Защита телефонной линии от грозы своими руками

Защита телефонного модема или телефона

Сразу отмечу, что все приведенные ниже схемы могут использоваться и для защиты телефона, но в статье будет упоминаться только компьютерный модем, как устройство более дорогое и брльше всего нуждающееся в такой защите (правда, современный телефон с автоматическим определителем номера, автоответчиком и рядом других дополнительных функций может стоить не дешевле модема).

При изготовлении защитного устройства мы будем исходить из параметров обычных бытовых телефонных линий, имеющихся на территории России. В них используется постоянное напряжение 60 В (существуют еще офисные линии, где рабочее напряжение значительно ниже — 24 В, а за рубежом распространены 48- и 36-вольтовые линии). Следует также учитывать, что сигнал вызова, приходящий с АТС, — это переменное напряжение частотой 25 Гц и амплитудой до 160 В. Оно накладывается на постоянную составляющую напряжения в линии и суммарное может иметь амплитуду 200. 220 В (по этой причине многие защитные устройства, разработанные для зарубежных линий, на наших использовать нельзя).

Простейшая схема защитного устройства показана на рис. 1.22. Она состоит из варисторов RU1. RU3 и резисторов R1, R2 — они ограничивают ток через варисторы, предохраняя таким образом их повреждение от перегрузки. А для того чтобы из-за неидентичности напряжения срабатывания у варисторов при помехе не получить в линии мощную дифференциальную помеху — используют комбинированное включение, как это показано (рис. 1.22). В этом случае сначала срабатывают варисторы RU2-RU3 и закорачивают проводники линии, а затем срабатывает RU1 и замыкает цепь на землю.

Рис. 1.22. Схема для защиты телефонного модема от перенапряжений в линии

В такой схеме иногда ставят на входе предохранители, которые нужны только для аварийных ситуаций, т. р. когда в линии продолжительное время действует повышенное напряжение или же используют в качестве резисторов R1-R2 — варисторы. Небольшое активное сопротивление в цепи прохождения сигнала никак не сказывается на качестве связи.

Наибольший интерес представляют двухступенчатые схемы, показанные на рис. 1.23. В варианте на рис. 1.23, а большая часть энергии помехи будет рассеяна газоразрядником. Второй ступенью защиты является варистор RU1 работающий совместно с ограничивающими ток в цепи резисторами R1 и R2. В двухступенчатых схемах часто устанавливают варисторы и диоды одновременно, как это показано на рис. 1.23, б. В этом случае варистор используется в качестве первичной защиты. Недостаточно быстрые варисторы, но способные поглощать большую мощность, дополняются более быстродействующими полупроводниковыми ограничителями. Несмотря на то, что стоить такой узел будет дороже, эти затраты окупятся за счет повышения надежности защиты.

Рис. 1.23. Двухступенчатая схема защиты телефонного модема от перенапряжений

В дорогих защитных устройствах промышленного изготовления (стоимостью до 0) иногда используют трехуровневую защиту, например, как это показано на рис. 1.24. Первый уровень обеспечивает газоразрядник (FV1), второй — варисторы RU1. RU3 совместно с резисторами (R1, R3), ограничивающими ток в цепи. Так как варисторы имеют технологический разброс по напряжению ограничения, резистор R3 позволяет настроить у них уровень срабатывания симметрично относительно заземления. Дальнейшее ограничение напряжения происходит на быстродействующих стабилитронах (TRANSIL-диодах). Такое комбинированное решение позволяет получить высокое быстродействие защиты при большом динамическом диапазоне по мощности возможной помехи.

Рис. 1.24. Вариант схемы промышленного трехступенчатого защитного устройства

При сборке конструкции постоянные резисторы можно использовать любого типа. При выборе варисторов, разрядников и сапрессоров надо ориентироваться на указанные на схеме напряжения срабатывания, тут большой простор для возможных замен, см. соответствующие таблицы из раздела 1.2.

Монтаж элементов схемы лучше выполнять на печатной плате с широкими проводниками. Конструктивно все узлы защиты помещаются в экранированном корпусе. Металлический корпус, кроме защиты от излучения высокочастотных помех, также может облегчить отвод рассеиваемой энергии помехи от элементов.

Литература: Радиолюбителям полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.

Источник

Грозозащита телефонного аппарата

Произошедший однажды выход из строя во время грозы сложного телефонного аппарата с АОН послужил серьезным поводом для создания предлагаемой конструкции.

Основная защита телефонного аппарата (ТА) от мощных импульсов высокого напряжения реализуется на шести разрядниках FV1-FV6 (рис. 4.12). Первые два из них защищают ТА от выбросов напряжения в любом из двух проводов телефонной линии. Дополнительную защиту от превышения разности потенциалов в проводах телефонной линии обеспечивает варистор R3. Резисторы R1, R2 выгорают при прямом попадании молнии в телефонный кабель.

Разрядники FV5, FV6 защищают блок питания телефона от перенапряжения в сетевых проводах. Их напряжение срабатывания —

1. 3 кВ. Разрядники FV3, FV4, аналогичные FV1, FV2, предохраняют телефон в случае, если блок питания все же будет поврежден. Конденсатор С1 защищает блок питания от импульсных помех. Дроссели L1, L2 уменьшают уровень высокочастотных помех, излучаемых в линию некоторыми типами микропроцессорных телефонных аппаратов.

Разрядники FV1-FV6 представляют собой пары острозаточен-ных винтов М2, которые завернуты в гайки, припаянные к фольге печатной платы или к монтажным лепесткам. Расстояние между остриями пар винтов для разрядников FV1-FV4 устанавливают равным 0,3. 0,4 мм. Разрядники FV5, FV6 настроены на более высокое напряжение (зазор 1 мм). После установки необходимых зазоров каждый винт следует зафиксировать каплей краски или клея.

Защитные резисторы R1, R2 — типа ВС-0,125, МЛТ-0,125, С2-23-0,125. Резисторы R4, R5 желательно выбрать невоспламе-няющиеся — типа Р1-7. Варистор R3 — типа СН1-2 на напряжение 100. 160 В. Его можно составить из двух варисторов на напряжение 56. 82 В, применявшихся в блоке УПЧИЗ черно-белых телевизоров УЛПТ-59/61. Подойдут и импортные варисторы типа FNR-05К121, FNR-07K121. Конденсатор С1 — К15-5. Дроссели L1, L2 -ДПМ1 индуктивностью 40. 100 мкГн.

В качестве заземляющей шины можно использовать трубы центрального отопления или водопровод. В случае их отсутствии можно применить металлический лист или кусок трубы с площадью поверхности не менее 0,5 м2. Его следует закопать на глубину 1.5. 2 м на расстоянии от дома не менее 3 м.

Предложенный принцип защиты от попадания молнии можно использовать после соответствующей доработки схемы и для другой радиоэлектронной аппаратуры. При потребляемой защищаемым аппаратом от сети мощности более 20 Вт резисторы R4, R5 следует заменить плавкими предохранителями.

Монтаж защитного устройства — произвольный, но лучше, для исключения вероятности пожара, выбрать навесной на контактных лепестках, установленных внутри глухой металлической коробки без отверстий, размерами 120x80x45 мм. Металлический корпус должен быть обязательно заземлен. Заземляющий провод должен иметь сечение не менее 6 мм2. В заключение следует отметить, что если вы находитесь дома и видите приближение грозы, не стоит испытывать судьбу, и наиболее дорогую и сложную домашнюю технику все-таки лучше отключить от сети и от источников сигнала.

Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов — Радиолюбителям схемы, Москва 2008

Источник

Принцип действия грозозащиты для витой пары

Гальваническая развязка для витой пары

Область применения, где необходима грозозащита (при передаче информационных сигналов по витой паре):

• PPoE сети.
• Локальные сети.
• Ethernet сети.
• Wi-fi сети.

Виды воздействия на сетевую аппаратуру:

• электростатическое воздействие (связано с электростатическими полями до грозы, и грозовыми разрядами);
• электромагнитное воздействие (индуктивное влияния молнии на кабель);
• гальваническое воздействие (попадание токов молнии в заземление);
• ток молнии (прямой удар молнии);

Гальваническая развязка необходима для разделения слаботочных (информационные каналы витой пары) и силовых цепей (сеть питания). Для питания коммуникационной аппаратуры используется сеть переменного напряжения 220В, в которых очень часто происходят скачки электричества, доходящие до несколько тысяч вольт. Это приводит к выводу из работы соответствующей подключенной аппаратуры.

Принцип действия

Принцип работы любого грозозащитного оборудования заключается в отведении поражающего заряда на землю. Типичная схема (рис. №1) построена на основе диодного моста со специальным замыкающим диодом.

Рис. №1. Типовая схема защиты

При возникновении между линиями передачи разницы потенциалов 6-7 В, диод D11 замыкается и статическое напряжения спускается на землю. Также вместо диодов можно использовать газовые разрядники, варисторов или стабилитронов. Данную схему можно применить для защиты сетевых карт, switch-а и хабов в кабеле:

В процессе нормальной работы разность потенциалов между линиями относительно небольшая (близкая к нулю). Между корпусом и линиями также не должно быть напряжения. Диод D11 является сопрессором: он запирается при перенапряжении между линиями, и отпирается для следующего срабатывания. Таким образом, при достижении пороговой разности, ток протекает не между линиями, а через диод и заряд переходит на землю. Далее, работа сети продолжается в нормальном режиме до следующего разряда.

Замечания по подключению:

1. Все схемы защиты, подключенные к портам (ПК, свитч) обязательно соединить между собой.
2. У компьютеров на корпусе есть болт заземляющий. Но если сам корпус не заземлен, то при вставке вилки в розетку мы не соблюдаем полярность и делаем это не умышленно. Это ведет к наводке напряжения равное половине напряжения розетки (110 В). В этом случае заземлять грозозащиту на болт не рекомендуется. Это не спалит оборудование, а вот глюки в работе обеспечит.
3. Найти «землю» и заземлить туда грозозащиту.
4. Работают при длине кабеля более 100 м.
5. Заменить диод сопрессор на варистор нельзя, так как возрастает ток утечки. Вызывает неработоспособность схемы.

Как и к любому оборудованию защиты, применяются требования к работе (данная спецификация приведена на примере грозозащиты кабеля Ethernet RJ45):

Время реакции:

Установка

При проектировании коммуникационных цепей встает вопрос о монтаже гроззащитного оборудования, так как кабели могут идти не только внутри помещения/цеха/ другого объекта, но и снаружи. Установка грозозащиты осуществляется на:

1. Корпус установки.
2. ДИН рейка.
3. На кабеле по ходу прохождения сигнала.

Необходимо отметить, что защиту нужно устанавливать двухстороннюю. Это объясняется тем, что сопротивление кабеля в любом случае не равно нулю. Так как ток протекает по пути наименьшего сопротивления, то в данной ситуации он может поразить работающее оборудование с другой стороны кабеля.

Также необходимо отметить, что грозозащита вызывает затухание идущего по кабелю сигнала. Поэтому необходимо обращать внимание на технические характеристики устройства. При достаточной длине кабеля сигнал имеет свойство искажаться.

Если после выше написанного сеть не заработала, сделайте следующее:

1. Тщательней ищите источник помех (возможно, рядом проложен кабель 220 В).
2. Имеет место проверить «землю». Для большей уверенности протяните кабель «земли» от электрощитка.
3. Поставьте защиту с одной стороны (ВНИМАНИЕ: данный шаг ОЧЕНЬ аккуратно, МОЖЕТ ВЫГОРЕТЬ ВСЕ ОБОРУДОВАНИЕ).
4. Измените тип грозозащиты.

Следует отметить, что грозозащита повышает надежность в разы, но не все 100%. Грозозащита может и сгореть. К этому обычно приводит маленькое время реакции на открытие диода, что исключает возможность мгновенно перенаправить заряд на «землю».

Заземление и зануление

Заземлить необходимо на заранее проверенную «землю». Это необходимо для того, чтобы заряд не скопился на корпусе детали. Нельзя заземлять на водопроводные трубы или трубы отопления, так как они обладают очень высоким сопротивлением (ток протекает по пути наименьшего сопротивления). Исходя их схемы защиты на примере фирменного нетпротекта (рис. №2) земля нужна для стекания заряда. В другом случае заряду некуда «деваться», и он может скопиться на корпусе оборудования, что приведет к поражению электрическим током любого человека.

Рис. №2. Нетпротект. Типовая схема

Зануление производить не желательно. Разница между «нулем» и «землей» в том, что ноль – это шина, которая служит для замыкания цепи и протекания тока (ее потенциал равен нулю). В то время как земля – это необходима для выведения накопившихся зарядов и защиты от статики. Зануление не оказывает положительного влияния на грозозащиту, а наоборот, повышает частоты ее срабатывания. Это ложные срабатывания. Соответственно, будут частые перерывы в работе сети (совет: зануление допускается в том случае, если нет возможности заземлить на настоящую «землю»).

Сравнение самодельных и фирменных грозозащит

Для сравнения возьмем фирменную внешнюю грозозащиту (рис. №3) с HPoE ( high power over Ethernet). Степень защиты IP54.

Рис. №3. Внешняя грозозащита.

Обладает следующими преимуществами:

1. Низкие потери сигнала.
2. Работоспособность не теряется при попадании напряжения 220 В.
3. Подавления помех.
4. Высокая стойкость при отведении на землю большого тока (больше 5 КА).
5. Поддерживают обе схемы организации дистанционного питания.

Спецификация устройства:

1. Подключения идет через LSA-коннектор.
2. Защищаются с 1 – 8 проводники.
3. Потери в частотах с 5 – 95 МГЦ меньше 0,4 дБ.
4. Затухание переходное равно при 90 МГц больше 30 дБ:
   • Ограничение дифференцированного напряжения меньше ±7,5 В.
   • Время срабатывания меньше 10 нс.
   • Максимальное напряжение переменного тока 250, постоянного 350.
   • Отводимый ток меньше 5000 А.

Данное устройство самодельное, и по внешнему виду доверия не вызывает (рис. 4).

Рис. 4. Самодельное устройство

Данное устройство является гальванической развязкой между сетевой картой ПК и свитчем. С основными задачами справляется: отводит накопившееся заряды, но с прямым попаданием молнии не справится, так же как и не справится с пробоем напряжения в 220 В. Можно использовать как временную защиту, которую в скором времени заменят. Единственный плюс – цена (совет: хорошая вещь и стоит хорошо).

В конце хотелось бы отметить, что говоря о защите любого устройства, то ни одно специальное оборудование не защитит вашу сеть, а лишь минимизирует потери.

Источник