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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 로컬 네트워크의 번개 보호. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
로컬 컴퓨터 네트워크 개발자가 직면해야 하는 문제 중 하나는 다양한 외부 영향에 대한 네트워크 장비의 저항을 보장하는 것입니다. 번개 보호 장치에는 특별한 역할이 할당됩니다. "홈 네트워크"의 발달로 인해 정전기로 인해 많은 장비가 고장나기 때문에 이 문제는 정말 심각해졌습니다. 낙뢰 보호 장치에 대한 주제는 전통적으로 라디오 아마추어와 전문가 사이에서 가장 많이 논의되는 주제 중 하나이며 다양한 신화와 부정확성에 가려져 있습니다. 제안된 기사는 질문에 대한 답변을 제공합니다. 장비에 너무 강력한 낙뢰 방전의 영향을 견딜 수 있는지, 활성 장비를 보호하는 방법과 방법이 결정됩니다. 번개 방전으로부터 보호하려는 시도는 우리 시대보다 오래 전에 알려졌습니다. 이집트의 고고학 발굴 중에 파괴 된 사원의 벽에서 비문이 발견되었으며 사원 주변에 설치된 돛대가 "천상의 불"로부터 보호하는 역할을했습니다. 번개 방전의 진동 특성은 G. Hertz의 실험 작업 이전에도 입증되었습니다. 물방울, 먼지 입자 및 얼음 조각의 고속 이동으로 인해 발생하는 상당한 정전기 전위 외에도 번개 방전이 강력한 전자기 복사를 생성하는 강력한 무선 송신기 역할을 한다는 것이 중요하다는 것이 밝혀졌습니다. 이 방사선의 스펙트럼 구성은 수 헤르츠에서 수십 킬로헤르츠 범위에 있으며, 가장 높은 밀도는 5...8kHz 영역에 있습니다. 이러한 이유로 트위스트 페어(LVVP)로 만들어진 정보 라인에서 장치를 분리하는 트랜스포머는 종종 무력합니다. 막대한 전원 간섭이 절연 변압기를 파괴하지 않고 통과하지만 전자 장치를 손상시킵니다. 연구에 따르면 이러한 펄스의 지속 시간은 1에서 500마이크로초 또는 그 이상이며 전압은 수백 볼트에서 수십 킬로볼트에 이를 수 있습니다. 세계 여러 연구소에서 장기간 연구한 결과, 낙뢰 방전 펄스의 평균 매개변수가 얻어졌습니다. 킬로미터 단위로 측정된 길이의 전력선 및 전화 통신에서 최대 20 ... 25 kV의 전압 임펄스와 최대 10 kA의 전류가 가능합니다. 수백 미터 길이의 더 짧은 라인에서는 최대 6kV의 전압 펄스와 최대 5kA의 전류가 유도되고 건물 내부를 통과하는 라인에서는 최대 6kV 및 최대 500A가 유도됩니다. 홈페이지에 게시된 통계에 따르면 , 비차폐 연선으로 만들어진 가공선에 연결된 장비의 "생존" 비율은 2%에 불과합니다. 기업 중 하나의 로컬 네트워크에 서비스를 제공하는 동안 저자가 얻은 수치는 전체적으로 말한 내용을 완전히 확인합니다. 그리고 동축 케이블 라인에 연결된 장비의 고장은 벽돌 건물 내부에서도 드문 일이 아닙니다. 이러한 가공선에서 장비는 특별한 보호 조치 없이는 실제로 "살지 않습니다". 이러한 영향에 대한 절대적인 보호는 없지만 보호 장치의 비용, 복잡성 및 효율성 간의 합리적인 타협을 기반으로 손실을 최소화하는 것은 의심할 여지 없이 가능합니다. 물론 "고전적인"방법을 사용하는 것이 좋습니다. 광섬유 케이블로 전환하고, 개방 라인을 버리고, 케이블 시스템을 차폐하지만 때로는 높은 비용과 설치 복잡성으로 인해 중소형 네트워크에서이 모든 것을 사용할 수 없습니다. 따라서 뇌우 동안 장비 고장의 주요 원인을 고려하십시오. 1. 뇌운에 축적된 고정 전하의 영향으로 케이블 및 장비에 정전기가 형성됩니다. 공기 라인은 정전기에 가장 취약합니다. 또한 겨울에는 눈이 내리는 건조한 날씨와 소위 "모래 눈보라"가 발생하는 여름에는 상당한 전하가 축적될 수 있습니다. 주요 보호 방법은 실드 및(또는) 전도성 트래버스를 접지하고 케이블 양쪽 끝에 어레스터를 설치하여 정전기를 제거하는 것입니다. 여기에서 중요한 전류 제거에 대한 높은 요구 사항이 적용되는 피뢰기의 올바른 접지 및 신뢰성이 가장 중요합니다. 2. 번개 방전에 의해 생성되는 강력한 전자기장에 노출되어 발생하는 고전압 펄스의 케이블 시스템 유도. 사용된 LVVP가 차폐되지 않은 경우 강력한 전자파에 노출된 결과 각 트위스트 단계에서 몇 밀리볼트 내에서 작은 전압이 유도됩니다. LVVP가 완벽하게 만들어지고 회로의 면적이 동일하면 총 유도 EMF는 XNUMX에 가깝습니다. 실제로 트위스트 피치는 동일하지 않으므로 기본 EMF의 완전한 상호 보상이 없으며 케이블이 길수록 생성된 전자기 펄스의 결과로 한 쌍의 도체 사이의 전압이 높아질 수 있습니다. 번개로. 이 전압은 수백 볼트에 이를 수 있습니다. 보호의 주요 방법은 차폐, 케이블의 두 와이어 사이의 최대 전압이 7 ... 10 V를 초과하지 않는 케이블 끝에 전위 보상 보호 장치를 설치하는 것입니다. 수백 볼트를 초과하는 전위 접지에 비해 어레스터가 감소합니다. 3. 주전원의 전압 서지. 이것은 장비가 "완전히" 고장나는 상당히 일반적인 이유입니다. 220V 네트워크에서는 최대 수천 볼트의 전압 서지가 자주 발생합니다. 그 이유는 변전소의 퓨즈 작동, 낙뢰 방전, 다른 강력한 에너지 소비자의 간섭 때문입니다. 전통적인 보호 방법 - 표준 전원 공급 장치의 신뢰성 향상, 무정전 전원 공급 장치 사용 및 네트워크의 과전압에 대한 보호 장치. 4. 접지 장치의 잠재력 변경. 지구 표면 가까이에서 번개가 방전될 때 발생합니다. 장비 고장의 주된 이유는 서로 상당한 거리에 설치된 장비의 접지 버스에서 큰 전위차가 있기 때문입니다. 이 경우 매우 큰 평형 전류가 케이블 라인과 I/O 회로를 통해 흐르고 전자 또는 전기 장비를 파괴합니다. 이 경우 접지 장치 설치 규칙을 엄격히 준수하면 손실을 최소화 할 수 있습니다. 판매의 선두 자리 중 하나는 가정용 ProtectNet by ARS용 낙뢰 보호 장치(LG)가 차지하고 있습니다. 그러나 매우 저렴한 가격과 외부 매력으로 인해 이러한 HDL HA에도 단점이 없는 것은 아닙니다. 여기에 사용되는 금속 산화물 배리스터는 속도가 빠르고 가격이 매우 저렴하지만 차폐되지 않은 가공선에서 장비를 안정적으로 보호할 수 없습니다. 이들의 잔류 전압은 보호 장비에 허용되는 최대값보다 몇 배 더 높을 수 있습니다. 이것은 배리스터의 비이상적인 전류-전압 특성과 배리스터를 통해 흐르는 전류 펄스의 진폭에 대한 전압의 의존성으로 설명됩니다. 또한 보호 요소가 매개변수를 점진적으로 변경하고 제한에 가까운 전류가 흐르면 성능이 저하된다는 점을 고려해야 합니다. 이 경우 배리스터의 내부 저항이 감소하고 결국 보호 라인이 닫힙니다. 가공선에서 거의 몇 년 동안 작동하면 장치의 보호 속성이 손실되고 손실이 증가하므로 장거리 고속 네트워크에서 사용할 수 없게됩니다. 많은 국내 생산 UG에서 네온 램프 또는 형광등 스타터의 "네온" 램프가 어레스터로 사용됩니다. 이는 주로 이러한 보호 요소의 비용이 저렴하기 때문입니다. 저자의 의견에 따르면 네온 램프는 내파괴성이 높고 속도가 느리기 때문에 이러한 솔루션은 그다지 성공적이지 않습니다. 건물 사이에 뻗어있는 100m 길이의 차폐되지 않은 HDTV 1메가비트 네트워크에 대한 장기 테스트 결과 장치가 그림 1에 표시된 다이어그램으로 나타났습니다. 16. VD17 VD8 다이오드를 기반으로 한 다상 다이오드 브리지이며 대각선에는 보호 다이오드 VD1이 포함되어 있어 두 라인 도체 사이의 전압을 약 1500V 수준으로 제한합니다. Transil 제한 다이오드의 사용은 제너 다이오드와 이러한 장치의 매개 변수가 크게 다르기 때문입니다. 예를 들어, 클램핑 다이오드의 응답 시간은 몇 피코초 미만이며 최대 소비 전력(XNUMXms 이내)은 XNUMXW입니다.
XS1 커넥터에 회선이 연결되고 XS2 커넥터에 네트워크 장비가 연결됩니다. UG를 네트워크 장비에 연결하는 케이블은 최소 길이여야 합니다. 정보 케이블의 각 컨덕터는 1V를 초과하는 정전기 전위를 제거하는 가스 충전 어레스터 F4-F90를 통해 접지에 연결됩니다. 특수 어레스터 Epcos T83-A90X는 번개 방전의 특성인 10/8 μs의 지속 시간. 이중 어레스터는 경제성만을 고려하여 사용되며, 대신 위의 요건을 충족하는 모든 것을 사용할 수 있습니다. 다이오드 20N1(VD4007-VD1) 대신 16kHz 이상의 주파수에서 작동할 수 있는 최소 1000V의 허용 역전압을 가진 수입 및 국내 생산의 유사한 정류기 다이오드를 사용할 수 있습니다. UG는 두께 1,5mm의 양면 호일 유리 섬유로 만든 인쇄 회로 기판에 조립됩니다. 장치의 인쇄 회로 기판 도면이 그림 2에 나와 있습니다. XNUMX.
요소 측면의 보드에 있는 호일은 스크린 역할을 하며 부품의 리드 근처에서만 제거되어 구멍을 카운터싱킹합니다. 피뢰기의 중간 단자는 부품 측면에서 호일에 직접 납땜됩니다. 접지 도체는 직경 2mm의 구멍에 삽입되고 보드의 양쪽에 납땜됩니다. 누화를 줄이기 위해 점퍼 1과 2,3, 6과 4, 5와 7, 8과 3을 XNUMX회 또는 XNUMX회 쌍으로 꼬을 수 있습니다. 조립된 UG 보드의 모습은 Fig. 삼.
장치는 표준 이중 소켓 RG45B에 장착됩니다(그림 4).
이 소켓에서는 XS1 및 XS2 커넥터 핀의 번호가 서로 반대로 지정되어 있으므로 점퍼를 인쇄 회로 기판에 사용해야 했습니다. 다른 장착 옵션의 경우 UG 점퍼를 제외할 수 있습니다. 일반 나이프 커넥터는 소켓 보드에서 제거되고 곡선 핀이 대신 납땜됩니다(그림 5). 여기에 UG 보드가 장착됩니다(그림 6).
케이블의 7개 컨덕터를 모두 보호할 필요가 없는 경우 그림 2에 표시된 단순화된 방식에 따라 UG를 조립할 수 있습니다. 81. 미사용 컨덕터는 함께 연결되고 피뢰기 F90(Epcos NXNUMX-AXNUMXX)를 통해 접지에 연결됩니다.
220V 네트워크에서 짧은 전압 버스트로부터 전원을 보호하기 위해 회로가 그림에 표시된 장치가 사용됩니다. 8. 예를 들어 전원 콘센트에 내장되어 있는 것과 같이 전원 공급 장치에 가능한 한 가까운 전원 전선의 파손에 포함됩니다.
장비의 저전압(9 ... 12 V) 전원 공급 회로의 길이가 수 미터 이상인 경우, 예를 들어 자유 쌍 또는 비차폐 전선을 통해 전원이 공급되는 경우 UG를 설치해야 합니다. 그림의 구성표에 따라 조립됩니다. 8, 1.5개 대신에 18개의 XNUMXKEXNUMX 클램핑 다이오드만 사용되며, 캐소드에 의해 전원 플러스에 연결됨을 특징으로 한다. 장치는 저전압 DC 전원 회로의 중단 시 활성 장비에 가능한 한 가깝게 연결됩니다. 모든 유형의 UG에는 접지 또는 보호 중립에 대한 필수 연결이 필요합니다. 우리의 경우 이것이 하나이고 동일하다고 가정합니다. 부재시 낙뢰 보호에 대한 모든 조치는 실질적으로 XNUMX으로 감소합니다. UG를 접지에 연결하는 것과 관련된 주요 사항에 대해 살펴보겠습니다. PUE(Electrical Installation Rules)에 따르면 주거용 건물의 전기 네트워크는 단계(L), 작동 영점(N) 및 보호 영점(PE)으로 구성되며 착륙 및 중간 접점의 배전반 하우징에 연결됩니다. 아파트의 콘센트. 귀하의 집이 1998년 이후에 지어진 경우 높은 확률로 보호 제로가 콘센트에 연결되었다고 가정할 수 있습니다. 위상에 대해 220V 전압의 백열등을 먼저 중성선에 연결한 다음 콘센트의 중간 접점에 연결하여 존재 여부를 확인할 수 있습니다. 두 경우 모두 램프가 밝고 고르게 연소되어야 합니다. 램프가 중간 접점에 연결될 때 실드의 잔류 전류 장치(RCD)가 트리거되면 보호 제로의 존재만 확인됩니다. 방에 보호 제로를 가져 오지 않으면 직접 수행해야합니다. 이를 위해서는 단면적이 1,5mm2 이상인 와이어가 필요하며 클수록 좋습니다. 와이어의 한쪽 끝은 배전반 하우징에 연결된 모선의 자유 볼트 아래에 고정되고 다른 쪽 끝은 소켓 또는 UG의 접지 접점에 연결됩니다. 가열 배터리 또는 수도관을 보호 영점으로 사용하는 것은 허용되지 않습니다. 그 이유 중 하나는 이러한 "접지"의 높은 저항입니다. 또한 어떤 경우에는 배터리의 전위가 XNUMX과 다를 수 있습니다. 예를 들어 배선의 중성선이 끊어져 이웃이 파이프를 작동 XNUMX으로 사용하는 경우 이는 엄격히 금지됩니다. 그리고 건물 지하에는 이론적으로 잠재적 이퀄라이제이션 시스템이 있어야하지만 실제로는 무엇이든 있습니다. 도시 아파트에서 모든 것이 다소 명확하다면 예를 들어 시골 주택 소유자가 올바른 보호 접지 선택을 결정하는 것이 쉽지 않습니다. 일반적으로 농촌 주택에는 가공 전력선을 통해 220V 전압이 공급되며 작업 영점을 보호용으로 사용하는 것은 위험합니다. 비상시(전력선의 중성선 단선, 전력선에 나무가 쓰러지는 등) 상전압까지 중성선에 XNUMX이 아닌 전위가 나타날 수 있습니다. 이 경우 자연 접지 전극을 보호 접지 장치로 사용할 수 있습니다. 이와 관련하여 PUE의 1.7.70항은 다음과 같이 설명합니다. 및 중앙 난방, 우물의 케이싱 파이프, 지면과 접촉하는 건물 및 구조물의 금속 및 철근 콘크리트 구조물, 수력 구조물의 금속 션트, 도관, 게이트 등, 지상에 깔린 케이블의 납 피복 케이블의 알루미늄 피복은 자연 접지 도체로 사용할 수 없습니다.유일한 접지 도체, 접지 장치 계산에서 케이블 수가 1개 이상일 때 고려해야 합니다. 고압선(VL)의 접지 도체가 연결됨 오버 헤드 낙뢰 보호 케이블을 사용하는 전기 설비의 접지 장치에 케이블이 오버 헤드 라인 지지대에서 분리되지 않은 경우 오버 헤드 라인의 수를 최소 XNUMX 개로 반복 접지하여 최대 XNUMXkV의 오버 헤드 라인의 중성선; 레일 사이에 점퍼를 의도적으로 배치한 상태에서 주요 비전기 철도 및 접근 도로의 레일 트랙. 또한 PUE에 따르면 "다양한 그룹 라인의 제로 작동 및 제로 보호 도체를 결합하는 것은 허용되지 않습니다 ...", 즉 접지 (제로) 전도성 트래버스, 케이블 서스펜션 케이블 및 사용하지 않는 것이 필요합니다 한쪽 끝에서만 케이블의 도체. 사실은 지상으로의 가까운 낙뢰 방전으로 인해 위에서 언급했듯이 접지 장치의 잠재력이 크게 변합니다. 또한 멀리 떨어진 접지 지점 간의 전위차가 매우 클 수 있으며 양쪽 끝이 "단단한" 접지로 되어 있으면 상당한 균등화 전류가 케이블과 장비를 통해 흐를 수 있습니다. 설명된 것과 유사한 UG 공급 및 정보 라인은 HDPE를 보호할 뿐만 아니라 전화, 화재 및 도난 경보 라인, 비디오 감시 시스템 및 기타 정보 및 활성 장비의 공급 라인을 몇 개 이상의 거리에서 원격으로 보호하는 데 사용할 수 있습니다. 수십 미터, 특히 야외에서 작동하는 공기. 저자: D.Malorod, Kovrov, Vladimir 지역
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