защита оборудования «последней мили» от импульсных помех

Д.Е. Терентьев, технический директор НПО «Инженеры электросвязи».
ЗАЩИТА ОБОРУДОВАНИЯ «ПОСЛЕДНЕЙ МИЛИ»
ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ.
В следующем, 2007 году перед отраслью стоит задача обеспечение доступа к ресурсам
Интернет организаций образования и здравоохранения. В число приоритетных
направлений работы Министерства информационных технологий и связи входит
обеспечение телефонной связью всех населенных пунктов страны, во многих из которых
должны быть организованы пункты коллективного доступа в Интернет.
Для решения этих задач операторам, выигравшим конкурсы на оказание универсальной
услуги, необходимо обеспечить доступ на «последней миле» и увеличить пропускную
способность зоновых сетей.
Решение способа организации «последней мили» (по радио или по проводам)
принимается оператором в зависимости от многих факторов, однако в большин- стве
случаев применяются SHDSL или VDSL модемы а так же различные системы
уплотнения абонентских линий, позволяющие передавать как телефонный трафик, так и
данные по выделенному каналу. На зоновой сети широко практикуется замена систем
ИКМ-30 на SHDSL-модемы.
В течении нескольких месяцев установлены и будут продолжать устанавливаться
десятки тысяч единиц оборудования (модемы, регенераторы, системы абонентского
уплотнения и т.д.)
Основная причина, приводящая к выходу из строя оборудования и перерывам связи –
воздействие перенапряжений. Поэтому обязательным условием надежной работы как
оборудования «последней мили», так и ЦСП, является защита от опасных
электромагнитных влияний.
Для того, чтобы предотвратить выход оборудования из строя, необходимо до начала
грозового сезона принять меры по защите оборудования, включенного в линии,
подверженные опасным электромагнитным влияниям (кабели, проложенные в грунте;
подвесные кабели; линии, имеющие сближения с высоковольтными ЛЭП или
электрифицированными железными дорогами).
Рассмотрим принципы защиты оборудования «последней мили» от
импульсных помех в кабеле, применив упрощенную модель. Несмотря на то, что ниже
мне придется достаточно вольно обойтись с электротехническими и физическими
терминами, эта модель позволяет довольно точно представить механизм защиты от
импульсных перенапряжений и принять правильное техническое решение.
Для любой пары проводов, подключенных к устройству связи. А так же для любого
провода и «общей точки» (корпуса) существуют параметры (амплитуда, форма и
длительность) электромагнитного импульса, при котором оборудование выйдет из строя.
Если снизить перенапряжения ниже максимально допустимых уровней, задача защиты
будет решена. Легко представить опасные воздействия как импульсные токи,
протекающие от точек с высоким к точкам с низким потенциалом. Необходимо создать
для этих токов путь с низким сопротивлением – через устройства защиты и провода
уравнивания потенциалов, иначе они потекут по дорожкам и разъемам плат, пробитым p-n
переходы микросхем, обмоткам трансформаторов.
Подробно принципы защиты от импульсных помех описаны в статье «Устройства
защиты от импульсных помех, как часть системы уравнивания потенциалов объекта
связи», «Техника связи», №1 2006 г. (или раздел «Публикации» на www.commeng.ru).
На рисунках схематически изображены:
корпуса оборудования – прямоугольными контурами с разрывами для ввода кабелей;
платы с элементами - прямоугольниками серого цвета;
провода связи показаны одной линией;
цепи уравнивания потенциалов и заземляющие провода – пунктирная линия;
устройства защиты обозначены буквами УЗ;
направления распространения электромагнитной энергии – стрелками, причем толщина
показывает относительные величины энергии, распространяющихся в различных
направлениях.
Для упрощения будем пренебрегать временем срабатывания устройств защиты и
остаточным напряжением на них.
Регенератор
Рис.1. Регенератор не заземлен.
Электромагнитная волна распространяется через схему далее в линию.
Регенератор
Рис.2. Регенератор заземлен.
Путь с минимальным сопротивлением – на землю. Если напряжение между входами
платы и корпусом превысит прочность изоляции – произойдет пробой.
Регенератор
УЗ
УЗ
Рис. 3. Правильно установлены защитные устройства регенератора.
Электромагнитная волна пройдет через устройство защиты на землю, частично через
другое устройство далее в линию. Напряжение на входах регенератора не превысит
допустимого. Обратите внимание, что если заземления не будет вовсе, защита все равно
будет работать. Если же не будет установлено второе защитное устройство, то
напряжение между корпусом и жилой кабеля может достигнуть опасных значений. Оно
будет определяться амплитудой импульса тока и сопротивлением заземления.
МОДЕМ
Коммутатор
ETHERNET
DC
AC
AC
N L
Рис. 4. Модем не заземлен, к нему подключено оборудование (например коммутатор или
АТС), питание осуществляется от выпрямителя.
Пути протекания помехи: линия – корпус модема; линия – модем – подключенное
оборудование, линия - модем – выпрямитель. Вероятно, что последний путь будет иметь
наименьшее сопротивление, т.к. выпрямитель подключен к нейтрали электроустановки и
через нее к земле.
МОДЕМ
УЗ
Коммутатор
ETHERNET
DC
AC
AC
PE N
L
Рис.5. Объект связи оборудован заземлением, корпуса оборудования подключены к шине
заземления. На входе модема установлено защитное устройство.
Устройство защиты сработает, импульс тока пройдет на «землю». Между входами и
корпусом модема будет приложено импульсное напряжение, определяемое амплитудой
импульса тока помехи и сопротивлениями в цепях «устройство защиты – шина
заземления» и «корпус модема – шина заземления».
Коммутатор
ETHERNET
МОДЕМ
УЗ
DC
AC
AC
PE N
L
Рис. 6. Корпус модема соединен по самому короткому пути с заземляющим контактом
устройства защиты.
В этом случае приложенное между входами и корпусом модема импульсное напряжение
будет минимальным.
МОДЕМ
УЗ
УЗ
Коммутатор
ETHERNET
DC
AC
AC
УЗ
PE
N
L
Рис. 7. Устройства защиты установлены на входе модема, на входах выпрямителя (или на
входах питания модема), между модемом и подключенным к нему оборудованием.
К таким мерам приходится прибегать при высоком уровне помех, и плохом заземлении.
Система уплотнения
абонентских линий
абоненты
xDSL 1 . . . . . N
УЗ
УЗ
УЗ
УЗ
Рис.8. Полукомплект системы уплотнения абонентских линий с каналом передачи
данных.
Устройства защиты установлены не только со стороны xDSL линии, имеющей
максимальную длину, но так же и со стороны аналоговых абонентов. Необходимо
защищать абонентские линии, которые подвержены помехам или же имеют большую
длину. В последнем случае они служат «приемником» электромагнитной энергии,
которая через емкость «провод-земля» распространяется в землю. Поэтому при высоком
уровне помех и отсутствии заземления необходимо обеспечить уравнивание потенциалов
между всеми проводами, подключенными к оборудованию. В этом случае защита будет
обеспечена даже при отсутствии заземления, что и показано на рисунке. На всех проводах
и корпусе будет примерно одинаковый потенциал по отношению к земле, соответственно
разность потенциалов между двумя любыми точками будет невелика.
На рисунке так же показана установка устройства защиты для порта ETHERNET, что
оправдано, если оборудование подключенное к этому порту, удалено от модема.
Надо понимать, что эффективность применения устройств защиты определяется
правильно выполненной системой уравнивания потенциалов и сопротивлением ее
проводников для импульсных помех. См. статью «Высокочастотные свойства
эквипотенциальных проводников», «Электрическое питание», №3-4, 2004 г. (или раздел
«Публикации» на www.commeng.ru).
НПО «Инженеры электросвязи» разработало и производит устройства для защиты
систем проводной и радиосвязи, низковольтных электропитающих установок .
Разработано несколько схем устройств защиты ЦСП и оборудования «последней
мили», выпускающихся в различных конструктивных исполнениях :
ExPro MDF – для установки в плинты кроссов;
ExPro
- для установки на DIN-рейку (в помещениях);
HardPro
- для установки на DIN-рейку (для применения в условиях высокой
влажности, высоких и низких температур);
МЗСП
- для установки в регенераторах.
Схема
Е1
DL
MDL
Описание
Наиболее эффективна для защиты от грозы.
Отсутствует токовая защита.
Уменьшает длину регенерационного участка
Для систем с числом уровня кодирования
более 4.
Ток ДП не более 150 мА. Имеет защиту от
попадания постороннего напряжения в линию
связи. Более, чем Е1, эффективна для защиты
от помех в ЛЭП.
Ток ДП не более 250 мА. . Имеет защиту от
попадания постороннего напряжения в линию
связи. Более, чем Е1, эффективна для защиты
от помех в ЛЭП.
исполнение применение
ExPro
ИКМ 30/15
HardPro
DSL-модемы
МЗСП
ExPro MDF
ExPro
HardPro
МЗСП
ExPro
HardPro
МЗСП
DSL-модемы
Системы
абонентского
уплотнения
ИКМ 30/15
DSL-модемы
Модемы, применяемые для организации межстанционных линий рекомендуется
защищать с помощью устройств со схемами E1 и MDL, на последней миле - DL.
Для защиты систем уплотнения абонентских линий производится устройство типа
ExPro 1/Х, где (Х = 5, 8, 12, 16) – количество подключаемых к абонентскому
полукомплекту телефонов. В едином корпусе размещается схема защиты цифровой линии
и элементы для защиты аналоговых портов. На станционной стороне защита может
устанавливаться в кроссе (ExPro MDF DL) или на DIN-рейке (ExPro DL).
Если коммутатор (концентратор) Ethernet, подключенный к модему или полукомплекту
системы абонентского уплотнения удален от него, порт Ethernet может быть защищен с
помощью устройства ExPro Eth.
Для защиты оборудования цифровых линий без дистанционного питания (ADSL и
VDSL модемы) применяются абонентские защитные устройства типа АЗУ-МЦ для
крепления на стену и аналогичные по параметрам устройства типа ExPro TL 203 (для
крепления на DIN-рейку) и ExPro MDF 203 для установки в плинты кросса. Кроме
защиты от импульсных помех они обеспечивают защиту от попадания посторонних
напряжений в линию связи.
Таким образом НПО «Инженеры электросвязи» разработаны устройства защиты и
методика их применения , которые обеспечивают надежную работу оборудования
«последней мили» в условиях воздействия электромагнитных помех различного
происхождения.
НПО «Инженеры электросвязи»
www.commeng.ru
Санкт-Петербург (812) 324-73-75, 325-20-70