Особенности подключения и заземления длинных передающих линий

Особенностью систем проводной связи является наличие длинных проводных линий, на которые могут наводиться значительные помехи даже на низкой частоте. Источником наводок могут быть грозовые разряды, линии электропередачи, электротранспорт и т.п.

Проводные линии связи объединяют различные объекты на большой территории. Среди этих объектов часто имеются энергетические и промышленные предприятия, на заземляющих устройствах которых могут кратковременно присутствовать потенциалы в несколько кВ (в отдельных случаях - порядка 10 кВ). Эти потенциалы оказываются приложенными к линиям связи и, следовательно, к входам подключенной к ним аппаратуры.Другой особенностью многих объектов связи является наличие антенно-мачтовых устройств, вероятность грозового разряда на которые зачастую очень высока. Обследование ряда объектов показало, что часто более 50% тока молнии может стекать по экранам кабелей на узел связи. Это создает очень высокий уровень импульсных помех и полей непосредственно в местах размещения аппаратуры. Воздействие мощных помех при грозе, авариях на линиях электропередачи и т.п. способно оказывать разрушительное воздействие на аппаратуру. Менее мощные, но постоянно действующие помехи из-за "плавающего" потенциала местной земли, работы электромеханических реле, воздействия радиосредств и т.п. обычно не приводят к выходу из строя аппаратуры. Однако при этом ухудшается связь по аналоговым и цифровым каналам. В аналоговых каналах происходит искажение передаваемого полезного сигнала. В цифровых - происходит увеличение доли испорченных пакетов и, как следствие, снижение пропускной способности канала. Также возможно возникновение сбоев цифровой аппаратуры из-за воздействия ВЧ-помех. Комплексное решение проблем питания, заземления и ЭМС

Защита по питанию основывается на современной концепции зон защиты (МЭК 1024, МЭК 1312). При этом происходит размещение защитных устройств в три каскада, обеспечивающее последовательное снижение амплитуды и энергии импульсных помех. Многоступенчатая защита организуется также для проводных цепей связи, по которым ожидается приход значительных помех. Для остальных цепей может быть применена одноступенчатая защита в кроссовом исполнении. Во всех случаях предусматривается защита входных каскадов АТС от перегрузки по току.При необходимости применяются дополнительные экраны, фильтры, устройства защитного отключения, оптические развязки и т.п. Основными составляющими комплексного решения являются:

Проведение обследования на объекте.Разработка и реализация мероприятий по модернизации систем питания, заземления и грозозащиты, экранированию, фильтрации, защите от статики и т.п.Корректировка (в случае необходимости) мест размещения аппаратуры и трасс прокладки кабелей по условиям ЭМС.

Подбор устройств защиты от импульсных помех, фильтров, стабилизаторов, разделительных трансформаторов, устройств защитного отключения и т.п.Поясним более подробно основные составляющие комплексного решения

Основную угрозу для цифровой аппаратуры представляют помехи импульсного характера. Они могут воздействовать на аппаратуру по проводным цепям связи (коаксиальным кабелям с антенно-мачтовых устройств, обычным телефонным парам, аналоговым цепям с уплотнением и цифровым проводным цепям). Для их подавления используются устройства защиты на базе нелинейных элементов.

Устройства защиты от импульсных помех в цепях питания размещаются согласно зонной концепции (МЭК 1024, МЭК 1312). Она предусматривает выделение в пределах здания, где располагается узел связи, зон защиты (от I до III в порядке убывания уровней помех). Зоной 0 считается открытая территория за пределами здания, антенно-мачтовые устройства и т.п. Границами зон обычно служат железобетонные стены, играющие роль электромагнитных экранов. Проводные цепи между зонами снабжаются устройствами защиты соответствующего класса. Цифровые устройства, не испытывавшиеся в соответствии со специфическими промышленными нормами, должны размещаться в зоне III. Аналогичным образом организуется защита по входам аналоговых цепей связи, где ожидается высокий уровень импульсных помех, или крутизна фронта импульса велика. Выявление таких цепей происходит на стадии оценки электромагнитной обстановки. При этом различные ступени защиты часто физически реализуются в одном устройстве. В менее критических случаях достаточно применения одноступенчатых устройств (например, в кроссовом исполнении). Обычно такие устройства реализуют защиту входов АТС от импульсных помех, а также от токовой перегрузки. Защита по цифровым интерфейсам связи с информационными системами осуществляется специализированными устройствами для этих интерфейсов (например, для Ethernet различных типов, ISDN, RS 232, 422, 485 и так далее).И, наконец, защита оборудования радиосвязи осуществляется специальными ВЧ устройствами для коаксиальных кабелей. Диапазон рабочих частот для таких устройств - до нескольких гигагерц. Первой фазой реализации комплексного решения является обследование. Ее необходимость продиктована невозможностью полностью решить проблему ЭМС только установкой средств защиты от импульсных помех. В качестве примера рассмотрим уже упоминавшуюся ситуацию, когда происходит грозовой разряд на антенно-мачтовое устройство рядом с узлом связи. Как показывает исследование картины растекания токов, на многих объектах более 50 % тока молнии протекает по оболочкам коаксиальных кабелей на узел связи. В этом случае простая установка защитного устройства не даст практически ничего. Действительно, будет обеспечено только выравнивание потенциала на входе устройства радиосвязи. В то же время, ток в десятки кА сможет по-прежнему растекаться по заземлению узла связи в непосредственной близости от аппаратуры. Создаваемые при этом импульсные магнитные поля могут превышать 1000 А/м. Такие поля способны вывести из строя аппаратуру, создавая наводки непосредственно в ее внутренних схемах, т.е., в обход любых устройств защиты. Для решения проблемы требуется организовать систему заземления мачты, экрана кабеля, устройства защиты и узла связи таким образом, чтобы на узел попадала лишь малая часть тока молнии (по нормам МЭК - до 20%).Дальнейшая разработка мер защиты происходит на базе результатов проведенного обследования. Наряду с установкой устройств защиты от импульсных помех, может потребоваться проведение дополнительных мероприятий по модернизации систем заземления, питания и дополнительному экранированию аппаратуры и цепей. Для борьбы с выносом потенциала используются разделительные трансформаторы (типичное решение при питании НРП с территории электростанций и подстанций). В ряде случаев требуются дополнительные мероприятия по защите от электростатики и радиочастотных полей. Иногда обследование может внести коррективы в выбор помещений для аппаратуры и трасс прокладки кабелей.