Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ принципов организации работы и электро магнитной совместимости мультисервисных кабельных систем 11
1.1. Анализ принципов построения мультисервисных кабельных систем и характеристик используемого электротехнического оборудования 11
1.1.1. Коаксиальная проводка 11
1.1.2. Симметричная кабельная проводка 14
1.1.3. Соединители 21
1.2. Анализ проблем электромагнитной совместимости МКС 22
1.3. Анализ источников электромагнитных помех действующих на МКС. 26
1.4. Анализ электромагнитных излучений МКС 39
1.5. Постановка задачи исследования 31
1.6. Выводы 32
2. Защита мультисервисных кабельных систем от внешних электромагнитных воздействий 34
2.1. Анализ механизма возникновения в кабеле электромагнитных помех. 35
2.1.1. Помехи, вызванные воздействием внешнего магнитного поля 35
2.1.2. Помехи, вызванные воздействием внешнего электрического поля... 38
2.2. Расчет эффективности методов защиты МКС от внешних электромагнитных возмущений 40
2.3. Расчет ЭМС при прокладке МКС параллельно информационным кабелям 43
2.4. Расчет минимально допустимых расстояний МКС до силовых линий 47
2.5. Исследование устойчивости МКС к внешним электромагнитным воздействиям 52
2.5.1. Анализ устойчивости к воздействию радиоизлучений 53
2.5.2. Анализ устойчивости к перепадам напряжения 57
2.6. Выводы 57
3. Методы уменьшения межкабельных наводок в мультисервисных кабельных системах 61
3.1. Уменьшение межкабельных переходных наводок с помощью экранированных кабельных систем 64
3.2. Уменьшение межкабельных переходных наводок с помощью изменения параметров монтажа 71
3.2.1. Определение межкабельной переходной наводки на ближнем конце 72
3.2.2. Определение межкабельной переходной наводки на дальнем конце 75
3.2.3. Определение общей переходной наводки 78
3.3. Выводы 84
4. Практические рекомендации по улучшению эмс мультисервисных кабельных систем 86
4.1. Практическая реализация комплексного решения проблем питания, заземления и ЭМС МКС 87
4.2. Расчет уменьшения уровней электромагнитных помех 90
4.3. Методы уменьшения шумов ингрессии в коаксиальных МКС 95
4.4. Выводы 103
Заключение 106
Список используемых источников 109
Приложение 1 122
Приложение 2 128
- Анализ принципов построения мультисервисных кабельных систем и характеристик используемого электротехнического оборудования
- Анализ механизма возникновения в кабеле электромагнитных помех.
- Уменьшение межкабельных переходных наводок с помощью экранированных кабельных систем
- Практическая реализация комплексного решения проблем питания, заземления и ЭМС МКС
Введение к работе
Фундаментальные исследования в области разработки теории передачи и взаимных влияний между цепями линий связи относятся еще к началу шестидесятых годов прошлого столетия [1 - 5]. Большую роль в их развитии сыграли такие отечественные ученые, как: В.Н. Кулешов, И.И. Гроднев, P.M. Лакерник, Л.И. Мачерет, Д.Л. Шарле, К.Я. Сергейчук, В.А. Привезенцев, Л.И. Кранихфельд. Теория экранирования кабельных цепей подробно изложена в работах В.О. Шварцмана, А.Ю. Цыма, А.Б. Цалиовича, В.Е. Власова, Ю.А. Парфенова [6 - 13], а также А.С. Анисимова, Н.М. Гордюхиной, Ю.А. Казанцева, Я.Н. Колли, Е.М. Федоровой, Б.М. Фрадкина и многих других отечественных ученых [14 - 20].
Однако, постоянное расширение области применения кабельных систем, их частотного диапазона, новые материалы для создания современных кабелей, ставят на повестку дня задачу дальнейшего развития исследований влияния внешних электромагнитных помех на электрооборудование кабельных систем.
В условиях интенсивного внедрения новых технологий, современные кабельные системы должны обеспечить не только неискаженный прием сигналов в условиях воздействия внешних электромагнитных помех, но и оптимальные параметры передачи в диапазоне частот, необходимом для воспроизведения исходной информации, а также требуемую величину защищенности между цепями внутри кабеля.
Одним из важнейших показателей экономического роста страны является наличие современных широкополосных цифровых телекоммуникационных сетей, в основе которых лежат мультисервисные сети.
Развитие мультисервисных сетей позволит не только реализовать федеральную целевую программу «Электронная Россия (2002 - 2010 годы)», направленную на реализацию условий массового распространения информационных и коммуникационных технологий, но и объединить все сущест-
вующие телекоммуникационные сети различного назначения в общую сеть с иерархически распределенными центрами управления и обработки информации [21 -28].
Мультисервисные сети предоставляют абонентам широкий спектр интерактивных услуг: оплату коммунальных услуг с автоматическим съемом показаний со счетчиков воды, тепла и электроэнергии, охранную сигнализацию, видеонаблюдение, дистанционное обучение, медицинские консультации, Интернет, телефонию, пакеты аналогового и цифрового телевидения и многое другое [29 — 31].
Современное информационное оборудование и системы достаточно надежны, однако эволюция технологий в сторону высоких частот делает актуальной проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) для постоянно растущего числа электротехнических и электронных устройств.
Особую актуальность данная проблема приобретает для мультисер-висных кабельных систем (МКС), интегрированных в здания, занимающие площади в сотни, а иногда и тысячи квадратных метров. Увеличение рабочей частоты МКС до 800 - 1000 МГц, а так же их прокладка в непосредственной близости от телекоммуникационных и силовых кабелей делает ее весьма не тривиальной задачей.
Увеличение рабочей частоты МКС до 800 — 1000 МГц приводит как к увеличению уровня собственных излучений кабельных каналов, так и их большей уязвимости к внешним электромагнитным воздействиям.
Будучи хорошо сбалансированной и в дополнение к этому полностью экранированной, МКС повышает устойчивость системы к внешним источникам электромагнитного излучения, уменьшает собственное негативное воздействие на внешнее электротехническое оборудование, обеспечивает более безопасные условия для пользователей и операторов по сравнению с неэкра-нированными кабельными системами.
Однако с практической точки зрения важно выяснить, насколько эффективна защита современных МКС от внешних помех на частотах, достигающих 800 — 1000 МГц. Для этого необходимо не только выявить узкие места физической среды передачи с точки зрения электромагнитной совместимости, но и определить характер и проблему внутренних помех или собственных шумов МКС.
Все это делает диссертационную работу весьма актуальной.
Представленная диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР ГОУ ВПО «МГУС» № 01.03.06 (РН ВНТИЦ № 0120.0 602528) «Исследование цифровых методов обработки информационных потоков в электротехнических системах при интенсивных электромагнитных воздействиях».
Целью диссертационной работы является обеспечение электромагнитной совместимости электрооборудования мультисервисных кабельных систем в условиях интенсивного воздействия внешних электромагнитных помех.
В соответствии с этим, были поставлены и решены следующие основные задачи работы:
1. Анализ источников электромагнитных помех, оказывающих ме
шающее воздействие на электрооборудование МКС;
Разработка методики расчета защиты МКС от внешних электромагнитных воздействий в диапазоне рабочих частот до 800-1000 МГц;
Разработка методики расчета электромагнитной совместимости для электрооборудования МКС;
Разработка практических рекомендаций по контролю и улучшению электромагнитной совместимости МКС.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов теории поля, случайных процессов, математического моделирования на ПЭВМ. Экспериментальные исследования выполнены
методами физического моделирования в лабораторных и реальных эксплуатационных условиях.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. Осуществлен анализ устойчивости электрооборудования МКС к
внешним электромагнитным воздействиям;
Разработана методика расчета защиты электрооборудования МКС от внешних электромагнитных воздействий в диапазоне рабочих частот до 800 -1000 МГц;
Разработана методика расчета электромагнитной совместимости для электрооборудования МКС.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Предложена методика, позволяющая рассчитать электромагнитную совместимость МКС, как при экранировании самих кабельных систем, так и источников электромагнитных помех в диапазоне рабочих частот до 800 -1000 МГц;
Предложена методика, позволяющая рассчитать минимально допустимые расстояния от электрооборудования МКС до источников электромагнитных помех;
Предложены практические рекомендации по комплексному решению проблем электромагнитной совместимости электрооборудования МКС в условиях жесткой электромагнитной обстановки.
На защиту выносятся:
Методика расчета защиты электрооборудования МКС от внешних электромагнитных воздействий в диапазоне рабочих частот до 800 - 1000 МГц;
Методика расчета электромагнитной совместимости электрооборудования МКС в условиях интенсивного воздействия внешних электромагнитных помех.
Личный вклад. Все основные научные результаты, изложенные в диссертационной работе и выносимые на защиту, получены автором лично.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в ООО «Группа СпецБизнесПроект», что подтверждается актом о внедрении.
Результаты исследований использованы в курсе «Электромагнитная совместимость информационных сетей» ФГОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса» (ФГОУ ВПО «РГУТиС»), что подтверждается соответствующим актом о внедрении.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:
на 11-й Международной научно-технической конференции «Наука -сервису» (Москва, 2006 г.);
на 2-й Межвузовской научно-практической конференции «Проблемы развития электротехнических комплексов и информационных систем» (Москва, 2006 г.);
на 12-й Международной научно-технической конференции «Наука -сервису» (Москва, 2007 г.);
на 3-й Межвузовской научно-практической конференции «Проблемы развития электротехнических комплексов и информационных систем» (Москва, 2007 г.);
на 13-й Международной научно-технической конференции «Наука -сервису» (Москва, 2008 г.);
на 4-й Межвузовской научно-практической конференции «Проблемы развития электротехнических комплексов и информационных систем» (Москва, 2008 г.);
на заседаниях кафедры ФГОУ ВПО «РГУТиС» «Информационные системы» (Москва, 2005 - 2008 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы, включающего 141 наименование. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 16 таблиц. В двух приложениях объемом 8 страниц содержатся материалы, отражающие электротехнические характеристики наиболее распространенных кабелей категории 7, 7е и 8, а так же материалы внедрения результатов диссертационной работы.
В первой главе осуществлен анализ принципов построения МКС, проведен анализ электротехнических характеристик оборудования МКС. Рассмотрены и проанализированы основные проблемы электромагнитной совместимости МКС. Проведен анализ источников электромагнитных помех, действующих на МКС. Осуществлена постановка задачи исследования.
Во второй главе разработана методика расчета защиты МКС от внешних электромагнитных воздействий. Проанализирован механизм возникновения в кабеле электромагнитных помех. Разработана методика расчета эффективности методов защиты МКС от внешних электромагнитных помех. Предложена методика расчета ЭМС при параллельной прокладке информационных и силовых кабелей, рассчитаны минимально допустимые расстояния между МКС и силовыми линиями. Осуществлен анализ устойчивости МКС к внешним электромагнитным воздействиям.
В третьей главе рассмотрены методы уменьшение межкабельных переходных помех в МКС с помощью экранированных кабельных систем и изменения параметров монтажа. Рассмотрены методы определения межкабельной переходной помехи на ближнем и дальнем конце МКС, а также общей переходной помехи.
В четвертой главе рассмотрены практических рекомендаций по улучшению электромагнитной совместимости электрооборудования МКС,
предложены практические рекомендации по реализации комплексного решения проблем питания, заземления и электромагнитной совместимости МКС. Рассмотрены вопросы, связанные с практическим расчетом потерь электромагнитных помех, вызванных пространственным разносом источников помех и электрооборудования МКС. Рассмотрены практические рекомендации по борьбе с шумами ингрессии в коаксиальных МКС.
В заключительном разделе диссертации приведены основные результаты выполненной работы.
В приложении содержатся материалы, отражающие электротехнические характеристики наиболее распространенных кабелей категории 7, 7е и 8, а так же материалы внедрения результатов диссертационной работы.
Анализ принципов построения мультисервисных кабельных систем и характеристик используемого электротехнического оборудования
На современных технически хорошо оснащенных предприятиях и организациях часто возникает необходимость в создании широкополосных мультисервисных кабельных сетей. Это могут быть различные предприятия нефтегазодобывающей и сырьевой отрасли, рекламные и издательские агентства, финансовые, страховые и другие организации с большими объемами обрабатываемой и передаваемой информации, а так же различные организации, поддерживающие высокий технологический уровень. Кроме этого потребность в таких сетях возникает в коммуникационных системах управления и контроля современных жилых и коммерческих зданий.
Международной организацией по стандартизации (ISO) на такие кабельные системы разрабатываются два отдельных стандарта: IS 11801 - устанавливает требования к проводке для коммерческих зданий (кабельные системы класса F (категории 7)); IS 15018 - устанавливает требования к проводке для жилых помещений SOHO (Small Office Home Office) (кабельные системы класса G (категории 8)), с полосой рабочих частот до 1200 МГц [32, 33].
Обычно в многоэтажных зданиях прокладывают два типа информационной проводки - коаксиальную и симметричную. Первый тип кабельных систем применяют, как правило, в жилых зданиях, второй - в административных (офисных). Коаксиальная проводка Современная коаксиальная проводка позволяет осуществить не только интерактивное многопрограммное телевещание, но и компьютерное управление службами здания и скоростной доступ в Internet. В настоящее время по коаксиальной проводке могут работать такие службы как: охрана помещения и контроль доступа; телефонная (голосовая) цифровая связь; видеонаблюдение (телекамеры); пожарная и охранная сигнализация; управление освещением и отоплением; учет тепло-, водо-, энергоснабжения; Internet, видеоконференции; телефакс и бюрофакс; платное телевидение, видео по заказу [34 — 37].
Для организации взаимодействия всех этих служб некоторые компании создают домашние терминалы, которые и подключаются к коаксиальной проводке здания. Структуру коаксиальной проводки можно описать следующим образом. На крыше здания находятся антенны эфирного и спутникового телевидения. В помещениях, расположенных под крышей, размещается электротехническое оборудование головной телевизионной станции, куда подводится фидер кабельного телевидения и устанавливаются домовые широкополосные усилители. По зданию сверху вниз проходит распределительный кабель, заканчивающийся согласующим резистором на 75 Ом, чтобы в линии не возникало отражений. На каждом этаже устанавливается необходимое число разветвителей, сигнал от которых по абонентскому кабелю поступает к вмонтированным в стены абонентским розеткам [36, 37].
Технические требования к коаксиальной (телевизионной) проводке установлены стандартом EN 50083 CENELEC (Комитет европейской стандартизации в области электротехники). Согласно этому стандарту [36 - 40]: - уровни сигналов на выходе абонентской розетки: минимальный - 60 дБмкВ, максимальный - 80 дБмкВ; - перекос уровней сигналов для различных телевизионных каналов на выходах розетки: в диапазоне 47 - 862 МГц - не более 12 дБ, в любой полосе шириной 60 МГц - не более 6 дБ, на соседних каналах - не более 3 дБ; - развязка между выходами абонентских розеток должна быть не менее 42 дБ (36 дБ - для систем с растром каналов 8 МГц); - отношение сигнал/шум (ОСШ) на выходе розетки — не менее 43 дБ. Значительно выросли требования к коаксиальным кабелям. Так, диапазон их частот увеличен с 860 до 2150 МГц, уменьшен коэффициент затухания, резко возросли требования по климатическим и весогабаритным характеристикам, ужесточились требования к геометрическим размерам, затухание экранирования распределительных кабелей должно быть не менее 85 — 90 дБ, абонентских кабелей, прокладываемых внутри квартир, не менее 75 - 80 дБ. В последние годы были созданы принципиально новые коаксиальные кабели, технические характеристики некоторых образцов которых представлены в табл. 1.1 [41].
Анализ механизма возникновения в кабеле электромагнитных помех.
Любые внешние возмущения электромагнитного поля в помещениях, где проложены МКС, например, включение электроприводов лифтов, срабатывание кондиционеров, люминесцентных ламп, работа радиотелефонов и систем микросотовой связи наводит электрические токи в кабелях, могут вызвать не только потерю качества передаваемой по МКС различного рода информации, но и привести к полному их сбою [90 - 93]. Как правило, МКС различных офисов и предприятий оказываются в буквальном смысле окруженными со всех сторон всевозможными высокочастотными кабелями, являющимися источниками электромагнитного излучения.
Как уже было отмечено, в настоящее время, для защиты от внешних электромагнитных излучений при прокладке МКС внутри помещений, наиболее широкое распространение получили кабелепроводы экранированные с помощью металлических вставок, устанавливаемых в желоб, или нанесения металлического покрытия методом вакуумного напыления.
Для осуществления сравнительной оценки эффективности данных методов экранирования, при работе МКС в диапазоне частот до 800 - 1000 МГц, с целью преемственности и сравнения полученных результатов, была использована методика, разработанная в Великобритании группой специалистов из Ассоциации поставщиков электрооборудования [90], при тестировании кабельного оборудования в диапазоне частот от 0 до 250 МГц.
Для оценки эффекта экранирования неэкранированные кабели подвергались воздействию электромагнитного излучения, при этом измерялось наведенное напряжение. Затем эти же кабели помещали внутрь экранирующей оболочки и измеряли наведенные напряжения при том же уровне внешних помех. Разница в уровне наводок в определенном диапазоне частот и позволяла судить об эффективности того или иного типа защиты.
Ослабление электромагнитных помех коробом ПВХ с алюминиевой вставкой выполненного из: 1 - одного сегмента; 2 — двух сегментов; 3 — трех сегментов; Ослабление ЭМП коробом ПВХ с металлическим напылением выполненного из: 1 - одного сегмента; 2 - двух сегментов; 3 - трех сегментов; 4 - четырех сегментов
Из представленных зависимостей видно, что относительно хорошее ослабление ЭМП короб с металлическим напылением обеспечивает лишь на частотах 600 - 700 МГц (18 дБ). При этом даже одно соединение короба может уменьшить защитный эффект на 2 - 4 дБ. С увеличением частоты свыше 700 МГц и числа соединений эффективность защиты короба с металлическим напылением резко падает и уже при четырех сочленениях практически равна нулю.
На частоте 600 МГц эффективность экранирования с помощью алюминиевой вставки в пластиковый короб составила около 20 дБ, металлического напыления - 18 дБ. На частоте 1000 МГц, соответственно 16 и 13 дБ. Уровень наводок в кабеле, помещенном в алюминиевую вставку, был в 300 раз, а в коробе с металлическим напылением — в 10 раз ниже, чем при непосредственном воздействии внешних электромагнитных возмущений.
В исследованиях, проведенных в работах [95 - 106], было показано, что металлическое покрытие является относительно эффективным методом экранирования лишь при небольших размерах линии и на частотах близких к 600 МГц. Кабельные линии, призванные обеспечить устойчивую работу в диапазоне частот свыше 600 МГц, должны быть не просто экранированными, а хорошо защищенными. При этом каждая пара должна иметь свой индивидуальный экран, а вместе все пары в кабеле — общую защиту, выполненную в виде фольги и оплетки.
Уменьшение межкабельных переходных наводок с помощью экранированных кабельных систем
Простейший и наиболее эффективный метод уменьшения межкабельных переходных наводок — использование экранированных кабельных систем. Они не только уменьшают уровень межкабельных переходных наводок (помех), но и значительно улучшают ЭМС любой кабельной линии. Как известно, важнейшим показателем, характеризующим ЭМС кабельной системы, то есть невосприимчивость к внешним электромагнитным полям и минимум собственного излучения, является показатель Coupling Attenuation (СА) — ослабление внешних полей. Заметим, что в равной мере этот показатель характеризует и излучение поля, так как эти процессы обратимы. Кабельная система с большим значением СА эффективно подавляет внешние помехи и не влияет на работу соседних устройств и телекоммуникационных каналов [116 - 122]. Значения величины ослабления внешних электромагнитных полей кабелями различных категорий приведены на рис. 3.2. Из представленных диаграмм видно, что экранирование вытых пар значительно снижает уровень шумов в кабельных линиях [123]. Ослабление внешних электромагнитных полей кабелями различных категорий Способность лучших образцов экранированных и неэкранированных кабельных линий, заявленных на рынке как соответствующие спецификациям линии Class ЕА (500 МГц), ослаблять наводки из соседних кабелей PSANEXT иллюстрируют графики, представленные на рис. Ослабление наводок от соседних кабелей: а - экранированной кабельной системой; б - UTP-системой Из представленных на рис. 3.3 графиков видно, что неэкранированная кабельная линия почти не имеет запаса по параметру PSANEXT, а на верхних частотах вообще превышает предельно допустимый уровень (на рис. 3.3 б граничное значение параметра PSANEXT обозначено вехней линией). Экранированная кабельная линия, в отличие от неэкранированной, практически во всем диапазоне частот имеет запас по параметру PSANEXT превышающий 20 дБ.
Используемые в мультисервисных линиях сигналы имеют малые амплитуды и высокую частоту. Их качественной передаче кроме межкабельных наводок мешают и так называемые фоновые шумы, создаваемые окружающими нас источниками электромагнитного излучения, к которым относятся: телевизионные и радиовещательные передатчики; мобильные телефоны; беспроводные устройства связи; молнии и т.п. Для уменьшения влияния фоновых шумов, так же как и межкабельных наводок, мультисервисная кабельная система должна обладать высоким показателем СА. Для экранированных STP-систем этот показатель намного выше, чем UTP-систем, что означает их большую защищенность, а, следовательно, и большую производительность. Экранирование витых пар значительно снижает уровень фоновых шумов и увеличивает полосу пропускания кабельных линий (см. табл. 3.2) [123]. Таблица 3.2. Отличия между функциональными характеристиками экранированных и неэкранированных кабельных линий Параметры Неэкранированная кабельная линия UTP Экранированная кабельная линия STP Подавление межкабельных наводок Низкое Высокое Ослабление фоновых шумов Очень слабое Очень хорошее Поддержка нескольких приложений одним кабелем Очень ограничена Эффективная Полоса пропускания, МГц 500 1200 Информационная емкость телекоммуникационного канала С, а следовательно максимальная скорость передачи данных определяется фундаментальным соотношением Шеннона: С ПЬоё2[\+(Рс-АкЬ)(Рш + Ршжу11 где: П — полоса пропускания линии, Гц; Рс — мощность сигнала на входе линии, дБ; Ак- коэффициент погонного затухания линии, дБ; L — длина линии, м; Рш — мощность шумов в линии вызванных сторонними источниками электромагнитного излучения, дБ; Ршк - мощность шумов, наведенных в линии из соседних кабелей, дБ. Из представленного выражения видно, что полоса пропускания и отношение сигнал/шум (ОСШ) определяют максимальную скорость передачи, а значит и пропускную способность канала, причем в первую очередь скорость передачи данных зависит от полосы пропускания канала. Gigabit Ethernet 10000 417 Заметим, что максимальная полоса пропускания информационных трактов, выполненных на основе экранированных витых пар, в 2 - 3 раза превышает полосу современных неэкранированных аналогов. Кроме того, экранирование значительно уменьшает шумы, наведенные в линии от внешних источников электромагнитного поля, и тем самым еще более увеличивает пропускную способность канала. Как известно, каждый электрический разряд, будь то удар молнии, либо дуга электрической: сварки и т.п., сопровождается импульсами электромагнитного поля. Они могут быть настолько большими, что могут привести нарушению работы всей сети или даже к повреждению портов активного оборудования. Согласно IEC 62305-2/FDIS, чувствительность кабельной системы к влиянию электрических разрядов может быть найдена из соотношения: і Рм =KSI +KS2 + KS3, где Рм - вероятность сбояш сети при воздействии разряда в окрестности кабельной системы; К$і, К$2, KS3 — показатели, определяемые типом витой проводки: Значения» величины/показателя J s3 для различных типов кабеля- представлены в табл. 3.4 [123]:. Согласно; результатам исследований, проведенных при; составлении стандарта IEC 62305-2/FDIS, в сетях, построенных на базе экранированных кабелей, вероятность сбоев за счет электрических разрядов во много раз меньше, чем в аналогичных сетях с неэкранированными кабелями. Кроме того, монтаж экранированных кабельных систем значительно проще и быстрее, чем UTP кабельных систем. Это1 обусловлено тем,.что они гораздо менее критичны к погрешностям монтажа из-за большого запаса качества и ненужностью экранирования кабельных лотков, а также других мер, применяемых для ослабления внешних наводок на UTP кабели. В отличие от UTP кабельных систем, экранированные кабели прокладываются практически независимо от расположения силовых кабелей.
Практическая реализация комплексного решения проблем питания, заземления и ЭМС МКС
Для комплексного решения проблем питания, заземления и ЭМС МКС необходимо основываться на современной концепции зон защиты, стандартах по обеспечению ЭМС и безопасности информационных систем, Санитарных Правилах и Нормах, а также правилах устройства электроустановок (ПУЭ)[126-132].
Основными составляющими комплексного решения являются: проведение обследования на объекте; при необходимости - разработка и реализация мероприятий по модернизации систем питания, заземления и грозозащиты, экранированию, фильтрации, защите от статики и т.п.; корректировка (в случае необходимости) мест размещения аппаратуры и трасс прокладки кабелей по условиям ЭМС; подбор устройств защиты от импульсных помех, фильтров, разделительных трансформаторов, устройств защитного отключения и т.п.
Рассмотрим более подробно основные составляющие комплексного решения. Во-первых, необходимо обеспечить соответствие общей организации систем питания и заземления современным требованиям. Это позволяет повысить надежность работы системы, исключить значительную часть сбоев и отказов. Благодаря исключению токов утечки повышается качество изображения на дисплеях, уровни магнитных полей не превышают требований санитарных норм. Кроме того, обеспечивается возможность применения современных устройств защитного отключения. Во-вторых, грамотная организация систем питания и заземления обеспечивает максимальную эффективность применения аппаратных средств борьбы с грозовыми и коммутационными перенапряжениями. Для их подавления используются устройства защиты на базе нелинейных элементов. Устройства защиты от импульсных помех размещаются согласно зонной концепции (МЭК 1024, МЭК 1312). Она предусматривает выделение в пределах здания, где располагается информационная система, зон защиты (от I до III в порядке убывания уровней помех). Зоной 0 считается открытая территория за пределами здания. Границами зон обычно служат железобетонные стены, играющие роль электромагнитных экранов. Проводные цепи между зонами снабжаются устройствами защиты соответствующего класса. Цифровые устройства, не испытывавшиеся в соответствии с промышленными нормами, должны размещаться в зоне III.
Основываясь на вышеизложенных рассуждениях, был предложен комплекс мероприятий, позволяющий решать проблемы, связанные с питанием, заземлением и ЭМС информационных систем. К таким мероприятиям следует отнести установку следующих защитных устройств. 1. Защитные устройства класса I согласно IEC 61643-1. Устройства для установки во вводные щиты: ограничители перенапряжений (варисторы) серии PIV для кабельных вводов; грозоразрядники для воздушных вводов; грозоразрядник В60/В для воздушных вводов. 2. Защитные устройства класса II согласно IEC 61643-1. Устройства для установки в распредщиты: PHI, SPU, В20С. 3. Защитные устройства класса III согласно ІЕС 61643-1. Устройства (ограничитель перенапряжения + ВЧ-фильтр): Р-ЗК, РІ-К, Р-ЗК 400/500, РК2, ZS-1, ZS-1DSM, ZS-1I - для установки в распредщиты; ZS-1.1C, ZS-1.2C, РІ-Р, Munos - для установки непосредственно вблизи защищаемой аппаратуры. Разделительные дроссели: PI-L16/15, PI-L 32/15, PI-L63/15 PI-L16 индуктивность 15 мГ (для координации работы устройств защиты I и II классов, при использовании в качестве I класса грозоразрядников и В60/В); PI-L 32, PI-L63, PI-L120 индуктивность 6 мГ. 4. Устройство защиты цепей связи класса I, II. Устройства: DT, DTB, DTR, DTH. 5. Устройство защиты последовательного интерфейса. Устройства: DTB 485 для скорости передачи 1-Ю Мбит/с; DT../6, DTB../6, DTR../6 для скорости до 1 Мбит/с. 6. Устройство защиты ЛВС на коаксиальном кабеле. Устройства: BNC- 100М. 7. Устройства защиты ЛВС на витой паре. Устройства: DTB 2(4)-100M-5cat, модули PSK (устанавливаются в панель PSK 10). 8. Устройства защиты ISDN и аналоговых телефонных линий (класс III). Устройства: DT, DTB, DTR (ном. напр. 170 В.); модули PSKl/T, PSK1/48 (для цифровых линий) для установки в стойку PSK 16. 9. Устройство защиты коаксиальных кабелей радиосвязи, включая сотовую и РРЛ. Устройства: Серия КО - GN; Серия КО - G. Устройства ведущих зарубежных и российских производителей позволяют обеспечить защиту всех силовых и информационных цепей, включая практически все известные цифровые интерфейсы, цепи связи, сигнализации и т.п. Помимо перечисленных устройств борьбы с импульсными помехами, в конкретной ситуации может потребоваться применение дополнительных фильтров, разделительных трансформаторов, стабилизаторов, экранирующих боксов для аппаратуры, средств борьбы со статикой и т.п. Предложенные мероприятия были успешно апробированы в ООО «Группа СпецБизнесПроект» для комплексного решения проблем питания, заземления и ЭМС, как на вновь создаваемых, так и модернизируемых информационных системах, что подтверждается соответствующим актом о внедрении. Для приблизительного учета ослабления электромагнитных помех, вызванных пространственным разносом источников помех и электрооборудования МКС, воспользуемся эмпирическими выражениями, полученными в работе [89]. Если источником электромагнитных помех, воздействующих непосредственно на электрооборудование МКС, является «открытый» провод или корпус какого либо электротехнического устройства, то ослабление ЭМП, вызванное пространственным разносом, может быть найдено исходя из выражения:
