Как защитить свой усилитель сигнала от ударов молнии

Как защитить свой усилитель сигнала от ударов молнии

Усилители сигналов мобильных телефонов все чаще используются в домашних хозяйствах и коммерческих зданиях. Из-за довольно значительной стоимости этих устройств их пользователи стремятся обезопасить свое оборудование и обеспечить его долговечность. Наружные антенны и антенные кабели, которые являются неотъемлемой частью любого комплекта усилителя сигнала, подвержены прямым ударам молнии, а также индуцированному перенапряжению от соседних ударов, которые, хотя и менее сильные, могут сделать неэффективными части усилителя устройства.

Если в области, в которой вы живете, часто проходят грозы (например, горные районы, прибрежные районы, где воздух в летнее время остается сухим, места с сезонами муссонов), настоятельно рекомендуется защитить мобильный ретранслятор сигналов с помощью молниеотвода. Молния может не только вызвать опасные для усилителя скачки напряжения, но и привести к пожару и причинить вред людям в непосредственной близости.

Коаксиальные молниеотводы предназначены для защиты оборудования от скачков напряжения, вызванных ударами молнии. Они содержат сменные газовые разряды. Данные устройства защиты от перенапряжения следует устанавливать в линию между наружной антенной и усилителем сигнала.

Кто ваш сотовый оператор?

Как установить молниеотвод?

1. Подсоедините охватываемый N-разъем молниеотвода к гнездовому N-разъему наружной антенны.
2. Подключите гнездовой N-разъем молниеотвода к охватываемому N-разъему кабеля, который ведет к усилителю сигнала.
3. Подсоедините медный провод к заземляющему наконечнику и затем прикрепите его к главной шине заземления или системе заземления, чтобы обеспечить низкоомный путь к земле. Провод заземления должен быть как можно более коротким и прямым, он не должен быть скручен.

Подходящими местами заземления могут быть следующие: заземляющий стержень (металлический стержень, обычно закапываемый вне дома), электрическая панель обслуживания (она соединена с заземляющим стержнем дома), металлическая конструкция здания (при условии, что эта структура сама заземлена).

Пожалуйста, внимательно прочитайте инструкции, прилагаемые к коаксиальному молниеотводу, чтобы обеспечить безопасную и эффективную установку с точки зрения заземления и технического обслуживания.

Не рискуйте своим оборудованием и, более того, вашим домом / офисом, защищая их от молнии.

Примите во внимание, что страховка не распространяется на поврежденные в результате удара молнии усилители сигнала.

Andrey Samonin

Руководитель инженерного отдела. Специалист в области телекоммуникаций с опытом работы более 20 лет. Работал как в стартапах, так и средних и крупных компаниях. Имеет богатый опыт в мобильной сфере. Пишет статьи для блога Myamplifiers, где делится актуальными телекоммуникационными новостями, советами и хитростями.

Если у вас постоянно возникают проблемы с мобильной связью и качеством сигнала, худшим решением было бы просто сидеть и ждать, пока ваш оператор улучшит ситуацию; скорее всего, этого придется ждать очень долго. Если же вы действительно хотите улучшить качество приема 3G сигнала, то можете узнать, как сделать это прямо сейчас.

В течение дня возникает множество ситуаций, когда просто жизненно необходимо позвонить: если мы задерживаемся на работе и должны предупредить своих домашних об этом, или если мы застряли в огромной пробке, а начальник уже рвет и мечет … Представьте, что было бы, если бы в этот момент наш мобильный телефон не работал! Просто кошмарный сон!

Усилитель GSM сигнала – это эффективное устройство, которое поможет не только устранить проблемы мобильной связи, вызванные плохим или неполным покрытием сети, но и увеличить зону покрытия мобильного сигнала. В итоге, вы получаете качественное соединение, удовлетворяющее всем вашим требованиям.

Принцип действия грозозащиты для витой пары

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:

• UTP
• FTP
• SFTP
• SSTP

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):

1. Время реакции: <1нс
2. Сопротивление кабеля, Ом: примерно 100.
3. Скорость работы сети: 100-1000 Мбит/с
4. Максимальное напряжение: 6-12 В.
5. Максимальный ток: 5000 А.

Часто задают вопрос: можно заменить диод на стабилитрон. В целом да, но необходимо сделать следующую оговорку: все дело во времени срабатывания. При сильном перенапряжении срабатывание стабилитронов равно 25 нс. Слишком много для кое-какого оборудования.

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.

Грозозащита для IP-камер

С развитием сферы видеонаблюдения IP-камеры стали широко применяться не только во внутренних помещениях, но и для защиты внешних пространств – улиц, дворов, подходов к зданиям, и так далее. Как известно, воздействие грозы или молнии может негативно сказаться на работе любого технологического устройства, и видеорегистратор в данном случае не является исключением.

По этой причине необходимо пользоваться особыми приспособлениями, которые помогут обеспечить безопасность и работоспособность всей системы слежения даже в сильную грозу. Устройства для грозозащиты видеокамер позволяют исключить перенапряжение в системе в тот момент, когда на неё воздействует заряд молнии. Безусловно, не существует такой грозозащиты, которая сможет обезопасить IP-камеру от прямого попадания в неё молнии. Тем не менее, статические разряды, которые наводятся на оборудование, такая грозозащита сможет устранить. А именно эти разряды часто выводят из строя камеры видеонаблюдения.

Необходимость грозозащиты

В том случае, когда система наблюдения функционирует внутри помещения, специалисты не используют дополнительную защиту. Ведь особых устройств, защищающих камеры от перепадов напряжения при воздействии молнии и грозы, здесь будет достаточно. Такие устройства также смогут исключить электромагнитные наводки. Кроме всего прочего, грозовые разряды на объектах видеонаблюдения устраняются собственными системами защиты от ударов молний.

Но IP-видеокамера, установленная в уличных условиях, в обязательном порядке должна быть защищена дополнительно. Для этого необходимы контуры заземления и собственные улавливатели молний. Иногда стандартные камер видеонаблюдения заменяются на врывозащищённые устройства. Зачастую такие аппараты можно заметить на опасных производствах и объектах, где существует риск, что молния может ударить в элементы, закрепляющие видеокамеры.

Если говорить о цифровых видеокамерах, то они, в отличие от аналоговых конкурентов, обладают большей уязвимостью к воздействию разрядов молний, поэтому защищать их дополнительно требуется в любом случае. Только так можно гарантировать работоспособность системы в сложных условиях.

Устройства для грозозащиты обеспечивают сохранность не только видеокамер, но и прочих элементов системы – например, линий передачи данных и датчиков питания.

Элементы системы грозо и молниезащиты здания

Практически каждую систему защиты от грозы и молнии образуют из трёх обязательных элементов:

• заземлителя;
• токоотвода;
• громоотвода.

Заземлитель используется в качестве проводника. Он непосредственно контактирует с землёй при помощи электричества. Таким образом, разряд молнии рассеивается по поверхности земли с максимальной эффективностью.

Токоотвод представляет собой компонент громоотвода. Без использования токоотвода было бы невозможно отводить к заземлителю разряд тока, поступающий от молнии.

Что касается важнейшего элемента – громоотвода – то именно он перехватывает опасные разряды молний. Данное устройство изготавливается на металлической основе. Чаще всего встречаются медные, алюминиевые или стальные громоотводы.

Как защитить IP-камеру от грозы?

Для начала нужно приступить к созданию проекта системы грозозащиты или просто нарисовать схему подключения. В этом проекте требуется подробно прописать каждый этап работы. Ведь в зависимости от функций, которые выполняются защитными устройствами, они могут подразделяться на три разных вида:

1. Устройства, обеспечивающие безопасность цепей питания.
2. Устройства, обеспечивающие безопасность сигнальных линий.
3. Устройства, обеспечивающие безопасность управления системой.

На предварительном этапе нужно позаботиться о наличии специальных улавливателей молний. Эти улавливатели потребуется присоединить к токоотводам, а затем провести к общему заземлителю. То есть здание должно быть заземлено. Потом к ip-камере присоединяем специальное устройство грозозащита.

Чтобы иметь полную уверенность в надёжности и безопасности системы слежения в грозу, требуется соблюдать особый перечень правил грозозащиты:

• все устройства, которые обеспечивают грозозащиту, должны быть установлены на все видеокамеры, функционирующие за пределами помещения;
• максимальную надёжность всей системы можно обеспечить лишь тогда, когда, помимо видеокамер, защищены линии сигналов и питательные цепи;
• защитные устройства должны быть установлены в особые коммутационные коробки, установленные рядом с видеокамерами.

Когда в системе, помимо IP-видеокамер, применяются и видеорегистраторы, то после того, как будет гарантирована безопасность камер и вышек, на которых они установлены, стоит приступить к обеспечению безопасности самих регистраторов. Далее нужно уделить внимание защите питающих линий и сетей, передающих данные. Для этого используются особые блоки УЗИП. Стоит обратить внимание, что эти блоки должны располагаться в непосредственной близости от того устройства, которое подвергается их защите.

Также следует уделить особое внимание выбору устройств и оборудования. Система может функционировать исправно и находиться в безопасности только тогда, когда состоит из компонентов надлежащего качества. И, несомненно, монтаж должен осуществляться только профессионалами. Даже устройства повышенной надёжности не будут защищать систему, если в их установке были допущены досадные ошибки.

После того, как все этапы пройдены, можно приступать к безопасности контролирующих и управляющих систем. Таким образом, получится комплексная защита с тремя надёжными уровнями безопасности. Если все шаги были осуществлены качественно и корректно, то можно не сомневаться в том, что аппаратура выдержит даже серьёзное воздействие во время грозы, и не будет повреждена.

Резюмируя вышесказанное

Чтобы защитить свою систему видеонаблюдения от молнии и грозы, необходимо комплексно подходить к созданию эффективной защиты. Важно уделить пристальное внимание каждому элементу и этапу.

Все уровни IP-видеонаблюдения должны быть защищены надёжно. Тогда они будут исправно работать весной и летом – в сезоны, когда разряды молнии особенно часты и опасны.

Специальные блоки УЗИП, заземлители высокого качества и громоотводы смогут обеспечить надёжную защиту в тот момент, когда при грозе в системе возникают перепады напряжения. Так владельцы могут быть уверены, что дорогое оборудование не будет повреждено.

Выбор нужного оборудования, а также работа с проектированием и установкой должны производиться только специалистами соответствующего профиля.

Грозозащита антенн

Многим известна ситуация, когда на даче хочется досмотреть интересную передачу, а за окном уже гремит, и неизвестно чем кончится гроза, учитывая, что защиты от молнии у вас нет. Чтобы обезопасить свою аппаратуру, защитить антенну и избежать непредвиденных расходов, нужно, не ожидая неприятностей установить защиту от грозовых разрядов.

Нормативные документы для молниезащиты антенн

Часто антенну защищают только при помощи заземляющего провода. Теория и практика показывает, что этого явно не достаточно. Современная защита телевизионной антенны должна соответствовать нормативам электротехнической стандартизации CENELEC, изложенным в стандарте EN50083-1 и положениям, приведенным Росстандартом в ГОСТ Р МЭК62305. Применение методов, изложенных в этих документах, защищает антенны и приемные устройства не только от прямого воздействия молнии, а от токов, наведенных в электрических коммуникациях и заноса высоких потенциалов.

Внешние способы грозозащиты телеантенн

Приемная телевизионная антенна с петлевым вибратором защищается от молнии путем соединения средней точки вибратора и оплетки коаксиального кабеля с верхней частью металлических конструкций мачты или крыши, конечно, если крыша перекрыта железом. Такой способ предусматривает наличие контура заземления, с которым соединяется нижняя часть металлической мачты или металлическая крыша.

Заземление располагается в земле и представляет собой замкнутый контур из металлической полосы и заземлителей, чаще всего выполненный в виде равностороннего треугольника.

В качестве заземлителей используются металлические элементы, которые удобно забивать в землю на глубину 1,5÷2,0 метра при помощи тяжелой кувалды, это могут быть уголки с толщиной полки не менее 4 мм, гладкие или рифленые стержни диаметром более 10 мм или трубы. Заземлители располагаются по углам треугольника и соединяются металлической полосой толщиной не менее 4,0 мм в единый контур при помощи электросварки. На поверхность земли выводится контакт, к которому присоединяются токоотводные шины.

Допускается устройство простейшего заземления, состоящего из двух металлических стержней длиной 3,0 м, забитых в землю на расстоянии не менее 5,0 м друг от друга и соединенных металлической полосой. Нормами запрещено использовать в качестве заземления подземные коммуникации в виде водопроводных и других металлических труб.

В старых нормативных документах можно было найти вот такие схемы заземления ТВ-антенн, как показано на рисунке справа. Они все имеют право на существование, единственное, глубина забивания стержней должна обеспечивать требуемое сопротивление заземления, а это зависит не только от конструкции, но и от характера грунта.

Для заземления мачты, имеющей участки из диэлектрических материалов, прокладывается проводник диаметром 5 мм, который соединяется с контуром заземления. При размещении на частном доме нескольких приемных антенн, их можно присоединять к общему контуру заземления, при условии расположения антенн не далее 20 метров друг от друга.

С целью предотвращения попадания наведенного тока в помещение, применяются меры по выравниванию потенциалов. Для этого все токопроводящие элементы антенны и оболочки, подсоединенных к ней кабелей, соединяются с контуром заземления.

Внутренняя защита телевизионных антенн

Проблема часто состоит в том, что антенна господствует над окружающими строениями, что осложняет или делает невозможным поместить ее под защитный конус основного молниеприемника. Кроме того, даже надежная защита не устраняет действия электромагнитных сил молнии на электрические коммуникации антенны, учитывая небольшие расстояния между токоотводом и самой антенной. Замеры показывают, что ЭДС в проводах достигает 1000 вольт всего в радиусе 2,0 метра от отводящих шин. По пути в землю часть наведенного тока попадает в кабель снижения и по нему на приемное устройство или усилитель антенны, если таковой установлен.

Учитывая это, связь антенного кабеля и телевизионного приемника напрямую является миной замедленного действия. Для предупреждения попадания токов в приемную аппаратуру применяются специальные устройства, в которых в общем корпусе собраны искровые разрядники, ограничители перенапряжения и варисторы.

Прибор монтируется в рассечку кабеля снижения, разрядник может пропускать импульсный ток до 2,5 кА, а снижение перенапряжения до уровня безопасности выполняется при помощи варистора.

Предусмотрена также возможность передачи постоянного напряжения величиной до 24 вольт. Для защиты блока питания от наводок применяются специальные устройства (УЗИП) или средства локальной защиты.

Последние отличаются простотой в применении, достаточно вставить такое устройство в электрическую розетку, подключить к нему телевизионный приемник, задействовать антенные кабели и защита обеспечена.

На рисунке справа показано такое локальное устройство-адаптер (конкретно в данном случае фирмы DEHN+SOHNE), а снизу — схема защиты ТВ-оборудования без внешней системы молниезащиты с его использованием.

Достаточно надежный способ снизить токи наводки и обеспечить устойчивые условия работы антенного кабеля, заключается в размещении его части внутри стойки, на которой размещена антенна. При этом все металлические элементы антенны заземляются во избежание прохождения тока молнии через коаксиальный кабель, который не рассчитан для этого.

Опасности пробоя металла или оплавления антенны в случае прямого попадания разряда практически нет, поскольку применяется сечение вибратора не ниже величины, допускаемой по нормам для токоотводов из алюминия при воздействии прямого попадания молнии (25 мм²).

Нормами не запрещается использование стойки антенны для размещения молниеприемника, необходимо только выдержать величину безопасного расстояния между приемником молнии и антенной, которое вычисляется по формулам, приведенным в ГОСТ МЭК62305-3. В этом случае, за счет того, что молниеприемник размещается на стойке антенны, можно существенно снизить его высоту, а значит сэкономить. Придется правда потратиться на взрывобезопасный токоотвод в изоляции.

Когда есть возможность, целесообразно все-таки не превращать антенну в молниеприемник. Тогда не придется ремонтировать деформированные трубки вибраторов или с сожалением разглядывать проплавленные отверстия в зеркале спутниковой антенны. Специально установленный молниеотвод лучше еще и тем, что он удаляет проводники с током молнии от кабелей антенной системы и уже только этим снижает уровни электромагнитных наводок.

Адрес объекта: Москова, ул. 1-я Рейсовая, д. 12, Терминал «А»

Вид работ: техническое обслуживание и диагностика комплексной системы молниезащиты с восстановлением элементов и соединений, замеры сопротивлений заземления

Исполнение: Молниезащита внешнего участка кровли выполнена в виде молниеприемной сетки, к которой присоединяются металлические поручни ограждения кровли. Для крепления проводника на профилях кровельных листов Kalzip применяются специальные держатели фирмы OBO Bettermann. Все выступающие элементы (световые фонари, вентиляционные установки, киоски выходов кабелей и др.) замыкаются на общий молниезащитный контур.