Конструкция и принципы применения УЗИП для защиты информационных и слаботочных сетей от импульсных перенапряжений.

По сравнению с линиями силового питания, они гораздо сильнее подвержены воздействию импульсных перенапряжений, особенно наведённых (индуктивных). Поэтому защите оборудования по этим цепям надо уделять особое внимание. Но прежде чем начать эффективную защиту от этих импульсов, надо понять, откуда они берутся.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИМПУЛЬСОВ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В СЛАБОТОЧНЫХ ЦЕПЯХ

Во-первых, это индуктивные наводки на длинные линии. И чем линия длиннее, тем наводка больше. Для уменьшения этих наводок пары сигнальных проводов скручивают и экранируют, а экраны заземляют. Но при рабочих напряжениях порядка 5 В даже небольшой наведённый импульс в 25—30 вольт может привести к выходу оборудования из строя. Поэтому чем ниже напряжение линии и чем она длиннее, тем внимательнее надо подходить к выбору средств защиты от импульсных перенапряжений.
Во-вторых, это кондуктивные импульсы, приходящие по системе заземления при непосредственном ударе молнии рядом с объектом или в систему внешней молниезащиты (рисунок 1), а также непосредственно в линию. Энергия этих импульсов может быть гораздо больше, чем у индуктивных, поэтому при выборе УЗИП надо обращать внимание, способен ли он отводить импульсы с формой волны 10/350 мкс, характерных для прямого удара молнии.

Рисунок 1

Если слаботочная сеть соединяет объекты с независимыми системами заземления, то перенапряжения могут возникать не только в результате грозовой деятельности, но и короткого замыкания питающей электросети одного из объектов на землю. В этом случае разность потенциалов между системами заземления может быть и небольшой, а вот длительность весьма значительна. В результате протекания уравнивающего тока от одной системы заземления к другой по слаботочному проводу, возможен выход из строя не только оборудования, но и самой линии. УЗИПы в этом случае не помогут, а для защиты от таких длительных перенапряжений надо использовать комплекс специальных мероприятий, не входящий в тематику данной статьи.

Наиболее простая схема, применяемая для защиты слаботочных цепей, представлена на рисунке 2. Это трёхэлектродный газовый разрядник, включённый параллельно линии. Система простая, экономичная, имеющая довольно большую импульсную мощность и малую ёмкость. Данную схему применяют для защиты аналогового телефонного оборудования ещё с середины ХХ века.

Рисунок 2

Другая схема, представленная на рисунке 3, создана на базе полупроводниковых устройств. Обладая малым временем срабатывания порядка 2 нс, небольшой ёмкостью и низким остаточным напряжением, схема имеет незначительную импульсную мощность. Применяется для защиты электронного оборудования от слабых наведённых импульсов.

Рисунок 3

Схема, представленная на рисунке 4, двухступенчатая. Первая ступень — это разрядник, который берёт на себя основную энергию импульса. Вторая ступень - полупроводниковая схема. Для координации работы ступеней применяют резисторы, индуктивности или их сочетание. Это наиболее распространённая схема, которая применяется, в частности, в устройствах серий DLU и DLA производства CITEL. Данная схема может защитить и от других неприятностей. Например, в случае попадания в слаботочную цепь сетевого питания, пробивается разрядник, пропуская через себя большой ток короткого замыкания. В результате этого разрядник нагревается и срабатывает система "fail-safe" (рисунок 5), закорачивая два провода между собой и на землю. При этом надёжно защищается оборудование и одновременно отключается автомат защиты питающей сети, сигнализируя о неисправности.

Рисунок 4

Рисунок 5

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ СЛАБОТОЧНЫХ УЗИП

УЗИП для слаботочных цепей могут иметь разное исполнение: для установки на DIN-рейку, блока для монтажа на стену, в виде 19'' патч-панели для монтажа в стойку. Также они могут отличаться по типу используемых разъёмов. Типичными представителями устройств на DIN-рейку являются серии DLA (рисунок 6) и DLU (рисунок 7) производства CITEL.

Рисунок 6

Рисунок 7

Вариант УЗИП в виде блока для монтажа на стену представлен на рисунке 8. Возможно подключение до четырех пар проводов. Устройство можно использовать в качестве монтажной проходной коробки.

Рисунок 8

При наличии большого количества линий, которые заходят в 19-дюймовую стойку, удобно использовать устройства групповой защиты PL12 или PL24 на 12 и 24 линии соответственно. При этом защищаются все 4 пары в каждой линии. Внешний вид модуля для установки в 19-дюймовую стойку показан на рисунке 9.

Рисунок 9

ВЫБОР СЛАБОТОЧНЫХ УЗИП

Выбор УЗИП осуществляется по следующим параметрам:

• Тип защищаемой слаботочной цепи, используемый протокол передачи данных.
• Номинальное рабочее напряжение Un.
• Максимальное рабочее напряжение Uc. В характеристиках слаботочных УЗИП обычно указывается максимально допустимое рабочее напряжение постоянного тока. Поэтому для правильной работы линии необходимо, чтобы мгновенное значение напряжения в линии не превышало Uc, указанное в паспорте на УЗИП. Иначе устройство будет воспринимать эти превышения, как импульсы перенапряжения и срезать рабочий сигнал.
• Максимальный рабочий ток. Так как большинство УЗИП включаются в защищаемую цепь последовательно, то через них протекает весь рабочий ток цепи. Действующее значение тока не должно превышать значения, указанного в паспорте на УЗИП.
• Максимальная рабочая частота (скорость передачи сигнала), а также допустимые для линии индуктивность, ёмкость, сопротивление.
• Наличие заземлённого или изолированного от земли экрана.
• Место установки УЗИП и используемые при этом способы подключения (винтовые клеммы, врезные контакты, навивка, разъёмы типа RJ).
• Количество защищаемых пар на линию, наличие PoE (подача питающего напряжения по сигнальной цепи).
• При наличии внешней системы молниезащиты слаботочные УЗИП должны обеспечивать возможность отвода тока грозового разряда силой 2,5 кА при тестовом воздействии 10/350 мкс. (Тест D1 согласно требованиям IEC 61643-21).

На данный момент в мире используется много разнообразных систем передачи данных. В приведенной ниже таблице содержится обзор выпускаемых компанией CITEL устройств для защиты от перенапряжений, предназначенных для использования в сочетании с различными сетевыми стандартами и протоколами передачи данных.

По своим техническим характеристикам и возможностям монтажа устройства для защиты от импульсных перенапряжений для слаботочных сетей производства CITEL полностью соответствуют требованиям перечисленных ниже международных стандартов.

IEC 61643-21: Методы испытаний устройств для защиты от перенапряжений, используемых в коммуникационных сетях.

IEC 61643-22: Выбор и установка устройств для защиты от перенапряжений, используемых в коммуникационных сетях.

Аналогичных российских стандартов ещё не разработано, поэтому в части применения УЗИП для защиты слаботочных и информационных сетей можно воспользоваться мировым опытом. В частности, порядок выполнения оценки рисков содержится в стандарте IEC 61643-22.

ТРЕБОВАНИЯ К МОНТАЖУ

Правильный выбор УЗИП — это ещё не всё. Устройства защиты от импульсных перенапряжений надо ещё и правильно смонтировать и подключить, чтобы не было взаимных наводок импульсов с одних проводов на другие. Пример неправильного монтажа представлен на рисунке 10.

Рисунок 10

Здесь провода до УЗИП, то есть «грязные», и после УЗИП, то есть «чистые», идут рядом в одном кабельном канале. В результате взаимной индукции на «чистых» проводах наводятся импульсы и эффективность применения УЗИП значительно снижается.

Выпускаемые концерном CITEL устройства защиты рассчитаны на длительный период эксплуатации и не нуждаются в специальном обслуживании. Для проверки работоспособности и технических параметров защитных устройств может применяться соответствующее оборудование, например CITEL SPT800KE.

В заключении хочется добавить, что защита оборудования от импульсных перенапряжений и помех - это вопрос комплексный и установкой одних УЗИП он не ограничивается. Для нормальной работы УЗИП необходимо наличие системы заземления. Также нельзя забывать и про другие средства защиты, такие как экранирование, грамотная прокладка проводов, уравнивание потенциалов и т. д.