Начнем с самой аббревиатуры. УЗИП — устройство защиты от импульсных перенапряжений. Официальный «ГОСТовский» термин.
Замечу, в самом названии ни слова нет ни о какой грозе. Если говорить о грозозащите, о молниезащите, это целый перечень организационно‑технических мероприятий. Тем не менее, в обиходе в отношении УЗИПов очень часто применяется термин «грозозащита». А от термина очень легко можно прийти к искаженному представлению о сути вопроса защиты от импульсных перенапряжений, и далее — к вполне конкретным убыткам от неверного толкования.
Еще раз о природе возникновения опасных импульсных перенапряжений в линиях. Курс физики средней школы: внешнее переменное электромагнитное поле наводит в линии связи ЭДС (электродвижущую силу), вызывающую прохождение тока в линии, что приводит к возникновению разности потенциалов на ее концах. Величина этой разности потенциалов Uопасн. зависит от протяженности участка воздействия и напряженности (E) электромагнитного поля от внешнего источника. А вот от природы возникновения этой напряженности (Е) величина ЭДС никак не зависит.
Очень важный для понимания вопрос: УЗИП защищает не линию, а оборудование, к ней подключаемое. Сама линия, как раз, и представляет собой источник опасности, будучи помещенной в переменное электромагнитное поле.
Следующий принципиальный вопрос: а какая величина этого наводимого напряжения будет опасна для оборудования? Понятно, что рабочее напряжение выражается не строго определенным числом, а всегда находится в некотором диапазоне — «от и до». Даже ГОСТ позволяет считать основным нашим первичным напряжением 230V все, что находится в диапазоне +10 -15%. И вот это «до» для каждой линии в каждом конкретном случае нас и будет интересовать. Поскольку защищаем мы аппаратуру, а не линию, это «до» будет определяться допустимым превышением для подключаемого оборудования в течение конкретного временного интервала.
Длительность разряда молнии составляет в среднем 50 мкс. С количеством повторений до трех и интервалами до 0,5 с.
Если в течение такого временного интервала к какому‑нибудь холодильнику, пылесосу, или утюгу окажется приложенным напряжение вольт 280–300, ничего страшного, скорее всего, не произойдет. Никто ничего попросту не заметит. Но с другой стороны, такое наведенное перенапряжение в 50–70 В на линии способны создать исключительно атмосферные разряды. Отсюда и вольное название — «устройство грозозащиты». Хотя, как указано выше, даже будучи установленным в общей системе молниезащиты, такое устройство все равно остается не более, чем устройством защиты от импульсных перенапряжений.
Однако в течение последних десятилетий лавинообразно росло количество всевозможных слаботочных систем — это и системы видеонаблюдения, охранно‑пожарной сигнализации, системы всевозможных мониторингов и управления. Ну, и конечно, всеобъемлющий Internet. И строятся такие системы зачастую с использованием длинных линий. А выше было сказано, что величина наводимой в линии ЭДС зависит как от напряженности электромагнитного поля от внешнего источника, так и от протяженности участка воздействия. Но при этом на порядки изменились абсолютные величины опасных перенапряжений для аппаратуры, подключаемой к слаботочным линиям. Это уже не утюги и холодильники, а видеокамеры, сетевые коммутаторы, регистраторы, входные каскады серверов, роутеры и т. п. Опасные перенапряжения для подобного оборудования даже при импульсном воздействии исчисляются уже единицами вольт.
Например, напряжение ограничения для УЗЛ‑Е (УЗИП для защиты портов Ethetnet) составляет 15В при номинальном рабочем напряжении 5В. То есть, опасное перенапряжение при импульсном воздействии составляет всего 10В. При длительном воздействии перенапряжение всего в 1В уже является опасным.
Для того, чтобы создать на стометровом участке линии разность потенциалов в 10В уже никакой грозы не требуется. Есть множество других факторов, которые могут присутствовать на объекте в обычном рабочем режиме. А если говорить о каких‑то производственных и промышленных объектах, то наличие всевозможных переменных электромагнитных полей и вовсе является правилом, а не исключением.
Основными источниками опасных напряжений могут являться и высоковольтные линии передачи, расположенные параллельно линиям связи, и контактные сети электрифицированных железных дорог, сети городского электротранспорта, и электросварочные установки, близко расположенные радиотехнические передающие, локационные и другие станции. И, конечно, атмосферные разряды, которые на самом деле находятся далеко не на первом месте в списке угроз для слаботочных сетей. Система может вообще находиться внутри помещений и не иметь никаких выходов наружу или никакие грозы в месте установки никогда не имеют места быть, тем не менее, это не означает, что нет необходимости в установке устройств защиты от опасных наведенных перенапряжений.
В качестве наглядного примера: самая первая модель нашей аппаратуры передачи видеосигнала по витой паре (АПВС) не имела защиты от опасных наведенных напряжений в качестве элемента схемы самого устройства. Предполагалось, что пользователь сам оценит необходимость установки УЗИПа и, если сочтет нужным, приобретет его отдельно. Рассчитана аппаратура передачи была для линий длиной до 2 км. Но применялась потребителем и на гораздо более коротких линиях, как правило, от 100 метров. Как показала практика, абсолютно все комплекты аппаратуры передачи, для работы с которыми не использовались УЗИПы, вернулись на предприятие в ремонт с общим диагнозом — превышение допустимого напряжения в линии связи. После этого на всех последующих моделях двухступенчатая защита от импульсных перенапряжений стала обязательным элементом схемы. То же касалось и всей аппаратуры управления по интерфейсу RS-485.
Мы сами никогда не называем (и вам не советуем) любые модели УЗИПов устройствами грозозащиты. Во‑первых, это просто неграмотно — никогда не защитит от реальной грозы никакое единичное устройство. А во‑вторых, чтобы не возникало иллюзий относительно того, что при отсутствии какой‑либо вероятности атмосферных разрядов нет необходимости в применении устройств защиты оборудования, подключаемого к линии. Особенно — слаботочной.
Александр Попов, технический эксперт компании «Тахион»
