Выпуск #6/2011
Д.Терентьев
Аварии на объектах связи. Причина – опасные электромагнитные влияния. Часть 4
Аварии на объектах связи. Причина – опасные электромагнитные влияния. Часть 4
Просмотры: 3323
Защита от перенапряжений, как область техники, имеет очень интересную особенность. Многие специалисты с электротехническим образованием считают, что ничего сложного здесь нет – ведь значительная часть терминологии, физических моделей и математического аппарата основаны на институтских курсах физики и электротехники. С другой стороны, возникновение и характер электромагнитных помех, а также реакция технических систем на их воздействия могут зависеть от множества факторов, которые часто трудно или даже невозможно определить. Именно поэтому при решении задач по молниезащите, защите от помех и электромагнитной совместимости часто возникают ситуации, которым, как может показаться, нет рационального объяснения (пример 4 в части 3).
Мир молний полон неразгаданных тайн. Достаточно сказать, что существуют около 200 теорий, объясняющих природу шаровой молнии, но ни одна из них не получила абсолютного признания. Мы используем в качестве надежного инструмента методы теории вероятности и математической статистики, но иногда происходят и невероятные события. Так, американский лесничий Рой Кливленд Салливан в период с 1942 по 1977 годы был семь раз поражен молнией [35]. В связи с этим он получил прозвище "человек-громоотвод" и был занесен в Книгу рекордов Гиннеса.
• В 1942 году молния ударила Роя в ногу, когда он находился на пожарной башне, при этом оторвался ноготь на большом пальце;
• в 1969 году в результате удара молнии во время езды по горной дороге Рой остался без бровей и потерял сознание;
• в 1970 году очередной удар молнии привел к травме левого плеча, руку при этом парализовало. Это произошло на лужайке его собственного дома;
• в 1972 году из-за удара молнии на территории административного здания лесничества загорелись волосы Салливана. После этого случая он всегда возил с собой емкость с водой;
• 7 августа 1973 года молния ударила в голову Роя, когда он ехал в машине по территории вверенного ему леса. От удара снова загорелись волосы, лесника выкинуло из машины и с ног сорвало обувь;
• 5 июня 1976 года шестой удар молнии привел к сильной травме лодыжки на территории палаточного лагеря;
• 25 июня в 1977 года молния отправила Роя Салливана на больничную койку с ожогами грудной клетки и живота. Рой всего лишь хотел порыбачить.
Досталось и его жене, которая тоже получила удар молнией, когда развешивала белье. Люди стали избегать Салливана из-за страха быть пораженными молнией заодно с ним. И все-таки погиб он не от молнии, а покончил с собой в возрасте 71 года выстрелом в живот – как сообщается, из-за неразделенной любви.
Согласно статистике, вероятность поражения человека молнией в течение жизни составляет 1:3000. Таким образом, математическая вероятность произошедшего с Салливаном составляет 1:30007, то есть примерно 5.10-26. Конечно, род занятий Салливана, связанный с постоянным пребыванием на природе, делал поражение молнией несколько более вероятным.
Есть и другие необъяснимые с сугубо материалистической точки зрения факты, которые даже заставляют некоторых исследователей предполагать у некоторых электромагнитных явлений наличие интеллекта. Однако вернемся от загадочных явлений к тем, для понимания сути которых достаточно знания законов физики.
Какие грозы помнит линейный инженер?
Весной 1996 года в Гатчинском РУС Ленинградской области на большей части регенераторов ЦСП ИКМ-30 и ИКМ-15 были установлены модули защиты. В результате число отказов аппаратуры существенно снизилось. Казалось бы, все очевидно. Но польза от применения устройств защиты еще какое-то время была сомнительной для ряда руководителей – просто "Гатчинский район стали обходить грозы". Конечно, грозы все-таки были, но как крестьянину гроза запоминается гораздо лучше, если у него сгорел стог сена, так и связисту – если вышло из строя оборудование и был перерыв связи. Связь работала – значит, гроз не было.
Понадобилось несколько лет, чтобы польза средств защиты стала очевидной. Только в начале 2000 года началась массовая установка устройств защиты типа МЗСП-Е1 (модуль защиты систем передачи Е1) на зоновой сети в Ленинградской и Новосибирской областях. В результате число повреждений регенераторов из-за воздействия молний и коммутационных помех от высоковольтных ЛЭП снизилась в ОАО "Ленсвязь" в 10 раз, в ОАО "Электросвязь" Новосибирской области – в 7 раз [36].
Меня однажды попросили объяснить, почему десяток сильных гроз в районе прокладки кабельной линии никак на нее не повлияли, а в сентябре несколько раз громыхнуло, и линия встала – вышли из строя сразу три регенератора. Попробую дать ответ.
Рассмотрим простой случай – межоблачный разряд над участком, где в грунте проложен изолированный проводник (рис.10). В соответствии с законом электромагнитной индукции, ЭДС, индуцируемая в проводнике током i, протекающем в другом проводнике, прямо пропорциональна изменению силы тока:
e = – M . di/dt,
где М – коэффициент взаимоиндукции, определяющий взаимную индуктивность проводников.
От чего зависит эта ЭДС? Пусть разряд молнии параллелен поверхности земли и проходит по прямой линии, трасса кабеля также прямолинейна (см. рис.10). Тогда коэффициент взаимоиндукции М определяется такими величинами, как длина трассы прокладки проводника, на которую воздействует удар молнии (L); расстояние от канала молнии до поверхности земли (H); угол между проекцией канала молнии и трассой прокладки (α), при изменении которого от 0 до 90⁰ М изменяется от максимального значения до нуля. Даже если и принять эту крайне упрощенную модель, то придется учесть конструкцию кабеля, удельное сопротивление грунта, сопротивление заземляющих устройств регенераторов. Амплитуда тока молнии может изменяться от единиц до сотен килоампер, время разряда находиться в пределах 5–100 мкс, в одном канале может быть несколько повторных разрядов и т.п. Причем модель описывает случай, когда воздействие происходит через электростатическую и электромагнитную индукцию. Гораздо опаснее удары молнии в землю рядом с кабелем, и модель их влияния еще сложнее.
Вывод: субъективная оценка опасных влияний (например, число и яркости молний, гром, личные впечатления) не должна приниматься в качестве основного критерия при оценке причин повреждений и электромагнитной безопасности. Безусловно, корреляция между впечатлением и реальным положением дел присутствует и возрастает с ростом квалификации наблюдателя – но тогда субъективная оценка становится мнением эксперта.
Защита от перенапряжений: принципы
Какая цель ставится при проведении мероприятий по защите? Чтобы получить руководство к действию, надо представить мероприятия по защите как некий оператор, преобразующий электромагнитные воздействия по определенному правилу. Под мероприятиями по защите понимается не только установка защитных устройств, но и создание системы уравнивания потенциалов, правильный монтаж, методы эксплуатации и т.п.
Мероприятия по защите снижают опасные влияния до допустимого уровня (рис.11). При этом допустимые уровни заранее известны и обычно зависят от стойкости оборудования, которая определяется стандартами, оговаривается в технических условиях и проверяется при сертификационных испытаниях. Значит, следует определить множество опасных влияний, от которых необходима защита. Таким образом, мероприятия по защите являются функцией множества ожидаемых опасных воздействий и уровней воздействий, безопасных для оборудования. На практике обязательно также учитываются вероятностные характеристики опасных влияний, стоимость мероприятий по защите и требования к надежности функционирования оборудования.
В качестве примера приведем защиту цепей питания оборудования связи переменным током. В соответствии со стандартом [37], оборудование проводной связи должно выдерживать воздействие импульсов с фронтом 1 мкс и длительностью 50 мкс и с амплитудой в цепях электропитания по схеме "провод-земля" – до 2 кВ, в цепях электропитания по схеме "провод-провод" – до 1 кВ. В зависимости от ожидаемого уровня воздействий необходимо применить разные решения: при защите от коммутационных помех или наводок от ударов молнии установить устройства защиты от импульсных помех (УЗИП) только III класса. Если вероятны прямые удары молнии в антенно-мачтовые сооружения или при силовом вводе воздушной ЛЭП может потребоваться полный комплекс мероприятий по защите в соответствии с зоновой концепцией защиты [38, 39].
Опасные влияния на системы связи можно разделить на две группы: импульсные помехи и сверхтоки. Встречаются (к счастью – не часто) помехи, которым одновременно присущи и высокое напряжение, и длительное воздействие. Такое крайне опасное сочетание возникнет, если провод высоковольтной ЛЭП под напряжением соединится с проводами линий связи – например, при грубых нарушениях правил строительства и эксплуатации линий связи. Но они редки и более характерны для крупных энергетических объектов. Обычно связисты сталкиваются со значительно более мягким вариантом такого "смешанного" типа влияний, когда кабель связи проложен прямо под опорами высоковольтной ЛЭП (эти случаи мы рассмотрим в последующих публикациях).
Защита от сверхтоков
Источником сверхтоков обычно служат электроустановки и электрифицированные железные дороги. При значительно меньшем уровне напряжения их воздействие дольше: попросту говоря, если в кабель связи попало постороннее напряжение – это надолго. Именно воздействие сверхтоков привело к пожарам, которые были описаны в предыдущих частях статьи.
Сосредоточимся на борьбе со сверхтоками только в линиях связи. В отличие от импульсных помех, уровень опасных токов обычно близок к максимальным рабочим токам оборудования. Например, ток порядка 110–120 мА, протекающий через абонентский комплект цифровой АТС, может привести к повреждению. Рабочий же ток в зоне прямого питания (если телефон установлен в соседнем с АТС здании) может достигать 45–50 мА.
Для линий связи устройства защиты от сверхтоков работают по тепловому принципу – при протекании тока происходит нагрев элемента, благодаря чему плавится припой и освобождается пружина в термокатушке, перегорает предохранитель, переходит в высокоомное состояние позистор и т.п. Позисторы постоянно совершенствуются и являются основными элементами токовой защиты в системах проводной связи. Но даже позистор, перед тем как сработать, должен нагреться – на что нужно время. Для быстрого срабатывания позистора ток, протекающий через него, должен значительно превышать максимально допустимый рабочий ток. Поэтому приходится балансировать на тонкой грани между эффективностью защиты и возможностью срабатывания позистора от рабочего тока.
Пример 6
Заказчик поставил задачу обеспечить максимально эффективную защиту новой цифровой АТС от сверхтоков, для чего в модули кроссовой защиты были установлены керамические позисторы с максимально допустимым рабочим током 50 мА. Защита была установлена в кросс 7 марта. Через несколько дней в бюро ремонта стали поступать заявки о повреждении: по словам абонентов, сначала был слышан треск, слышимость ухудшалась, затем соединение прерывалось. Так как заявка делалась обычно с "неисправного телефона", контрольное соединение и измерения повреждения не выявляли – повреждения как бы и не было. Особо настойчивым абонентам задавался вопрос: "а телефон у вас сертифицирован"?
Примерно через месяц руководство районного узла связи поняло, что проблема реально существует и обратилось к фирме, поставившей защиту – т.е. к нам. Выявилась странная закономерность: жалобы поступали от небольшой группы абонентов, объединенной тремя общими признаками:
• все они жили рядом с зданием узла связи;
• они приобрели недавно завезенные в город дешевые китайские телефоны;
• все пострадавшие абоненты любили долго разговаривать по телефону, нарушения связи наступали через 10, 20 или даже 30 минут разговора.
Выяснилось, что сопротивление этих телефонов при снятой трубке было очень мало (порядка 100 Ом). В результате позистор находился в граничном режиме, постепенно увеличивал сопротивление и затем переходил в непроводящее состояние. Проблему решили заменой модулей защиты с позисторами на 80 мА на небольшой части плинтов. Та же самая проблема, но в значительно меньшей степени, присутствует и у полимерных позисторов, поэтому в своей линейке кроссовой защиты мы применяем в качестве стандартного варианта элементы с максимальным током 55 мА, и 80 мА – по заказу. Более детально вопросы элементной базы для защиты рассмотрены в работах [40–42] – они не только интересно и грамотно написаны, но и доступны в сети.
Кроме элементов защиты, принцип действия которых основан на пробое газового промежутка (разрядники), тепловом пробое pn-переходов (варисторы, тиристоры, стабилитроны и т.п.), изменении характеристик материала при нагревании (позисторы), существуют элементы защиты, принцип действия которых – размыкание линии связи полупроводниковым ключом. Реализация такого принципа стала возможной с появлением транзисторов со стабильными характеристиками, низким сопротивлением в открытом состоянии и стойкостью к высокому (сотни вольт) приложенному напряжению – в закрытом. Такие транзисторы стали доступны только 10–15 лет тому назад. Первый элемент на подобном принципе ЭТЗ (элемент токовой защиты) был разработан группой специалистов из Орла и Санкт-Петербурга и производился фирмой "Синтэк" [43–46]. Второй – через несколько лет после этого фирмой Bourns (США) [47], элемент получил название TBU и серийно выпускается. ЭТЗ разрабатывался как моментально действующий элемент для защиты от сверхтоков, принцип работы TBU основан на размыкании линии при прохождении по ней импульсной помехи.
К сожалению, сейчас ЭТЗ не производится, так как российский рынок имеет слишком низкую емкость для того, чтобы организовать крупносерийный выпуск этих микросхем, а условия для производства и экспорта высокотехнологичной продукции в России несравнимы с любой экономически развитой страной.
Нельзя не упомянуть о том, что устройства защиты не должны оказывать влияния на режимы работы систем связи и электропитания. Поэтому при разработке, производстве и выборе устройств защиты должны учитываться не только параметры ожидаемой помехи, но и рабочие токи и напряжения, спектр передаваемых в линии сигналов. С ростом скорости передачи в линиях связи измерения электрических параметров стало недостаточно. Так, в НПО "Инженеры электросвязи" при разработке устройств защиты для современных систем цифровой передачи (в том числе – Ethernet) проводятся измерения их влияния на скоростной потенциал линии [48].
Защита от импульсных помех
Импульсные помехи имеют высокую амплитуду и короткую продолжительность. Их причиной служат наводки от ударов молнии, переключений на высоковольтных ЛЭП, резкие изменения нагрузки в электросетях. Наиболее мощной импульсной помехой является прямой удар молнии. Обращаю внимание на два важных момента, справедливых как для цепей передачи информации, так и электропитания:
• энергия импульсных помех (за исключением прямых ударов молнии) относительно невелика;
• задачу защиты от импульсных помех значительно облегчает тот факт, что рабочее напряжение и максимальное безопасное для оборудования напряжение значительно различаются, а такие устройства защиты, как разрядники, варисторы, полупроводниковые элементы достаточно резко переходят в проводящее состояние при превышении порога срабатывания.
Устройства защиты от импульсных помех – это часть системы уравнивания потенциалов. Такой вывод можно сделать, если внимательно изучить литературу по технике защиты от перенапряжений, хотя подобная формулировка нигде не встречается. Мне понадобилось семь лет работы в этой области, прежде чем я смог сформулировать для себя этот принцип [49]. В результате пути решения многих проблем стали очевидны, удалось просто объяснить решения, найденные интуитивным путем.
Представим различные защищаемые объекты – плату ТЭЗ, статив, объект связи в целом – в виде "черного ящика" (рис.12). К нему подключается по крайней мере одна линия передачи информации, одна линия электропитания и токопроводящие элементы, имеющие нулевой электрический потенциал. Элементы с нулевым потенциалом на плате – это дорожки и контакты разъемов, в стативе к ним добавляются металлоконструкции (корпус). На объекте связи элементы с нулевым потенциалом – это система уравнивания потенциалов, к которой подключены остальные элементы, вплоть до дорожек "земли" на плате.
Для простоты представим, что данные и электропитание передаются по однопроводным линиям (а и b, соответственно), система также имеет "общую точку" (с) – металлический конструктив ТЭЗ, металлический статив, систему уравнивания потенциалов узла связи.
Пусть имеется набор импульсных перенапряжений с определенными значениями амплитуды, длительностями и формами импульсов, которые могут привести к выходу системы из строя. То есть мы можем любой технической системе поставить в соответствие набор значений напряжений Ua-b, Ub-c, Uc-b, при воздействии которых она выходит из строя.
Чтобы защитить техническую систему от импульсных помех, необходимо уровнять потенциалы всех токоведущих частей, для чего их необходимо соединить. К системе уравнивания потенциалов здания мы подключаем водопроводные трубы, оболочки кабелей, короба вентиляции, корпуса оборудования и т.д. Но нельзя напрямую соединить с ней провода кабелей связи и электропитания. Для этого применяются устройства защиты от импульсных помех (УЗИП), которые, не нарушая режимов передачи информации и электроэнергии, при определенном уровне разности потенциалов начинают пропускать через себя ток уравнивания потенциалов. Отсюда вывод: устройства защиты от импульсных помех являются частью системы уравнивания потенциалов. Два следствия из него:
• УЗИП бесполезны (не эффективны), если система уравнивания потенциалов отсутствует или не обеспечивает низкого сопротивления на высоких частотах между точками подключения к ней;
• УЗИП бесполезны, если они не подключены к системе уравнивания потенциалов или подключены неправильно.
Заземление или уравнивание потенциалов?
До сих пор в этой части статьи мы ни разу не использовали слово "заземление". А может ли быть защита от перенапряжений, вплоть до ударов молнии, без защитного заземления? Да, может. Представим себе узел связи, у которого нет не только заземления, но и вообще контакта с землей – например, дирижабль или самолет с ретранслятором. Удары молнии в летательные объекты – обычное дело, там есть и устройства защиты, и система уравнивания потенциалов, в качестве которой используется металлическая оболочка. Однако при приземлении самолета его подключают к заземляющему устройству. То есть в самом общем случае заземляющее устройство служит для уравнивания потенциалов земли и системы уравнивания потенциалов объекта.
Ни в коей мере не отрицая важность заземляющих устройств для электробезопасности, защиты от перенапряжений и ЭМС в целом, отметим, что иногда приходится решать вопросы защиты при невозможности подключения к заземлению (если организована изолированная система уравнивания потенциалов [28]), или просто при его отсутствии.
Устройства защиты как часть системы уравнивания потенциалов
Рассмотрим достаточно распространенный пример построения системы защиты на АТС (рис.13). Абонентские линии входят в кросс, где к ним параллельно подключаются газоразрядные элементы, установленные в кассетах в кроссовой стойке. Далее кабель абонентской линии по кабельросту (несущий кабельный лоток из стали) проходит до стойки цифровой АТС. Конструктив кросса соединен с главной шиной заземления (ГШЗ). Кроме того, к нему присоединен (механически, как правило – прикручен) кабельрост, который другим концом прикреплен к стативу цифровой АТС. Статитв АТС также соединен кабелем с ГШЗ. Для нас принципиально, что газоразрядные элементы защиты подключены к шине заземления по схеме: контакт заземления кассеты – монтажная скоба – металлический конструктив кросса – кабель заземления – ГШЗ. В свою очередь, общая точка (земля) аппаратуры абонентского комплекта АТС соединена с главной шиной заземления по схеме: статив АТС – кабель заземления – ГШЗ. Кроме того, каркас кросса и статив АТС связаны между собой кабельростом.
Возможны два варианта воздействия импульсной помехи на абонентский комплект АТС: бросок "потенциала земли" и помеха в линии связи. Хотя механизмы их возникновения и воздействия различны, для понимания достаточно ограничиться последним, причем рассмотрим только один провод линии связи.
При попадании высокого напряжения задача системы защиты – обеспечить низкую разность потенциалов между входом абонентского комплекта и его общей точкой. Когда импульс высокого напряжения поступает в провод абонентской линии, в газоразряднике загорается дуга, через него течет ток уравнивания потенциалов между линией и стативом АТС по следующей цепи: провод линии связи – разрядник – контакт заземления кассеты – монтажная скоба – металлический конструктив кросса. Далее ток распространяется по двум основным цепям:
• кабель заземления кросса – ГШЗ – кабель заземления АТС – статив АТС;
• кабельрост – статив АТС.
В теории сопротивление всех этих цепей должно быть близким к нулю. Тогда при попадании на абонентскую линию высоковольтной помехи разность потенциалов на входе абонентского комплекта и на стативе АТС будет определяться падением напряжения в газоразряднике и не превысит предельно допустимый уровень (токи выравнивания потенциалов не приведут к дополнительным падениям напряжения на различных участках этой цепи). Но на практике ситуация совсем иная.
Разность потенциалов между проводом абонентской линии и общей точкой абонентского комплекта АТС (с точки зрения цепи выравнивания потенциалов) будет определяться суммой падения напряжений на дуге в разряднике (порядка 10–30 В, в зависимости от тока, при установившемся режиме), в конструктиве кросса и на элементах цепи от конструктива кросса до статива АТС.
Уже из описания цепей выравнивания потенциалов на рис.13 видно, что они составлены из различных элементов и различных материалов (кабели, элементы конструктива, кабельросты в качестве проводников и т.п). Если пройти по цепочке соединений от разрядника до болта заземления кросса, то при непрофессиональном монтаже с применением подручных материалов весьма вероятно, что где-то контакт будет плохим (если не рассматривать случай, что его вовсе нет). Уже один этот факт способен привести к существенному падению напряжения в зонах плохих контактов, т.е. никакого выраванивания потенциалов не произойдет.
Кроме того, при анализе импульсных помех нельзя забывать о реактивной составляющей сопротивления цепей, т.е. по крайней мере о собственной индуктивности проводников. Она зависит от материала и конструкции проводника – в частности, индуктивность проводника из меди или алюминия (не ферромагнетики) на три порядка ниже, чем стального. Только по этой причине кабельрост едва ли эффективен как проводник в цепи уравнивания потенциалов. Подробно этот вопрос рассмотрен в работе [50], отметим лишь, что если подключение кросса к системе уравнивания потенциалов выполнено так, как показано на рис.13, индуктивное сопротивление цепи выравнивания потенциалов может оказаться значительно большим, чем сопротивление проводов абоненткой линии от плинта до абонентского комплекта АТС.
Таким образом, чтобы защитить аппаратуру АТС от воздействия импульсной помехи, необходимо, чтобы сопротивление цепи протекания тока уравнивания потенциалов от разрядника и до статива АТС было сопоставимо с сопротивлением жилы кабеля абонентской линии (лежащего на кабельросте). Чтобы этого достичь, достаточно соединить кросс со стативом АТС медным проводником по кратчайшему пути (рис.14). Именно такой способ монтажа описывается в инструкциях по монтажу рядя типов АТС (например, EWSD фирмы Siemens).
Пример 7
В 2004 году к нам поступила рекламация на устройства защиты: после их установки повреждаемость оборудования АТС практически не снизилась по сравнению с прошлым годом и составила к середине июля более 10 ТЭЗ абонентских комплектов при общей емкости порядка 6 тыс. портов. Для выяснения причин пришлось срочно выехать на место.
Как обычно, выявилось довольно много причин для отказов. И грозовая активность в месте установки оборудования была в три раза выше, чем в расположенном в двух часах езды центре региона, и линейные сооружения связи находились в ужасном состоянии, какая-либо защита в кабельных ящиках отсутствовала. При этом большинство линий было выполнено проводами на изоляторах или подвесными кабелями, как часто бывает в южных районах при малоэтажной застройке. Но как всегда, была и основная причина.
Монтаж кросса был выполнен, как показано на рис. 13. При этом нас уверяли, что кабельрост обеспечивает хорошее электрическое соединение между кроссом и стативом АТС. Он был собран из окрашенных секций и просто лежал на окрашенном стативе АТС. Чтобы померить сопротивление, соскребли немного краски на кабельросте и на корпусе АТС, подключили тестер. Расстояние между точками подключения – сантиметров 20. Измерить сопротивление не удалось, вместо него измерили напряжение – 3,5 В! Его источник мы искать не стали, но было абсолютно ясно, что при мощных импульсных помехах разность потенциалов достигает величины, достаточной для повреждения оборудования. Проблема была решена соединением кросса и статива АТС медным кабелем, как показано на рис.14. Поставленный диагноз и выбор метода лечения оказались точными – в течение трех последующих лет отказов не было.
Однако в моей практике было несколько случаев, когда после всех описанных действий повреждения случались значительно реже, но продолжали происходить, причем их характер менялся.
Пример 8
АТС обслуживала коттеджный поселок, в котором малопарные кабели были подвешены на столбах и стойках. Выход из строя абонентских комплектов во время гроз очень беспокоил оператора, по его просьбе для определения причин мы командировали туда специалиста. Причина была аналогична описанной выше. После проверки контактов и соединения кросса и АТС кабелем напрямую повреждаемость резко сократилась, однако изменился характер повреждений: стали выходить из строя источники вторичного электропитания на ТЭЗ АК, а также элементы, к которым подключались цепи питания.
Вспомним наш "черный ящик" (см. рис.12): мы уменьшили разность потенциалов между проводами линий связи и стативом АТС ниже опасного уровня, одновременно увеличив разность потенциалов между стативом АТС и проводами ЭПУ постоянного тока. Для того чтобы уменьшить ее, оказалось достаточно установить УЗИП на входах электропитания АТС, после чего повреждения прекратились.
Продолжение следует
Литература
35. Салливан, Рой. – www.ru.wikpedia.org.
36. Терентьев Д.Е., Шорин О.В., Краснопольский Н.И. Защита оборудования линейного тракта систем передачи. – Вестник связи, 2001, №4, www.commeng.ru.
37. ГОСТ Р 50932-96. Устойчивость оборудования проводной связи к электромагнитным помехам. Требования и методы испытаний.
38. IEC-1024-1 (1990-03). Защита сооружений от удара молний. Часть 1. Общие принципы.
39. IEC-1312-1 (1995-02). Защита от электромагнитного импульса молнии. Часть 1. Общие принципы".
40. Курышев К.Н. Элементы защиты по току и напряжению Raychem Circuit Protection в телекоммуникационных цепях. – Компоненты и технологии, 2005, №4,
www.konkurel.ru
41. Курышев К.Н. Все, что вы хотели узнать о PolySwitch, но боялись спросить. Компоненты и технологии, 2006, №3, www.konkurel.ru.
42. Родионов М.Г. Введение в технику защиты от перенапряжений/В сборнике [20]. –
www.commeng.ru
43. Свидетельство на полезную модель №18031, Зарегистрировано 10.05.2001. Устройство токовой защиты. Авторы: Терентьев Д.Е., Цейтин А.Г.
44. Заявка № 2005106970/09 от 10.03.2005. Устройство защиты от токовых перегрузок. Авторы: Барановский Д.М., Терентьев Д.Е., Федосов В.С.
45. Пашкевич А.Ю., Сергеев А.В., Федосов В.С., Барановский Д.М. Совместная разработка производителей оборудования связи и компонентов. – Техника связи, 2006, №3, www.commeng.ru.
46. Барановский Д.М. Интегральные микросхемы токовой защиты К294ХП1. – Компоненты и технологии, 2007, №1.
47. www.bourns.com
48. Терентьев Д.Е. Метрологическое обеспечение разработки, производства и эксплуатации устройств защиты проводной связи/ Сб. трудов конференции "Кабели и линии связи" в г.Анапа, 2007 г. – www.commeng.ru
49. Терентьев Д.Е. Устройства защиты от импульсных помех, как часть системы уравнивания потенциалов объекта связи. – Техника связи, 2006, №1, www.commeng.ru
50. Терентьев Д.Е. Высокочастотные свойства эквипотенциальных проводников. – Электрическое питание, 2004, № 3–4.
• В 1942 году молния ударила Роя в ногу, когда он находился на пожарной башне, при этом оторвался ноготь на большом пальце;
• в 1969 году в результате удара молнии во время езды по горной дороге Рой остался без бровей и потерял сознание;
• в 1970 году очередной удар молнии привел к травме левого плеча, руку при этом парализовало. Это произошло на лужайке его собственного дома;
• в 1972 году из-за удара молнии на территории административного здания лесничества загорелись волосы Салливана. После этого случая он всегда возил с собой емкость с водой;
• 7 августа 1973 года молния ударила в голову Роя, когда он ехал в машине по территории вверенного ему леса. От удара снова загорелись волосы, лесника выкинуло из машины и с ног сорвало обувь;
• 5 июня 1976 года шестой удар молнии привел к сильной травме лодыжки на территории палаточного лагеря;
• 25 июня в 1977 года молния отправила Роя Салливана на больничную койку с ожогами грудной клетки и живота. Рой всего лишь хотел порыбачить.
Досталось и его жене, которая тоже получила удар молнией, когда развешивала белье. Люди стали избегать Салливана из-за страха быть пораженными молнией заодно с ним. И все-таки погиб он не от молнии, а покончил с собой в возрасте 71 года выстрелом в живот – как сообщается, из-за неразделенной любви.
Согласно статистике, вероятность поражения человека молнией в течение жизни составляет 1:3000. Таким образом, математическая вероятность произошедшего с Салливаном составляет 1:30007, то есть примерно 5.10-26. Конечно, род занятий Салливана, связанный с постоянным пребыванием на природе, делал поражение молнией несколько более вероятным.
Есть и другие необъяснимые с сугубо материалистической точки зрения факты, которые даже заставляют некоторых исследователей предполагать у некоторых электромагнитных явлений наличие интеллекта. Однако вернемся от загадочных явлений к тем, для понимания сути которых достаточно знания законов физики.
Какие грозы помнит линейный инженер?
Весной 1996 года в Гатчинском РУС Ленинградской области на большей части регенераторов ЦСП ИКМ-30 и ИКМ-15 были установлены модули защиты. В результате число отказов аппаратуры существенно снизилось. Казалось бы, все очевидно. Но польза от применения устройств защиты еще какое-то время была сомнительной для ряда руководителей – просто "Гатчинский район стали обходить грозы". Конечно, грозы все-таки были, но как крестьянину гроза запоминается гораздо лучше, если у него сгорел стог сена, так и связисту – если вышло из строя оборудование и был перерыв связи. Связь работала – значит, гроз не было.
Понадобилось несколько лет, чтобы польза средств защиты стала очевидной. Только в начале 2000 года началась массовая установка устройств защиты типа МЗСП-Е1 (модуль защиты систем передачи Е1) на зоновой сети в Ленинградской и Новосибирской областях. В результате число повреждений регенераторов из-за воздействия молний и коммутационных помех от высоковольтных ЛЭП снизилась в ОАО "Ленсвязь" в 10 раз, в ОАО "Электросвязь" Новосибирской области – в 7 раз [36].
Меня однажды попросили объяснить, почему десяток сильных гроз в районе прокладки кабельной линии никак на нее не повлияли, а в сентябре несколько раз громыхнуло, и линия встала – вышли из строя сразу три регенератора. Попробую дать ответ.
Рассмотрим простой случай – межоблачный разряд над участком, где в грунте проложен изолированный проводник (рис.10). В соответствии с законом электромагнитной индукции, ЭДС, индуцируемая в проводнике током i, протекающем в другом проводнике, прямо пропорциональна изменению силы тока:
e = – M . di/dt,
где М – коэффициент взаимоиндукции, определяющий взаимную индуктивность проводников.
От чего зависит эта ЭДС? Пусть разряд молнии параллелен поверхности земли и проходит по прямой линии, трасса кабеля также прямолинейна (см. рис.10). Тогда коэффициент взаимоиндукции М определяется такими величинами, как длина трассы прокладки проводника, на которую воздействует удар молнии (L); расстояние от канала молнии до поверхности земли (H); угол между проекцией канала молнии и трассой прокладки (α), при изменении которого от 0 до 90⁰ М изменяется от максимального значения до нуля. Даже если и принять эту крайне упрощенную модель, то придется учесть конструкцию кабеля, удельное сопротивление грунта, сопротивление заземляющих устройств регенераторов. Амплитуда тока молнии может изменяться от единиц до сотен килоампер, время разряда находиться в пределах 5–100 мкс, в одном канале может быть несколько повторных разрядов и т.п. Причем модель описывает случай, когда воздействие происходит через электростатическую и электромагнитную индукцию. Гораздо опаснее удары молнии в землю рядом с кабелем, и модель их влияния еще сложнее.
Вывод: субъективная оценка опасных влияний (например, число и яркости молний, гром, личные впечатления) не должна приниматься в качестве основного критерия при оценке причин повреждений и электромагнитной безопасности. Безусловно, корреляция между впечатлением и реальным положением дел присутствует и возрастает с ростом квалификации наблюдателя – но тогда субъективная оценка становится мнением эксперта.
Защита от перенапряжений: принципы
Какая цель ставится при проведении мероприятий по защите? Чтобы получить руководство к действию, надо представить мероприятия по защите как некий оператор, преобразующий электромагнитные воздействия по определенному правилу. Под мероприятиями по защите понимается не только установка защитных устройств, но и создание системы уравнивания потенциалов, правильный монтаж, методы эксплуатации и т.п.
Мероприятия по защите снижают опасные влияния до допустимого уровня (рис.11). При этом допустимые уровни заранее известны и обычно зависят от стойкости оборудования, которая определяется стандартами, оговаривается в технических условиях и проверяется при сертификационных испытаниях. Значит, следует определить множество опасных влияний, от которых необходима защита. Таким образом, мероприятия по защите являются функцией множества ожидаемых опасных воздействий и уровней воздействий, безопасных для оборудования. На практике обязательно также учитываются вероятностные характеристики опасных влияний, стоимость мероприятий по защите и требования к надежности функционирования оборудования.
В качестве примера приведем защиту цепей питания оборудования связи переменным током. В соответствии со стандартом [37], оборудование проводной связи должно выдерживать воздействие импульсов с фронтом 1 мкс и длительностью 50 мкс и с амплитудой в цепях электропитания по схеме "провод-земля" – до 2 кВ, в цепях электропитания по схеме "провод-провод" – до 1 кВ. В зависимости от ожидаемого уровня воздействий необходимо применить разные решения: при защите от коммутационных помех или наводок от ударов молнии установить устройства защиты от импульсных помех (УЗИП) только III класса. Если вероятны прямые удары молнии в антенно-мачтовые сооружения или при силовом вводе воздушной ЛЭП может потребоваться полный комплекс мероприятий по защите в соответствии с зоновой концепцией защиты [38, 39].
Опасные влияния на системы связи можно разделить на две группы: импульсные помехи и сверхтоки. Встречаются (к счастью – не часто) помехи, которым одновременно присущи и высокое напряжение, и длительное воздействие. Такое крайне опасное сочетание возникнет, если провод высоковольтной ЛЭП под напряжением соединится с проводами линий связи – например, при грубых нарушениях правил строительства и эксплуатации линий связи. Но они редки и более характерны для крупных энергетических объектов. Обычно связисты сталкиваются со значительно более мягким вариантом такого "смешанного" типа влияний, когда кабель связи проложен прямо под опорами высоковольтной ЛЭП (эти случаи мы рассмотрим в последующих публикациях).
Защита от сверхтоков
Источником сверхтоков обычно служат электроустановки и электрифицированные железные дороги. При значительно меньшем уровне напряжения их воздействие дольше: попросту говоря, если в кабель связи попало постороннее напряжение – это надолго. Именно воздействие сверхтоков привело к пожарам, которые были описаны в предыдущих частях статьи.
Сосредоточимся на борьбе со сверхтоками только в линиях связи. В отличие от импульсных помех, уровень опасных токов обычно близок к максимальным рабочим токам оборудования. Например, ток порядка 110–120 мА, протекающий через абонентский комплект цифровой АТС, может привести к повреждению. Рабочий же ток в зоне прямого питания (если телефон установлен в соседнем с АТС здании) может достигать 45–50 мА.
Для линий связи устройства защиты от сверхтоков работают по тепловому принципу – при протекании тока происходит нагрев элемента, благодаря чему плавится припой и освобождается пружина в термокатушке, перегорает предохранитель, переходит в высокоомное состояние позистор и т.п. Позисторы постоянно совершенствуются и являются основными элементами токовой защиты в системах проводной связи. Но даже позистор, перед тем как сработать, должен нагреться – на что нужно время. Для быстрого срабатывания позистора ток, протекающий через него, должен значительно превышать максимально допустимый рабочий ток. Поэтому приходится балансировать на тонкой грани между эффективностью защиты и возможностью срабатывания позистора от рабочего тока.
Пример 6
Заказчик поставил задачу обеспечить максимально эффективную защиту новой цифровой АТС от сверхтоков, для чего в модули кроссовой защиты были установлены керамические позисторы с максимально допустимым рабочим током 50 мА. Защита была установлена в кросс 7 марта. Через несколько дней в бюро ремонта стали поступать заявки о повреждении: по словам абонентов, сначала был слышан треск, слышимость ухудшалась, затем соединение прерывалось. Так как заявка делалась обычно с "неисправного телефона", контрольное соединение и измерения повреждения не выявляли – повреждения как бы и не было. Особо настойчивым абонентам задавался вопрос: "а телефон у вас сертифицирован"?
Примерно через месяц руководство районного узла связи поняло, что проблема реально существует и обратилось к фирме, поставившей защиту – т.е. к нам. Выявилась странная закономерность: жалобы поступали от небольшой группы абонентов, объединенной тремя общими признаками:
• все они жили рядом с зданием узла связи;
• они приобрели недавно завезенные в город дешевые китайские телефоны;
• все пострадавшие абоненты любили долго разговаривать по телефону, нарушения связи наступали через 10, 20 или даже 30 минут разговора.
Выяснилось, что сопротивление этих телефонов при снятой трубке было очень мало (порядка 100 Ом). В результате позистор находился в граничном режиме, постепенно увеличивал сопротивление и затем переходил в непроводящее состояние. Проблему решили заменой модулей защиты с позисторами на 80 мА на небольшой части плинтов. Та же самая проблема, но в значительно меньшей степени, присутствует и у полимерных позисторов, поэтому в своей линейке кроссовой защиты мы применяем в качестве стандартного варианта элементы с максимальным током 55 мА, и 80 мА – по заказу. Более детально вопросы элементной базы для защиты рассмотрены в работах [40–42] – они не только интересно и грамотно написаны, но и доступны в сети.
Кроме элементов защиты, принцип действия которых основан на пробое газового промежутка (разрядники), тепловом пробое pn-переходов (варисторы, тиристоры, стабилитроны и т.п.), изменении характеристик материала при нагревании (позисторы), существуют элементы защиты, принцип действия которых – размыкание линии связи полупроводниковым ключом. Реализация такого принципа стала возможной с появлением транзисторов со стабильными характеристиками, низким сопротивлением в открытом состоянии и стойкостью к высокому (сотни вольт) приложенному напряжению – в закрытом. Такие транзисторы стали доступны только 10–15 лет тому назад. Первый элемент на подобном принципе ЭТЗ (элемент токовой защиты) был разработан группой специалистов из Орла и Санкт-Петербурга и производился фирмой "Синтэк" [43–46]. Второй – через несколько лет после этого фирмой Bourns (США) [47], элемент получил название TBU и серийно выпускается. ЭТЗ разрабатывался как моментально действующий элемент для защиты от сверхтоков, принцип работы TBU основан на размыкании линии при прохождении по ней импульсной помехи.
К сожалению, сейчас ЭТЗ не производится, так как российский рынок имеет слишком низкую емкость для того, чтобы организовать крупносерийный выпуск этих микросхем, а условия для производства и экспорта высокотехнологичной продукции в России несравнимы с любой экономически развитой страной.
Нельзя не упомянуть о том, что устройства защиты не должны оказывать влияния на режимы работы систем связи и электропитания. Поэтому при разработке, производстве и выборе устройств защиты должны учитываться не только параметры ожидаемой помехи, но и рабочие токи и напряжения, спектр передаваемых в линии сигналов. С ростом скорости передачи в линиях связи измерения электрических параметров стало недостаточно. Так, в НПО "Инженеры электросвязи" при разработке устройств защиты для современных систем цифровой передачи (в том числе – Ethernet) проводятся измерения их влияния на скоростной потенциал линии [48].
Защита от импульсных помех
Импульсные помехи имеют высокую амплитуду и короткую продолжительность. Их причиной служат наводки от ударов молнии, переключений на высоковольтных ЛЭП, резкие изменения нагрузки в электросетях. Наиболее мощной импульсной помехой является прямой удар молнии. Обращаю внимание на два важных момента, справедливых как для цепей передачи информации, так и электропитания:
• энергия импульсных помех (за исключением прямых ударов молнии) относительно невелика;
• задачу защиты от импульсных помех значительно облегчает тот факт, что рабочее напряжение и максимальное безопасное для оборудования напряжение значительно различаются, а такие устройства защиты, как разрядники, варисторы, полупроводниковые элементы достаточно резко переходят в проводящее состояние при превышении порога срабатывания.
Устройства защиты от импульсных помех – это часть системы уравнивания потенциалов. Такой вывод можно сделать, если внимательно изучить литературу по технике защиты от перенапряжений, хотя подобная формулировка нигде не встречается. Мне понадобилось семь лет работы в этой области, прежде чем я смог сформулировать для себя этот принцип [49]. В результате пути решения многих проблем стали очевидны, удалось просто объяснить решения, найденные интуитивным путем.
Представим различные защищаемые объекты – плату ТЭЗ, статив, объект связи в целом – в виде "черного ящика" (рис.12). К нему подключается по крайней мере одна линия передачи информации, одна линия электропитания и токопроводящие элементы, имеющие нулевой электрический потенциал. Элементы с нулевым потенциалом на плате – это дорожки и контакты разъемов, в стативе к ним добавляются металлоконструкции (корпус). На объекте связи элементы с нулевым потенциалом – это система уравнивания потенциалов, к которой подключены остальные элементы, вплоть до дорожек "земли" на плате.
Для простоты представим, что данные и электропитание передаются по однопроводным линиям (а и b, соответственно), система также имеет "общую точку" (с) – металлический конструктив ТЭЗ, металлический статив, систему уравнивания потенциалов узла связи.
Пусть имеется набор импульсных перенапряжений с определенными значениями амплитуды, длительностями и формами импульсов, которые могут привести к выходу системы из строя. То есть мы можем любой технической системе поставить в соответствие набор значений напряжений Ua-b, Ub-c, Uc-b, при воздействии которых она выходит из строя.
Чтобы защитить техническую систему от импульсных помех, необходимо уровнять потенциалы всех токоведущих частей, для чего их необходимо соединить. К системе уравнивания потенциалов здания мы подключаем водопроводные трубы, оболочки кабелей, короба вентиляции, корпуса оборудования и т.д. Но нельзя напрямую соединить с ней провода кабелей связи и электропитания. Для этого применяются устройства защиты от импульсных помех (УЗИП), которые, не нарушая режимов передачи информации и электроэнергии, при определенном уровне разности потенциалов начинают пропускать через себя ток уравнивания потенциалов. Отсюда вывод: устройства защиты от импульсных помех являются частью системы уравнивания потенциалов. Два следствия из него:
• УЗИП бесполезны (не эффективны), если система уравнивания потенциалов отсутствует или не обеспечивает низкого сопротивления на высоких частотах между точками подключения к ней;
• УЗИП бесполезны, если они не подключены к системе уравнивания потенциалов или подключены неправильно.
Заземление или уравнивание потенциалов?
До сих пор в этой части статьи мы ни разу не использовали слово "заземление". А может ли быть защита от перенапряжений, вплоть до ударов молнии, без защитного заземления? Да, может. Представим себе узел связи, у которого нет не только заземления, но и вообще контакта с землей – например, дирижабль или самолет с ретранслятором. Удары молнии в летательные объекты – обычное дело, там есть и устройства защиты, и система уравнивания потенциалов, в качестве которой используется металлическая оболочка. Однако при приземлении самолета его подключают к заземляющему устройству. То есть в самом общем случае заземляющее устройство служит для уравнивания потенциалов земли и системы уравнивания потенциалов объекта.
Ни в коей мере не отрицая важность заземляющих устройств для электробезопасности, защиты от перенапряжений и ЭМС в целом, отметим, что иногда приходится решать вопросы защиты при невозможности подключения к заземлению (если организована изолированная система уравнивания потенциалов [28]), или просто при его отсутствии.
Устройства защиты как часть системы уравнивания потенциалов
Рассмотрим достаточно распространенный пример построения системы защиты на АТС (рис.13). Абонентские линии входят в кросс, где к ним параллельно подключаются газоразрядные элементы, установленные в кассетах в кроссовой стойке. Далее кабель абонентской линии по кабельросту (несущий кабельный лоток из стали) проходит до стойки цифровой АТС. Конструктив кросса соединен с главной шиной заземления (ГШЗ). Кроме того, к нему присоединен (механически, как правило – прикручен) кабельрост, который другим концом прикреплен к стативу цифровой АТС. Статитв АТС также соединен кабелем с ГШЗ. Для нас принципиально, что газоразрядные элементы защиты подключены к шине заземления по схеме: контакт заземления кассеты – монтажная скоба – металлический конструктив кросса – кабель заземления – ГШЗ. В свою очередь, общая точка (земля) аппаратуры абонентского комплекта АТС соединена с главной шиной заземления по схеме: статив АТС – кабель заземления – ГШЗ. Кроме того, каркас кросса и статив АТС связаны между собой кабельростом.
Возможны два варианта воздействия импульсной помехи на абонентский комплект АТС: бросок "потенциала земли" и помеха в линии связи. Хотя механизмы их возникновения и воздействия различны, для понимания достаточно ограничиться последним, причем рассмотрим только один провод линии связи.
При попадании высокого напряжения задача системы защиты – обеспечить низкую разность потенциалов между входом абонентского комплекта и его общей точкой. Когда импульс высокого напряжения поступает в провод абонентской линии, в газоразряднике загорается дуга, через него течет ток уравнивания потенциалов между линией и стативом АТС по следующей цепи: провод линии связи – разрядник – контакт заземления кассеты – монтажная скоба – металлический конструктив кросса. Далее ток распространяется по двум основным цепям:
• кабель заземления кросса – ГШЗ – кабель заземления АТС – статив АТС;
• кабельрост – статив АТС.
В теории сопротивление всех этих цепей должно быть близким к нулю. Тогда при попадании на абонентскую линию высоковольтной помехи разность потенциалов на входе абонентского комплекта и на стативе АТС будет определяться падением напряжения в газоразряднике и не превысит предельно допустимый уровень (токи выравнивания потенциалов не приведут к дополнительным падениям напряжения на различных участках этой цепи). Но на практике ситуация совсем иная.
Разность потенциалов между проводом абонентской линии и общей точкой абонентского комплекта АТС (с точки зрения цепи выравнивания потенциалов) будет определяться суммой падения напряжений на дуге в разряднике (порядка 10–30 В, в зависимости от тока, при установившемся режиме), в конструктиве кросса и на элементах цепи от конструктива кросса до статива АТС.
Уже из описания цепей выравнивания потенциалов на рис.13 видно, что они составлены из различных элементов и различных материалов (кабели, элементы конструктива, кабельросты в качестве проводников и т.п). Если пройти по цепочке соединений от разрядника до болта заземления кросса, то при непрофессиональном монтаже с применением подручных материалов весьма вероятно, что где-то контакт будет плохим (если не рассматривать случай, что его вовсе нет). Уже один этот факт способен привести к существенному падению напряжения в зонах плохих контактов, т.е. никакого выраванивания потенциалов не произойдет.
Кроме того, при анализе импульсных помех нельзя забывать о реактивной составляющей сопротивления цепей, т.е. по крайней мере о собственной индуктивности проводников. Она зависит от материала и конструкции проводника – в частности, индуктивность проводника из меди или алюминия (не ферромагнетики) на три порядка ниже, чем стального. Только по этой причине кабельрост едва ли эффективен как проводник в цепи уравнивания потенциалов. Подробно этот вопрос рассмотрен в работе [50], отметим лишь, что если подключение кросса к системе уравнивания потенциалов выполнено так, как показано на рис.13, индуктивное сопротивление цепи выравнивания потенциалов может оказаться значительно большим, чем сопротивление проводов абоненткой линии от плинта до абонентского комплекта АТС.
Таким образом, чтобы защитить аппаратуру АТС от воздействия импульсной помехи, необходимо, чтобы сопротивление цепи протекания тока уравнивания потенциалов от разрядника и до статива АТС было сопоставимо с сопротивлением жилы кабеля абонентской линии (лежащего на кабельросте). Чтобы этого достичь, достаточно соединить кросс со стативом АТС медным проводником по кратчайшему пути (рис.14). Именно такой способ монтажа описывается в инструкциях по монтажу рядя типов АТС (например, EWSD фирмы Siemens).
Пример 7
В 2004 году к нам поступила рекламация на устройства защиты: после их установки повреждаемость оборудования АТС практически не снизилась по сравнению с прошлым годом и составила к середине июля более 10 ТЭЗ абонентских комплектов при общей емкости порядка 6 тыс. портов. Для выяснения причин пришлось срочно выехать на место.
Как обычно, выявилось довольно много причин для отказов. И грозовая активность в месте установки оборудования была в три раза выше, чем в расположенном в двух часах езды центре региона, и линейные сооружения связи находились в ужасном состоянии, какая-либо защита в кабельных ящиках отсутствовала. При этом большинство линий было выполнено проводами на изоляторах или подвесными кабелями, как часто бывает в южных районах при малоэтажной застройке. Но как всегда, была и основная причина.
Монтаж кросса был выполнен, как показано на рис. 13. При этом нас уверяли, что кабельрост обеспечивает хорошее электрическое соединение между кроссом и стативом АТС. Он был собран из окрашенных секций и просто лежал на окрашенном стативе АТС. Чтобы померить сопротивление, соскребли немного краски на кабельросте и на корпусе АТС, подключили тестер. Расстояние между точками подключения – сантиметров 20. Измерить сопротивление не удалось, вместо него измерили напряжение – 3,5 В! Его источник мы искать не стали, но было абсолютно ясно, что при мощных импульсных помехах разность потенциалов достигает величины, достаточной для повреждения оборудования. Проблема была решена соединением кросса и статива АТС медным кабелем, как показано на рис.14. Поставленный диагноз и выбор метода лечения оказались точными – в течение трех последующих лет отказов не было.
Однако в моей практике было несколько случаев, когда после всех описанных действий повреждения случались значительно реже, но продолжали происходить, причем их характер менялся.
Пример 8
АТС обслуживала коттеджный поселок, в котором малопарные кабели были подвешены на столбах и стойках. Выход из строя абонентских комплектов во время гроз очень беспокоил оператора, по его просьбе для определения причин мы командировали туда специалиста. Причина была аналогична описанной выше. После проверки контактов и соединения кросса и АТС кабелем напрямую повреждаемость резко сократилась, однако изменился характер повреждений: стали выходить из строя источники вторичного электропитания на ТЭЗ АК, а также элементы, к которым подключались цепи питания.
Вспомним наш "черный ящик" (см. рис.12): мы уменьшили разность потенциалов между проводами линий связи и стативом АТС ниже опасного уровня, одновременно увеличив разность потенциалов между стативом АТС и проводами ЭПУ постоянного тока. Для того чтобы уменьшить ее, оказалось достаточно установить УЗИП на входах электропитания АТС, после чего повреждения прекратились.
Продолжение следует
Литература
35. Салливан, Рой. – www.ru.wikpedia.org.
36. Терентьев Д.Е., Шорин О.В., Краснопольский Н.И. Защита оборудования линейного тракта систем передачи. – Вестник связи, 2001, №4, www.commeng.ru.
37. ГОСТ Р 50932-96. Устойчивость оборудования проводной связи к электромагнитным помехам. Требования и методы испытаний.
38. IEC-1024-1 (1990-03). Защита сооружений от удара молний. Часть 1. Общие принципы.
39. IEC-1312-1 (1995-02). Защита от электромагнитного импульса молнии. Часть 1. Общие принципы".
40. Курышев К.Н. Элементы защиты по току и напряжению Raychem Circuit Protection в телекоммуникационных цепях. – Компоненты и технологии, 2005, №4,
www.konkurel.ru
41. Курышев К.Н. Все, что вы хотели узнать о PolySwitch, но боялись спросить. Компоненты и технологии, 2006, №3, www.konkurel.ru.
42. Родионов М.Г. Введение в технику защиты от перенапряжений/В сборнике [20]. –
www.commeng.ru
43. Свидетельство на полезную модель №18031, Зарегистрировано 10.05.2001. Устройство токовой защиты. Авторы: Терентьев Д.Е., Цейтин А.Г.
44. Заявка № 2005106970/09 от 10.03.2005. Устройство защиты от токовых перегрузок. Авторы: Барановский Д.М., Терентьев Д.Е., Федосов В.С.
45. Пашкевич А.Ю., Сергеев А.В., Федосов В.С., Барановский Д.М. Совместная разработка производителей оборудования связи и компонентов. – Техника связи, 2006, №3, www.commeng.ru.
46. Барановский Д.М. Интегральные микросхемы токовой защиты К294ХП1. – Компоненты и технологии, 2007, №1.
47. www.bourns.com
48. Терентьев Д.Е. Метрологическое обеспечение разработки, производства и эксплуатации устройств защиты проводной связи/ Сб. трудов конференции "Кабели и линии связи" в г.Анапа, 2007 г. – www.commeng.ru
49. Терентьев Д.Е. Устройства защиты от импульсных помех, как часть системы уравнивания потенциалов объекта связи. – Техника связи, 2006, №1, www.commeng.ru
50. Терентьев Д.Е. Высокочастотные свойства эквипотенциальных проводников. – Электрическое питание, 2004, № 3–4.
Отзывы читателей