![]() |
Три защиты, в одном устройстве!
|
![]() Спрашивайте |
||||||||||||||||
![]() |
Грозозащита оборудования.
Оригинал статьи находится по адресу http://www.nag.ru/goodies/book/2ch4-4.html Можно сказать, что три предыдущих параграфа были большим и важным вступлением к главному - защите магистрального и конечного оборудования от поражения атмосферными электрическими разрядами. Ведь надежное заземление - не самоцель. Это главное и совершенно необходимое условие для сохранения оборудования и коммуникаций. Без заземления нет смысла разговаривать о грозозащите вообще - это просто не имеет смысла. Активное оборудование Ethernet Подойдем к проблеме "с обратной стороны". А точнее - рассмотрим классическую сетевую карту (схему можно взять тут).
Рис. 4.10. Сетевая карта. Один из самых распространенная вариантов, Realtek 8029, $5-7 в любом компьютерном магазине. Устройство хабов и свитчей в смысле грозозащиты похоже на сетевую карту, поэтому рассматривать их отдельно не имеет особого смысла. Рассмотрим (в свете грозоустойчивости) части этого адаптера.
1. Память ЕЕПРОМ. Выходит из строя очень редко, для ремонта
можно перепаять из ненужной аналогичной карточки (если таковая имеется).
При рассмотрении разводки платы отчетливо видно, что проводники от коаксиального разъема идут прямо на микросхему трансивера (8). И центральная жила, и оплетка. А ведь это даже не симметричная линия. Наводка в экране намного больше, чем в жиле. Понятно, что может случиться, если несколько сотен (или несколько тысяч) Вольт попадут на микросхему. В этом случае не спасет даже самое хорошее заземление, ведь рассчитан трансивер на амплитуду сигнала в 3 (ТРИ) Вольта. Защита, конечно, помогает и в этом случае. Но уж слишком колоссальна сила наводки. Мне встречались APC ProtectNet с практически выгоревшей печатной платой. Элементы - в уголь. Защищаемое устройство - со сгоревшими дорожками. Терминаторы, приварившиеся к Т-коннектору...
Значительно лучше обстоят дела с витой парой.
Статистика защиты Но в любом случае, есть обидная истина - 100% защиты от гроз не дает даже оптоволокно. Имеет смысл только статистический подход к проблемам защиты оборудования. В большой сети что-то все равно сгорит. Задача - минимизация потерь. Мне пришлось "пережить" 3 грозовых лета с более-менее большими сетями (и еще несколько лет наблюдать ситуацию в чужих сетях). Вот краткие эмпирические выводы из этого:
Думаю, никто не удивится, что первая большая сеть Екатеринбурга, построенная на коаксиале, оказалась последней. Сгоревшие за несколько минут 11 репитеров "закрыли" этот путь надолго. Это при всех удобствах RG-58 (дальнобойность, стойкость у погодным условиям, шинная топология, дешевизна).
Репитеры, конечно, тогда починили (но не все). И сеть еще поработала.
Но таких новых линий уже никто не делал.
В связи с бесперспективностью защиты коаксиальных линий передачи данных (по крайней мере в рамках серийного оборудования Ethernet), дальнейшее изложение будет посвящено защите оборудования, использующего симметричные линии (витую пару). На сегодня в применении грозозащит превалирует два подхода:
Вообще, оба подхода имеют право на существования, и себя оправдывают. Но в условиях массового промышленного применения "защита на 95%" явное слабое звено. Процессы, происходящие при наводке Попробуем понять, что происходит в грозу. При этом нет смысла рисовать сложные схемы растекания наводки, и понимать механизмы распространения электромагнитных волн во влажном городском воздухе.
Рис. 4.11. Явления при наводке на витую пару. Результат будет все равно один. Через первичную обмотку трансформатора активного устройства будет течь ток (Iж), и вместе с тем эта же обмотка получит напряжение (Uп). Других заметных физических результатов не сможет добиться ни одна наводка. Поражение активного устройство может пройти следующими способами:
Рис. 4.12. Поражение устройства наводкой на витую пару.
Во-первых, это пробой на землю сетевой карты или коммутатора (Inп).
Встречаются ли такие повреждения на практике? Безусловно - около 3-5% случаев с использованием простых мер грозозащиты имеют именно такую клиническую картину. А без использования защитных средств - до трети устройств выходят из строя подобным образом. Во-вторых, "просачивание" высокочастотной составляющей наводки через емкость трансформаторной сборки. Скорее всего, это главный поражающий фактор. При этом трансформаторная сборка вполне может оставаться целой, невредимой, как и все элементы обвязки. Устройство будет выглядеть "совсем" как живое. Только не работать. Совсем как в анекдоте про автомобили и ремни безопасности. Проверка простая - на выгоревший таким образом хаб перепаивается центральный чип - и он начинает нормально работать (многократно проверено).
В-третьих, наводка на вторичную обмотку трансформаторной сборки.
Вывод. Простые схемы (обычно клоны АРС) достаточно надежно спасают от пробоя на землю, но почти не помогают от индуктивной или емкостной наводки на вторичную обмотку трансформаторной сборки. Вернемся к классической схеме грозозащиты, снятой с АРС:
Рис. 4.13. Схема грозозащиты APC. Описание диода 1n4006, ограничителя напряжения 1.5ke7М5А. Описание последних элементов (Q1-Q5) так и не удалось найти, но по смыслу они прекрасно заменяются разрядником или даже искровым промежутком. Принцип действия: При нормальной работе диоды запираются за счет встречно включенного ограничителя напряжения (и энергии полезного сигнала). При превышении порога срабатывания ограничителя на нем превращается в тепло выпрямленный на диодах сигнал. При повышении напряжения относительно земли более 500 В (в самодельных версиях от 70 Вольт), срабатывает разрядник, или что его заменяет. В принципе, все просто и надежно. Но, как было показано выше, есть и минусы.
Как можно бороться наводкой на вторичную обмотку? Представим, что на вход подан сигнал с амплитудой 5000 Вольт. Как поведет себя ограничитель напряжения? Время его реакции около 200 нс (5 МГц). Реально он, конечно, сработает - но пропустив заметную энергию высокочастотного импульса. Газовый разрядник еще хуже. Его время срабатывания 1-5 мкс... Лучшие образцы - до 200-500 нс. Поэтому целесообразно применять его в качестве первичной защиты для "сброса" наводок большой мощности, либо для создания потенциальной "развязки" от "земли" (для исключения влияния последней на работу защиты). Какие есть методы борьбы с явлением? Только резко уменьшить время срабатывания защитных элементов. Например, использованием быстродействующего варистора фирмы EPCOS. Время срабатывания - менее 0,5 нс. Блестящий результат, обеспечивающий применение в грозозащитах по типовой схеме:
Рис. 4.14. Схема грозозащиты с варистором. Минусы - стоимость (10 рублей варистор, а их нужно 4), и сравнительно низкая мощность (могут сгореть даже с дополнительным ограничителем напряжения или разрядником). Как не мала на первый взгляд стоимость в 40 рублей - реально это заметно удорожит итоговую стоимость изделия. Следующий вариант несколько нетривиален. Диоды стандартной схемы АРС можно запереть дополнительным напряжением, и им же держать открытым ограничитель напряжения (на микротоке). В результате, имеем низкую емкость (диоды заперты), и малое время срабатывания при грозовой наводке, так как ограничитель напряжения уже открыт. Остается застраховаться от разрушения диодов (или варисторов) при сверхмощных наводках плавкими предохранителями. Логика тут простая. Диоды должны сначала сгореть "в гайку", а уже потом рассыпаться. Пока они не рассыпались - линия в общем защищена. И до этого момента должны успеть сработать плавкие предохранители. Конечно, простые плавкие предохранители имеют недостаток - перегорают безвозвратно. Самовосстанавливающиеся элементы дороги (около 10 рублей) и сильно гасят полезный сигнал. Поэтому нельзя выбрать слишком маломощные вставки. Но известно, что на практике диоды горят редко - поэтому с данным недостатком проще мириться. Последний вариант грозозащиты - конструкция, содержащая приемо-передатчик (по сути, упрощенный 2-х портовый хаб, возможно не содержащий цифровой части). Такая защита способна спасать оборудование в самых тяжелых ситуациях, однако - ценой сравнительно высокой стоимости. При современных ценах на коммутаторы и оптику ее масштабное использование едва ли целесообразно. Еще одну особенность необходимо отметить отдельно. Широко распространен метод защиты конечного клиента методом "отключения". Т.е. в грозу абонент должен сам позаботиться о себе, и вытащить разъем из сетевой карты. Метод вполне надежный и логичный, но... Что происходит при этом с проводом? Один из его концов становится разомкнутым. Т.е. исчезает то спасительное самовыравнивание потенциалов проводников витой пары. Сетевая карта, конечно, остается целой. А вот порт на хабе выгорает с большей вероятностью. Экономически представляется вполне целесообразным установить у всех клиентов грозозащиты. И клиенту проще, и порты целее. Вариант с простыми "закоротками" (вынул кабель из карточки - закоротил специальным разъемом) годится только для небольших и дисциплинированных сетей. Коммерческим клиентам всего и не объяснишь... Итоги Вот основные моменты, повышающие шансы выживания сети. Если, конечно, у вас не оптика. :-)
Немного про экономику. Казалось бы, при современных ценах на хабы (от $25), вполне достаточно просто статистически вывести потери на приемлемый уровень. Даже если сгорит 20% - это не так страшно. Для большой сети в 100 хабов (это 300-500 человек) потеря за сезон 500 баксов несущественна. Что там, 1-2 бакса на человека. Но реально, не так существенны потери от сгоревшего оборудования. Велики потери от простоя абонентов. И именно из-за них приходится выводить статистику на качественно другой уровень. Применять защиты, оптоволокно. Постоянный ремонт, плюс недовольство "почему так долго" обходится в такие деньги, что потери на сгоревших хабах становятся просто малозначимыми. Поэтому, все же, будущее за оптоволокном, по крайней мере на магистралях. Но и про "медь" еще долго не забыть. Ведь подвержены наводкам и линии внутри домов, особенно если они идут по чердаку. Даже оптоволоконно-витопарный конвертер (FO-TP) нуждается в этом случае в защите. :-) |
6. Провайдерам 7. Ремонт 8. Издержки 9. Ссылки Заказать по телефону:+380(542) 22-55-44 +380(44) 332-97-68 |
||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
Рекламу размещали
|
||||||||||||||||||
© 2008 «Павлабор» |