Adatvonali tranziensvédelem

Adatvonali tranziensvédelem

Írta: Joseph Seymour

85. tanulmány

Összefoglaló Az adatvonali elektromos tranziensek (túlfeszültségek) tönkretehetik a számítástechnikai berendezéseket mind az otthoni, mind az irodai környezetben. Számos felhasználó felismeri a túlfeszültségből adódó veszélyeket, de az adatvonalon keletkezőket figyelmen kívül hagyja. Tanulmányunkban áttekintjük, hogyan keletkeznek a tranziensek, miként lehetnek pusztító hatással az elektromos berendezésekre, és azt is, hogy a túlfeszültség-védelmi eszközök hogyan segítenek az ellenük való védekezésben.

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

2

Bevezetés Az elektromos zavarok nagy fenyegetést jelentenek az elektromos berendezésekre és az adatokra nézve. Az elektromos zavarok leírására számos kifejezés használatos, ilyen a tüske, a túlfeszültség és az ideiglenes túlfeszültség. Bármelyik elnevezésről legyen is szó, a hatás minden esetben ugyanaz: zarvar, teljesítménycsökkenés és rongálódás, ami elkerülhetetlenül a berendezések leállását jelenti. Egyre nő a számítógépes hálózatok népszerűsége, ezzel együtt fokozódik annak a hatásnak a jelentősége, amit az ideiglenes túlfeszültség a kommunikációs vonalakra kifejt. Az épületekbe – akár föld alatt, akár föld felett – belépő kommunikációs vonalak jelentős méretű tranzienseket vihetnek be az otthoni vagy üzleti létesítményekbe. A különféle csatolókból (az elektromos energiának mágneses mező útján, az egyik rendszerből a másikba történő átviteléből) eredő ideiglenes túlfeszültségek komoly károkat okozhatnak a kommunikációs interfészekben az adott épületen belül. Annyiféleképpen keletkezhet ideiglenes túlfeszültség, hogy ha egyetlen túlfeszültség-védelmi réteg védi a bejövő vonalakat, az valószínűleg nem elegendő arra, hogy teljesen megóvja a belső vonalakat és berendezéseket. Az ideiglenes túlfeszültség adatvonalakra gyakorolt különböző hatásainak tárgyalásához fontos, hogy nagy vonalakban értsük, mik azok az adatvonalak, és hogyan szállítják az adatokat elektromosság formájában. Az adatvonal olyan (áram)vezető kommunikációs kábel, amely a hozzákapcsolt eszközök közötti kommunikáció céljából alacsony feszültségű jeleket szállít. Az adatkábelekre tipikus példa a koax, a CAT5 típusú Ethernet és a telefonkábel. Az adatátvitel az egyik berendezéstől a másikig, változó feszültségeknek a küldő berendezéstől a kábel másik végén lévő fogadó berendezésig történő – adatvonalon keresztüli – küldésével zajlik. A fogadó berendezés feldolgozza a feszültségi szinteket, értelmezi és olyan adatokká alakítja azokat, amiket megért és követni tud. Habár az adatvonalak esetében tendencia mutatkozik arra, hogy csak alacsony feszültségi szinteket vigyenek át, vezető anyagból készültek és így ugyanazoknak az ideiglenes túlfeszültségeknek és tüskéknek vannak kitéve, amit más vezető vonalak esetében is tapasztalhatunk. Általánosságban az ideiglenes túlfeszültség egy rövid idejű eltérés a kívánt feszültségi szinttől (vagy jeltől, számítógépek és elektromos készülékek esetében). Ez a nem kívánatos eltérés egy elektromos berendezés hibás működését vagy akár meghibásodását is eredményezheti. Néhány adatvonalon keresztül kommunikáló berendezés csak nagyon alacsony feszültségi szinteken belül képes működni, így könnyen károsodhat, ha a feszültségszint a kívánt érték fölé emelkedik. Továbbá, az ideiglenes túlfeszültségek különböző forrásokból keletkezhetnek, ami azt jelenti, hogy nincs olyan konfiguráció vagy berendezés, amely tranziensektől mentes lenne. Az 1. ábra a Florida Power által készített olyan tanulmány eredményeit szemlélteti, mely az árammal kapcsolatos minőségi problémákat különböző csoportokba osztja. Az ábrán látható, hogy az áramminőségi problémák 15%-a a villámlásoknak tulajdonítható, mindössze 5% okozója a rossz minőségű előfizetői állomások által a rácskapcsoláson keresztül behozott tranziens, és az is, hogy az irodai berendezések által keltett tranziensek felelősek az összes áramminőségi probléma 60%-áért.

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

3

1. ábra – A Florida Power tanulmánya az áramminőségi problémák miatt üzleti területen történt leállásokról Világítás: 15%

Irodai berendezések: 60,0%

Közmudíjak: 5,0% Szomszédság: 20,0%

Tranziensek keletkezése Tranziensek bármely vezetőn előfordulhatnak, úgy mint elektromos hálózat vezetékein, telefon- és adatvonalakon, valamint jelzőkábeleken is. Az adatvonalak típusai – melyek számos helyi hálózaton (LANon) előfordulnak – magukba foglalják az RS-232, az RS-422, az Ethernet és a Token Ring kábeleket, a zártláncú TV hálózatokat, a megfigyelő- és riasztórendszereket és a CNC/szerszámgépek interfészeit. Az ideiglenes túlfeszültség egyik fajtáját jelentő tüskék rövid idejű túlfeszültségek, melyek időtartamát általában milliszekundumban mérik. Ez a nem kívánt elektromos energiatöbblet könnyedén létrehozható bármely vezetőn. A tranziensek energiatartalma óriási lehet, és a berendezések károsodását okozhatja, vagy hibás működését azáltal, hogy a helytelen feszültségszint következtében hibás jeleket hoz létre. A mikroprocesszorok és más integrált áramkörök (IC) által vezérelt berendezések az ideiglenes túlfeszültséggel szemben különösen veszélyeztetettek. A különböző forrásokból keletkezett adatvonalakon jelentkező tranzienseknek általában az induktív csatolás az oka. A közvetlen váltakozó áramú (AC) tranziensek keletkezési módjánál kevésbé ismert az, hogy hogyan jönnek létre induktív csatolással tranziensek az adatvonalon. Amikor elektromos áram folyik keresztül egy vezetőn, akkor ott mágneses mező jön létre. Ha egy második vezetőt helyezünk az első vezető mágneses mezejébe, és a mágneses mező folyamatosan változik, akkor a mágneses mező áramot indukál a második vezetőn. A mágneses mező használata áram létrehozására és feszültség indukálására – a másik vezető anyaghoz való fizikai csatlakozás nélkül –, képezi az alapját annak a transzformátorok alkalmazásának, amit például az elektromos hálózatokban is használnak. A transzformátor az elsődleges vezető tekercsében mágneses mezőt hoz létre, ami a másodlagos vezető tekercsében feszültséget indukál. Ugyanezen elv alapján, azok a kábelek, amelyek egymás mellett futnak egy adott épületen belül, mágnesesen tranzienseket generálhatnak, ahogy az a 2. ábrán látható. Ezt a csatolást okozhatja egy áramvezeték, ami a szomszédos adatvonalon feszültséget indukál, vagy létrejöhet két adatvonal között is (amire általában áthallásként hivatkoznak).

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

4

2. ábra – Induktív csatolás Áramellátó vezeték

Adatvezeték

Mágneses fluxus

Áramfolyást indukál

A villámlás egy sokkal erőteljesebb fajtájú mágneses csatolást okozhat, ami egycsapásra több készülék azonnali rongálódását okozhatja. A 3. ábra egy földbe csapó villámlást mutat. Ezt a villámcsapást egy nagyon erőteljes mágneses mező veszi körül. Nagyon hasonlóan ahhoz, ahogy egy vezető mágneses mezeje tranzienseket indukálhat a szomszédos vezetőn, úgy indukálhat áramot a villámcsapás egy külső áramvezetékben anélkül, hogy közvetlenül belecsapna abba. Még nagyobb jelentőségű az, hogy amennyiben egy villámcsapás elég közel van egy létesítményhez, akkor a mágneses keresztezett belső adatvonalakon tranzienseket indukálhat. Ezek a tranziensek zavarhatják az ezeken, a vonalakon átmenő adatokat, vagy könnyedén károsíthatják a hozzájuk csatlakoztatott berendezéseket. Egy másik kifejezés, ami az induktív csatolás leírásához használt, az elektromágneses interferencia (EMI) vagy más néven zaj.

3. ábra – Villámcsapás által keltett mágneses mező Mágneses fluxus

Habár a vezetékek közt fellépő és a villámlás okozta csatolás az adatvonali tranziensek jobban ismert forrásai közül kettő, vannak más jelentős forrásai a csatolásnak, amelyek ártalmasak lehetnek a 2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

5

létesítményeken belüli adatvonali-infrastruktúrákra. Az adatvonalak létesítményen belüli elrendezésének tervezésekor vagy vizsgálatakor, az induktív csatolás következő forrásait kell figyelembe venni:

•

olyan adatvonalak, amelyek az elektromos vezetékek védőcsövei fölött haladnak

•

olyan működés alatt lévő adatkábelek, amelyek villámhárítók közelében vannak (a villámhárítók olyan vezetékek vagy szerkezetek az épületben, amelyeket a villám kisülési áramának földbe történő levezetésére terveztek)

•

olyan működés alatt lévő adatkábelek, amelyek szerkezeti acél közelében futnak (különösen villámhárítók környékén)

•

olyan működés alatt lévő adatvonalak, amelyek fénycsövekhez (amik elektromágneses interferenciát keltenek) túl közel helyezkednek el

Ez néhány az adatvonali induktív csatolás jelentősebb forrásai közül, de egy adott létesítményben még sok más is lehet.

A tranziensek hatásai A legtöbb üzleti létesítményben és néhány otthonban ma megtalálható elektromos berendezések többsége integrált áramkörre és mikroprocesszoros technológiára épül. Az integrált áramkörök és mikroprocesszorok bizonyos jellemzői miatt, ezek a berendezések különösen érzékenyek az túlfeszültségekre. A mikroprocesszor alapú és vezérlésű eszközök szinte minden környezetben megtalálhatóak. Az ilyen elektromos berendezések közé tartoznak a számítógépek és azok perifériái, számítástechnikai- és adathálózatok (mint pl. LAN), telekommunikációs berendezések, orvosdiagnosztikai berendezések, CNC gyártógépek, rádióberendezések, televíziók, műholdvevő készülékek, elektronikus pénztárgépek, fénymásológépek, faxkészülékek stb. E berendezések többsége sok esetben – kommunikációs célokból – csatlakoztatva van valamiféle adatvonalhoz. A három tényező, ami az IC (integrált áramkör) alapú gépek tranziensérzékénységéhez hozzájárul, a következő: 1.

Az IC-k és az áramköri lapok nyomvonalainak elrendezése

2.

Az alkalmazott üzemi feszültségkorlát

3.

Órajelciklus használata bizonyos műveletek szinkronizálásához (hasonlóan, mint a számítógépeknél)

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

6

Az IC-k és az áramköri lapok nyomvonalainak elrendezése Az első általános tényező, ami az IC-alapú berendezések tranziensekkel szembeni érzékenységéhez hozzájárul az az, hogy az integrált áramkörök és az áramköri lapok nyomvonalainak elemei közti távolságok rendkívül kicsik. Ez a távolság sokszor jóval kisebb, mint az emberi hajszál vastagsága. Az áram az áramköri lapon vezető sávok vagy nyomvonalak igénybevételével halad át. Ezek a nyomvonalak – melyek integrált áramkörök belsejében, azokon kívül, valamint az áramköri lapon magán találhatók –, bizonyos tágulási és összehúzódási küszöbértékekkel rendelkeznek. Az áramköri lap elemein keresztülfolyó áram által termelt hő némi tágulást okoz, majd ennek hiánya összehúzódást eredményez. Ha egy tranziens lép be ezekbe a nyomvonalakba, túlmelegedésüket okozhatja, mikroszkopikus töréseket létrehozva ezzel az áramköri lap szerkezetében, ami az egyébként szigetelt nyomvonalak érintkezéséhez vezethet. Ez belső rövidzárlatot eredményez, ami működésképtelenné teheti a készüléket. Bizonyos esetekben ezek a mikroszkopikus törések nem okoznak semmilyen azonnali kárt, de az elemek általános tágulásának és összehúzódásának köszönhetően méretük lassanként növekszik, vagy még több törés kialakulását eredményezik, ami idővel a készülék meghibásodásaihoz vezet, míg az végül teljesen működésképtelen lesz.

Az alkalmazott üzemi feszültségkorlát A második tényező, ami hozzájárul az IC-érzékenységhez, az annak az üzemi feszültségnek a fokozatos csökkenése, amiben az IC eszközöknek működniük kell. Ahogy a számítógépek összetevőinek mérete csökkent, hatékonyságuk növekedett, és törekvés mutatkozott az áramfogyasztás mérséklésére, úgy csökkent le fokozatosan ezeknek az elemeknek a működtetéséhez szükséges üzemi feszültség is. A belső számítógépes eszközök 5V-os egyenáramú üzemi feszültsége 3,3V-ra csökkent és még talán tovább is csökkenhet. Ez azt jelenti, hogy az a feszültségi küszöbszint, amit egy IC-alapú rendszer el tud viselni, szintén lecsökkent. Ha egy tranziens egy 3,3V egyenáramú üzemi feszültséggel rendelkező rendszer feszültségszintjét 5V nagyságúra emelné, az könnyen károsodást okozhatna.

Órajelciklus használata A harmadik tényező az IC-alapú készülékek érzékenységének vizsgálatakor, az órajelciklus használata a belső összetevők működésének szinkronizálásához. A legtöbb számítógépes művelet órajelciklushoz van szinkronizálva, ami pedig egy adott frekvencián futó feszültségen alapul. Az EMI bizonyos frekvenciákon néha egy számítógépes órajelciklus látszatát keltheti, ami azt eredményezi, hogy a számítógép ezeket a hamis órajeleket parancsokként értelmezi. Ezek a hamis parancsok számos logikai hibát okozhatnak, amik a billentyűzet lezárásában, programok összeomlásában vagy a teljes rendszer lefagyásában nyilvánulhatnak meg. Ellentétes esetben, az EMI miatt a számítógép figyelmen kívül hagyhat egyes– érvényes – parancsokat, ami ugyancsak hasonló problémákhoz vezethet.

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

7

A tranziensek által okozott gyakori hibák A tranziensek által az elektromos készülékekben okozott leggyakoribb hibák zavaróak, gyengítők és roncsolóak. ZAVARÓ HATÁSOK – általában akkor következnek be, amikor egy tranziens induktív csatoláson át (adatvonalon vagy elektromos vezetéken keresztül) belép a készülékbe. Ezután az elektromos összetevők megpróbálják érvényes logikai parancsként feldolgozni a tranzienst. Az eredmény a rendszer lefagyása, hibás működés vagy hibás kimenet, elvesztett vagy sérült fájlok és sok más nemkívánt hatás. GYENGÍTŐ HATÁSOK – az IC-összetevők ismétlődő terheléseivel kapcsolatosak. Az integrált áramkörök (IC) gyártásához használt anyagok ellenállnak egy adott számú, ismétlődő energiaszintű túlfeszültségnek, de csak rövid ideig. A hosszú távú teljesítményromlás végül működésképtelenné teszi az alkatrészeket. RONCSOLÓ HATÁSOK – ide tartozik minden olyan helyzet, amelyben a nagy energiaszintű tranziensek a berendezés azonnali leállását okozzák. Gyakran keletkezik kézzel fogható fizikai károsodás (mint az égett és/vagy repedezett nyomtatott áramkörök és összetevők, olvadó elektromos összetevők), vagy egyéb nyilvánvaló jelenségek.

Tranzienselnyomás és -védelem Az ideiglenes túlfeszültség egy rövid idejű, általában nagy mértékű eltérés a kívánt feszültségtől vagy jelszinttől. Minél nagyobb a tranziens kiterjedtsége, annál nagyobb az esélye annak, hogy az elektromos berendezéseket zavarjon vagy rongáljon meg. Ahogy korábban említettük, tranziensek bármely vezető anyagban előfordulhatnak, így azok nem csak elektromos hálózat vezetékeihez csatolt berendezésekre, de a telefonvonalakhoz, Ethernet vagy koaxkábelekhez és a soros kábelekhez csatlakoztatott berendezésekre is kihathatnak.

Túlfeszültség-védelmi eszközök A túlfeszültség-védelmi eszközök (Surge Protection Device - SPD), lecsökkentik ezeketet a túlfeszültségeket, hogy megvédjék a berendezéseket a károsító hatásaiktól. De egy SPD nem csökkenti szükségszerűen nullára a túlfeszültség nagyságát. Az SPD egyszerűen lecsökkenti a tranziens mértékét egy olyan szintre, amit biztonságosan lehet továbbítani a csatlakoztatott elektromos fogyasztók felé. Ez azért van így, mert az áramküszöb változhat egy adott készüléken belül, és a feszültség nullára való csökkentése nem lenne célravezető a csatlakoztatott készülék folyamatos működésének szempontjából. Ehelyett az SPD mérsékli a tranzienst a berendezés által meghatározott elfogadható szintre, amit az már képes kivédeni. Néhány professzionálisabb SPD zajszűrést is kínál az EMI által az áram hullámformájában keltett esetleges inkonzisztencia csökkentésére, így az nem juthat el a csatlakoztatott berendezéshez.

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

8

A legegyszerűbben fogalmazva, a túlfeszültség-védelmi eszközök megakadályozzák a káros tranziens túlfeszültség-szintek az elérjék az általuk védett készülékeket. Ezt a többletfeszültség elnyelésével, átirányításával vagy a kettő kombinációjával érik el. A 4. ábrán egy kilőtt nyílvessző látható, amint az egy szalmatábla felé tart. A szalmatábla az SPD, míg a nyílvessző az ideiglenes túlfeszültségi tüske reprezentálására szolgál. Amikor a nyílvessző becsapódik a célba, beleszúródik és benne is marad. Mindazonáltal a célpont vastagsága az, ami meghatározza, hogy a nyílvessző megáll-e anélkül, hogy a másik oldalon kijönne. A nyílvessző ezekben az esetekben mindig kárt fog tenni a célpontban és az már valószínűleg nem fogja tudni olyan hatásfokkal megállítani a nyílvesszőt, mint azelőtt. Most képzeljünk el egy fém pajzsot a céltábla előtt. Miután a nyílvesszőt kilövik, az becsapódik a pajzsba és ártalmatlanul a cél oldalához pattan. Ez a legtöbb SPD alapvető működési módja. A túlfeszültség-védelmi eszközök vagy elnyelik az energiát (attól függően, hogy milyen minőségűek, meg is előzhetik a túlfeszültséget, de akkor is károsodást szenvednek), vagy elvezetik a feszültséget a létesítmény földelési vezetékébe. A legtöbb esetben az SPD-k eszközök kombinációját használják az ideiglenes túlfeszültségek elnyeletésére és elvezettetésére.

4. ábra – Tranziensek elnyelése és visszaverése Elnyelodés Tranziens

Visszaverodés

Tranziens

A szorítás (clamping) egy funkció, amit az SPD eszközök használnak a tranziens feszültségek korlátozására. A szorítás az a folyamat, amelyben az SPD belső összetevői lecsökkentik a tranziensek feszültségét egy olyan alacsonyabb szintre, amely a megvédeni kívánt berendezés által már elfogadható. Az SPD túlfeszültség-csökkentőjén való áthaladása után a csatlakoztatott elektromos berendezésnek továbbított energiát, áteresztési (let-through) feszültségnek nevezzük. Ahogy már jeleztük a legtöbb SPD esetében ez a folyamat nem csökkenti nullára vagy a csatolt terhelések működéséhez megengedett maximális szint alá a tranziens-feszültséget. A tranzienseknek a megengedett szint alá történő túlzott mértékű csökkentése szükségtelen túlterhelést okozhat magán az SPD eszközön.

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

9

Az SPD eszközökben az egyik leggyakrabban használt összetevő a fém-oxid varisztor (feszültségfüggő ellenállás – MOV). A MOV egy nemlineáris ellenállás, bizonyos félvezető tulajdonságokkal. A MOV szigetelő állapotban marad - engedve ezzel az áram rendes folyását - mindaddig, míg egy túlfeszültség impulzus nem lép be a vonalba. Ebben a pillanatban a MOV vezető állapotba megy át, a többletfeszültséget ezzel a földelésbe levezetve. Ahogy az áramerősség szintje emelkedik, úgy nő a szorítási feszültség mértéke is, ami a berendezés felé továbbított áteresztési feszültséget elfogadható szinten tartja, ameddig az átmeneti túlfeszültség le nem csillapodik. A MOV varisztorok mellett gyakran alkalmaznak olvadó biztosítókat, amelyeket a védett berendezéssel sorba kötnek azért, hogy végzetes pillanatnyi túlfeszültség esetén elvágjak az áramot a csatlakoztatott berendezéstől. Ha egy tranziens kiterjedt és eléggé állandó, akkor elérheti a MOV kritikus üzemi feszültségét, aminél az kifúj. Ha ez bekövetkezik, az áram az olvadó biztosítón (ami gyakran a MOV közelében vagy ahhoz csatlakoztatva helyezkedik el) keresztül az áramfolyam megszakítását okozza, és ezzel megakadályozza további áram továbbítását a védett berendezéshez. A MOV ellenállásokat konzisztens természetük miatt használják az SPD eszközökben. Egy MOV állandóan ugyanolyan mértékű áteresztési feszültséggel működik, és ugyanazon a magasabb feszültségi szinten válik vezetővé, mindaddig, amíg meghibásodási pontját el nem éri. Az SPD eszközök nem oldanak meg minden áramminőségi problémát. Nem tudják kezelni a letöréseket (feszültségesések) és feszültségemelkedéseket (hosszú távú feszültségtöbbletek) az áramszolgáltató által biztosított váltakozó áramban. Emellett nem tudják csökkenteni az olyan nemlineáris terhelések által létrehozott harmonikus torzításokat sem, mint amilyeneket a motorok, a számítógépekben lévő kapcsolóüzemű tápegységek és némely fénycsöves világítórendszer generál. Amennyiben az áramellátási vonal feszültségében van veszteség, egy olyan eszköz, mint az UPS, biztosíthatja az akkumulátora segítségével ideiglenesen az áramellátást, , ameddig az áramszolgáltatás helyre nem áll.

Földelés Az energiaellátó rendszerekkel kapcsolatos problémák közül az egyik legnagyobb – főként az SPD eszközök vonatkozásában – a földelés. A földelések minden áram-, jel- és adathálózatnak szükséges elemei. Minden feszültség- és jelszintet a földeléshez viszonyítunk. A legtöbb SPD szintén földelő vezetékeket használ az épületen belüli többletfeszültség elvezetésére, tranziens események bekövetkezésekor. Megfelelő földelés nélkül előfordulhatna, hogy ezek az SPD eszközök nem működnének megfelelően. A létesítményen belüli földelő hálózatoknak, csak az elektromos szolgáltatás belépési pontján, a főelosztóban lévő csatlakozási ponthoz kellene kapcsolódniuk. Ez a talajhoz való egypontos csatlakozás eleve kizárja a többszörös földelési pontú rendszer véletlen kialakítását. A többszörös földelési pont eltéréseket okozhat az áramszolgáltatás feszültségében, nemkívánatos áramok kialakulását okozva ezzel a gyengeáramú adatvonalakon. Ezek a nemkívánatos áramok a legártalmatlanabb formájukban zajok, amelyek zavarják az adatátvitelt, vagy nagyobb pillanatnyi túlfeszültségek, mely esetben károsíthatják az átviteli vonalakra kapcsolt berendezéseket. Az 5. ábrán egy példa látható földelési hurokra. A készülékek egymástól függetlenül vannak földelve (minden aljzat különböző földelést jelent). Akkor fordulhat elő

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

10

probléma, ha a készülékeket valamiféle földelt (és vezető) adatvonal köti össze. Az 5. ábrán látható számítógép egy párhuzamos kábel segítségével van a nyomtatóhoz csatlakoztatva. Amennyiben potenciálkülönbség (töltésbeli eltérés) lép fel a berendezések által használt földelések között, akkor a töltés kiegyenlítődés miatt, áram folyhat a párhuzamos kábelen keresztül az egyik készüléktől a másikig. Ez a jelenség az amire a „földelési hurok” elnevezéssel hivatkozni szoktak, és jelentős károkat tehet azokban a berendezésekben, amelyek egyébként alacsony áramküszöbbel működnek. Bár ez a példa egy létesítményt mutat, földelési hurkok több létesítmény közt is kialakulhatnak.

5. ábra – Földelési hurok 1. csatlakozó

A számítógép az 1. földeléshez van kötve (Föld)

2. csatlakozó

Számítógép

Nyomtató

A nyomtató a 2. földeléshez van kötve (Föld)

Nyomtató kábel

A földpotenciál által okozott áramfolyás

1. földelés

2. földelés

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

11

A tranziensvédelem réteges megközelítése SPD-hálózat alkalmazása ajánlott annak érdekében, hogy több szintű védelmet biztosítsunk a tranziensek ellen. Az első szint arra szolgálna, hogy szabályozza a létesítménybe belépő nagymértékű túlfeszültség impulzusokat, mint amilyenek például az elektromos vezetékeken levő tranziensek. Ezeket, többek közt a villámcsapások okozhatják. A többi szint arra szolgálna, hogy a belső áram- és adatvonali tranzienseket korlátozza. Mivel a pillanatnyi túlfeszültségek többsége az épületek belsejében keletkezik, ezért az SPD eszközök működésének megértése, valamint alkalmazásuk szükséges ahhoz, hogy egy adott létesítményben az áram minőségén javítani tudjunk. Ez a több szintű megoldás a leghatékonyabb módja annak, hogy megakadályozzuk a legtöbb tranziensprobléma káros hatását. Miközben fontos, hogy ily módon védjük az erősáramú vezetékeket a tranziensek ellen, ugyanilyen fontos az is, hogy az adatvonalak esetében is legalább ennyire kövessük ezt a megközelítést. A nagyobb létesítmények többnyire rendelkeznek valamiféle első vonali védelemmel a bejövő adatvonalakon érkező kiterjedt tranziensek ellen. Például, sok lakásban és létesítményben használnak gáztöltésű villámáram levezetőt vagy szikraköz SPD-t (amit gyakran a telefontársaság ad), hogy a nagy energiájú túlfeszültségeket lecsökkentsék egy olyan szintre, ami az egyszerű telefon-berendezéseknek már elviselhető (mint például egy különálló telefonkészüléknek, amelynek nincs szüksége külső áramforrásra a működéshez). Viszont, az SPD eszközök első szintjének áteresztési feszültsége gyakran nem csökkenti le a feszültséget elégséges szintre ahhoz, hogy az megóvja az olyan érzékeny elektronikai berendezéseket a rongálódástól, mint amilyen pl. a számítógéphez tartozó DSL- vagy telefonmodem (sőt, akár az ezekhez a modemekhez csatlakoztatott számítógép is). Ez más – koaxkábelekkel csatlakozó – érzékeny elektronikus készülékekre is vonatkozik, mint például a hang- és videóberendezések vagy a szélessávú kábelmodemes berendezések. Emiatt további SPD eszközök használata ajánlott annak érdekében, hogy az egyes készülékek védelmére tovább csökkentsük az első védelmi szint által áteresztett feszültséget.

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

12

Összegzés Amennyiben a tranziens túlfeszültségekről beszélünk, az általában az erősáramú vezetékek zavarainak területét jelenti. Figyelembe véve azonban egy adott létesítmény belső tranziensei közül az adatvonali hálózaton létrejövők százalékos arányát, nem szabad alábecsülni az adatvonali túlfeszültség-védelem szükségességét. Bármely vezető a tranziensek potenciális hordozója, és egy adott létesítményen belül számos forrása lehet az induktív csatolásnak. A mai számítástechnikai berendezések egyre alacsonyabb feszültségértéken üzemelnek, ami azt jelenti, hogy minden kismértékű elektromos interferenciára figyelmet kell fordítani ahhoz, hogy a károsodásokat és az adatsérüléseket megelőzhessük. A túlfeszültség-védelem több szintű megközelítése az ideális módszer erre, lecsökkentve először a kívülről érkező és egyéb kiterjedt túlfeszültségek szintjét, majd belül tovább mérsékelve azt, mielőtt annak energiája elérné az érzékeny elektromos berendezést. Adatvonali túlfeszültség-védelem szükséges ahhoz, hogy az érzékeny berendezéseket esetén megakadályozzuk az adatsérüléseket, elkerüljük a gyengeáramú adatvonalakon keresztüli károsodásokat, és hogy megóvjunk minden kilépő adatvonalat a pillanatnyi túlfeszültségek belépésétől.

Néhány szó a szerzőről: Joseph Seymour az APC Reklamációs Osztályának vezető elemzője a rhode island-i West Kingstonban. Értékeli és vizsgálja a végzetes tranziensesemények által okozott károkat, és az APC Equipment Protection Policy (berendezésvédelmi irányelvek) alapján dönt a vásárlói reklamációk sorsáról.

2005 American Power Conversion. Minden jog fenntartva. A tanulmány sem egészében, sem részlegesen nem használható fel, nem reprodukálható, nem másolható, nem továbbítható és nem tárolható adatlekérdező rendszerekben a szerzői jog tulajdonosának írásos engedélye nélkül. www.apc.com Rev 2005-0

13