Проектирование кабельных портов Ethernet для защиты от грозовых перенапряжений

Sep 24, 2023

В последние годы теме повреждения портов Ethernet молнией уделяется повышенное внимание. По причинам, которые не до конца понятны, все больше производителей сталкиваются с сбоями в эксплуатации, вызванными видимыми повреждениями портов Ethernet из-за скачков напряжения, например, показанными на рисунке 1. Другие предполагаемые сбои из-за скачков напряжения не показывают видимых повреждений, но время сбоев коррелирует с местными грозовая деятельность. Неясно, связано ли это недавнее увеличение числа сбоев просто с тем, что в настоящее время в эксплуатации находится больше оборудования, подключенного к Ethernet, или из-за изменений в типах оборудования, подключаемого между собой с помощью кабелей Ethernet.

Рис. 1. Повреждение порта Ethernet из-за грозового перенапряжения

В связи с растущей осведомленностью отрасли о повреждениях портов Ethernet из-за перенапряжения, значительное внимание было уделено пониманию задействованных механизмов связи из-за перенапряжения. Были выдвинуты различные теории, каждая из которых основана на установившейся физике того, как перенапряжения, вызванные молнией, могут появляться в кабелях связи. В настоящее время нет четкого консенсуса относительно того, какой из этих известных механизмов является основной причиной наблюдаемого повреждения портов Ethernet.

В этой статье будут кратко рассмотрены известные механизмы, которые связывают грозовые перенапряжения с кабелями связи, и описывается, как эти механизмы применяются в конкретном случае с кабелями Ethernet. Базовое понимание этих принципов полезно для понимания новых отраслевых требований к устойчивости портов Ethernet к скачкам напряжения.

После объяснения различных типов угроз скачков напряжения Ethernet будут предложены некоторые конкретные стратегии проектирования для достижения различных уровней устойчивости к скачкам напряжения. Оказывается, полезные улучшения можно получить с небольшими затратами, применив несколько простых правил проектирования. Высокий уровень устойчивости к скачкам напряжения обычно приводит к увеличению затрат, но по-прежнему применяются те же базовые стратегии защиты.

Исторически многие считали, что порты Ethernet не подвержены грозовым перенапряжениям. В конце концов, большинство кабелей Ethernet проложены полностью внутри данного здания и не подвергаются воздействию грозовых перенапряжений. В некоторых случаях кабели Ethernet прокладываются за пределами здания для таких приложений, как камеры видеонаблюдения, использующие Ethernet. Многие считают, что применение на открытом воздухе — единственный случай, когда необходимо учитывать грозовые перенапряжения, но опыт показал, что это не так.

По мере того, как случаи повреждения портов Ethernet из-за скачков напряжения стали более широко известны, различные поставщики и отраслевые группы начали концентрироваться на понимании того, почему происходят такие повреждения из-за скачков напряжения и как их можно предотвратить. Несколько крупных компаний разработали свои собственные внутренние требования к устойчивости своих портов Ethernet к скачкам напряжения, и представители этих компаний работают над влиянием на новые отраслевые стандарты.

Первым общедоступным стандартом, направленным на устранение растущей частоты повреждений портов Ethernet из-за скачков напряжения, стал выпуск 2011 года (выпуск 6) стандарта Telcordia NEBS GR-1089, который используется большинством крупных операторов связи в США. GR-1089 не является нормативным требованием, но большинство операторов связи в США используют его как часть своих спецификаций на оборудование телекоммуникационных сетей. Телекоммуникационное сетевое оборудование представляет собой большой рынок, поэтому изменения в выпуске 6 GR-1089 привлекли большое внимание. В выпуске 6 GR-1089 требования к устойчивости к скачкам напряжения для портов Ethernet были значительно расширены по сравнению с предыдущим изданием.

Устойчивость к скачкам напряжения Ethernet также привлекла внимание на международном уровне. В период 2012–2015 годов стандарты Международного союза электросвязи K.20, K.21, K.44 и K.45 были обновлены и теперь включают специальные испытания на грозовые перенапряжения для портов Ethernet.

Совсем недавно, в 2016 году, Альянс решений для телекоммуникационной отрасли (ATIS) выпустил ATIS-0600036, «Электрическая защита для систем Ethernet». В этом документе представлен всесторонний обзор различных опасностей перенапряжения Ethernet и методов, которые можно использовать для защиты от этих опасностей. Также имеется раздел, содержащий рекомендуемые требования к тестированию для конкретных типов сценариев развертывания Ethernet.