Защита от перенапряжений слаботочных линий, часть 1. Текст вебинара, страница 1

Тэги: молниезащита заземление инструкции и рекомендации УЗИП
Внимание!

Четвертый вебинар из серии "Защита от перенапряжений"

(прошёл 6 апреля 2016 года в 11:00 по МСК)

Оборудование, используемое в системах с низким уровнем сигнала, например:

  • в системах передачи данных, измерения и управления,
  • в системах автоматики и сигнализации,
  • в системах охранной или пожарной сигнализации,
  • в системах оповещения и управления,
  • в системах видео наблюдения,
  • в системах радиосвязи,

как правило, характеризуется низким уровнем электромагнитной стойкости со стороны их сигнальных интерфейсов. Это в первую очередь связано с использованием в таких системах все большего числа электронных схем, чувствительных к электромагнитным помехам. Особенно опасны для таких устройств перенапряжения, возникающие в результате удара молнии или вызванные помехами в сети электропитания. Они могут привести к повреждению или даже полному разрушению электронных устройств. Соответствующие потери не относятся только к материальной сфере (необходимость ремонта или замены оборудования), но они обычно включают и дополнительные расходы, связанные с потерей функциональности системы, которая включает в себя неисправный модуль или целое электронное устройство, что в результате несет собой потерю престижа компании, из-за перерывов в его работе.

Для обеспечения высокой надежности разного вида слаботочных систем, работающих в условиях характеризующихся значительным уровнем электромагнитных помех, необходимо использовать схемы защиты от перенапряжений (УЗИП), подобранных соответственно со стандартом защищаемого интерфейса, а также с ожидаемым уровнем помех (частичные токи молнии или индуцированные токи перенапряжений). Такие УЗИП должны ограничивать перенапряжения до безопасных уровней, выдерживаемых защищаемым устройством, без потери нормальных функциональных свойств данной системы.

В презентации будут рассматриваться также примеры способов защиты реальных существующих слаботочных системы с учетом принципов зоновой концепции защиты согласно требованиям серии норм МЭК 62305.

 

Рекомендуется просмотр с качеством "720p" в полноэкранном режиме.

 

Текст вебинара. Страница 1

Быстрая навигация по слайдам:

 

Примерное время чтения: 1 час 26 минут.

Принципы подбора ограничителей перенапряжений в системах передачи сигналов

Принципы подбора ограничителей перенапряжений в системах передачи сигналов

 

— Здравствуйте, коллеги! Здравствуйте, Мирослав! Приветствуем вас на нашем очередном онлайн мероприятии. Это наша четвертая встреча в рамках серии защиты от перенапряжений. Посмотреть видеозапись прошедших вебинаров, а также зарегистрироваться на новые вы можете по ссылке, которую я вам посылаю каждый раз в чат. Напомню, что на прошлых встречах мы обсудили подробно зоновую концепцию молниезащиты, так как на ней строятся все схемы защиты, а также различия устройств защиты от импульсных перенапряжений. И на прошлых вебинарах мы поговорили о защите линий электропитания 230/400 В, частотой 50 Гц. Сегодня у нас первая часть темы «защита от перенапряжений слаботочных линий». Тема интересная, популярная и вызывает множество вопросов в том, как же правильно организовать защиту. Сегодня мы об этом поговорим, рассмотрим необходимые меры и примеры схем размещения устройств защиты.

 

О Мирославе Зеленкевиче

О Мирославе Зеленкевиче

 

— Лектором данной серии по-прежнему является признанный эксперт в области молниезащиты от перенапряжений – Мирослав Зеленкевич. На слайде вы можете видеть некоторые его заслуги и регалии, но поверьте – это далеко не все. Меня зовут Корытко Алексей, я являюсь администратором вебинаров и буду реагировать на ваши вопросы и комментарии, которые можете оставлять в чате слева внизу. На вопросы мы постараемся ответить в конце вебинара, который продлится от 60 до 90 минут. Также в презентации могут быть мелкие схемы, детали, поэтому, чтобы всех их разглядеть, можете использовать инструмент – лупа. Он находится под окном презентации в самом низу. Думаю, на этом организационная часть закончена. С удовольствием передаю слово Мирославу. Мирослав, добрый день!

МЭК 62305-04: Защита от электромагнитного импульса молнии

МЭК 62305-04: Защита от электромагнитного импульса молнии

 

— Добрый день, уважаемые коллеги! Спасибо, Алексей, за введение. Насчет моих заслуг – они огромные действительно, то есть сегодня я заслужил свои, успел не поздно приехать из Варшавы, чтобы сказать для вас пару слов. Надеюсь, что это будет для вас полезно – это самое важное и тогда заслуги будут действительно реальными. Сегодня действительно разговор пойдет о защите слаботочных линий. Они сильно отличаются от электропитания, хотя бы по одному признаку. Как правило, поперечное сечение жил кабелей слаботочных сетей намного меньше и как я уже об этом упоминал, как по трубе большего диаметра протекает больше воды, так и по жилам с большим диаметром протекает больше энергии. Поэтому слаботочные линии менее устойчивы к энергии частичного тока молнии, который может попасть в такую линию.

 

 

 

МЭК 62305-04: Защита от грозового электромагнитного импульса

МЭК 62305-04: Защита от грозового электромагнитного импульса

 

— В таком случае мы отсекаем не только линии питания, но также линии данных, перекрываем их для проникания помех в наш объект, используя элементы защиты от перенапряжений.

Электромагнитная среда (МЭК 50155)

Электромагнитная среда (МЭК 50155)

 

— Рассматривая любой объект, мы должны сначала понять, какие в нем находятся системы. Для примера я показываю локомотив и то, что говорится о нем в стандарте на счет его электромагнитной среды. Здесь отлично показано, сколько и каких разных выходов получается только в таком одном небольшом объекте. Если возьмем железную дорогу, на которой мы разрабатывали защиту от перенапряжений в Польше, то вы должны понимать, что там появляются очень длительные линии магистрали данных, которые передают сигналы вдоль рельс. И если мы для начала не определим, какие сигналы там передаются, то мы не сможем их защитить. Если не определим точно все. Характеристика сигнала - вот о чем мы сегодня будем говорить. Установив необдуманный ограничитель от перенапряжений, мы этот сигнал просто подавим, а на железной дороге это может привести к несчастному случаю. Поэтому вы очень тщательно должны знать, какой у нас сигнал получается. Поэтому видим, что можем иметь дело с аналоговым выходом, можем иметь дело с цифровым выходом, можем иметь дело с разными видами стандартов сигналов, двужильными, трехжильными, многожильными, с которыми мы должны уметь справиться. Об этом мы сегодня будем говорить.

Ограничитель перенапряжений при защищаемом устройстве

Ограничитель перенапряжений при защищаемом устройстве

 

— Как устанавливать элементы защиты от перенапряжений в объекте, мы уже должны уметь, потому что если используем зоновую концепцию защиты, а она, как можно это проверить на практике, просто оптимальная для защиты. Мы видим, что если провода входят в объект снаружи, на границе устанавливаем защиту и на сети питания справа, и на сигнальных линиях. Если это наружный шкаф, например, шкаф автоматики на железной дороге, то тоже самое на входе всех жил шкафа нашего питания и на сигнальных, мы должны установить защиту от перенапряжений.

 

 

Геометрия объекта

Геометрия объекта

 

— А где установить такой элемент, если мы посмотрим на геометрию объекта, то есть в какой точке мы должны установить элемент по проводу? Чаще всего проектировщики устанавливают защиту для экономии денег просто защищаемого устройства, ожидая, что такой элемент защитит нашу систему. Допустим, что элемент установлен порядка 10 метров – 15 метров от входа кабеля в объект. Но нужно понимать, что тогда энергия, которую мы будем резать нашим разрядником и отправлять ее на землю, будет протекать по нашему проводнику, а потом через систему выравнивания потенциалов в заземление. И у нас устанавливается такая петля, по которой протекает тот нежелательный ток, но он большой и создает электромагнитное поле вокруг проводов и будет излучать на помещение, в котором провод уложен. Поэтому хорошо установить, как говорит зоновая концепция защиты на входе в объект. Но вижу, что не все нам видно.

 

Ограничитель перенапряжений в месте ввода линии в объект

Ограничитель перенапряжений в месте ввода линии в объект

 

— Здесь слева стена, которая получилась в виде такого странного объекта. Устанавливаем на входе. Всегда ставится вопрос: снаружи стены или внутри стены? На практике это не имеет огромного значения, если мы этот ток, который отправляем на землю, отправим таким образом, чтобы он не излучал эту электромагнитную энергию на чувствительные устройства. Если есть такая опасность, то мы должны обязательно ставить его снаружи, соблюдая все меры по защите от влаги. В такой системе цена возрастает, и система немного сужается. Показываю, соединения с заземлением была самой короткой, потому что тогда падение напряжение на этой индуктивности на пути на заземлитель будет минимальным. Посмотрите, пожалуйста, на нашем ограничителе появится напряжение ограничения плюс падение напряжение на индуктивность этого провода. Если мы посмотрим, что эти точки подходят к нашему защищаемому устройству, то эта сумма напряжений и даст нам напряжение после ограничения через наш прибор.

2-ступенчатая система защиты от перенапряжений в линии передачи сигналов

2-ступенчатая система защиты от перенапряжений в линии передачи сигналов

 

— Если на практике объект уже существующий и в нем не удается сделать такую чистую совершенную зоновую концепцию, то мы можем обязательно использовать упрощенный способ, который я здесь показываю, принимая во внимание, что наружная зона отвнутренней разделяется только по жилам кабелей, то есть ограничитель перенапряжения устанавливается на жилах кабелей. В таком случае у нас нет экранирования помещений, но мы можем добавить, если его нет экран на наш кабель, то есть на его трассу. Или он просто имеет свой экран, или мы его дополнительно прячем в каких-то проводящих каналах, чтобы он не излучал электромагнитную энергию снаружи.

 

 

 

Этап 1. Определение устойчивости устройств к воздействию перенапряжений со стороны слаботочных линий

Этап 1. Определение устойчивости устройств к воздействию перенапряжений со стороны слаботочных линий

 

— Каким образом подобрать тогда устройство защиты от перенапряжений для слаботочных систем? Во-первых, мы должны понимать, что имеем дело с разными стандартами сигналов, поэтому, когда начинаем проектировать, то первый принцип для нас – не поменять сигнал в любом случае. В любом режиме работы этой системы наш сигнал должен проходить таким, как проектировали его проектировщики данной системы. То есть вкладывая руки в эту систему, мы не должны менять ее свойств. А потом мы должны думать, а как должен этот элемент защищать? То есть мы должны понимать, какая устойчивость данной системы воздействует перенапряжению со стороны слаботочных линий. И тут вопрос: а как это определить? Ведь может быть так, что проектировщик каждый раз будет определять устойчивость данной системы. Но в тот момент стоит использовать стандарт, то о чем я говорил. Ничего не надо придумывать, ничего не надо искать, надо просто знать. Сейчас знания в этой области достигли того уровня, когда мы в любой системе можем найти устойчивость помехам.

Пример для устройств железной дороги

Пример для устройств железной дороги

 

— Здесь я показываю пример для устройств железной дороги, если вы посмотрите, то все это указано по стандарту EN50121-4 2008 года. И мы видим, что здесь есть нужные нам параметры: поля, электростатику и найдем импульсы. Импульс по напряжению 1,2/50 мкс, 2 кВ и 1 кВ. Посмотрите, на следующем слайде тоже есть данные, причем в первой строке видна устойчивость со стороны борта корпуса, то есть со стороны корпуса. На второй строке – устойчивость бортов входных выходных со стороны питания постоянного и переменного тока. И последняя третья – это устойчивость со стороны заземления данного объекта.

 

Таблица устойчивости портов

Таблица устойчивости портов

 

— Если посмотрим на следующую табличку, то здесь видим устойчивость портов сигнализационных проводов и шины данных, которые принимают участие в управлении процессами. Устойчивость портов процессорных и измерительных и управляющих проводов, а также порты длинных шин и контрольных проводников. И устойчивость портов, вход по постоянному току. Но если мы посмотрим, то здесь не увидим слишком большого количества данных. В основном то, что мы можем отсюда взять при подборе – это величина и импульс по напряжению, которыми были проверены наши устройства, когда их допускали к работе в железнодорожных системах в данном случае. Мы видим, что 2кВ и 1 кВ. Вопрос: а кто такое напряжение придумал и почему именно 2 кВ или 1 кВ?

См. слайд 11. 2 кВ – жила – земля, и 1 кВ жила – жила. Но здесь надо просто осознать, что не можем поставить производителю слишком высоких требований, потому что его устройства будут очень дорогими. И в данном случае эти стандарты, эти таблички вообще не учитывают случая, когда в объект попадает молния. В этих стандартах – это всегда открыто написано в основном на вступлении в данный стандарт. Это просто означает, что данная аппаратура должна работать внутри объекта во второй какой-то зоне без помех, но она устойчива именно на такие помехи, на которые мы здесь ее проверили. Это ни в коем случае не означает, что эта аппаратура будет правильно работать без выхода из строя, без выхода помех, когда в объект или недалеко от него ударит молния.

См. слайд 12. Но эти таблицы, эти данные дают нам важную информацию, что минимальный уровень стойкости мы определили. То есть если задуматься над табличкой, давайте еще раз вернемся к ней, мы должны в данном случае ограничивать перенапряжения, как минимум до этого уровня импульса 1,2/50 мкс, наши перенапряжения не должны быть больше, чем 2 кВ или 1 кВ. Но в действительности, если номинальное напряжение слаботочных линий порядка 12 В – 48 В, мы пытаемся всегда ограничивать напряжение близкое к этим значениям для уменьшении энергии, просачивающейся в объект. Поэтому мы в данном случае будем намного ниже, если мы правильно проектируем, чем эти импульсы, которые здесь указаны для устойчивости нашего объекта.

Этап 2. Определение основных данных характеризующих номинальные условия работы защищаемого устройства

Этап 2. Определение основных данных характеризующих номинальные условия работы защищаемого устройства

 

— Очередным шагом при подборе защиты от перенапряжений слаботочных систем является определение основных данных, которые характеризуют номинальные условия работы защищаемого устройства. Именно потому, что мы знаем, какие параметры не должны изменить, а их достаточно много.

 

Следующая страница >>
слайды с 14 по 26


Полезные материалы для проектировщиков: