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無線電子工学および電気工学の百科事典 ローカルネットワークの雷保護。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
ローカル コンピュータ ネットワークの開発者が直面しなければならない問題の XNUMX つは、さまざまな外部の影響に対するネットワーク機器の耐性を確保することです。 雷保護装置には特別な役割が割り当てられています。 「ホーム ネットワーク」の発展に伴い、かなりの割合の機器が静電気によって故障するため、この問題は本当に深刻になっています。 雷保護のテーマは伝統的にアマチュア無線家や専門家の間で最も議論されるテーマの XNUMX つであり、さまざまな迷信や不正確さに包まれています。 この記事では、機器にとって強すぎる雷放電の影響に耐えることは可能かという質問に答え、アクティブな機器を保護する方法と方法を特定します。 落雷から身を守る試みは、私たちの時代よりずっと前から知られていました。 エジプトでの考古学的発掘中に、破壊された神殿の壁に碑文が発見され、そこから神殿の周囲に設置されたマストが「天の火」から身を守る役割を果たしていたことがわかります。 雷放電の振動的性質は、G. Hertz の実験研究以前から証明されていました。 水滴、塵粒子、氷片の高速移動によって引き起こされる重大な静電ポテンシャルに加えて、雷放電が強力な無線送信機として機能し、強力な電磁放射を生成することが重要であることが判明しました。 この放射線のスペクトル組成は数ヘルツから数十キロヘルツの範囲にあり、その最高密度は 5...8 kHz の領域にあります。 このため、ツイスト ペア ケーブル (TPL) で作られた情報線からのデバイスの変圧絶縁は、多くの場合無力であることが判明します。 巨大な電力干渉は、絶縁トランスを破壊することなく通過しますが、電子機器に損傷を与えます。 研究によると、そのようなパルスの持続時間は1～500μs以上の範囲であり、電圧は数百ボルト～数十キロボルトの範囲であることがわかっています。 世界中のさまざまな研究室による長期研究の結果、雷放電パルスの平均パラメータが得られました。 長さがキロメートルにも及ぶ電力線と電話線では、最大 20 ～ 25 kV の電圧パルスと最大 10 kA の電流パルスが可能です。 長さ数百メートルの短い電線では、最大 6 kV および最大 5 kA の電圧パルスが誘導され、建物内を走る電線では最大 6 kV および最大 500 A が誘導されます。 ウェブサイトで公開されている統計によると、シールドなしツイストペアケーブルで作られた架空線に接続された機器の生存率はわずか 2% です。 著者が企業の 4 つのローカル ネットワークにサービスを提供しているときに得た数字は、一般に、これまでに述べられている内容を完全に裏付けています。 また、同軸ケーブル回線に接続された機器の故障は、レンガ造りの建物内であっても珍しいことではありません。 このような架空線では、特別な保護措置がなければ機器は事実上「生きて」いません。 この種の影響に対する XNUMX% の保護は存在しないことに注意してください。しかし、保護装置のコスト、複雑さ、効率の間の合理的な妥協点に基づいて、損失を最小限に抑えることは間違いなく可能です。 もちろん、光ファイバーケーブルへの切り替え、オープン回線の放棄、ケーブルシステムのシールドなどの「古典的な」方法を使用することは良い考えですが、高コストと複雑さのため、中小規模のネットワークではこれらすべてにアクセスできないことが判明する場合があります。インストールの。 したがって、雷雨時の機器の故障の主な原因を考慮してください。 1. 雷雲に蓄積された固定電荷の影響により、ケーブルや機器に静電気が発生すること。 架空線は静電気の影響を最も受けやすくなります。 さらに、冬の降雪時の乾燥した天候や、夏のいわゆる「砂吹雪」の際にも、かなりの電荷が蓄積する可能性があります。 主な保護方法は、シールドおよび（または）導電性クロスアームを接地し、ケーブルの両端に避雷器を取り付けることで静電気を確実に除去することです。 ここでまず重要になるのは、接地の正確さと避雷器の信頼性であり、重大な電流を除去するための高い要件が課せられます。 2. ケーブルシステム内での高電圧パルスの誘導。これは、雷放電によって発生する強力な電磁場にさらされた結果として発生します。 使用する HDL がシールドされていない場合、強力な電磁波にさらされた結果、ねじりステップごとに数ミリボルト以内の小さな電圧が誘導されます。 HDL が完全に作成され、等高線の面積が同じであれば、総誘導起電力はゼロに近づきます。 実際には、撚りピッチは同じには程遠いため、基本起電力の完全な相互補償は発生せず、ケーブルが長ければ長いほど、生成される電磁パルスの結果として、XNUMX 対の導体間の電圧が高くなる可能性があります。雷によって。 この電圧は数百ボルトに達することがあります。 主な保護方法はシールドであり、ケーブルの両端に電位を等化する保護装置を設置し、ケーブル内の任意の 7 本のワイヤ間の最大電圧が 10 ～ XNUMX V を超えないようにすることです。地面に対するボルトが減少すると避雷器が低下します。 3.主電源の電圧サージ。 これは、機器全体の故障の非常に一般的な理由です。 220 V のネットワークでは、最大数千ボルトの電圧サージが頻繁に発生します。 その理由は、変電所のヒューズの切れ、落雷、他の強力なエネルギー消費者からの干渉です。 従来の保護方法には、無停電電源装置とネットワーク内の電圧上昇に対する保護装置を使用して、標準電源の信頼性を高めることが含まれます。 4.接地装置の電位を変更します。 雷が地表近くに落ちると発生します。 機器故障の主な原因は、互いにかなりの距離を置いて設置された機器の接地バスに大きな電位差が生じることです。 この場合、ケーブル線や入出力回路に非常に大きな均等化電流が流れ、電子・電気機器が破壊されてしまいます。 この場合、接地装置の設置規則を厳密に遵守することで損失を最小限に抑えることができます。 販売における主要な地位の XNUMX つは、APC の家庭用 ProtectNet 用の避雷装置 (LP) です。 ただし、非常に手頃な価格と見た目の魅力にもかかわらず、これらの HDL 用 HC には欠点がないわけではありません。 それらに使用されている金属酸化物バリスタは、高性能で非常に低価格ですが、シールドされていない架空線の機器を確実に保護することはできません。 それらの残留電圧は、保護された機器の最大許容値よりも数倍高くなる可能性があります。 これは、バリスタの非理想的な電流電圧特性と、バリスタを流れる電流パルスの振幅に対する電圧の依存性によって説明されます。 また、保護素子は限界に近い電流が流れると徐々にパラメータが変化し、劣化することも考慮する必要があります。 この場合、バリスタの内部抵抗は減少し、最終的には保護されたラインを閉じます。 架空線でほぼ XNUMX 年使用すると、デバイスの保護特性が失われ、損失が増加するため、長距離の高速ネットワークでデバイスを使用することができなくなります。 多くの国産 UG では、ネオンランプまたは蛍光灯スターターからの「ネオン」のいずれかが放電器として使用されます。 これは主に、そのような保護要素が低コストであるためです。 著者の意見では、ネオンランプは耐破壊性が高く、性能が低いため、この解決策はあまり成功していません。 建物の間に張られた長さ100メートルのシールドなしのHDTV 1メガビットネットワークの長期テストにより、図1に示されているデバイスがその任務にうまく対処できることがわかりました。 16. これは、ダイオード VD17 VD8 に基づく多相ダイオード ブリッジであり、その対角線には保護ダイオード VD1 が含まれており、線路の任意の 1500 つの導体間の電圧を約 XNUMX V のレベルに制限します。Transil の制限ダイオードの使用これは、このようなデバイスのパラメータがツェナーダイオードとは大きく異なるためです。 たとえば、クランプ ダイオードの応答時間は数ピコ秒を超えず、ピーク電力損失 (XNUMX ミリ秒以内) は XNUMX W です。
コネクタ XS1 に回線を接続し、コネクタ XS2 にネットワーク機器を接続します。 UG をネットワーク機器に接続するケーブルは、最小限の長さである必要があります。 情報ケーブルの各導体は、ガス封入避雷器 F1 ～ F4 を介してアースに接続されており、90 V を超える静電気の可能性を除去します。特殊な Epcos T83-A90X 避雷器により、持続時間 10 kA のパルス電流を通過させることができます。 8/20 μs、雷放電の特徴。 デュアル アレスタは経済的な理由からのみ使用されていましたが、代わりに上記の要件を満たす任意のアレスタを使用できます。 1N4007 ダイオード (VD1 ～ VD16) の代わりに、許容逆電圧が少なくとも 1000 V で、10 kHz を超える周波数で動作できる同様の輸入品および国産の整流ダイオードを使用できます。 UG は、厚さ 1,5 mm の両面箔ガラス繊維ラミネートで作られたプリント基板上に組み立てられます。 デバイスのプリント基板の図を図に示します。 2.
素子側の基板の箔はスクリーンの役割を果たし、部品のピン付近のみを剥がして穴を皿穴にします。 避雷器の中間端子は部品側から箔に直接はんだ付けされます。 接地線は直径 2 mm の穴に挿入され、基板の両面にはんだ付けされます。 クロストークを減らすために、ジャンパ 1 と 2,3、6 と 4、5 と 7、8 と 3 をペアで XNUMX 回または XNUMX 回ツイストすることができます。 組み立てられたUG基板の外観を図に示します。 XNUMX.
デバイスは、標準のダブルソケットRG45Bに取り付けられています（図4）。
このソケットではコネクタ XS1 と XS2 のピン番号が相互に逆になっているため、プリント基板上のジャンパを使用する必要がありました。 別の取り付けオプションの場合は、UG ジャンパを省略できます。 標準ブレードコネクタをソケットボードから取り外し、その代わりに湾曲ピンをはんだ付けし(図5)、その上にUGボードを実装します(図6)。
7 本のケーブル導体すべてを保護する必要がない場合は、図 2 に示す簡略図に従って UG を組み立てることができます。 81. 未使用の導体は一緒に接続され、避雷器 F90 (Epcos NXNUMX-AXNUMXX) を介してアースに接続されます。
220 V ネットワークの短時間電圧サージから電源を保護するには、図に示すデバイスが使用されます。 8. 電源コンセントに組み込まれているなど、電源にできるだけ近いネットワーク ケーブルの切れ目に接続されます。
機器の低電圧 (9 ～ 12 V) 電源回路の長さが数メートル以上である場合、たとえば、電源がフリーペアまたはシールドされていないワイヤを介して供給される場合、制御ユニットを設置する必要があります。 、図の図に従って組み立てられます。 この図８は、２つの代わりに１つの１．５ＫＥ１８制限ダイオードが使用され、カソードが電源プラスに接続されていることを特徴とする。 デバイスは、低電圧 DC 電源回路の開回路内のアクティブ機器のできるだけ近くに接続されます。 すべてのタイプのガス発生器は、接地または保護接地への接続が必須です。この場合、これは同じものであると仮定します。 これが存在しない場合、すべての雷保護対策は事実上ゼロになります。 UG をアースに接続することに関する主要なポイントを見てみましょう。 電気設備規則 (PUE) によると、住宅用建物の電気ネットワークは、位相 (L)、作業零点 (N)、保護零点 (PE) で構成され、踊り場の配電盤ハウジングと中間接点に接続されています。アパートのコンセントのこと。 あなたの家が1998年以降に建てられた場合、高い確率で保護ゼロがソケットに接続されていると想定できます。 その存在を確認するには、位相に対して 220 V の電圧の白熱灯を、まず中性線に接続し、次にソケットの中央の接点に接続します。 どちらの場合も、ランプは明るく均一に点灯する必要があります。ランプを中間接点に接続するときに、パネル内の残留電流装置 (RCD) が作動した場合、これは保護ゼロの存在を確認するだけです。 保護ゼロが部屋に設置されていない場合は、自分で設置する必要があります。 これを行うには、少なくとも 1,5 mm2 の断面積を持つワイヤが必要です。大きいほど良いです。 ワイヤの一端は配電盤ハウジングに接続されたバスバーのフリーボルトの下に固定され、もう一端はソケットまたは UG の接地接点に接続されます。 暖房ラジエーターや水道管を保護接地として使用することは許可されていません。 その理由のXNUMXつは、このような「アース」の抵抗が大きいことです。 さらに、場合によっては、配線の中性線の断線により隣人がパイプを作業ゼロとして使用している場合など、バッテリーの電位がゼロと異なる可能性がありますが、これは厳しく禁止されています。 そして、理論上は建物の地下に電位均等化システムがあるはずですが、実際には何が起こる可能性があります。 都市部のアパートではすべてが多かれ少なかれ明確である場合、たとえば田舎の家の所有者が保護接地の正しい選択を決定するのは簡単ではありません。 通常、田舎の住宅には架空送電線によって 220 V の電圧が供給されており、動作ゼロを保護電圧として使用するのは危険です。 緊急事態（電力線の中性線の断線、電力線への木の倒木など）が発生した場合、相電圧までのゼロ以外の電位が中性線に現れることがあります。 この場合、自然接地導体を保護接地装置として使用できます。 この件に関する PUE のパラグラフ 1.7.70 には次のように書かれています。「可燃性液体、可燃性爆発性ガスおよび混合物のパイプラインを除き、地中に敷設された給水およびその他の金属パイプラインを自然接地導体として使用することが推奨されます。下水道およびセントラルヒーティング、井戸ケーシングパイプ、建物および地面に接触する構造物の金属および鉄筋コンクリート構造物、水力構造物、導水路、門扉などの金属シャント、地中に敷設されたケーブルの鉛シース アルミニウムケーブルシースケーブルの被覆が唯一の接地導体として機能する場合、ケーブルの数が少なくとも 1 つである場合、接地装置の計算においてそれらを考慮する必要があります。電圧線 (OHV) サポートは、架空線の避雷ケーブルを使用して電気設備の接地装置に接続されます (ケーブルが架空線サポートから絶縁されていない場合)。架空線の中性線は最大 XNUMX kV で、繰り返し接地スイッチが使用されます。少なくともXNUMX本の架線。 主要な非電化鉄道の線路とアクセス道路で、レール間にジャンパーが意図的に配置されている場合。」 また、PUE によれば、「さまざまなグループ回線のゼロ動作導体とゼロ保護導体の組み合わせは許可されていない」ことにも注意してください。つまり、導電性クロスアームを接地する必要があります。ケーブル サスペンション ケーブルとケーブル内の未使用の導体は片端からのみ取り外してください。 実際のところ、雷放電が地面に近づくと、前述したように接地装置の電位が大きく変化します。 さらに、離れた接地点間の電位差が非常に大きくなる可能性があり、両端が「ハード」接地されていると、ケーブルや機器にかなりの等化電流が流れる可能性があります。 説明したものと同様の UG の供給線と情報線は、HLVP だけでなく、電話線、火災警報器や防犯警報器の線、ビデオ監視システム、その他の情報線、および XNUMXm 以上の距離にあるアクティブな機器の供給線を保護するために使用できます。特に屋外で使用する場合は数十メートル。 著者：D。マロロド、コブロフ、ウラジミール地域
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