Автор: Александр ПОПОВ, компания «ТАХИОН»
Защита от импульсных перенапряжений – свидетельство компетентности «слаботочника»
Как всегда, никаких заумностей, никаких сложных формул и выкладок. Все на уровне общего понимания и курса средней школы. А идея статьи возникла в связи с совершенно реальным случаем. Как-то после летней грозы моя соседка по даче пожаловалась, что у нее «сгорел» телевизор. Ну, «сгорел» – это общее понятие. Вышел из строя некий входной блок. Но блок стоит 13 000 рублей. Я еще очень удивился – что же за блок по такой цене? Как оказалось, я просто был не в курсе, каков сам телевизор. А телевизор оказался с диагональю около 2 метров. Хороший телевизор. Но у меня и еще вопросы сразу появились – у соседки на доме спутниковая антенна. Установлена непосредственно на стене. Наводиться не на что. Есть цифровая приставка для приема эфирного телевидения. Через нее можно чуть ли не на «гвоздь» принимать ТВ-сигнал – никто уже не строит огромные мачты. Любое дерево вблизи дома выше этой антенны в несколько раз. Да, и сама приставка цела. Должна была сгореть в первую очередь. И тут выясняется, что соседка подключила себе интернет. Спрашиваю: «А что с роутером?». Оказывается, роутер сгорел весь целиком и сразу. Спрашиваю, а предлагали ли эти чудо-монтажники дачного интернета какую-нибудь защиту? Конечно, ничего они не предлагали. Притащили какие-то провода и установили роутер. А к роутеру уже подключили телевизор. Удивление соседки вызвал тот факт, что никакая молния никуда даже поблизости не попадала. Были у нас в садоводстве случаи и прямых попаданий. И именно в огромные мачты телевизионных антенн, когда у хозяев сгорел не то, что телевизор, а вся кухня целиком, где этот телевизор стоял. Было прямое попадание в соседские ели огромной высоты. Ели заполыхали, как свечки, несмотря на проливной дождь, а нам оставалось только поливать водой наш находящийся рядом сарай до приезда пожарных. Итак, разбираемся. К роутеру откуда-то со столба приходит кабель UTP. Как там и что организовано дальше, уже не особенно важно. Есть приличной длины провод. И по нему реализована линия Ethernet. В массовом общечеловеческом понимании именно гроза (а то и молния) каким- то образом попадает в провод и по нему «сжигает» все на своем пути. Да, имели место случаи, когда из розеток на самом деле вылетали искры. Оттого и надлежит при грозе отключать электроприборы, выдергивая вилки из розеток. Но это совсем не молнии вылетали. Наперед скажем, что, если б молния действительно попала в кабель или очень близко от него, интернета бы, конечно, не стало, но очень возможно, что уцелели бы и роутер, и телевизор. Сам кабель UTP явился бы защитой – при наведенном в нем токе более 5 – 8 кА произошли бы просто спекание кабеля и короткое замыкание в линии. Дальше места поражения ток бы не пошел. А имеем в данном случае в чистом виде импульсное опасное наведенное напряжение в линии. НАВЕДЕННОЕ – это важно сознавать, чтобы оценивать всю степень опасности.
Как и обещал, только из курса средней школы. Помните опыт на уроках физики? Есть кольцо из проводника, которое замыкается через неоновую лампочку (лампочка включена в цепь кольца). И кольцо это проводят вверх-вниз между полюсами магнита. В результате лампочка загорается. Чем быстрее проводят, тем ярче загорается лампочка. Суть опыта: в проводнике, находящемся в переменном магнитном поле, наводится ЭДС (электродвижущая сила). На этом замечательном свойстве основана работа генератора, вырабатывающего для нас с вами электричество – обмотки генератора вращаются в электромагнитном поле.
Теперь школьный опыт переносим на наш случай. Внешнее переменное электромагнитное поле наводит в линии связи ЭДС, вызывающую прохождение тока в линии, что приводит к возникновению разности потенциалов на ее концах. Величина этой разности потенциалов Uопасн. зависит от протяженности участка воздействия (L) и напряженности (E) электромагнитного поля от внешнего источника. Так влияние расположенных параллельно линиям связи высоковольтных линий характеризуется большой протяженностью участка воздействия, хотя напряженность поля может быть сравнительно невысокой; для атмосферных разрядов картина противоположная – очень высокая напряженность при относительно малом участке воздействия. Наведенная ЭДС от грозового разряда (именно наведенная, а не от попадания молнии в линию) может достигать и 5кВ (5 000 Вольт). Вот тогда и вырываются языки пламени из розетки. Но это все вещи достаточно редкие. К тому же, хорошо известные энергетикам, осуществляющим монтаж силовых электросетей. Они в курсе защитных устройств и никогда на свой страх и риск не будут ими пренебрегать. В курсе всей физики процесса, а также организации защиты и телефонисты, постоянно и уже очень давно имеющие дело с длинными линиями связи. И вот здесь уместно будет проанализировать опасность величин этих наведенных напряжений для подключаемой к линии аппаратуре. Длительность грозового разряда составляет 50 мкс. Если наводка на линию 220 В составит вольт 40-60 в течение 50 мкс, то ощутимого урона для какого- нибудь холодильника, пылесоса или электроплиты не произойдет. Скорее всего, вы просто не заметите воздействие такого импульса. Справится с подобными импульсными превышениями и ваш телевизор, имеющий на входе блок питания, который все это благополучно «проглотит». Для аппаратуры, подключаемой к силовым линиям, реально опасные величины импульсов достаточно велики. И создать такие большие наводки «по силам» зачастую исключительно атмосферным разрядам. Вот почему традиционно устройства защиты от импульсных перенапряжений для силовых линий носят название устройств грозозащиты. Но в последние пару десятков лет нас буквально опутали слаботочные линии. И в первую очередь (по применяемости), конечно линии Ethernet во всем многообразии. А для массового обывателя – весь проводной интернет в первую очередь. Оптоволоконных линий все это не касается – никакой ток по оптоволокну не протекает. А номинальное напряжение для линии того же Ethernet – 5В. И если наведется на линии всего-то 5 В (а не 40-60, как упоминалось выше), это будет уже двухкратное превышение номинального напряжения. А наведенное напряжение в 40-60В, которое не заметит оборудование в силовой сети, слаботочное оборудование просто «убьет». Вот отсюда и недоумение пользователей – особой грозы-то и не было, а телевизор сгорел. Чтобы навелось опасное для слаботочных систем напряжение, никакой особо страшной грозы и не требуется. Тем более, если участок воздействия (тот самый провод, что идет «откуда-то со столба») имеет приличную длину. А он может быть и 100 метров. Да, и вообще, потребителю может быть неизвестно, как организована вся сеть. Помним, что наводимая ЭДС пропорциональна протяженности участка воздействия. Особой напряженности поля может и не потребоваться для опасной наводки, исчисляемой единицами вольт. Если гроза в принципе была в районе, это уже очень опасно для слаботочных систем, не имеющих специальной защиты от импульсных перенапряжений. Но, более того, никакой грозы может вообще не понадобиться, чтобы создать в линии опасную наводку. Помимо атмосферных разрядов опасность для слаботочных систем будут представлять: • высоковольтные линии передачи, расположенные параллельно линиям связи; • контактные сети электрифицированных железных дорог; • сети городского электротранспорта; • электросварочные установки; • близко расположенные радиотехнические передающие, локационные и другие установки.
Как видим, причин, помимо грозы, больше, чем достаточно. И, самое главное, есть риски, которые невозможно заранее спрогнозировать. А посему, все подключаемое оборудование должно иметь защиту. И настоятельно рекомендуется забыть сам термин «грозозащита», чтобы не увязывать опасность исключительно с этим, на самом деле, достаточно редким для основной массы потребителей явлением. Защищаться надо именно от опасных наведенных напряжений безотносительно природы их возникновения, поскольку для слаботочных сетей уровень самих опасных напряжений достаточно мал в сравнении с силовыми. И появление наводок такого уровня на линиях, скорее, правило, нежели исключение. А теперь вспомните все эти объявления на столбах в садоводствах и коттеджных поселках, а то и просто на деревьях аллей: «Высокоскоростной интернет», «Интернет на даче», «100 мбт/с дешево». Ну, а дачник наш выберет, конечно, тот, что подешевле. А есть ли в предложении в принципе защитные устройства? И объяснил ли кто кому, почему они необходимы, и чем грозит их отсутствие? Какие риски берет на себя тот, кто реализовал для вас такие предложения? Поэтому очень советую внимательно ознакомиться с перечнем оборудования, предлагаемого в рамках такого предложения и оценить компетентность фирмы- инсталлятора именно по тому, как реализуется защита слаботочных цепей. Да, при наведенном токе в 5-8 кА подводимый кабель должен в прямом смысле сгореть – сгорит изоляция, произойдет замыкание линии, тем самым перекрыв распространение опасного тока к аппаратуре. При меньшем токе линия останется цела, но должна стоять аппаратура защиты, которая с этим опасным для оборудования импульсом справится – отведет его на землю, не допустив попадания на вход собственно оборудования. Грамотный инсталлятор просто не будет строить такие цепи без надлежащей защиты. А принимая работу, стоит не ограничиваться осмотром, как идут провода от ближайшего столба к дому, а проверить, как реализовано заземление защитной аппаратуры. Иначе риски весьма ощутимых убытков более чем реальны.
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru