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.

Способы защиты слаботочных сетей

Для внутренней грозозащиты слаботочных сетей применяют приборы, действие которых основано на двух технических решениях: газовый разряд и четвертьволновая технология.

Газовые разрядники устроены следующим образом: керамическая втулка, наполненная газом под низким давлением, закрывается с обеих сторон электродами, один из которых подключается к центральной кабельной жиле, другой - соединяется с заземленным корпусом устройства.

Проходя через сеть, высокочастотный импульс приводит к пробитию разрядника, в результате чего происходит краткосрочное перекрытие центральной жилы на землю. Когда напряжение уменьшается до уровня гашения дуги, разрядник становится не проводящим.

Схема грозозащиты слаботочных сетей, выполненная параллельным подключением газового разрядника к линии, изображена на рисунке ниже.

Она отличается простотой исполнения и экономичностью, имея при этом достаточно высокую выходную мощность импульса и небольшую ёмкость. Применялась ещё в середине XX века для грозозащиты аналогового оборудования. Сегодня активно используется для электроприборов, функционирующих в широком диапазоне частот.

Принцип действия грозоразрядника на основе четвертьволновой технологии состоит в следующем: длина отрезка проводника, проложенного от жилы кабеля на землю, равна одной четвертой длины волны сигнала. Таким образом, отрезок шунтирует сигнал данной частоты на землю, представляя для него бесконечное сопротивление.

Для данного способа грозозащиты характерно малое время срабатывания и небольшая ёмкость, что в совокупности с высокой импульсной мощностью при низком остаточном напряжении, позволяет защитить электрооборудование не только от слабых наведённых импульсов, но и в случае прямого попадания разряда молнии. Слаботочное оборудование крайне чувствительно к перенапряжениям. Повысить эффективность его защиты можно, применив устройства, сочетающие газовый разрядник, принимающий на себя основную энергию импульса, с другими пассивными элементами: варисторами, резисторами, и др. Комбинированные УЗИП изготавливают для одновременного подключения нескольких каналов, но, как правило, в количестве не более 4-х.

Такая схема позволяет защитить слаботочную сеть даже при попадании в неё сетевого питания: похождение тока КЗ приводит к нагреву и пробитию разрядника, в результате чего происходит закорачивание двух проводов между собой и на землю. Данный способ надёжно защищает слаботочное оборудование и одновременно отключает автоматическую защиту питающей сети, сигнализируя о неисправности. Если в здании организована СКС, то размещают приборы защиты в слаботочных щитах, на дин рейки. При отсутствии таковых, используют устройства свободной установки, представляющие собой закреплённые на стене коробки.

Защита слаботочных сетей на примере оборудования Leutron

Защита от перенапряжений в сетях передачи данных выполняется с помощью УЗИП. В среде компьютерных сетей от последствий удара молнии необходимо защищать серверы, персональные компьютеры и сетевое оборудование, такое как маршрутизаторы, коммутаторы, патч-панели, конвертеры. Для защиты этих устройств используются специальные УЗИП для слаботочных сетей Leutron DataPro x8RJ45-19", монтируемые в телекоммуникационную стойку стандарта 19”.

В зависимости от модификации, устройство имеет от 8 до 48 защищенных портов RJ45, к которым подключаются кабели категории 5e, используемые в сетях стандарта Ethernet. Таким способом от перенапряжений удается обезопасить оборудование ЦОД, вычислительных центров и серверных комнат.

Когда нужно защитить единичный компьютер, сервер, коммутатор или другое подключаемое к сети устройство, используется УЗИП Leutron DataPro RJ45 (f/f), включение которого производится в разрыв сетевого кабеля.

Данное устройство подходит для применения как в домашних условиях, так и на предприятиях. УЗИП Leutron DataPro RJ45 PoE Alu обладает теми же характеристиками, но предназначен для сетей с технологией PoE, позволяющей передавать электроэнергию для питания и данные по общему кабелю к устройствам IP-телефонии, точкам доступа, IP-камерам и др.

Все устройства защиты от импульсных перенапряжений, оборудованные портами RJ45, совместимы со стандартами Ethernet 10Base-T, 100BASE-T, вплоть до 1000BASE-T. УЗИП другого типа - Leutron DataPro 10LSA (PTC), монтируется в кабельных кроссах и используется для защиты телефонных сетей и сетей передачи данных.

Такие УЗИП устанавливаются в используемые для соединения и кроссировки кабелей плинты LSA с нормально-замкнутыми и неразмыкаемыми контактами. Устройство предназначено для защиты 10 пар линий, а его рабочая схема обеспечивает грубую и тонкую защиту от продольных и поперечных перенапряжений (между парой и соседними гнездами). Имеются модификации, рассчитанные на напряжение 12 и 24 В, а также содержащие дополнительные PTC термисторы. Для защиты от перенапряжений одной пары линий напряжением от 5 до 150 В (в том числе 12 и 24 В) применяется УЗИП для слаботочных сетей Leutron DataPro 1LSA.

Приложение № 1

Международные стандарты по применению УЗИП для грозозащиты слаботочных сетей:

1. ГОСТ Р МЭК/IEC 62305: Менеджмент риска. Защита от молнии.
2. ГОСТ IEC 61643-21-2014: Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к телекоммуникационным и сигнализационным сетям. Требования к эксплуатационным характеристикам и методы испытаний.
3. IEC 61643-22: Выбор и установка устройств для защиты от перенапряжений, используемых в коммуникационных сетях. Определяет порядок проведения оценки рисков.

Вам требуется помощь в выборе устройств защиты от импульсного перенапряжения? Обратитесь к нашим техническим специалистам и они с радостью вам помогут!

Смотрите также:

• Готовые решения (дом, телевидение, СКУД, видеонаблюдение и др.)
• Быстрый выбор УЗИП для слаботочных сетей
• Принципы подбора УЗИП на примере устройств Leutron (статья)
• Молниезащита частного дома
• Расчёт заземления

УЗИП и его плавкая вставка Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты Молниезащита и заземление для базовых станций стандарта 5G Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ"