Записки старого админа
Записки обо всём, что бы не забыть потом..
Грозозащита Ethernet сетей
Грозозащиты предназначены для защиты портов коммуникационного оборудования от всевозможных перенапряжений или недопустимых бросков тока в магистрали, а также сброса статического напряжения с проводников к которым они подключены.
Существует много разновидностей грозозащит и для разных целей. В данной теме, рассматривается грозозащита для Ethernet сетей на скоростях до 100 Мб/сек.
Итак, всё это дело началось очень давно — потому как в то время когда я работал на фирме провайдера, который занимался в то время dialapом, было предложено мной развитие интернета в сторону локальных сетей.
И тут все понеслось:
Проэткы, расчёты, договора, создание под это дело специализированного сервера, в общем работа крутилась, а я как предложивший данную идею — тянул больше всех ( как говорится инициатива наказуема 😉 ). Ну в общем, по истечению месяца, была собрана и протестирована «умная» локальная сеть на двух микрорайонах и связь между ними. Нацепляли объявлений, подключились люди, но…. Радовались к сожалению не долго — первая гроза, а дело было перед маем, и ПШЫК. :(.
Попробуем понять, что произошло в грозу.
Если вы знакомы с принципом работы конденсатора, то примерно то же самое происходит между тучей и землей в момент гроз, а провода которые между домами и есть те самые проводники конденсатора, которые накапливают статику и время от времени выплескивают её наружу.
Для защиты от данного накопления статики на этих проводах, используются грозозащиты, через которые статика уходит в землю.
Мы и решили себе купить несколько десятков данных устройств, но как мы были удивлены что на тот момент выпускали их только фирма APC и цены соответственно не совсем дружелюбны, поэтому мы решили создать подобное устройство сами. Прошло уже 5-7 лет с момента создания первой грозозащиты, с тех пор они активно защищают наши сети. И потерь практически не наблюдается.
Теперь о самом устройстве.
Теория:
Устройства грозозащиты предназначены для защиты от действия электростатического напряжения в предгрозовой период, а также для снижения амплитуды наведенных помех, воздействующих на оборудование локальных вычислительных сетей в грозовой период. Они способны обеспечить защиту только от вторичных воздействий молнии, и неэффективны в случае прямого попадания молнии в кабель.
По назначению их можно разделить на четыре группы:
защита информационных портов оборудования Ethernet;
защита информационных портов модемов;
защита информационных портов на коаксиальном кабеле;
защита устройств различного вида от перенапряжений, возникающих в питающей сети переменного тока 220В 50Гц.
Ниже рассмотренная схема, и ее модификации без особых затруднений выполняет ей поставленную задачу, и при этом не сильно садит сигнал на ликах. То есть, при длине линка слегка превышающим стандарты, до 120 метров — без проблем выполняет поставленные ей задачи.
Сразу замечу, что никакое из рассматриваемых в данной статье устройств не способно защитить от прямого удара молнии. Однако, мне пока неизвестны случаи прямых ударов молний в провода локальных сетей.
При нормальной работе диоды запираются за счет встречно включенного ограничителя напряжения (и энергии полезного сигнала). При превышении порога срабатывания ограничителя на нем превращается в тепло выпрямленный на диодах сигнал. При повышении напряжения относительно земли в пределах 18,56-230В и выше, срабатывает варистор, затем разрядник или что его заменяет. Малый статический ток убегает через параллельно включенный резистор или конденсатор разряднику (в зависимости от модификации).
В схеме использованы быстродействующие диоды, что позволило разработать более чувствительную грозозащиту к статике.
Ниже, привожу принципиальную схему и фотографии готовых устройств.
Принципиальная схема: 
Одна из плат, со стороны дорожек. 
Плата с диодами: 
Другой вариант платы с другими диодами: 
Вариант платы с варисторным сбросом статики: 
Вариант с разрядником (первая пробная плата, на которой зафиксированы проводники силиконом, что не имеет смысла именно таким способом): 
Вариант с неонкой сбоку: 
Вариант с неонкой и пластиковым гнездом: 
Вариант с неонкой и железным гнездом: 
Общий вид со стороны, несколько штук: 
А вот ещё одна фотка — грозозащита лежит на спичичном коробке:
После того как грозозащита собрана, ее нужно протестировать. Я это делаю на понижающем трансформаторе (близком по току к сварочному аппарату). Делаю примерно таким образом:
Наматываю метров 20-30 витой пары вокруг этого трансформатора, что бы сделать сильную индукцию (теоретически линки могут даже не подняться). Потом обжимаю этот провод с двух сторон и обе стороны в вставляю в разные свичи, которые подключены к разным компам (в моем случае это ноут и стационарный ПК). Запускаю большие пинги между компами, если всё ок, то подключаю посматривая на пинги по очереди с обеих сторон грозозащиты. Убедившись что пинги идут стабильно, хотя бы секунд 30 — минуту, делаю кратковременное включение и выключение трансформатора около минуты. При этом в проводах генерится индуктивная эдс, которая также не желательна в сети. При срабатывании грозозащиты, наблюдается увеличение пинга или вообще отсутствие его. После отключения транса или включения его в стабильный режим работы, пинги снова начинают активно бегать. При этом сетевые карточки и порты свичей остаются живы. Если проделать тот же самый эксперимент без грозозащит, то как минимум порт у свича вылетит, или вообще пробьет процессор.
ПРОВЕРЕННО, НЕ РИСКУЙТЕ.
КАРТОЧКИ НА НОУТЕ И КОМПЕ ВЫНОСНЫЕ (ТО ЕСТЬ НЕ ВСТРОЕННЫЕ)..
ИНАЧЕ МОЖЕТ УБИТЬ МАТЬ, ЕСЛИ ЧТО ТО ПОЙДЕТ НЕ ТАК..
PS. Ну, вот и всё.
Теперь вы знаете как делать грозозащиты.
Можете собирать сами, ну или в принципе также можем договорится о сотрудничестве 😉
Если вам понравились мои грозозащиты и вы желаете их у меня заказать, оставьте свои данные на форме обратной связи, и я с вами свяжусь.
Напоминаю всем копирующим мой контент о существовании закона «Об авторском праве».
В связи с этим, прошу во избежании конфликтов при копировании данного материала, ставить на него ссылку:
Также, вы можете отблагодарить меня переслав любую сумму на любой кошелек WebMoney, для поддержания данного ресурса. Или просто админу на пиво 😉
Кошельки для получения благодарности:
R386985788805
U234140473141
Z147712360455
Источник
Своими руками / Грозозащита для UTP
Грозозащита для UTP.
Грозозащиты не всегда могут спасти от удара молноей! Тем не менее, вот такая фотография должна быть по душе сетестроителю.
Что дает защита? Если взглянуть на схему, то все достаточно просто. Коротко, защита сначала уравнивает на диодах разницу потенциалов всех проводов в кабеле, превращая ее в тепло на ограничителе напряжения. Затем, при существенном повышении напряжения относительно земли, сбрасывает его через разрядник.
Спасает, конечно, не наверняка, но заметно. Забавно смотреть в грозу, как пингуются удаленные хосты. Молния, гром.. Пинг пропал (причем только на хостах в районе удара). Проходит несколько десятков секунд — пинг обычно (но, к сожалению, не всегда) восстанавливается.
Описание диода 1n4006, ограничителя напряжения 1.5ke7М5А. Последнее элементы (Q1-Q5) так и не удалось найти, но по смыслу они прекрасно заменяются разрядником или даже искровым промежутком.
А вот и небольшое дополнение к статье:
Сгоревшие вдребезги элементы (кусочки видны на левой части корпуса) показаны красными стрелками. На принципиальной схеме они обозначены как Q1-Q5. Называются полупроводниковым псевдоискровым разрядниками, на напряжение 250 Вольт.
Почему АРС устанавливает именно их? Ответ простой — стоимость. 2 цента при покупке большой партии — сильный аргумент. Экономят, буржуи. Ну а комментарии по надежности получившегося в результате устройства, думаю, излишни. Только провод заземления хорош, да корпус. Увы, проку от них не больше, чем от кучки глянцевых бумажек со знаками соответствия всем мыслимым требованиям.
Супрессору то же досталось. Мерять его сопротивление не стоит — смысла нет мучать прибором порыжевший в гайку полупроводник..
Разумеется, эта защита не спасла порт хаба. Он то же сгорел. Более того, продавец защиты отказывается ее менять по гарантии, несмотря на все сертификаты. В общем, нет повести печальнее на свете..
Кстати, грозозащита АРС для коаксиала выглядит, если снять компаунд, практически так же (только диодов меньше). А сгорает еще быстрее. Жалко, выкинул год назад сгоревший до голого текстолита экземпляр.
Источник
Простая грозозащита
В последние годы актуальность грозозащит стала поменьше — оптика, беспроводные технологии, но все же все же. Если к вам в квартиру заходит кабель, и этот кабель — не оптический, гроза представляет угрозу для вашего оборудования. Если у вас есть телевизор и он подключен к общей сети — кабельное ТВ, коллективная антенна (вдруг) — к чему угодно, что находится за пределами квартиры, гроза представляет угрозу для телевизора, (причем даже бОльшую, чем для компьютера).
Всех интересующихся физикой и «радиотехникой» молнии: сила тока, напряжение, длительность, спектр и пр. отсылаю к фундаментальному исследованию советских ученых от 1939 года .
Если вкратце, есть два объекта — облако и земля. Облако в процессе движения «трется» о другие облака и об потоки воздуха, при этом оно обменивается зарядами с тем, обо что трется — электризуется.
Точно так же электризуется синтетический свитер, если его снимать через голову, искры, которые при этом трещат — самые настоящие молнии, той же природы, только маленькие.
Итак, облако набрало заряд, и его потенциал составляет несколько миллионов вольт. Тут есть нюанс: потенциал не существует сам по себе и измеряется относительно какого-то другого объекта, в данном случае земли.
Что такое земля с точки зрения электротехники? Это огромный проводник, фактически сферический конденсатор огромной емкости, который может в неограниченных количествах принимать и отдавать заряды.
При этом за счет своих габаритов и емкости сколько ни закачай заряда в землю, сколько ни забери заряда из земли, ее потенциал практически не изменится.
Именно поэтому потенциал земли считается равным нулю, и от него отсчитывают другие потенциалы.
В пространстве под облаком образуется такое себе распределение потенциалов:
На любых проводах, находящихся на открытом пространстве под грозовым облаком, наводятся потенциалы в несколько тысяч Вольт и более. Несмотря на ужасающие цифры, опасности эта ситуация не влечет:
Напряжение большое, но энергия, которую можно извлечь, определяется емкостью проводов относительно земли, а она мизерна.
Ситуция в корне меняется, если облако «замыкает» на землю, то бишь образуется молния. При этом происходит два явления, которые несут большую угрозу для оборудования.
Явление 1: излучение мощной электромагнитной волны.
Откуда берется волна? Молния — это фактически проводник, «столб» с током, причем этот ток резко меняется во времени. Любое изменение тока порождает электромагнитные волны, и молния тоже. Ток в молнии огромный, до сотен тысяч ампер, и электромагнитная волна получается очень мощной.
В «электро»-«магнитной» волне есть электрическое и магнитное поле (КО).
Куда они направлены? Электрическое поле — а именно оно нас интересует — направлено параллельно молнии.
В электрическом поле между любыми двумя точками существует разность потенциалов — напряжение, и это напряжение тем больше, чем больше расстояние между точками (ну и само собой тем больше, чем больше само поле).
Выражаясь по-русски, поле электромагнитной волны молнии наводит напряжения (нескольких видов) во всех железяках, которые встречаются на пути волны.
Какие именно напряжения?
Напряжение между проводами («противофазное»)
Как хорошо видно из рисунка, электрическое поле волны наводит в параллельных проводах напряжение, и это напряжение тем больше, чем больше расстояние между проводами.
Такое напряжение наводится во всех проводах, которые параллельны: воздушные линии электропередачи, телефонная лапша etc. Такое напряжение может попасть, например, в электросеть и вызвать кратковременный всплеск напряжения 220Вольт, или вывести из строя ADSL-модем (если по какой-то причине провод до модема идет по улице).
Однако в бытовых условиях это напряжение не очень велико за счет небольшого расстояния между проводами.
Именно для компенсации этого напряжения провода в витой паре свиты, и в магистральных телефонных кабелях — тоже. Как видно из рисунка, напряжения соседних «завивок» уничтожают друг друга, давая в сумме ноль (в идеале конечно, в реальности за счет многих факторов напряжение на витой паре при ударе молнии все же есть).
ак выглядит такое напряжение с точки зрения компьютера? Так, как будто ему в разъем сетевой карты резко воткнули вместо небольшого (менее 1 Вольт) сигнала несущей Ethernet источник со значительно бОльшим напряжением.
Итак, угроза номер 1: противофазные напряжения в линии связи при ударе молнии.
Напряжение на обоих проводах относительно земли («синфазное»)
Повторимся: напряжение между проводниками в поле волны тем больше, чем больше расстояние между проводниками. Но помимо проводов в линии связи, есть еще два проводника: сама линия связи и земля. Расстояние между ними много больше, чем расстояние между проводами в кабеле, значит, и напряжение между линией и землей тоже намного больше.
Как выглядит такое напряжение с точки зрения компьютера? Так, как будто соединили все провода в линии связи и подключили, допустим, к «+» источника напряжения. «-» этого источника подключен к земле.
«Да, но ведь наш компьютер не подключен к заземлению, и потенциал на линии относительно земли нам не страшен» — скажете вы, и представите вот такую картинку:
А откуда такой оптимизм, что компьютер не подключен к земле? «Подключен к земле» не означает, что из компьютера выходит толстая шина заземления, это означает, что между землей и компьютером есть какая-то электрическая цепь.
Есть ли такая цепь? Зачастую да.
В БП обычного системного блока никаких деталей между общим проводом компьютера (черный который) и «горячей» частью БП (которая в розетку включается) никаких деталей нет.
А в некоторых блоках питания мониторов и ноутбуков между землей компьютера и землей горячей части БП установлен конденсатор, назначение — подавление импульсных помех. Фактически через этот конденсатор ваш компьютер имеет прекрасное заземление для импульсных напряжений, в том числе и возникающих при ударе молнии.
«Стоп», опять скажете вы. «Блок питания разве заземлен?»
Да, поскольку в розетке есть ноль и фаза. Ноль бытовой сети 220 Вольт подключен к заземлению в обязательном порядке.
Итак, исходите из того, что ваш компьютер заземлен по цепи
общий провод компьютера -> общий провод монитора -> конденсатор в БП между горячей и холодной частью -> элементы горячей части БП монитора -> ноль сети -> земля
а ноутбук еще короче
общий провод схемы ноутбука -> конденсатор в БП между горячей и холодной частью -> элементы горячей части БП ноутбука -> ноль сети -> земля
А достаточно ли емкости этого конденсатора, чтобы представлять угрозу? Да. Обычно это несколько тысяч пикофарад, и если зарядить этот конденсатор до напряжения в несколько киловольт, его энергии вполне хватит для вывода схемы компьютера из строя.
Есть и другие варианты цепей, через которые компьютер может быть подключен к земле.
Если у вас есть ТВ-тюнер и в него включен кабель от кабельного ТВ, ваш компьютер надежно заземлен по цепи: общий провод компьютера -> наружная часть разъема антенны -> оплетка антенного кабеля -> заземленная кабельная коробка в подъезде.
Если у вас есть CDMA-антенна на металлической мачте, вкопанной в землю, ваш компьютер надежно заземлен по цепи: оплетка кабеля -> траверса (несущая ось) антенны -> мачта -> земля.
Фактически упрощенная схема цепи выглядит так
Итак, угроза номер 2: синфазные напряжения в линии.
Явление 2. Растекание тока от молнии и связанное с этим изменение потенциала земли
Об угрозах номер 1 и 2 многократно писали. Но есть и еще одна угроза, которую обычно обходят вниманием, правда, она актуальна в том случае, если компьютер по-настоящему заземлен (ТВ-тюнер, антенна — см. выше) и особенно актуальна для телевизоров (немного ниже о ТВ отдельно).
Что такое «земля»? Третья планета Повторимся: главное электротехническое свойство земли — это способность неограниченно принимать заряды.
А что еще может принимать заряды? Любая железяка, любой проводник, любой кусок электрической схемы, выступая просто как проводник. Такая «псевдоземля», конечно, принимает намного меньше зарядов, просто в силу габаритов, емкости если хотите, но все же принимает.
Итак, ударила молния. В молнии протекает ток, переносятся заряды, всякие там электроны.
А куда они переносятся? В землю, куда ударила молния.
В земле протекает ток, «растекаясь» вокруг места удара молнии. Потенциал земли вокруг места удара перестает быть нулевым, и если где-то рядом с ударом молнии находится ваше заземление, то его потенциал в момент удара резко возрастает, и через заземление в ваш компьютер или телевизор «затекают» из земли заряды от молнии.
А куда они дальше деваются? Для этих зарядов роль «земли» выполняет схема компьютера или телевизора, заряды растекаются в схеме, и через электронные узлы схемы протекают токи, которые могут привести к выходу этих узлов из строя.
Итак, при ударе молнии на компьютер/телевизор действуют сразу четыре поражающих фактора (оценка опасности субъективна и основана на ремонтном опыте):
Защита
Абстракция: защититься от потока можно двумя способами: закрыть поток или отвести его в другое русло.
Отвод потока энергии
Самый простой принцип грозозащиты: замкнуть или сбросить в землю лишнюю энергию, актуально для синфазных и противофазных напряжений.
Условная схема проста:
При превышении напряжения («провод-провод» или «провод-земля») пороговый элемент открывается и замыкает цепь.
Один из лучших вариантов пороговых элементов — газоразрядные приборы, самый простой вариант — обычная неонка.
Неонка — не лучший разрядник для таких целей: высокое внутреннее сопротивление, малая мощность рассеивания, да и вообще она не для этого.
Есть специализированные разрядники именно для защиты линий:
и грозозащита с таким разрядником
Варианты схем таких грозозащит в основном сводятся к тому, как посадить один дорогой разрядник на несколько линий и как еще добавить дополнительных защитных элементов (варисторы, искровые промежутки).
В интернете есть масса и устройств в продаже, и схем для самореализации.
Есть ли смысл применять такие защиты? Конечно есть, и была масса ситуаций, когда они выручали. Цена вопроса — несколько долларов.
Но обратим внимание вот на что:
1. Все защиты не касаются телевизоров и вообще заземленной техники (см. выше).
2. Все такие защиты оперируют с полной мощностью напряжений, наводимых в линии молнией, сбрасывая/замыкая часть ее.
Есть способ уменьшить мощность напряжений, наводимых в линии молнией.
Гальваническая развязка
В электротехнике и радиотехнике есть понятие «гальваническая развязка» — когда то, что нужно, передается, при этом электрической связи между передающей и принимающей частью нет.
Самый простой пример — трансформатор. Как он работает? Одна обмотка перемагничивает магнитопровод, за счет этого перемагничивания возникает напряжение во второй обмотке, вот как-то так:
Главное, что нас интересует в этом девайсе:
— первичная и вторичная обмотки между собой не соединены. Никак. Синфазные напряжения в принципе через трансформатор не пройдут
— вы можете подключить первичную обмотку хоть к мегаваттной электростанции — во вторичной обмотке вы не получите мощность больше, чем может пропустить через себя сердечник.
Если мы установим по трансформатору на все входящие пары ethernet, а в телевизоре — на вход антенны, то мы решим массу проблем.
Во-первых, мы железно развяжемся от земли и устраним самую опасную проблему — затекание токов от молнии в наш девайс.
Подчеркну — актуально главным образом для телевизоров, наблюдалось много сгоревших после грозы, причем выходили из строя не БП, а именно внутренние узлы с высокой степенью интеграции — процессоры, микросхемы обработки сигнала etc.
Во-вторых, противофазная помеха, конечно, попадет на вход устройства, но ее мощность будет ограничена трансформатором и вреда не принесет. К тому же вот теперь ее легко и надежно можно отсечь грозозащитой.
В третьих, синфазная помеха к нам не попадет вообще.
Красота? Конечно. Только не нужно забывать, что помимо защитных функций, трансформатор должен еще без проблем пропустить сигнал, и тут начинаются нюансы.
На входе сетевой карты в обязательном порядке трансформаторы стоят, вот первые попавшиеся в гугле схемы:
Но практика показывает, что в реальности толку от них немного, горят и сетевые карты, и все остальное. Возможно, это связано с особенностями конструкции, или с пробоем изоляции очень тонких эмалированных проводников, которыми они намотаны.
Изготовить самостоятельно такой же, но без крыльев но улучшенный трансформатор с магнитопроводом малореально — для частот Ethernet 100base-t и для телевизионных частот (сотни мегагерц) расчет и конструкция трансформатора сложны, плюс нужен особый высокочастотный материал магнитопровода.
Но все можно решить намного проще.
Трансформатор с деревянным сердечником
Берем кусок витой пары, полметра — метр, некритично.
Важно! Витая пара не должна быть повреждена, расплетена, нарушен шаг витков и пр. — аккуратно достаньте из кабеля, не тяните за провод!
Наматываем на любую неметаллическую оправку — можно вот так:
Если серьезно, то наматываем на что угодно непроводящее неметаллическое, но чтобы удобно было. Как наматывать, число витков и пр. — некритично.
Оставляем концы по 5 см, фиксируем намотку — опять же чем-нибудь непроводящим, расплетаем концы и переплетаем по-другому: свиваем вместе концы одного цвета.
Получится вот что:
То есть каждый провод — отдельная как бы обмотка.
Это — трансформатор, но работающий на другом принципе: трансформатор на длинной линии.
Длинная линия в данном случае — кусок витой пары. В ней при работающей сети Ethernet возбуждается электромагнитная волна, причем ее энергия сосредоточена внутри пары (именно поэтому неважно на чем наматывать). Энергия поля этой электромагнитной волны обеспечивает передачу сигнала с одного провода на другой.
Как использовать такой трансформатор для защиты от молний?
Изготовьте два таких трансформатора. Включить их нужно в разрыв двух пар любым способом — можно просто аккуратно разрезать кабель, разрезать нужные пары и включить в разрыв эти трансформаторы. Полярность — некритична.
Сразу ответ на возникшие вопросы.
Это — не шутка, конструкция проверена и используется. Я в грозу не выключаюсь вообще, проблем не было, до этого сжег пару сетевых карт и материнку.
В Интернете есть подобные варианты трансформаторов, но намотанные на ферритовом кольце.
Я — противник этого: в передаче сигнала кольцо не участвует, но феррит — проводник, плохой, но проводник. Наматывая на кольце, вносятся ненужные паразитные емкости и появляется возможность пробоя на сердечник при ударе молнии.
Но на кольце, конечно, красивее выглядит конструкция. Дело вкуса.
На гигабитной сети не проверялось.
Потерь такая конструкция не вносит при длине витой пары в трансформаторе от 0,5 метра.
Измерения прибором (ВЧ-вольтметр импровизованный) падения уровня сигнала не показывают.
Линк до 100 метров работает так же как и работал — 0% потерь, время пинга не изменилось.
В общем, с точки зрения работы сети наличие в разрывах входящего сетевого кабеля двух таких трансформаторов никак не обнаруживается.
Другие грозозащиты я не использую.
Грозозащита антенного кабеля
Здесь главная задача — отвязаться от земли, которая «приходит» по оплетке антенного кабеля. Принцип тот же: в разрыв кабеля включить такой трансформатор, но тут могут возникнуть нюансы.
Волновое сопротивление витой пары и антенного кабеля — разное, плюс к этому витая пара — симметрична, а антенный кабель — нет. Поэтому может упасть уровень приема некоторых аналоговых каналов (а может визуально и не упасть), могут появиться на некоторых — опять же аналоговых — каналах двоения. Можно поэкспериментировать с длиной куска витой пары в трансформаторе, можно попробовать изготовить аналогичную конструкцию из антенного кабеля.
Я на грозовой период к телевизору такую штуку делаю. Появляется небольшой снег на 1-м канале из 70-ти.
И в заключение важный момент.
Ничто вас не спасет от прямого попадания молнии в кабель. Более того, в такой ситуации вас будет заботить не сохранность сетевой платы, а чтобы квартира не сгорела.
Будьте благоразумны, не используйте идущие по улице и заходящие к вам в квартиру длинные медные линии связи.
Источник