Сначала о самой аббревиатуре.
УЗИП – совершенно официальное название и сокращение по первым буквам – устройство защиты от опасных наведенных напряжений.
Существует это понятие очень давно. Чуть меньше, чем существуют сами проводные линии связи. Однако, на нашем рынке этот термин стал заметно проявляться сравнительно недавно. О нем вообще мало, кто задумывался. А многие продолжают оставаться в неведении, при этом сталкиваясь с выходом аппаратуры из строя по непонятным причинам. Нередко выгорают входные каскады по сигнальной линии связи или по линии питания.
С причинами попадания высокого напряжения в линию предлагалось нередко разбираться самому потребителю – от гипотетической халатности каких-либо монтажных работ до злонамеренного вывода аппаратуры из строя некими криминальными элементами. Если вдруг подобные отказы совпадали с очевидными грозовыми явлениями, тогда, не вдаваясь в нюансы, все списывалось на «действия непреодолимой силы». А между тем, большинство таких отказов было полностью предсказуемо и могло быть заранее предотвращено. По крайней мере, в части выхода аппаратуры из строя.
«Силовики» (те, кто занимается силовыми сетями электроснабжения) и телефонисты этим вопросом владели всегда. В первую очередь в связи с атмосферными разрядами. И наличие защитной аппаратуры в силовых и телефонных сетях всегда было обязательным и предписывалось нормативными документами, поскольку последствия грозовых явлений в подобных системах может отнюдь не ограничиваться выходом из строя только аппаратуры, но и приводить к более серьезным последствиям разрушающего характера, создавать угрозу жизни и здоровью людей.
Для слаботочных цепей никаких обязательных нормативов в части защиты от подобных угроз не было предусмотрено, хотя и для них приходилось сталкивать не просто с выходом из строя аппаратуры, но и ее обугливанием в самом прямом смысле (совсем недавно появились первые ГОСТы, касающиеся именно слаботочных УЗИПов в части требований к ним и методов испытаний).
Но несравненно чаще приходилось сталкиваться с выходом аппаратуры из строя при отсутствии каких-либо грозовых явлений, даже при принципиальной невозможности каких-либо атмосферных разрядов, в полностью закрытых помещениях и даже на подземных объектах. И поэтому, оперировать термином «грозозащита» мы не будем. А будем говорить об импульсных перенапряжениях, одним из частных случаев которых являются атмосферные разряды.
Давайте разбираться. Как всегда, на уровне общего понимания, достаточного для практического применения. Поехали!
УЗИП - устройство защиты слаботочных цепей от их главной «слабости»
Импульсные перенапряжения — главная опасность для слаботочных систем. В статье подробно разбирается, что такое УЗИП, как возникает наведённое напряжение, почему обычные автоматы не спасают оборудование и как многоступенчатая схема защиты снижает риск выхода аппаратуры из строя.
# Видеонаблюдение
Содержание:
- Механизм наведения опасных напряжений и необходимость быстрой защиты
- Принцип построения многоступенчатых схем защиты УЗИПов
- Специфика УЗИПов для слаботочных систем
- Структура применения УЗИПов в слаботочных системах
- Функциональные особенности и принципы выбора слаботочных УЗИПов
- Оптоволоконные линии как альтернатива УЗИПам
Механизм наведения опасных напряжений и необходимость быстрой защиты
Еще из курса средней школы мы помним, что во всяком проводнике, помещенном в переменное магнитное поле, наводится ЭДС (электродвижущая сила). И помним опыт с кольцом из провода, в цепь которого включена неоновая лампочка. Как только кольцо начинают перемещать между полюсами магнита, лампочка загорается. И напряженность магнитного поля, и скорость его изменения мизерные, тем не менее, наводимой в проводнике ЭДС хватает, чтобы лампочка загорелась. Но на этом же явлении основана и вся основная технология получения электричества в промышленных масштабах – все генераторы построены на этом принципе, и способны выдавать на выходе электроэнергию огромных мощностей.
Итак, есть некая аппаратура, соединенная проводной линией связи (А1 и А2 на рис.1). Длина линии – L. По какой-то причине вокруг нее возникает переменное электромагнитное поле напряженностью Е. По какой именно, пока не важно. В любом случае в проводнике наведется ЭДС, величина которой пропорциональна напряженности поля Е и длине участка воздействия L. Мощное электромагнитное поле, даже приложенное на небольшом участке, может создать очень большую ЭДС. Что характерно, в частности, для атмосферных разрядов. Но, в то же время, внешнее электромагнитное поле относительно невысокой напряженности в сравнении с атмосферными разрядами, но приложенное на большой длине проводника, также способно навести значительную ЭДС. Именно поэтому в генераторе используются обмотки, содержащие очень большое количество витков, чтобы обеспечить необходимую большую длину провода.
В результате наведенной ЭДС в проводнике возникает опасный ток, который распространяется в обе стороны линии – на рис.1 - к аппаратуре А1 и к А2. В линии возникают опасные напряжения. Сама подключенная аппаратура рассчитана на конкретный допустимый диапазон входных напряжений. Если рабочее напряжение в сумме с наведенным не выходят за границы диапазона, то ничего страшного не произойдет: Uном.+ Uнаведенное ≤ Uдоп. Но, если величина допустимого входного напряжения будет превышена, аппаратура выйдет из строя.
В результате наведенной ЭДС в проводнике возникает опасный ток, который распространяется в обе стороны линии – на рис.1 - к аппаратуре А1 и к А2. В линии возникают опасные напряжения. Сама подключенная аппаратура рассчитана на конкретный допустимый диапазон входных напряжений. Если рабочее напряжение в сумме с наведенным не выходят за границы диапазона, то ничего страшного не произойдет: Uном.+ Uнаведенное ≤ Uдоп. Но, если величина допустимого входного напряжения будет превышена, аппаратура выйдет из строя.
Суть УЗИПа состоит в том, чтобы «перекрыть» на входе в подключенную к линии связи аппаратуру доступ опасному наведенному напряжению (перенапряжению), отведя его на землю.
Из изложенного следует важный для понимания момент – УЗИП защищает не линию, а аппаратуру (устройство), к ней подключенную.
Из изложенного следует важный для понимания момент – УЗИП защищает не линию, а аппаратуру (устройство), к ней подключенную.
Линия, как была источником опасности, поскольку именно в ней происходит наведение, так и остается, независимо от наличия УЗИПов.
Поскольку наведенный ток распространяется по линии в оба ее конца, защищенной окажется только та аппаратура, перед которой установлена защита.
И такая защита никак не повлияет на защищенность другой аппаратуры линии – перед какой из них не установлен УЗИП, та и погорит (А1 на рис.1).
Почему для защиты аппаратуры в линии недостаточно обойтись установкой тех же автоматических выключателей или, что еще проще и привычнее, плавких предохранителей? А вот здесь в приоритет выходит понятие «импульсное перенапряжение». Так длительность разряда молнии составляет 50 мкс. Количество повторений – до 3-х с интервалами до 0,5 с. Наведенная ЭДС от грозового разряда (наведенная, а не от попадания молнии в линию) в среднем достигает 5 000 В (5КВ); в течение 50 мкс. Все технологии защиты, основанные на исключительно тепловом управлении, оказываются совершенно непригодными для импульсного воздействия в силу относительно медленного времени срабатывания. За время импульса, которым нормируются УЗИПы, ни один автомат, ни одна плавкая вставка вообще никак не среагируют. Зато сама защищаемая аппаратура «успешно» выйдет из строя.
Защита от длительного перенапряжения должна присутствовать обязательно (может, и в составе схемы самого УЗИПа), но до момента ее срабатывания УЗИП должен защитить от импульсных скачков напряжения.
Вот и все базовые положения, необходимые для понимания специфики УЗИПов .
Поскольку наведенный ток распространяется по линии в оба ее конца, защищенной окажется только та аппаратура, перед которой установлена защита.
И такая защита никак не повлияет на защищенность другой аппаратуры линии – перед какой из них не установлен УЗИП, та и погорит (А1 на рис.1).
Почему для защиты аппаратуры в линии недостаточно обойтись установкой тех же автоматических выключателей или, что еще проще и привычнее, плавких предохранителей? А вот здесь в приоритет выходит понятие «импульсное перенапряжение». Так длительность разряда молнии составляет 50 мкс. Количество повторений – до 3-х с интервалами до 0,5 с. Наведенная ЭДС от грозового разряда (наведенная, а не от попадания молнии в линию) в среднем достигает 5 000 В (5КВ); в течение 50 мкс. Все технологии защиты, основанные на исключительно тепловом управлении, оказываются совершенно непригодными для импульсного воздействия в силу относительно медленного времени срабатывания. За время импульса, которым нормируются УЗИПы, ни один автомат, ни одна плавкая вставка вообще никак не среагируют. Зато сама защищаемая аппаратура «успешно» выйдет из строя.
Защита от длительного перенапряжения должна присутствовать обязательно (может, и в составе схемы самого УЗИПа), но до момента ее срабатывания УЗИП должен защитить от импульсных скачков напряжения.
Вот и все базовые положения, необходимые для понимания специфики УЗИПов .
Принцип построения многоступенчатых схем защиты УЗИПов
Задача любого устройства защиты в линии – понизить наведенное опасное для основного сигнала напряжение до уровня допустимого, при этом никак не повлиять на сам полезный сигнал. Т.е. для полезного сигнала система защиты должна как бы отсутствовать.
Достигается это созданием многоступенчатой схемы защиты, снижающей потенциал до приемлемой величины от точки наведения до точки подключения линии к аппаратуре. Высокий потенциал отводится при этом на землю.
В качестве отводящих устройств первой ступени защиты применяются «разрядники» – газоразрядные приборы, имеющие определенное напряжение пробоя, при котором резко снижается его сопротивление. См. рис.2 Могут также применяться варисторы.
В качестве отводящих устройств первой ступени защиты применяются «разрядники» – газоразрядные приборы, имеющие определенное напряжение пробоя, при котором резко снижается его сопротивление. См. рис.2 Могут также применяться варисторы.
Таким образом, после прохождения через 1-ю ступень (разрядник) потенциал в линии ограничивается на уровне потенциала пробоя. Для коротких импульсов величина этого потенциала больше, для длительного воздействия меньше. Напряжения пробоя составляет около 80-110 В. Понятно, что для слаботочной аппаратуры такая величина по-прежнему остается опасной. Для дальнейшего ограничения напряжения выполняется вторая ступень защиты. От первой ступени она отделяется ограничивающими ток элементами - дроссели, резисторы -( Рис.3).
Строится вторая ступень обычно на стабилитронах или диодах TRISIL. На них происходит дальнейшее ограничение напряжения. Во многих случаях этого уже достаточно.
При необходимости дальнейшего снижения напряжения устанавливается 3-я ступень, опять же с ограничительными резисторами, которая строится обычно на стабилитронах. Например, для линии аналогового видеосигнала третья ступень обязательна.
Поскольку опасный потенциал во всех ступенях защиты отводится на землю, сами устройства защиты должны быть заземлены. При отсутствии заземления можно считать, что УЗИПа в линии нет вообще.
Все это было и есть с давних времен.
Но в последнее время спрос на УЗИПы «всех мастей» возрос лавинообразно. И причина очень простая – шквальный рост количества слаботочных цепей самого различного назначения - проводные линии интерфейса, Ethernet, линии сигнализации, РоЕ , и т.п. в любых их проявлениях. Кроме того, по-прежнему остается актуальной защита линий первичного питания для этих систем и многочисленных линий вторичного питания внутри них. Резкий рост спроса на устройства защиты обусловлен не просто ростом количества слаботочных систем, но и спецификой самих УЗИПов для них.
При необходимости дальнейшего снижения напряжения устанавливается 3-я ступень, опять же с ограничительными резисторами, которая строится обычно на стабилитронах. Например, для линии аналогового видеосигнала третья ступень обязательна.
Поскольку опасный потенциал во всех ступенях защиты отводится на землю, сами устройства защиты должны быть заземлены. При отсутствии заземления можно считать, что УЗИПа в линии нет вообще.
Все это было и есть с давних времен.
Но в последнее время спрос на УЗИПы «всех мастей» возрос лавинообразно. И причина очень простая – шквальный рост количества слаботочных цепей самого различного назначения - проводные линии интерфейса, Ethernet, линии сигнализации, РоЕ , и т.п. в любых их проявлениях. Кроме того, по-прежнему остается актуальной защита линий первичного питания для этих систем и многочисленных линий вторичного питания внутри них. Резкий рост спроса на устройства защиты обусловлен не просто ростом количества слаботочных систем, но и спецификой самих УЗИПов для них.
Специфика УЗИПов для слаботочных систем
Первое, о чем стоит говорить - природа угроз и их приоритет.
Если к холодильнику, а тем более, утюгу или нагревателю вдруг окажется приложенным импульсное перенапряжение с длиной импульса в 8/20 мкс, а то и 10/350 мкс, ничего страшного не произойдет в принципе. Повсеместно установленные на входе аппаратуры, подключаемой в сеть 220 В (теперь 230 В по новому стандарту), импульсные блоки питания сами по себе допускают очень большой допустимый диапазон входных напряжений, при этом выдавая на выходе в схему самой аппаратуры стабилизированное требуемое напряжение вторичного питания (12, 24, 48В …и т.п.). То есть сами являются стабилизаторами входного напряжения. Действительно опасное наведенное напряжение для цепей первичного питания составляет весьма значительную величину – не одна сотня вольт для короткого импульса.
С другой стороны, для создания такой значительной ЭДС необходимо очень мощное внешнее электромагнитное поле, которое может возникнуть исключительно от атмосферных разрядов (электромагнитное излучение, как поражающий фактор ядерного взрыва, пока, к счастью, рассматривать не будем). Отсюда и широко используемый в обиходе термин «устройство грозозащиты» применительно к УЗИПам, что даже в случае именно атмосферных разрядов корректным назвать нельзя. Грозозащита, молниезащита – это целые комплексы организационно технических мероприятий, предусматривающие первоначальные подробные обследования и исследования объекта, установку молниеотводов и обустройство заземления в соответствии с проектом, привязку конструктивных элементов зданий и сооружений к задачам защиты и т.д и т.п., и никак не могут ограничиваться установкой неких стандартных отдельных приборов. Каждый такой прибор при прямом попадании молнии попросту испарится. Расплавится – это, как минимум.
В отличие от холодильников, утюгов и нагревателей номинальное рабочее напряжение слаботочных систем измеряться может единицами вольт – наиболее, пожалуй, распространенные сегодня линии Ethernet, имеют напряжение 5В. Примерно такое же напряжение имеют и массовые линии интерфейса RS-485. Амплитуда аналогового видеосигнала, который, правда, встречается все реже в системах видеонаблюдения, составляет и вовсе 1В.
А потому и величина опасной наводки для слаботочных сетей может составлять уже не сотни вольт, а величины, меньшие на порядки – десятки вольт, а то и в пределах одного десятка.
В то же время, длина линии в слаботочных сетях может измеряться весьма значительными величинами. Так линии Ethernet и РоЕ по витой паре без промежуточных устройств может составлять 100 метров, а длина линии интерфейса RS-485 – 1500 и более метров. Шлейфы сигнализации, линии вторичного питания тоже могут составлять не одну сотню метров.
Как показывает практика, чтобы создать наводку в десяток – другой вольт, а тем более, на большой длине проводника, никаких мощных атмосферных разрядов уже не требуется. И перечень угроз существенно расширяется. Для слаботочных сетей оказываются опасными:
Если к холодильнику, а тем более, утюгу или нагревателю вдруг окажется приложенным импульсное перенапряжение с длиной импульса в 8/20 мкс, а то и 10/350 мкс, ничего страшного не произойдет в принципе. Повсеместно установленные на входе аппаратуры, подключаемой в сеть 220 В (теперь 230 В по новому стандарту), импульсные блоки питания сами по себе допускают очень большой допустимый диапазон входных напряжений, при этом выдавая на выходе в схему самой аппаратуры стабилизированное требуемое напряжение вторичного питания (12, 24, 48В …и т.п.). То есть сами являются стабилизаторами входного напряжения. Действительно опасное наведенное напряжение для цепей первичного питания составляет весьма значительную величину – не одна сотня вольт для короткого импульса.
С другой стороны, для создания такой значительной ЭДС необходимо очень мощное внешнее электромагнитное поле, которое может возникнуть исключительно от атмосферных разрядов (электромагнитное излучение, как поражающий фактор ядерного взрыва, пока, к счастью, рассматривать не будем). Отсюда и широко используемый в обиходе термин «устройство грозозащиты» применительно к УЗИПам, что даже в случае именно атмосферных разрядов корректным назвать нельзя. Грозозащита, молниезащита – это целые комплексы организационно технических мероприятий, предусматривающие первоначальные подробные обследования и исследования объекта, установку молниеотводов и обустройство заземления в соответствии с проектом, привязку конструктивных элементов зданий и сооружений к задачам защиты и т.д и т.п., и никак не могут ограничиваться установкой неких стандартных отдельных приборов. Каждый такой прибор при прямом попадании молнии попросту испарится. Расплавится – это, как минимум.
В отличие от холодильников, утюгов и нагревателей номинальное рабочее напряжение слаботочных систем измеряться может единицами вольт – наиболее, пожалуй, распространенные сегодня линии Ethernet, имеют напряжение 5В. Примерно такое же напряжение имеют и массовые линии интерфейса RS-485. Амплитуда аналогового видеосигнала, который, правда, встречается все реже в системах видеонаблюдения, составляет и вовсе 1В.
А потому и величина опасной наводки для слаботочных сетей может составлять уже не сотни вольт, а величины, меньшие на порядки – десятки вольт, а то и в пределах одного десятка.
В то же время, длина линии в слаботочных сетях может измеряться весьма значительными величинами. Так линии Ethernet и РоЕ по витой паре без промежуточных устройств может составлять 100 метров, а длина линии интерфейса RS-485 – 1500 и более метров. Шлейфы сигнализации, линии вторичного питания тоже могут составлять не одну сотню метров.
Как показывает практика, чтобы создать наводку в десяток – другой вольт, а тем более, на большой длине проводника, никаких мощных атмосферных разрядов уже не требуется. И перечень угроз существенно расширяется. Для слаботочных сетей оказываются опасными:
- высоковольтные линии передачи, расположенные параллельно линиям связи;
- контактные сети электрифицированных железных дорог;
- сети городского электротранспорта;
- электросварочные установки;
- близко расположенные радиотехнические передающие станции, локационные и другие установки;
- атмосферные разряды;
- преднамеренное повреждение сетей (электромагнитный терроризм)
Таким образом, первой отличительной особенностью слаботочных сетей в плане защиты от импульсных перенапряжений является существенно большее количество источников угроз.
При этом атмосферные разряды в общем перечне находятся далеко не на приоритетных позициях.
Зато все остальные угрозы, перечисленные выше, являются сопутствующими для обычной нашей жизни и производственной деятельности, а потому неизбежными. Кроме того, такие угрозы, в отличие от грозы, как правило, не являются очевидными (невозможно заранее предугадать, в какой мере сварочные работы вблизи линии связи представляют для нее опасность и т.п)
А потому они могут находиться в работе, а не просто в «ждущем грозу режиме», причем мы об этом можем даже не догадываться.
И это составляет еще одну отличительную особенность УЗИПов для слаботочных сетей – они находятся несравненно чаще в рабочем состоянии, а, значит, быстрее вырабатывают свой ресурс и требуют замены. Оборачиваемость их на рыке несравненно выше, чем у УЗИПов для силовых сетей. С точки зрения рынка это является очень привлекательным свойством, чего не скажешь от имени потребителя.
Зато все остальные угрозы, перечисленные выше, являются сопутствующими для обычной нашей жизни и производственной деятельности, а потому неизбежными. Кроме того, такие угрозы, в отличие от грозы, как правило, не являются очевидными (невозможно заранее предугадать, в какой мере сварочные работы вблизи линии связи представляют для нее опасность и т.п)
А потому они могут находиться в работе, а не просто в «ждущем грозу режиме», причем мы об этом можем даже не догадываться.
И это составляет еще одну отличительную особенность УЗИПов для слаботочных сетей – они находятся несравненно чаще в рабочем состоянии, а, значит, быстрее вырабатывают свой ресурс и требуют замены. Оборачиваемость их на рыке несравненно выше, чем у УЗИПов для силовых сетей. С точки зрения рынка это является очень привлекательным свойством, чего не скажешь от имени потребителя.
Структура применения УЗИПов в слаботочных системах
Как было указано выше, у какого порта не будет защиты, там все и погорит в случае наводки на линию опасного напряжения. Поэтому, теоретически все задействованные порты аппаратуры слаботочных сетей требуют установки устройств их защиты. С включением в сеть многоканальной аппаратуры потребность в слаботочных УЗИПах возрастает, как минимум, в двухкратном количестве относительно количество портов.
Для иллюстрации на рис.2 представлена условная схема включения в слаботочную систему сетевого коммутатора с организацией питания по каждому из каналов подключения устройств по РоЕ. Достаточно типовая схема построения, например, систем видеонаблюдения. По линии первичного питания устанавливается УЗИП по этой линии. На другом конце линии питания (в ГРЩ) должен быть установлен свой УЗИП следом за УЗИПом II класса. Сам коммутатор включен в сеть Ethernet. Поэтому, на оба порта Ethernet необходимо установить по УЗИПу для защиты коммутатора от возможных наводок – опасная наводка может иметь место на любой стороне подключения. На каждом канале подключения устройств к коммутатору, в свою очередь, необходимо установить по два УЗИПа для защиты портов РоЕ – каждая линия связи коммутатора с приемником представляет опасность с точки зрения возможных опасных наводок в ней как для коммутатора, так и для подключенного приемника.
Таким образом, если, например, наш условный коммутатор является 8-канальным, на одно устройство защиты по линии питания приходится 18 УЗИПов для слаботочных сетей. Такая же ситуация будет и для всевозможных регистраторов, и для контроллеров сигнализации, и для разветвителей интерфейсов и т.п.
Вполне возможно, что на объекте исключены какие-либо мощные атмосферные разряды, способные создать в линии первичного питания хоть сколько-нибудь опасные перенапряжения. Тогда защита по линии питания необходима одна – на входе силовой линии. Тем не менее, все слаботочное оборудование, установленное на объекте, возможно, потребует защиты в обязательном порядке в силу актуальности оставшихся угроз из приведенного выше перечня. Самый наглядный пример – все подземное оборудование метрополитена. Само расположение объекта исключает влияние каких-либо атмосферных разрядов. Зато потребность в устройствах защиты слаботочных сетей исчисляется десятками тысяч.
Таким образом, количество требуемых УЗИПов для слаботочных сетей существенно превышает количество для сетей силовых.
Вот почему с массовым внедрением слаботочных систем востребованность в УЗИПах возросла многократно относительно ситуации, которая была ранее.
Вот почему с массовым внедрением слаботочных систем востребованность в УЗИПах возросла многократно относительно ситуации, которая была ранее.
Функциональные особенности и принципы выбора слаботочных УЗИПов
И еще принципиальный, если не главный, момент, касающийся именно слаботочных УЗИПов.
Задача сетей силового питания – передать потребителю электрическую мощность. Никакого разделения по задачам между различными сетями нет. Задача слаботочных сетей – передать конкретный сигнал в строгом соответствии с его стандартом. Даже кабели связи должны отвечать конкретной задаче, обеспечивая передачу сигнала с максимальными отклонениями, не выходящими за границы допустимых, не говоря уже о любых устройствах, подключаемых к таким линиям. Все они должны быть строго согласованы по входу и/или выходу.
То есть, УЗИП, помимо того, что должен отвести опасное напряжение в линии связи на землю, для самой линии в идеале должен как бы отсутствовать, «быть незаметным».
Конечно, включение каких-либо дополнительных элементов в линию не может для передаваемого сигнала пройти «бесследно». Какие-то отклонения от идеального сигнала будут иметь место. Вопрос будет в допустимости величин таких отклонений.
Если УЗИП не справляется с задачей отведения опасного напряжения с линии на землю, он просто таковым не является. А насколько он хороший или плохой, определяется той АЧХ (амплитудно-частотной характеристикой), которая получается в результате включения устройства в линию. В действительности отклонения, вносимые УЗИП, могут существенно влиять и на дальность передачи, и на скорость, и на многие другие потребительские параметры применительно к конкретным линиям, в которых они используются.
Но в любом случае, каждая конкретная модель слаботочного УЗИПа изначально создается и предназначена строго для конкретной линии сигнала, и никакой универсальности применяемости только на основании величин опасных наводок быть не может. Нельзя в линию сигнализации с передачей питания по шлейфу ставить УЗИП для защиты просто линии вторичного питания – сигнализация работать не будет.
По этой причине слаботочные УЗИПы представляют собой сложные электронные устройства и отличаются сравнительно высокой ценой.
Наиболее значимые параметры выбора устройств для защиты слаботочных сетей следующие:
Изначально первичное питание для слаботочных систем предоставляется заказчиком. «Слаботочники» очень редко занимаются силовыми линиями. Как минимум, для этого необходим допуск. Вопросы защиты силовых цепей оставались в неведении, а соответствие питающего напряжения стандарту было на ответственности заказчика.
Поэтому, вопросами защиты слаботочных цепей изначально широко никто не занимался. За исключением выходцев из ВПК, знакомых со всеми требованиями защиты. Все постигалось на практике в процессе развития рынка. Техника выходила из строя, производился анализ многочисленных отказов и делались правильные выводы. Защита слаботочных сетей целиком и полностью находится в ведении проектировщика/инсталлятора систем.
Чисто теоретически, защита должна быть на абсолютно всех портах всей аппаратуры. Хотя бы на случай гипотетического злонамеренного воздействия на линию электромагнитным импульсом большой мощности для вывода системы безопасности из строя. И вот вам очередной маркер – если слаботочная система не имеет в своем проектном варианте вообще устройств защиты от импульсных перенапряжений, проектировщик/инсталлятор не владеет вопросом построения на должном уровне. От таких услуг лучше сразу отказаться.
Грамотный проектировщик скорее всего установит защиту на абсолютно все порты системы, дабы не нести ответственность за любые выходы из строя от импульсных перенапряжений в линиях по любым даже чисто теоретически возможным причинам и предоставит заказчику самому решать, на чем тот решит сэкономить, поскольку цена на защитное устройство – это не цена силового автоматического выключателя, и увеличить стоимость каждой линии связи на 5-7 тыс. руб. (установка двух устройств в местах подключения линии к аппаратуре) – это, как правило, очень ощутимо для общей стоимости разветвленной системы. И конечная конфигурация цепей будет определяться именно заказчиком. А подрядчик в «ТЗ» сделает оговорку: «Данная конфигурация системы не исключает выход из строя
аппаратуры по причине появления импульсных перенапряжений в линиях связи. Ремонтные работы в таких случаях не попадают под гарантийные обязательства и будут выполнятся за счет заказчика».
Тем не менее, сэкономить можно. На чем точно нельзя экономить – это на стоимости самих устройств защиты. Рынок УЗИПов на сегодня насыщен, никакой политики «снятия сливок» на нем не реализуется, и низкая цена, как правило, связана с ущербностью конструктива, с отсутствием полной линейки испытаний, с элементной базой сомнительного происхождения, со сравнительно большими искажения АЧХ и малым ресурсом самих УЗИПов.
Первое на что следует обратить внимание, если это не сделал проектировщик, - технические характеристики самой подключаемой аппаратуры. Зачастую именитые производители ставят защиту портов, как элементы схемы своих изделий. Нередко аппаратура передачи видеосигнала, телеметрического управления, включая магистральное оборудование, имеют «по умолчанию» защиту от импульсных перенапряжений. Некоторые производители оборудования для ОПС ставят защиту не только на приемо-контрольные приборы, но и на датчики. В этом случае отказ такой аппаратуры попадает под гарантийные обязательства производителя. Установка дополнительных УЗИПов на уже защищенные порты не требуется. К тому же, двойная защита может не лучшим образом повлиять на АЧХ полезного сигнала.
Второй момент – может так случиться, что стоимость защитного устройства превышает (может быть, и в разы) цену устройства защищаемого. С чисто экономической точки зрения с учетом вероятности появления опасного напряжения в линии, возможно, имеет смысл и отказаться от УЗИПа. Но также следует проанализировать, как такой отказ может сказаться на конечной потребительской задачи, учитывая, что вся система строилась в целях безопасности.
Но стоит и оценить саму вероятность опасной наводки. Если есть вероятность атмосферных разрядов для в первую очередь внешних устройств, есть и вероятность опасных наводок даже на коротких линях, поскольку напряженность внешнего электромагнитного поля может быть очень большой, а уровень опасной наводки, напротив, достаточно маленький. То же самое относится и к мощным индустриальным полям. Например, такие объекты, как электростанции, имеют достаточный для опасной наводки уровень для слаботочных систем практически на всей территории объекта. Если длина линии очень большая, также велика вероятность возникновения опасного перенапряжения в линии. В частности, линии управления по интерфейсу RS-485 могут иметь протяженность до 1500 метров без промежуточной аппаратуры. Но, если длина линии незначительна (например, линия управления каким-нибудь турникетом длиной метров 5-10), а никаких силовых установок или высоковольтных кабелей поблизости нет, опасной наводки на такую линию может никогда и не возникнуть. Но, если вдруг возникла необходимость каких-то, например, сварочных работ вблизи этой линии, то на время таких работ аппаратуру лучше от линии отключить.
Если же речь идет о защите какого-нибудь сервера, являющегося ядром всей системы, имеющего очень высокую цену, то безотносительно длин линий, к нему подключенных, экономить на УЗИПах очень неразумно. Все порты должны быть защищены, поскольку не исключены и какие-то случайные факторы, о которых никто заранее и не предполагал, и злонамеренные попытки вывода системы из строя.
Задача сетей силового питания – передать потребителю электрическую мощность. Никакого разделения по задачам между различными сетями нет. Задача слаботочных сетей – передать конкретный сигнал в строгом соответствии с его стандартом. Даже кабели связи должны отвечать конкретной задаче, обеспечивая передачу сигнала с максимальными отклонениями, не выходящими за границы допустимых, не говоря уже о любых устройствах, подключаемых к таким линиям. Все они должны быть строго согласованы по входу и/или выходу.
То есть, УЗИП, помимо того, что должен отвести опасное напряжение в линии связи на землю, для самой линии в идеале должен как бы отсутствовать, «быть незаметным».
Конечно, включение каких-либо дополнительных элементов в линию не может для передаваемого сигнала пройти «бесследно». Какие-то отклонения от идеального сигнала будут иметь место. Вопрос будет в допустимости величин таких отклонений.
Если УЗИП не справляется с задачей отведения опасного напряжения с линии на землю, он просто таковым не является. А насколько он хороший или плохой, определяется той АЧХ (амплитудно-частотной характеристикой), которая получается в результате включения устройства в линию. В действительности отклонения, вносимые УЗИП, могут существенно влиять и на дальность передачи, и на скорость, и на многие другие потребительские параметры применительно к конкретным линиям, в которых они используются.
Но в любом случае, каждая конкретная модель слаботочного УЗИПа изначально создается и предназначена строго для конкретной линии сигнала, и никакой универсальности применяемости только на основании величин опасных наводок быть не может. Нельзя в линию сигнализации с передачей питания по шлейфу ставить УЗИП для защиты просто линии вторичного питания – сигнализация работать не будет.
По этой причине слаботочные УЗИПы представляют собой сложные электронные устройства и отличаются сравнительно высокой ценой.
Наиболее значимые параметры выбора устройств для защиты слаботочных сетей следующие:
- максимальный импульсный разрядный ток при t имп.= 8/20 мкс – пиковое значение испытательного импульса тока, которое защитное устройство может пропустить один раз и не выйти из строя;
- напряжение ограничения- напряжение, до которого будет ограничено перенапряжение в линии после прохождения защитного устройства, независимо от величины самого перенапряжения;
- номинальный импульсный разрядный ток при t имп.= 8/20 мкс - пиковое значение испытательного импульса тока, которое защитное устройство может выдержать многократно;
- максимальное длительное рабочее напряжение- наибольшее значение напряжения, которое может быть длительно (в течение всего срока службы) приложено к выводам защитного устройства;
- уровень защиты – максимальное значение падения напряжения на защитном устройстве при протекании через него импульсного тока разряда; характеризует способность устройства ограничивать появляющиеся на его клеммах перенапряжения;
- время срабатывания – для варисторов оно обычно не превышает 25 нс; для разрядников – от 100 нс до нескольких микросекунд.
Изначально первичное питание для слаботочных систем предоставляется заказчиком. «Слаботочники» очень редко занимаются силовыми линиями. Как минимум, для этого необходим допуск. Вопросы защиты силовых цепей оставались в неведении, а соответствие питающего напряжения стандарту было на ответственности заказчика.
Поэтому, вопросами защиты слаботочных цепей изначально широко никто не занимался. За исключением выходцев из ВПК, знакомых со всеми требованиями защиты. Все постигалось на практике в процессе развития рынка. Техника выходила из строя, производился анализ многочисленных отказов и делались правильные выводы. Защита слаботочных сетей целиком и полностью находится в ведении проектировщика/инсталлятора систем.
Чисто теоретически, защита должна быть на абсолютно всех портах всей аппаратуры. Хотя бы на случай гипотетического злонамеренного воздействия на линию электромагнитным импульсом большой мощности для вывода системы безопасности из строя. И вот вам очередной маркер – если слаботочная система не имеет в своем проектном варианте вообще устройств защиты от импульсных перенапряжений, проектировщик/инсталлятор не владеет вопросом построения на должном уровне. От таких услуг лучше сразу отказаться.
Грамотный проектировщик скорее всего установит защиту на абсолютно все порты системы, дабы не нести ответственность за любые выходы из строя от импульсных перенапряжений в линиях по любым даже чисто теоретически возможным причинам и предоставит заказчику самому решать, на чем тот решит сэкономить, поскольку цена на защитное устройство – это не цена силового автоматического выключателя, и увеличить стоимость каждой линии связи на 5-7 тыс. руб. (установка двух устройств в местах подключения линии к аппаратуре) – это, как правило, очень ощутимо для общей стоимости разветвленной системы. И конечная конфигурация цепей будет определяться именно заказчиком. А подрядчик в «ТЗ» сделает оговорку: «Данная конфигурация системы не исключает выход из строя
аппаратуры по причине появления импульсных перенапряжений в линиях связи. Ремонтные работы в таких случаях не попадают под гарантийные обязательства и будут выполнятся за счет заказчика».
Тем не менее, сэкономить можно. На чем точно нельзя экономить – это на стоимости самих устройств защиты. Рынок УЗИПов на сегодня насыщен, никакой политики «снятия сливок» на нем не реализуется, и низкая цена, как правило, связана с ущербностью конструктива, с отсутствием полной линейки испытаний, с элементной базой сомнительного происхождения, со сравнительно большими искажения АЧХ и малым ресурсом самих УЗИПов.
Первое на что следует обратить внимание, если это не сделал проектировщик, - технические характеристики самой подключаемой аппаратуры. Зачастую именитые производители ставят защиту портов, как элементы схемы своих изделий. Нередко аппаратура передачи видеосигнала, телеметрического управления, включая магистральное оборудование, имеют «по умолчанию» защиту от импульсных перенапряжений. Некоторые производители оборудования для ОПС ставят защиту не только на приемо-контрольные приборы, но и на датчики. В этом случае отказ такой аппаратуры попадает под гарантийные обязательства производителя. Установка дополнительных УЗИПов на уже защищенные порты не требуется. К тому же, двойная защита может не лучшим образом повлиять на АЧХ полезного сигнала.
Второй момент – может так случиться, что стоимость защитного устройства превышает (может быть, и в разы) цену устройства защищаемого. С чисто экономической точки зрения с учетом вероятности появления опасного напряжения в линии, возможно, имеет смысл и отказаться от УЗИПа. Но также следует проанализировать, как такой отказ может сказаться на конечной потребительской задачи, учитывая, что вся система строилась в целях безопасности.
Но стоит и оценить саму вероятность опасной наводки. Если есть вероятность атмосферных разрядов для в первую очередь внешних устройств, есть и вероятность опасных наводок даже на коротких линях, поскольку напряженность внешнего электромагнитного поля может быть очень большой, а уровень опасной наводки, напротив, достаточно маленький. То же самое относится и к мощным индустриальным полям. Например, такие объекты, как электростанции, имеют достаточный для опасной наводки уровень для слаботочных систем практически на всей территории объекта. Если длина линии очень большая, также велика вероятность возникновения опасного перенапряжения в линии. В частности, линии управления по интерфейсу RS-485 могут иметь протяженность до 1500 метров без промежуточной аппаратуры. Но, если длина линии незначительна (например, линия управления каким-нибудь турникетом длиной метров 5-10), а никаких силовых установок или высоковольтных кабелей поблизости нет, опасной наводки на такую линию может никогда и не возникнуть. Но, если вдруг возникла необходимость каких-то, например, сварочных работ вблизи этой линии, то на время таких работ аппаратуру лучше от линии отключить.
Если же речь идет о защите какого-нибудь сервера, являющегося ядром всей системы, имеющего очень высокую цену, то безотносительно длин линий, к нему подключенных, экономить на УЗИПах очень неразумно. Все порты должны быть защищены, поскольку не исключены и какие-то случайные факторы, о которых никто заранее и не предполагал, и злонамеренные попытки вывода системы из строя.
В целом, можно сказать, что импульсные наводимые напряжения в проводные линии связи – это объективная и главная «слабость» всех слаботочных систем.
Оптоволоконные линии как альтернатива УЗИПам
Можно ли избавиться от этой опасности раз и навсегда? Можно, но одновременно с проводными линиями. То есть, перейдя с проводных линий передачи данных на оптоволоконные. Собственно, такой переход сегодня происходит для всех длинных линий. Это гораздо выгоднее, чем многократно ретранслировать сигнал при проводной передаче, устанавливая по два УЗИПа на каждом проводном участке. УЗИПы в этом случае остаются только для линий питания. Все интернет-провайдеры давно уже отказались от проводных линий и тянут оптоволокно непосредственно к потребителю, чтобы никоим образом не отвечать за целостность оборудования клиента, начиная с роутера и далее. Были грозы или нет, какие-то индустриальные наводки – никакой опасности в рамках ответственности провайдера они не представляют. На нашем рынке внедрение оптоволоконных технологий идет очень медленно.
И главная причина, скорее всего, в нежелании терять именно огромный рынок УЗИПов, который так быстро вырос в объеме за последние годы. Кроме того, переход на волоконно-оптические линии связи просто обрушит рынок РоЕ (об этой технологии мы непременно в дальнейшем поговорим).
И главная причина, скорее всего, в нежелании терять именно огромный рынок УЗИПов, который так быстро вырос в объеме за последние годы. Кроме того, переход на волоконно-оптические линии связи просто обрушит рынок РоЕ (об этой технологии мы непременно в дальнейшем поговорим).
Так что пока о возможности импульсных опасных наводок забывать нельзя. И надо всякий раз анализировать линии связи слаботочных систем на предмет вероятности их возникновения. Защитные устройства существуют сегодня для абсолютно всех возможных проводных линий.
Рекомендуемые товары
-
Быстрый просмотр -
Быстрый просмотр -
Быстрый просмотр -
Быстрый просмотр -
Быстрый просмотр -
Быстрый просмотр
Получите полную версию документа. Мы делимся полезными материалами для работы и подготовки к закупкам
Заполните поля и получите полную версию документа в формате DOC