Ответы на вопросы, или просто о сложном для проектировщиков, менеджеров и монтажников.

Главная»Статьи»Ответы на вопросы, или просто о сложном для проектировщиков, менеджеров и монтажников.

Очень краткое пособие по вопросам применения УЗИП

Что обозначают термины УЗИП, ШЗИП,  УЗЛ, БЗЛ, ПЗЛ?

Почему и кому необходимы знания по грозозащите и защите от импульсных перенапряжений?

Что такое УЗИП?

Зачем нужны УЗИП-УЗЛ?

Зачем нужны устройства защиты от импульсных перенапряжений и грозозащита?

Как класcифицируют УЗИП по типам испытаний? Как эти знания позволяют обезопасить силовые линии?

Как класс испытаний УЗИП  позволяет проектировать грозозащиту по питанию?

Как применяются УЗИП в  системах безопасности и связи на основе серверного оборудования и IP-передачи по сетям Ethernet?

Какие проблемы возникают при защите  IP-оборудования?

Как устроена защита IP-систем?

Каков алгоритм выбора УЗИП для портов Ethernet?

Как определить места установки УЗИП  и их число?

Как подобрать конструктив  УЗИП для защиты Ethernet оборудования?

Как выбрать УЗИП по типу «меди»?

Что такое категории кабелей UTP и чем 5-я отличается от категории 5-E или 6-й?

Зачем нам знать затухание УЗИП, и что это?

Как Выбрать УЗИП для портов с PoE?

Что такое PoE и в чем его хитрость, почему оно принимает разные обличия?

Какие существуют стандарты PoE?

Как организуется защита портов  с PoE?

Чем синфазная помеха отличается от противофазной , или дифференциальной?

Как же это работает или  какой основной принцип работы PoE-устройств?.

Какова схема УЗИП для Ethernet c PoE (и без)?

 

Что обозначают термины УЗИП, ШЗИП,  УЗЛ, БЗЛ, ПЗЛ?

Нам, практическим специалистам, применяющим  современное  телекоммуникационное и вычислительное оборудование в системах безопасности и связи, приходится сегодня слышать об УЗИП, ШЗИП,  УЗЛ, БЗЛ, ПЗЛ.

Все это обозначает широкий класс изделий, относящихся к  «устройствам защиты от импульсных перенапряжений» (длинно и нелаконично) или грозозащите.

Из всего этого перечня многим немного знакома грозозащита поскольку с молниезащитой многие сталкивались в проектах Электроснабжения в разделе «Заземление и молниезащита». В общем, вспоминается только фильм «Иду на грозу», и то лишь название.

Почему и кому необходимы знания по грозозащите и защите от импульсных перенапряжений?

Серьёзные заказчики систем связи и безопасности, в том числе государственные, начинают прописывать необходимость применения УЗИП в технических заданиях конкурсной документации при создании многомилионных объектов строительства гражданского и промышленного назначения. В результате, профессионалы, много лет проектирующие системы безопасности и связи, в срочном порядке должны освоить данную тему для успешного участия в тендерах и реализации проектов КСОБ, СС, СОУЭ/ЛСО, АСППЗ/ПС   и их подклассов.

Как правило, времени на поднятие данной темы не хватает, поскольку реализация проекта требует решения более серьезных проблем ,  а  УЗИПами приходится заниматься по остаточному принципу — пусть фирмы сами подбирают все по опросному листу. Но и листы часто типовые и переходят из тендера в тендер вместе с ТЗ под копирку.  В общем, это неплохо- «услуга» становиться стандартной, только вот грозы и наводки разные, поэтому руководителю проекта желательно понимать, что он применяет и зачем. И главное — аналоги, как обычно в нашем деле.

Предпримем скромную попытку  осветить данную тему  не с точки зрения поставщика и разработчика, а сточки зрения практического использования данных изделий.

Что такое УЗИП?

Зачем нужны УЗИП-УЗЛ?

Зачем нужны устройства защиты от импульсных перенапряжений и грозозащита?

При установке систем  возникает опасность их выхода из строя по различным причинам:

1. Из-за старения и внутренних причин (ненадежная элементная база, дефекты производства оборудования, неправильная эксплуатация- нарушение температурных режимов и режимов питания, ошибки применения оборудования в проектах)

2. Выход из строя из-за грозы, удара молнии как в сам объект (здание, линейное сооружение), так и в ближней зоне (соседний объект, дерево)

3. Выход из строя из-за электромагнитных наводок, вызываемых работой другого оборудования, например, силовые машины с пускателями.

Воздействия  п. 2 и 3 вызывают в связном, сетевом оборудовании (и даже силовом, например, осветительном)  «импульсные перенапряжения». Термин введен стандартами и, соответственно, вошел в названия устройств: УЗИП - устройство защиты от импульсных перенапряжений. Наряду с этим названием существуют более лаконичные «устройство  грозозащиты»  и «устройство защиты» …

Таким образом УЗИП — это один из видов устройств защиты, наряду с тепловой, от перегрузок по питанию, от помех и других многочисленных систем защиты радиотехнических и электронных комплексов.

Назначение УЗИП – предотвращение разрушения оборудования, которое УЗИП защищает.

Понятно, что функционирование оборудования в момент защиты может прерываться (связь/обмен данными пропадать, свет- гаснуть ), но после пропадания воздействия оборудование останется работоспособным, например, система сможет перезапуститься с высокой степенью вероятности.

В иных случаях Заказчик еще не знает, что ему нужны УЗИП, тогда, будучи  профессионалом (проектировщиком, менеджером проекта или инсталлятором), мы должны предложить ему защиту его же миллионов от молнии, грозы, сварки, высоковольток  и случайных, но закономерных в наш век учений с применением средств РЭБ. Цена вопроса- тысячи рублей, но есть возможность избежать повреждения сложнейшей системы и не потерять ценную информацию, а главное – деньги  и работоспособность системы.

Как класcифицируют УЗИП по типам испытаний? Как эти знания позволяют обезопасить силовые линии?

Как класс испытаний УЗИП  позволяет проектировать грозозащиту по питанию?

Классификация УЗИП.

Существуют очень интересные физические модели удара молнии в здание и ближнюю зону при выборе молниеотводов, например, теория вписанных сфер.

На молниезащите и ее теоретическом моделировании основаны  классы и нормативы испытаний УЗИП. Эти классы описаны в стандартах, но надо знать главное:

  • Если УЗИП не испытан или у него открыто заявлено 2-4 параметра , а не 8-20, то вообще нельзя говорить о том, что он гарантированно что-то защищает.
  • Существует 3 класса испытаний для УЗИП, а УЗИПы подразделяются условно на несколько групп по прохождению этих испытаний, причем часто УЗИП могут соответствовать сразу двум, а то и трем классам (Ну как резина летняя, зимняя и всесезонная).

Поэтому, когда предлагают «всесезонный» УЗИП — стоит насторожиться.

Упрощенно классы испытаний УЗИП, описанные в стандартах,  можно описать таким образом.

1 Класс -испытания имитируют прямое попадание молнии в объект, на котором установлено защищаемое оборудование. Например молния ударяет в мачту с антеннами, или в здание , куда заходят силовые кабели. В этом случае антенны (допустим активные), или главный  распределительный щит (ГРЩ), смогут защитить только УЗИП прошедшие(соответствующие ) 1 класс испытаний.

2 Класс испытаний имитирует либо воздействие на далее установленное оборудование (за ГРЩ), либо менее сильное, наведённое, вторичное  воздействие от молнии на оборудование в удаленной от места удара молнии зоне — например в соседнем здании. В примере с антенной — удар в соседнюю мачту с молниеотводом  и заземлением.

Обычно Испытания 1 и 2 класса ориентированы для УЗИП защищающих силовые цепи питания. Почему именно-силовые, ну, проще говоря, поскольку они более выносливые, и там нет чувствительных к 5 вольтам элементов. Тема эта сложная и требует прочтения всей статьи до конца.

1Класс –Испытания для УЗИП  для силовой автоматики и кабелей от ТП (трансформаторной подстанции), где из 5-20 кВ потребитель получает 220/380 В до ГРЩ здания/объекта.

2Класс –Испытания для УЗИП, устанавливаемых в силовых распределительных щитах (РЩ) внутри объекта за ГРЩ. УЗИП, испытанные по классу 1 и 2 защищают в основном силовую автоматику, где рабочие напряжения до 1000 В. Конечно заложенные в стандарты параметры испытаний являются лишь моделью воздействия среднестатистической молнии. Однако утверждается, что выбранные параметры испытательных импульсов (мощность, ток, напряжение, время фронтов, длительность) соответствуют воздействиям от реальной молнии и получены в результате многочисленных измерений. Этого мы проверить не можем, поэтому верим.

3 Класс- Испытания для УЗИП, защищающих оконечное оборудование, т.е. оборудование типа мониторов, серверов, коммутаторов. Это любое оборудование и кабельные линии, находящиеся внутри объекта  и питаемые через РЩ.

Такая классификация позволила на первом этапе как-то упорядочить УЗИП ы  наряду  с силовой автоматикой: автоматическими выключателями, УЗО, дифавтоматами и т.д. Появились алгоритмы выбора защиты оборудования- на входе в ГРЩ-УЗИП 1класса, далее в щитках – УЗИП ы 2 класса, и непосредственно в колодках коммуникационных шкафов- УЗИП ы по 3 классу испытаний. Данные алгоритмы позволили обезопасить силовые линии и подавать «защищенное», чистое от опасных наводок электропитание на потребителя.

Как применяются УЗИП в  системах безопасности и связи на основе серверного оборудования и IP-передачи по сетям Ethernet?

К настоящему времени наиболее часто используются распределенные цифровые слаботочные системы на основе серверного оборудования, IP-передачи по сетям Ethernet. Для автономных систем, например, диспетчеризации, СКУД, пожарной сигнализации и других, применяют свои протоколы обмена на нижнем и среднем уровне, но в итоге при интеграции с другими системами происходит конвертация обмена в формат Ethernet и выход в локальные сети. Высокие скорости обмена (до 10 Гбит), стандартные протоколы обмена и широкое распространение являются неоспоримыми преимуществами IP-передачи.

Нет необходимости описывать профессионалам состав практически любой современной системы безопасности и связи. Безусловно, необходимым элементом системы (за исключением малых) является дорогостоящее серверное оборудование, которое по современным стандартам устанавливается в шкафах или стойках и имеет типовой состав:

  • сервер, один или несколько;
  • пассивное коммутационное оборудование (панели медные или оптические с комплектами патч кордов-соединительных кабелей), не требующее питания;
  • хранилище, в виде отдельных блоков на основе дисковых  массивов, иногда интегрированных в корпуса  серверов
  • оборудование СПД-системы передачи данных, или «активка» (коммутаторы, медиаконвертеры, роутеры, модемы, точки доступа, трансиверы) Заметим, что часть активки может быть вынесена из состава серверной стойки и находится вне здания (например по периметру в  телекоммуникационных узлах)
  • аппаратура бесперебойного питания, APS, наиболее тяжеловесная часть стойки с учетом аккумуляторных батарей, с стоечным щитком с автоматами силового питания, контролирующими питание периферии (распределенных  по объекту серверов, коммутационных узлов и оконечного оборудования: датчиков, видеокамер, исполнительных устройств и автоматики диспетчеризации)

Состав слаботочных систем, требования к наличию стойки, шкафа, APS, IP-стандарты, в том числе питание по PoE подробно прописываются в ТЗ конкурсной документации и не позволяют проектной организации и инсталлятору   импровизировать, уходя в аналоговую технику и тому подобные варианты. В этой ситуации проектировщику необходимо произвести подбор отечественных аналогов (если они есть), точно выполнить требования ТЗ и предложить Заказчику конкурентные  преимущества — например повышенную надежность («живучесть») комплексов и систем.

Применение УЗИП  обеспечивает устойчивость системы к различным шоковым воздействиям в виде грозы, попаданию молнии в объект, резкому  повышению электромагнитных излучений индустриального происхождения, вызывающим  так называемые «импульсные перенапряжения».

Часто в ТЗ на проектирование цифровых слаботочных систем, самом проекте, лоте на закупку, опросном листе есть упоминание про молниезащиту,   грозозащиту,  УЗИП, ШЗИП,  УЗЛ. Здесь снова встает проблема подбора оборудования УЗИП. В иных случаях Заказчик еще не знает, что ему нужны УЗИП, тогда, будучи  профессионалом (проектировщиком или инсталлятором) мы должны предложить ему защиту его же миллионов от молнии, грозы, сварки, высоковольток  и случайных, но закономерных в наш век учений с применением средств РЭБ. Цена вопроса- тысячи рублей, но есть возможность избежать повреждения сложнейшей системы и не потерять ценную информацию, а главное – деньги  и работоспособность системы.

Какие проблемы возникают при защите  IP-оборудования?

Поскольку  начало 21 Века можно смело назвать временем Интернета, то и  IP- устройства полностью завладели рынком и поэтому являются самыми востребованными. Оборудование IP защищают УЗЛ-Е/ЕП, и их аналоги, имеющие великое множество маркировок и названий. Часто за этим обилием сложно отыскать необходимое изделие в поисковике. Но чтобы не пересылать опросники, профессионал может определиться в этом выборе, прочитав наш ликбез. Это будет осознанный выбор, что всегда приятно.

Для понимания вопроса защиты Ethernet оборудования надо узнать:

  • чем синфазная помеха отличается от противофазной , или дифференциальной.
  • что такое PoE и в чем его хитрость, почему оно принимает разные обличия
  • что такое категории кабелей UTP и чем 5-я отличается от категории 5-E или 6-й.
  • зачем нам знать затухание УЗИП, и что это.

Автор не будет отсылать делового человека к ссылкам на ГОСТ, либо делать сноски с цифрами, как в  книге « Война и Мир» Толстого Л.Н., которую кроме него самого вряд ли кто-то прочёл целиком. “Кто ясно мыслит – тот ясно говорит” -, будем руководствоваться этим изречением римлян.

Как устроена защита IP-систем?

В разделе Классификация УЗИП рассказано об эшелонированной защите силовых цепей питания оборудования. В соответствии с этим защита по питанию серверной стойки или шкафа, либо коммутационного узла производится включением на входе этого шкафа УЗП-220, либо нескольких УЗП-220 -если вводов питания от сети несколько. Помимо этого, в рамках раздела ЭС (Электрика) необходимо добавить УЗИП-220 второго класса в распредщит (РЩ) серверной и УЗИП 1 класса в ГРЩ на вводе кабеля в здание с серверной (если вводов два-основной и резервный, то  два УЗИП).

 Далее, включаем поисковик и ищем марку c учетом класса, параметров испытаний (не менее 6). Вот и все электроснабжение в части УЗИП.

А вот теперь более сложный этап.

Каков алгоритм выбора УЗИП для портов Ethernet?

Как определить места установки УЗИП  и их число?

Как подобрать конструктив  УЗИП для защиты Ethernet оборудования?

Для выбора УЗИП, работающих по портам  Ethernet оборудования, надо определиться с местом их установки. Самый простой вариант-   сразу после патч-панели, куда приходят «медные линии» — кабели UTP/FTP. Если медных панелей нет, то входные кабели обжимаем RJ-45 и  включаем в панель УЗИПов, например в рековом исполнении (БЗЛ-ЕП16).

Главное после этого не забыть заземлить блок с УЗИП к стойке/шкафу, а шкаф к ГЗШ (главная шина заземления в ГРЩ), либо шкаф заземлить к подведенному в помещение  серверной контакту защитного заземления – PE. Кстати, вопросы заземления всегда решаются при выполнении раздела ЭС, независимо от УЗИП. (Как в кинокомедии «Не может быть»: «это Вам ничего не будет стоить»). Для уличных  коммутационных  узлов, оформленных в виде телекоммутационных  шкафов, могут использоваться одиночные УЗИП ы, установленные на входе медной линии в шкаф и выходе из шкафа.

Для оконечного оборудования, например уличных видеокамер в гермобоксах (термокожухах), либо дорогостоящих SPEED-DOME (скоростных поворотках) целесообразно установить бескорпусную платку ПЗЛ-ЕП в сам бокс/корпус видеокамеры, либо в монтажную коробку, которая всегда присутствует при подключении невскрываемых уличных камер. Т.е. в идеале любой участок Ethernet-линии (кроме оптики, разумеется) должен заканчиваться УЗЛ-E/ЕП. Каждый УЗИП должен быть заземлен на шкаф и шкаф тоже, желательно локально, т.е.прямо на трассе. Например, с помощью штыря-быстро и эффективно (Заземлитель вертикальный стержневой ЗВС-3)

Для простоты представляйте молнию и прикиньте, куда она будет стекать. Если в результате поиска земли молния уйдет к “тёще” и там заземлится, то “тёще” не повезет.

Итак, УЗИП-ы размещены, их количество известно- осталось выбрать марку. Мы знаем теперь, сколько необходимо УЗИП, их конструктив и где они будут установлены.

Три  основных конструктива  для слаботочки с Ethernet медными линиями:

  • Рековые групповые УЗИП для шкафов и стоек в серверной — БЗЛ-EП 8(16) и их аналоги
  • Одиночные корпусированые УЗИП для установки в термошкафы  на дин рейку – УЗЛ-ЕП и аналоги
  • Бескорпусные УЗИП для установки в боксы или монтажные коробки для оконечного IP-оборудования — ПЗЛ-ЕП и аналоги

Как выбрать УЗИП по типу «меди»?

Переходим к выбору типа УЗИП по типу UTP кабелей.

Если у нас есть Ethernet порт и мы не знаем точно, какая у него пропускная способность, а УЗИП надо подобрать, то лучше ориентироваться на категорию кабеля UTP. Как правило оборудование, например коммутаторы, в системе могут со временем меняться, например на более скоростные, а вот кабели и прочие коструктивы  СКС (кабелепроводы, лотки и т.д.) остаются без изменений . Поэтому, если мы знаем категорию кабеля, то мы знаем и  максимальную скорость передачи в нем. Тогда УЗИП не надо будет менять при очередном апгрейде системы.

В локальных сетях (ЛВС) Ethernet в настоящее время могут быть скорости от 10 до 10 000 Мбит/с, им соответствуют и разные категории кабелей UTP/FTP.

Что такое категории кабелей UTP и чем 5-я отличается от категории 5-E или 6-й?

В большинстве систем применяют кабели категорий  5Е и 6. Эти кабели позволяют передавать на скоростях до 1000 Мбит/с.

Вот краткое описание актуальных на сегодня кабелей:

категория 5 (полоса частот 100 МГц) — 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.

  • категория 5e (полоса частот 125 МГц) — 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей.
  • категория 6 (полоса частот 250 МГц) — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.
  • категория 6a (полоса частот 500 МГц) — применяется в сетях Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с и планируется использовать его для приложений, работающих на скорости до 40 Гбит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года

Что касается типов UTP/FTP то для нас это не важно, речь идет о видах, материалах, наличия/отсутствия экрана, способах экранирования-попарно или целиком. В основном «правильным» является кабель UTP кат. 5E, до 1000 Мбит/с, без экрана. Он дешевый, и в основном решает все вопросы. При скоростях 10 Гбит/с оказывается более выгодным закладывать оптику, которая УЗИП не требует.

  • В случае подключения видеокамер достаточно скорости 10/100 Мбит/с
  • Для коммутаторов, коммутационных шкафов на трассе и входных портов коммутаторов в серверной от периферии в основном достаточно  скорости  до 1000 Мбит/с.
  • Для соединений между серверами и хранилищами необходимы скорости 1000-10000 Мбит/с ( категории  кабелей- 5E,6A).

Скорость передачи данных-базовый параметр для УЗИП Ethernet.

Зачем нам знать затухание УЗИП, и что это?

Есть еще важные параметры: Потери при вводе (Вносимое затухание) на определенной частоте. Если вы их не обнаружили-значит это большой вопрос-будет-ли работать УЗЛ на заявленных скоростях, и насколько стабильно.

Если интересно, то затухание для скоростей  до  100 Мбит/с  указывают на границе полосы пропускания 100 МГц, для скоростей  до  1000 Мбит/с  указывают на границе полосы пропускания 250 МГц.К примеру УЗЛ-ЕП   имеет затухание <2 дБ на  частотах до 250МГц. 

Этот параметр может влиять и на дальность передачи, так как при большом затухании максимальная  допустимая длина линии из меди сократится.

Вывод - обязательно смотреть соответствие скорости передачи УЗИП  защищаемому оборудованию.

Как Выбрать УЗИП для портов с PoE?

Что такое PoE и в чем его хитрость, почему оно принимает разные обличия?

PoE- это порождение Ethernet- многих часто ставит в тупик. Даже если мы наконец изучили этот вопрос, то через месяц снова все всё забыли.В общем, сразу вспоминаешь демонов в Линуксе (кто в теме). Предлагаем покончить с этим, как и с категориями UTP/FTP.

Проблема заключается в том, что периферийное оборудование все чаще запитывается через PoE. Это позволяет уйти от дополнительных кабельных прокладок, упростить схемы и документацию.

Какие существуют стандарты PoE?

При этом существует несколько стандартов PoE, которые необходимо представлять. В периферийном оборудовании может быть написано в паспорте PPoE, PoE , PoE+, Hi PoE, 802.3af, 802.3at класс 0,1,2,3,4., либо что-то из этого перечня в разных сочетаниях. В описаниях  УЗИП на сайтах продавцов может быть что-то из этого перечня, но уже в другой комбинации. В этом случае сложно быть уверенным, что изделие Вам подходит. Единственный выход — попробовать в этом разобраться.

В чем различие стандартов?

Кратко:

  • подаются разные мощности от 4,5 до 30 Вт
  • используются для передачи питания различные пары проводников
  • передача производится на разные максимальные длины кабеля
  • могут быть подключения с контролем питания  по алгоритмам и без контроля

Из сказанного ясно, что PoE многолико и с ним надо осторожно.

Как организуется защита портов  с PoE?

Для выбора УЗИП важно, чтобы пары по которым передается одновременно и питание и данные были защищены от разрушительных наводок как по уровню  напряжения сигнала (потока данных), так и по уровню напряжения питания.

Напряжение питания PoE достигает 57 В, а сигнала 5 В (!). Таким образом, если на вход (пары контактов порта) по которым идет сигнал наведется 10 В, то порт сгорит, значит УЗИП должен ограничить напряжение наводки до 6 В. Однако, если УЗИП везде будет срезать напряжение до 6 В, он успешно закоротит PoE, и тогда источник PoE отключит напряжение питания. Поэтому УЗЛ-ЕП является не простым ограничителем напряжения/тока, а привязан к вариантам расключения RJ-45.

Чтобы двигаться дальше, придется осветить наконец вопрос:

Чем синфазная помеха отличается от противофазной, или дифференциальной?

Технология Ethernet унаследовала самое лучшее на физическом уровне от аналоговой передачи по витым парам-высокую помехоустойчивость к синфазным помехам.

Когда два провода скручены в пару, как в UTP, любая наводка почти одинаково влияет на каждый провод и порождает в нем «наведенный» ток. Токи текут в одинаковых направлениях и к месту, где кабель подключен на вход прибора (например  коммутатора) набегают на длине провода соответствующие «наведенные» напряжения- вот и получаем синфазную помеху. Но к счастью, имея 2 одинаковых напряжения, мы можем на входе диф усилителя их вычесть   и получить отсутствие наводок. А полезный сигнал (Импульсы потока 0/1) мы на передающей стороне, скажем IP-камере, при этом передадим один впрямую- второй с инверсией относительно земли(экрана). В итоге на входе дифусилителя полезный синал удвоится по напряжению. Вот и вся хитрость. Поэтому с обычными наводками-помехами борьба так и ведется.

Вот дифференциальную или противофазную помеху витая пара не победит. Ну а откуда ей взяться извне, если провода скручены?А самое страшное, что от сильного напряжения погорят сами входы «дифа», и некому будет вычитать. Но ничего идеального в мире нет. Поэтому при ударе молнии или сильной наводке, проводники чуть по разному породят индукционный ток и на вход дифусилителя придут немного разные наведенные напряжения. Понятно, что чем сильней удар извне, чем больше дельта. Это первое. Поэтому надо защитить вход   дифусилителя   нашим УЗЛ.

Как же это работает или  какой основной принцип работы PoE-устройств?

Главный принцип организации PoE- питания:

  • данные (последовательности 0 и 1, поток) – разность потенциалов в паре проводов
  • питание – разность потенциалов между парами проводов

Существуют 4  основных вида PoE — питания: два для стандарта  10/100 Мб/с и два для 1000Мб/с. А так, как в стандарте 1000 Мб/с скорость больше, то применяются для передачи все 4 пары (A, B, C, D) (вот почему скорость передачи внутри пары остаются 250 Мб/с, и полоса пропускания не возрастает, а остается 250 МГц.). В стандарте 10/100 Мб/с применяются для передачи всего 2 пары , но при этом по одной «витухе» идет только передача, по другой только прием, (понятно ,что скорость по каждой витухе снижается поэтому в 2 раза, а так как обмен проще, то в 2,5 раза по сравнению с 250 Мб/с, т.е. имеем в итоге наши  100 Мб/с, а полосу соответственно 100 МГц.)

Вот и вся высшая математика .

Так как PoE чаще используется для периферии до 100 Мб/с то возникли два основных способа его подачи в порт

Вариант (способ) А одновременная передача питания и данных по одним сигнальным проводам.

uzip_ris_1

И электричество, и данные подаются по жилам 1, 2, 3, 6. Используется высокочастотные трансформаторы с центральным отводом вторичных обмоток как со стороны источника, так и со стороны приемника.

Вариант (способ) В - одновременная передача питания и данных по разным проводам.

Для подачи электропитания используются жилы 4, 5, 7, 8. Данные передаются по остальным (вариант В)

uzip_ris_2

Для вариантов 1000Мб/с питание подается по тем-же скруткам, по тем же вариантам A и B, но главное при этом, что все скрутки заняты передачей данных. Рисунки не приводим. Вот,  почти финал.

Какова схема УЗИП для Ethernet c PoE (и без)?

Итак, из организации PoE- питания мы имеем:

  • данные (последовательности 0 и 1, поток) – разность потенциалов в паре проводов до 5 В (импульсы с частотой до 250 МГц)
  • питание – разность потенциалов между парами проводов до 57В “постоянки”.

Эти цепи надо защитить. Чтобы посмотреть   типовую схему УЗЛ-ЕП, откройте любой паспорт на сайте (УЗЛ-ЕП, ПЗЛ-ЕП, БЗЛ-ЕП).

В общем случае, «правильный» УЗИП для Ethernet c PoE  должен содержать три линии «обороны»:

  • трехконтактные  газоразрядники на мощные перенапряжения по входу между проводами  пары (всего 4) и  землей ( PE) на напряжение сработки около 150 В,
  • супрессоры, или TVS-диоды на быстрое реагирование при 60 В и более между питающим «скрутками» (парами) (2 шт по числу способов подачи A и B)
  • ограничивающие сборки с TVS-диодами  для быстрого реагирования  при 6 В между  проводами пары (внутри скрутки) (4 шт по числу пар).

Рассказывать, как работает каждое из устройств не будем — есть хорошие описания у коллег. Нам главное понять, что мы должны защитить и почему надо 3 ступени. Газоразрядники обеспечивают «медленную» (100 нс), но мощную защиту, а скорость срабатывания до 10 наносекунд обеспечивают TVS-диоды. Ограничивающие сборки с TVS-диодами  успевают защитить чувствительные входы дифусилителя порта.

Частотные характеристики в нашем случае впрямую связаны со скоростями передачи.

Понятно, что при отсутствии PoE нам не надо контролировать питание +57 В, и ступень защиты между «скрутками» (парами) на 60 В  исключается (УЗЛ-Е).

На этом мы пока заканчиваем наш ликбез.

По темам подбора УЗИП для других интерфейсов: RS-422/485; видео, радиочастотных сигналов, цепей сигнализации, вторичного (низковольтного питания постоянного напряжения) предполагаем продолжит цикл вопросов-ответов.

Ждем от специалистов вопросов по интересующим темам УЗИП и грозозащиты на почте  petrov@tahion.spb.ru.