Устройства для охраны кабеля

Принцип действия грозозащиты для витой пары

Гальваническая развязка для витой пары

Область применения, где необходима грозозащита (при передаче информационных сигналов по витой паре):

• PPoE сети.
• Локальные сети.
• Ethernet сети.
• Wi-fi сети.

Виды воздействия на сетевую аппаратуру:

• электростатическое воздействие (связано с электростатическими полями до грозы, и грозовыми разрядами);
• электромагнитное воздействие (индуктивное влияния молнии на кабель);
• гальваническое воздействие (попадание токов молнии в заземление);
• ток молнии (прямой удар молнии);

Гальваническая развязка необходима для разделения слаботочных (информационные каналы витой пары) и силовых цепей (сеть питания). Для питания коммуникационной аппаратуры используется сеть переменного напряжения 220В, в которых очень часто происходят скачки электричества, доходящие до несколько тысяч вольт. Это приводит к выводу из работы соответствующей подключенной аппаратуры.

Принцип действия

Принцип работы любого грозозащитного оборудования заключается в отведении поражающего заряда на землю. Типичная схема (рис. №1) построена на основе диодного моста со специальным замыкающим диодом.

Рис. №1. Типовая схема защиты

При возникновении между линиями передачи разницы потенциалов 6-7 В, диод D11 замыкается и статическое напряжения спускается на землю. Также вместо диодов можно использовать газовые разрядники, варисторов или стабилитронов. Данную схему можно применить для защиты сетевых карт, switch-а и хабов в кабеле:

В процессе нормальной работы разность потенциалов между линиями относительно небольшая (близкая к нулю). Между корпусом и линиями также не должно быть напряжения. Диод D11 является сопрессором: он запирается при перенапряжении между линиями, и отпирается для следующего срабатывания. Таким образом, при достижении пороговой разности, ток протекает не между линиями, а через диод и заряд переходит на землю. Далее, работа сети продолжается в нормальном режиме до следующего разряда.

Замечания по подключению:

1. Все схемы защиты, подключенные к портам (ПК, свитч) обязательно соединить между собой.
2. У компьютеров на корпусе есть болт заземляющий. Но если сам корпус не заземлен, то при вставке вилки в розетку мы не соблюдаем полярность и делаем это не умышленно. Это ведет к наводке напряжения равное половине напряжения розетки (110 В). В этом случае заземлять грозозащиту на болт не рекомендуется. Это не спалит оборудование, а вот глюки в работе обеспечит.
3. Найти «землю» и заземлить туда грозозащиту.
4. Работают при длине кабеля более 100 м.
5. Заменить диод сопрессор на варистор нельзя, так как возрастает ток утечки. Вызывает неработоспособность схемы.

Как и к любому оборудованию защиты, применяются требования к работе (данная спецификация приведена на примере грозозащиты кабеля Ethernet RJ45):

Время реакции:

Установка

При проектировании коммуникационных цепей встает вопрос о монтаже гроззащитного оборудования, так как кабели могут идти не только внутри помещения/цеха/ другого объекта, но и снаружи. Установка грозозащиты осуществляется на:

1. Корпус установки.
2. ДИН рейка.
3. На кабеле по ходу прохождения сигнала.

Необходимо отметить, что защиту нужно устанавливать двухстороннюю. Это объясняется тем, что сопротивление кабеля в любом случае не равно нулю. Так как ток протекает по пути наименьшего сопротивления, то в данной ситуации он может поразить работающее оборудование с другой стороны кабеля.

Также необходимо отметить, что грозозащита вызывает затухание идущего по кабелю сигнала. Поэтому необходимо обращать внимание на технические характеристики устройства. При достаточной длине кабеля сигнал имеет свойство искажаться.

Если после выше написанного сеть не заработала, сделайте следующее:

1. Тщательней ищите источник помех (возможно, рядом проложен кабель 220 В).
2. Имеет место проверить «землю». Для большей уверенности протяните кабель «земли» от электрощитка.
3. Поставьте защиту с одной стороны (ВНИМАНИЕ: данный шаг ОЧЕНЬ аккуратно, МОЖЕТ ВЫГОРЕТЬ ВСЕ ОБОРУДОВАНИЕ).
4. Измените тип грозозащиты.

Следует отметить, что грозозащита повышает надежность в разы, но не все 100%. Грозозащита может и сгореть. К этому обычно приводит маленькое время реакции на открытие диода, что исключает возможность мгновенно перенаправить заряд на «землю».

Заземление и зануление

Заземлить необходимо на заранее проверенную «землю». Это необходимо для того, чтобы заряд не скопился на корпусе детали. Нельзя заземлять на водопроводные трубы или трубы отопления, так как они обладают очень высоким сопротивлением (ток протекает по пути наименьшего сопротивления). Исходя их схемы защиты на примере фирменного нетпротекта (рис. №2) земля нужна для стекания заряда. В другом случае заряду некуда «деваться», и он может скопиться на корпусе оборудования, что приведет к поражению электрическим током любого человека.

Рис. №2. Нетпротект. Типовая схема

Зануление производить не желательно. Разница между «нулем» и «землей» в том, что ноль – это шина, которая служит для замыкания цепи и протекания тока (ее потенциал равен нулю). В то время как земля – это необходима для выведения накопившихся зарядов и защиты от статики. Зануление не оказывает положительного влияния на грозозащиту, а наоборот, повышает частоты ее срабатывания. Это ложные срабатывания. Соответственно, будут частые перерывы в работе сети (совет: зануление допускается в том случае, если нет возможности заземлить на настоящую «землю»).

Сравнение самодельных и фирменных грозозащит

Для сравнения возьмем фирменную внешнюю грозозащиту (рис. №3) с HPoE ( high power over Ethernet). Степень защиты IP54.

Рис. №3. Внешняя грозозащита.

Обладает следующими преимуществами:

1. Низкие потери сигнала.
2. Работоспособность не теряется при попадании напряжения 220 В.
3. Подавления помех.
4. Высокая стойкость при отведении на землю большого тока (больше 5 КА).
5. Поддерживают обе схемы организации дистанционного питания.

Спецификация устройства:

1. Подключения идет через LSA-коннектор.
2. Защищаются с 1 – 8 проводники.
3. Потери в частотах с 5 – 95 МГЦ меньше 0,4 дБ.
4. Затухание переходное равно при 90 МГц больше 30 дБ:
   • Ограничение дифференцированного напряжения меньше ±7,5 В.
   • Время срабатывания меньше 10 нс.
   • Максимальное напряжение переменного тока 250, постоянного 350.
   • Отводимый ток меньше 5000 А.

Данное устройство самодельное, и по внешнему виду доверия не вызывает (рис. 4).

Рис. 4. Самодельное устройство

Данное устройство является гальванической развязкой между сетевой картой ПК и свитчем. С основными задачами справляется: отводит накопившееся заряды, но с прямым попаданием молнии не справится, так же как и не справится с пробоем напряжения в 220 В. Можно использовать как временную защиту, которую в скором времени заменят. Единственный плюс – цена (совет: хорошая вещь и стоит хорошо).

В конце хотелось бы отметить, что говоря о защите любого устройства, то ни одно специальное оборудование не защитит вашу сеть, а лишь минимизирует потери.

Источник

Как защитить кабель от механических повреждений?

Преимущественное большинство сетей электрического питания в городах или на территории крупных предприятий прокладывается кабелем. Из-за отсутствия возможности визуального контроля при выполнении каких-либо земляных робот в местах прохода подземных коммуникаций существует угроза их повреждения. Для исключения возможности нарушения целостности изоляции, как следствие, прекращения электропитания и для воспрепятствования аварийным ситуациям используется защита кабеля от механических повреждений.

Некоторые модели кабеля защищаются броней, которая покрывается дополнительной изоляцией. Но таких мер бывает недостаточно, так как стальная оболочка не способна воспринять всю нагрузку от механических усилий. Тем более что металлическая оболочка в бронированных кабелях под воздействием усилий может деформироваться, из-за чего возникает сжатие изоляции.

Как защищают кабель от механических повреждений?

С целью защиты кабеля на протяжении всей линии или на особо напряженных участках, где существует вероятность проведения каких-либо работ, сооружаются специальные конструкции. К таким конструкциям относятся кабельные каналы, лотки, шахты, трубы и прочие. В зависимости от места установки, материала и класса напряжения все способы защиты от механических воздействий подразделяются на определенные категории.

По месту установки

В зависимости от места размещения выделяют такие варианты защиты:

• Подземной установки – используются для размещения кабельной трасы на глубине. Согласно норм ПУЭ 2.3.83 не требуется на всей протяженности участка, а лишь в тех местах, где существует вероятность проведения подземных работ, глубиной более 1,2 м. Или в тех местах, где существует угроза поражения персонала шаговым напряжением.
• Наружной установки – предназначены для прокладки кабеля по стенам здания, на опорах, эстакадах и т.д. Такие способы защиты используются для контрольных кабелей, слаботочных информационных сетей, наружной электропроводки и т.д.
• Внутренней установки – подразумевает расположение защитных оболочек внутри стен. Позволяет обезопасить кабель на случай строительных работ или при каких-либо технологических процессах, происходящих вблизи с местом установки.

Рис. 1. Прокладка кабеля в стене

Все кабели, располагающиеся под землей, должны быть укомплектованными металлической оболочкой. Так как этот способ прокладки наиболее трудоемок и требует относительно больших затрат на монтаж и ремонт, в сравнении с другими методами, помимо стальных конструкций в оболочке, необходимо обеспечить определенную высоту слоев сыпучих материалов при укладке.

Рис. 2. Способы засыпки кабеля

Как видите из рисунка, размещать кабели в непосредственной близи внутри траншеи запрещено. Так как существует опасность повреждения рабочего проводника, в случае пробоя или возгорания на соседнем. А также создает угрозу механического повреждения при разработке воронки для отыскания места повреждения и последующего монтажа соединительной муфты.

По материалу

В зависимости от материала определяются и задачи, которые решает защитная конструкция. Поэтому на практике выделяют такие сооружения:

• Бетонные – реализуются посредством железобетонных лотков, плит, кирпичной кладки и других подобных конструкций. Отличительной особенностью является высокая прочность, которая обуславливает возможность использовать конструкцию для размещения на ней сооружений, технологических проходов и других инженерных решений.
• Металлические – обладают рядом монтажных преимуществ для размещения в них небронированных кабелей. Могут иметь перфорированную и неперфорированную конструкцию. Второй вариант получается легче и позволяет использовать отверстия для вентиляции или крепления сигнальных приспособлений. Дополнительно покрываются цинком и краской для устойчивости к коррозионному разрушению и для эстетичности.
• Полимерные – являются наиболее облегченным вариантом, но из-за потери механической защиты под воздействием ультрафиолета и атмосферных явлений их, как правило, не применяют для наружной установки.
• Керамические и асбестовые – подходят как для внешнего монтажа, так и для укладки под толщей грунта. Могут использоваться в качестве защитных устройств при отсутствии динамической нагрузки. Хорошо зарекомендовали себя в предотвращении воздействия агрессивной среды на изоляцию проводов.

В местах частого движения персонала или выполнения каких-либо технологических операций достаточно широкое распространение получили металлические конструкции для защиты кабеля. Это обуславливается их способностью к деформации и высокой прочностью. Основным недостатком такой металлической брони является подверженность коррозионному разрушению. Так как со временем цинковое покрытие и слой краски изнашивается или повреждается, стальные трубы и профиля быстро ржавеют, из-за чего возникает угроза для изоляции кабеля.

По конструкции

В зависимости от конструктивного исполнения кабельные сооружения подразделяются на:

• Лотки – представляют собой открытые конструкции для защиты кабеля. В большинстве случаев выполняют роль направляющих из перфорированного или монолитного материала, как для многожильных, так и для одножильных кабелей.
• Каналы и плиты – представляют собой конструкции, собранные из профилированных листов, железобетонных плит с перекрытиями. Получили широкое распространение, как для силовых кабелей, так и для слаботочных, также применяются для монтажа электропроводки.
• Трубы – обеспечивают защиту по протяженности определенного участка. Бывают асбестовые и металлические для наружной установки, полимерные для внутренней. Некоторые модели имеют гофрированную структуру, что позволяет перемещать их по проводнику, изгибать и придавать определенную форму, в зависимости от местных условий. Применяют их для защиты электрических соединений, протяжки в проходные отверстия и т.д.
• Шахты – сооружаются в зданиях для защиты кабеля при укладке в различных строительных конструкциях. Являются тем элементом, задача которого не только защищать провода, но и поддерживать линию на всей ее протяженности.
• Защитные ленты – позволяют оградить незащищенные провода в подземных сооружениях. В большинстве своем это сигнальные ленты, функция защиты которых в том, что они указывают на пролегание кабеля при раскопке непосредственно под местом работ.
• Тоннели, галереи и эстакады – используются для укладки от 20 и более кабелей. Посмотрите на рисунок 3, здесь показано их конструкция. 1 – это стенки, 2 – кронштейны для фиксации кабелей – 3. Также кроме кабеля в тоннеле могут располагаться и другие сооружения (водопроводы, вентиляция и т.д.), обозначенные на рисунке номером 4.

Рис. 3. Конструктивное исполнение галерей, эстакад

Требования к защите кабеля

Наиболее жесткие требования по нормам, предъявляются к защите при подземной укладке. Так, в готовой траншее должна обустраиваться подушка из песка или граншлака, на которой размещаются плиты. Для моделей напряжением более 35 кВ толщина плит должна составлять не менее 50 мм.

Линии меньшего напряжения могут иметь защиту не плитами, а кирпичом из обожженной глины. Но для этого категорически запрещается использовать кирпич с отверстиями, через которые будет попадать грунт при засыпке траншеи. Также запрещается использовать силикатный кирпич, так как со временем он утрачивает механическую прочность и не может выполнять сигнальные функции. Так как помимо защиты от повреждения оболочки кабеля кирпич должен сигнализировать о расположении под ним участка трасы.

Так как сильная натяжка приводит к порыву во время снижения температуры или при перемещении грунта, то его расположение в траншее должно быть свободным. Но и делать слишком большие волны тоже не стоит.

Рис. 4. Прокладка в земле без натяжения

При прохождении линии под дорогами, магистралями защита кабеля осуществляется металлической трубой. При этом асбестовые или стальные трубы защищают от просадки толщи грунта во время движения крупнотоннажных автомобилей. В противном случае может произойти порыв от движения слоев грунта, даже под грунтовыми дорогами. Но, в то же время, запрещено размещать сразу несколько кабелей в одной трубе, в таком случае делается дополнительная прокладка в соседней трубе.

Укладка защитной ленты должна осуществляться из такого расчета, чтобы расстояние от наружной изоляции до ленточной защиты составляло не менее 250 мм. Помимо этого края ленты должны выступать на расстояние не меньше 50мм в каждую сторону над кабелем. А вот в местах пересечений трасы или над кабельными муфтами укладывать ленту категорически запрещается, чтобы защита кабеля не мешала проведению ремонтных работ. Также существует ряд рекомендаций по засыпке траншеи, которые можно увидеть на рисунке 5.

Рис. 5. Укладка ленты над кабелем

Для линий до 1 кВ защита кабеля может осуществляться лишь в местах вероятного повреждения.

Кладка кирпичного слоя для защиты, в отличии от слоя ленты, выполняет не только роль сигнализатора, но и предоставляет реальную защиту от той же лопаты, лома и прочего инструмента или механических воздействий. Но такой способ прокладки регламентирует и ряд особенностей по укладке кирпича. Так, для защиты кабеля, в отличии от кабельных блоков, расположение кирпичей имеет особую технологию. Рассмотрите пример расположения, в зависимости от ширины траншеи на рисунке:

Рисунок 6: Схема укладки кирпича

Источник