Раздел: СТОП-КАДР Тема: Системы видеонаблюдения Автор: Александр ПОПОВ, эксперт
УЗИП для слаботочных сетей – классификация угроз, специфика применения и выбора. Часть 2
Принципы применения и выбора УЗИП Далеко не все устройства и приборы слаботочных сетей требуют первичного питания. В особенности это касается аппаратуры, работающей по технологии РоЕ или сетей сигнализации. Кроме того, в слаботочных сетях очень широко представлена многоканальная аппаратура, и каждое устройство каждого канала требует установки устройств защиты. Как и было указано выше, у какого порта не будет защиты, там все и погорит в случае наводки на линию опасного напряжения. Поэтому все задействованные порты аппаратуры слаботочных сетей требуют установки устройств их защиты. 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. На другом конце линии питания (в ГРЩ) должен быть установлен свой УЗИП следом за УЗИП II класса. Сам коммутатор включен в сеть Ethernet. Поэтому на оба порта Ethernet необходимо установить по УЗИП 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 УЗИП 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 УЗИП 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 вообще исключены какие-либо мощные атмосферные разряды, способные создать в линии первичного питания хоть сколько-нибудь опасные перенапряжения. Тогда можно считать, что УЗИП линии первичного питания, установленный на входе силовой сети непосредственно объекта (в ГРЩ), выполняет роль устройства защиты уже самой линии питания (и только в этом случае), тогда установка дополнительных УЗИП в сети питания непосредственно перед каждым активным устройством не требуется. 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 УЗИП для слаботочных сетей в системе существенно превышает их количество для сетей силовых. И еще принципиальное, если не главное, отличие. 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. 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 линии пройти «бесследно». Какие-то отклонения от идеального сигнала будут иметь место. Вопрос – в допустимости величин таких отклонений применительно к конечной задаче передачи сигнала. 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 УЗИП 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 УЗИП представляют собой сложные электронные устройства и отличаются сравнительно высокой ценой. Все указанные принципиальные отличия совершенно оправданно выделяют УЗИП для слаботочных сетей в совершенно самостоятельный рыночный сегмент. И, прежде всего, по рынку потребления. Введены в действие и отдельные ГОСТы. В частности, ГОСТ IEC 61643-21—2014 «УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НИЗКОВОЛЬТНЫЕ». Ч а с т ь 21. «Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к телекоммуникационным и сигнализационным сетям. Требования к эксплуатационным характеристикам и методы испытаний» и ГОСТ IEC 61643-22—2022 «УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НИЗКОВОЛЬТНЫЕ». Ч а с т ь 22. «Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к телекоммуникационными сигнальным сетям. Принципы выбора и применения». Заметим, что понятие «телекоммуникационные сети» в самом ГОСТе трактуется очень узко. Или наоборот – слишком обобщенно. А именно – как линии связи между «компьютерными рабочими станциями» и «мультимедийными центрами». Любые линии, предназначенные для передачи данных, могут называться телекоммуникационными, в том числе и линии интерфейсов. Поэтому мы и оперируем понятием слаботочных сетей. Пусть и не совсем корректно, но будем относить к слаботочным сетям и линии вторичного питания. Вопросы влияния УЗИП на АЧХ для них не актуальны, но все другие особенности слаботочных сетей полностью справедливы. Сами по себе ГОСТы не очень много дают непосредственно потребителю в плане практических рекомендаций, однако, внимания определенно заслуживают, и на отдельных моментах мы непременно остановимся ниже. Помимо вышеупомянутых, существуют немало и других отличий слаботочных УЗИПов по функционалу, применению, ограничениям и т.д., являющиеся производными от отличий основных. Например, заслуживает отдельного внимания тот факт, что силовые УЗИПы включаются в цепь параллельно, в то время как слаботочные – последовательно. В первую очередь по причине необходимости сохранить АЧХ в максимально первозданном виде. А это означает, что при выходе устройства защиты из строя, обрыва силовой цепи не происходит, а слаботочная цепь обрывается. У такой ситуации есть и преимущества, и недостатки. Если нет отдельной системы сигнализации о выходе из строя силового УЗИПа, линия первичного питания может дальше функционировать, а оборудование, к ней подключенное, окажется незащищенным, и при очередном опасном перенапряжении в линии произойдет его выход из строя. Но если такая сигнализация существует, есть возможность оперативно перейти на резервное питание даже в автоматическом режиме на все время, необходимое для замены УЗИП. Выход из строя слаботочного УЗИПа обнаруживается сразу без отдельной системы сигнализации – линия связи просто перестает функционировать. Однако для оперативного восстановления необходимо заранее иметь запасной УЗИП, а то и резервную линию целиком в зависимости от важности самой линии, а также персонал, способный оперативно выполнить все восстановительные работы. Отдельно необходимо остановиться еще на очень важном моменте – помимо импульсного воздействия различной природы линия может подвергаться и длительному воздействию опасных наводок. Вместе с включенным параллельно линии электропитания соответствующим силовым УЗИП, последовательно в линию непременно включается автоматический выключатель или даже просто плавкая вставка. Есть отдельные устройства защиты, отключающие линию при выходе напряжения в ней за пределы установленного диапазона как по верхней установленной пользователем границе, так и по нижней с автоматическим включением через заданный временной интервал. Как только длительности опасного воздействия становится достаточно для срабатывания такой аппаратуры, работающей на принципе теплового управления, произойдет отключение линии, и сам УЗИП уже не будет под нагрузкой опасного напряжения. Можно сказать, что при правильном построении схемы защиты силовой УЗИП работает только в импульсном режиме с длительностью импульса, достаточной для срабатывания устройств отключения. Слаботочный УЗИП включается в линию сигнала последовательно. Предохранитель в сигнальную линию не поставить (исключение составляют линии вторичного питания, которые мы исключительно условно отнесли к слаботочным) по причине необходимости сохранить АЧХ в пределах допустимых отклонений. Подробному изложению причин можно посвятить не одну отдельную статью, поэтому предлагаем пока принять этот факт на веру. Таким образом, в данном случае УЗИП постоянно находится под воздействием опасного наведенного напряжения в течение всего времени его воздействия. Первой ступенью любого УЗИПа является варистор или разрядник, ограничивающий напряжение воздействия на уровне пробоя на землю. Число таких пробоев что для варистора, что для разрядника отнюдь не бесконечно, зависит и от величины приложенного опасного воздействия, и от частоты срабатываний, и, конечно, от качества исполнения самих таких элементов. Сколько срабатываний выдержит конкретный разрядник или варистор в конкретной цепи, вам точно никто не скажет. При длительном воздействии высоких энергий разрядник слаботочного УЗИПа находится под непрерывной нагрузкой, что является самой неблагоприятной ситуацией для живучести самого разрядника (или варистора) и УЗИПа в целом. Но даже если уровень опасного наведенного напряжения ниже уровня пробоя разрядника, под длительной нагрузкой окажется вторая ступень УЗИПа, выполненная, как правило, на диодах TRISIL. При наличии третьей ступени она также окажется под нагрузкой все время опасного воздействия. Все это неизбежно ведет к деградации элементов схемы УЗИПа во времени. Из этого вывод: если на объекте присутствуют опасные наводки хоть с какой-то регулярностью, отказ слаботочного УЗИПа во времени неизбежен. «Живут» силовые УЗИП гораздо дольше слаботочных В силу того, что опасные атмосферные разряды встречаются существенно реже всевозможных индустриальных наводок и носят исключительно импульсный характер, «живут» силовые УЗИПы в среднем гораздо дольше слаботочных. Это можно отнести к еще одной их особенности. Желание потребителя, чтобы установленный УЗИП «прожил» как можно дольше, естественно. Как можно сравнить однотипное оборудование по этому параметру? Кроме испытаний ничего другого на ум не приходит. Обращаемся к упомянутому выше ГОСТУ IEC 61643-21—2014 «УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НИЗКОВОЛЬТНЫЕ». Ч а с т ь 21. «Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к телекоммуникационным и сигнализационным сетям. Требования к эксплуатационным характеристикам и методы испытаний». И читаем: «Настоящий стандарт содержит ряд условий испытаний и требований, применяемых по усмотрению потребителя…». То есть потребитель сначала должен сам досконально изучить тему, потом сделать подробный анализ всех угроз, связанных с опасными наводками на его объекте, а после этого фактически написать программу испытаний для производителя. Почему производитель должен будет руководствоваться такой программой, а если и согласится, то во что это в конечном итоге обойдется потребителю, на этот вопрос в ГОСТе ответа нет. В реальности потребитель имеет дело с тем оборудованием, которое уже есть на рынке. А в отношении «живучести» УЗИП ГОСТ прямо заявляет: «Вопросы о частоте повреждений УЗИП и их толковании оставлены на усмотрение потребителя…». То есть, даже ГОСТ не может дать однозначных заключений на этот достаточно важный для потребителя вопрос. Значит можно высказать только свои собственные соображения. Пункт 6.2.13 ГОСТа – «Испытания на ограничения импульсного напряжения» – вводит понятия категорий испытаний – А1, А2, В1, В2, В3, С1, С2, С3, D1, D2 (см. таблицу 1). При этом отмечается, что только один импульс формы волны по категории С является обязательным, чтобы УЗИП по результатам испытаний признавался таковым. Все остальные категории не являются обязательными. То есть достаточно испытать устройство импульсом с высокой скоростью 8/20 мкс и током от 1 кА до 5 кА с минимальным числом импульсов – 10, и УЗИП на полном законном основании (на основании официального ГОСТа) будет считаться прошедшим испытания. Подобные испытания пройдет практически любой промышленный УЗИП из представленных на рынке. Однако никакой информации относительно устойчивости устройства к длительной опасной наводке такие испытания не дадут. Категория «D1» предлагает испытания импульсом 10/350 мкс с величиной испытательного тока от 0,5 кА до 2,5 кА и минимальным числом импульсов – 2. УЗИП при данных условиях испытывает существенно большую энергию воздействия, нежели при испытаниях по категории С только коротким импульсом, и можно прогнозировать его относительно высокую устойчивость к воздействию длительных опасных наводок. Однако данная категория обязательной не является, и предлагается проводить испытания по договоренности между производителем и потребителем. Как на практике можно реализовать механизм подобной договоренности, остается загадкой. И кто будет оплачивать такие не обязательные, но достаточно информативные испытания? Если потребитель сочтет подобные испытания актуальными, вероятно, ему предпочтительней обращаться к производителю, имеющему собственную испытательную базу, и поверить протоколу таких испытаний. Возможно, удастся договориться о сравнительных испытаниях аппаратуры других производителей или же такая информация уже имеется у поставщика.
Параметры для выбора УЗИП для слаботочных сетей Наиболее значимые параметры 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. Все эти параметры есть и в ГОСТе IEC 61643-22—2022. В ГОСТе перечислены параметры, способные влиять на характеристики передаваемого по слаботочным линиям сигнала. Какие из них должны быть указаны в перечне обязательных параметров конкретных УЗИПов, при этом не уточняется. Да и должный уровень знаний у массового потребителя того, как такими данными распорядиться, вызывает сомнения. Гораздо информативнее и проще представить АЧХ сигнала после прохождения через УЗИП (Рисунок 3. УЗИП с АЧХ на этикетке). Действительно актуальная информация представлена в п. 5.3 – «Требования к механической части». Появились конкретные и обязательные требования к корпусу устройства, в частности, к его огнестойкости, к электрическим и механическим соединениям, а также к применяемым материалам. Раньше все подобные требования реализовывались каждым производителем по своему собственному усмотрению и представляли первостепенные моменты ценовой конкуренции, нередко создавая настоящие проблемы и для монтажников, и для потребителя во времени.
Защищать или не защищать? Пункт 6 ГОСТа совершенно здраво предлагает потребителю оценить необходимость применения с точки зрения всестороннего анализа рисков при отсутствии защиты, а не столь популярного нынче ценового сравнения УЗИПа и защищаемого оборудования. Например, необходимость защиты дорогого сервера от последствий возникновения опасных напряжений на портах, как правило, сомнений не вызывает. Зато нередко стоимость устройства защиты датчика в шлейфе сигнализации может превышать цену собственно датчика, и потребитель на основании этого может отказаться от подобной защиты. При этом реальные угрозы и/или убытки от отказа даже одного шлейфа сигнализации могут оказаться фатальными. Точное соответствие конкретного УЗИПа всем возможным актуальным потребительским требованиям неизбежно влияет на конечную цену изделия. И поэтому конкретные модели УЗИПов одного назначения могут отличаться по цене в разы, при этом в соответствии с вышеупомянутым ГОСТом, имея полное право таковыми называться. Оценка же актуальности применения исключительно по ценовому фактору без анализа всех возможных последствий выхода из строя аппаратуры может привести к убыткам совершенно других порядков, нежели расходы на защитные устройства.
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них. Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!

Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 0  (голосов: 0)
Ваша оценка: