом.

ВАЖНО! Не используйте грозозащиту без заземления или при плохом заземлении!

Так как ток всегда идет по пути наименьшего сопротивления, то в случае плохого заземления, этим путем может оказаться, как раз ваш кабель, это может привести не только к выходу из строя оборудования, но и к более тяжелым последствиям: поражению электрическим током или пожару.

Применение

Как уже было сказано, защита для LAN портов, устанавливается в разрыв сетевого кабеля с одной или с двух сторон. При установке грозозащиты с двух сторон, обе должны быть заземлены. Так же, обязательным условием является использование экранированного кабеля витая пара (FTP) и экранированных коннекторов с обеих концов. Экран коннекторов, должен быть хорошо соединен с экранирующей жилой или фольгой кабеля.

Защита высокочастотного тракта беспроводного оборудования, при помощи дополнительных коннекторов или пигтейлов, устанавливается между антенной и точкой доступа. Не смотря на то, что такие виды грозозащиты часто бывают газоразрядного типа, заземление, так же является необходимым условием ее эксплуатации.

Выбрать и приобрести необходимое вам оборудование грозозащиты, можно на нашем сайте.