Защита оборудования от грозы

Летом и осенью в сервисный центр компании «Стелс» поступают приборы, сгоревшие при грозе в результате скачков напряжения или удара молнии. Осуществить ремонт такого оборудования не всегда возможно, а заменить по гарантии нельзя.

Под гарантию попадают только те поломки, которые произошли по вине производителя – то есть заводской брак. Если прибор сломался из-за удара молнии, это не вина производителя, а поломка прибора в результате неверной эксплуатации. Следовательно, пользователь сам несет все расходы по ремонту имеющегося, либо по приобретению нового оборудования. Поэтому очень важно своевременно позаботиться о защите объекта охраны от этого атмосферного явления.

Специальные мероприятия по защите от грозы актуальны в основном на следующих объектах:

• на территориально удаленных объектах, где стоимость выезда для замены/ремонта сопоставима со стоимостью самого оборудования;
  
• на объектах повышенной степени материальной ответственности или особой значимости, где время восстановления работоспособности оборудования жестко регламентировано;
  
• на объектах, где высока вероятность повреждения линий связи в силу специфики монтажа - прокладка шлейфов сигнализации и интерфейсов вне зданий, воздушные линии и т.п.
  

Отметим, что грозозащита – очень объемная тема. Мы предлагаем лишь отдельные решения по защите линий охранно-пожарной сигнализации и самой уязвимой их части – шлейфов сигнализации.

Последствия грозы

Во время грозы и попадания молнии внешнее переменное электромагнитное поле наводит в линии связи электродвижущую силу (ЭДС), вызывающую прохождение тока в линии, что приводит к возникновению разности потенциалов на ее концах. Величина этой разности потенциалов зависит от протяженности участка воздействия и напряженности электромагнитного поля от внешнего источника. Длительность разряда молнии составляет 50 мкс, количество повторений молнии – до трех раз с интервалом по 0,5 сек. Сама же наведенная ЭДС от грозового разряда в среднем достигает 5000 В (5 кВ) в течение 50 мкс.

Защита линий сигнализации

Основной элемент охранно-пожарной сигнализации, в том числе и системы STEMAX / Мираж – приемно-контрольная часть объектового оборудования. Непосредственно к приемно-контрольной части в зависимости от конкретной модели контроллера может быть подключено определенное количество шлейфов сигнализации (ШС), имеющих на другом своем конце извещатель (датчик).

В общем случае в системе сигнализации есть ряд линий, непосредственно связанных с аппаратурой системы. Данные линии могут быть потенциально подвержены воздействию перенапряжений вследствие грозы (т.е. электромагнитных импульсов высоких энергий), что, в свою очередь, может угрожать исправности аппаратуры и работоспособности системы в целом.  Перечислим данные линии:

• линии питания 220 В (есть значительный риск, если прокладывается собственная протяженная линия для системы сигнализации, особенно по воздушной трассе, что характерно для периметральных систем);

• линия вторичного питания 12/24 В (например, от блоков питания, расположенных удаленно и предназначенных для питания датчиков или других устройств);

• линия интерфейса RS-485;
  
• линия Ethernet;
  
• линии шлейфов.
  

Сразу заметим, что от прямого попадания молнии в линию (или аппаратуру линии) никакое защитное устройство не спасет. Международной электротехнической комиссией (МЭК) разработаны стандарты, в которых изложены принципы защиты зданий и сооружений от импульсных перенапряжений. К ним, в частности, относится международный стандарт МЭК-62305 «Защита от удара молнии». Молниезащите посвящены многочисленные статьи в специализированных журналах и Интернете, поэтому мы не будем останавливаться на этой теме подробно.

Защиту указанных выше линий установкой предохранителей решить невозможно, так как ни один предохранитель не успеет сработать за 50 мкс во время наведенной ЭДС. Задача защиты в линии – понизить наведенную ЭДС до допустимого уровня и не повлиять на полезный сигнал.

В качестве отводящих устройств первой ступени защиты применяются так называемые «разрядники» - газоразрядные приборы, имеющие определенное напряжение пробоя, при котором резко снижается его сопротивление. На рынке имеется немало полноценной специализированной аппаратуры зарубежного и российского производства для защиты линий 220 В, линий вторичного питания и интерфейса. Например, УЗП-220, УЗЛ-И, УЗЛ-Е. Данные устройства призваны защитить и предотвратить потерю оборудования даже при сильной грозе.

В контроллерах Мираж и STEMAX установлен полноценно защищенный блок питания (БП, содержащий во входной цепи варистор, синфазный фильтр и конденсатор), который в сочетании с разрядником позволяет предотвратить поломку прибора: в случае повреждения линии 220 В плата контроллера останется исправной, значительно пострадает только сам блок питания. Такой прибор еще можно восстановить, заменив БП.

Устройства защиты шлейфов сигнализации

Предлагаем отдельно рассмотреть устройства защиты шлейфов сигнализации как самой уязвимой части ОПС.

Обращаем ваше внимание на важный момент: хотя само защитное оборудование нередко носит наименование «Устройство защиты линии от опасных наведенных напряжений», в действительности оно защищает не линию (линия как раз представляет собой угрозу как приемник опасной наведенной ЭДС), а объектовый контроллер, подключенный к этой линии. Опасное напряжение будет приложено к обоим концам линии, и, если на другом конце защиты нет, то основной ущерб будет именно там.  

Устройства защиты от опасных наведенных ЭДС могут быть выполнены как непосредственно на плате объектового оборудования, так и в виде отдельных плат.

В базовых объектовых контроллерах Мираж установлена защита от импульсных напряжений до 45 В.  Но при воздействии грозы для длинных ШС наводится в сотни раз (!) большее значение ЭДС. Именно поэтому мы настоятельно рекомендуем устанавливать дополнительную защиту. В бюджетных моделях и моделях старых поколений указанной защиты нет, а потому установка дополнительной защиты просто необходима.

Самих защитных устройств для шлейфов сигнализации российского производства на рынке безопасности крайне мало и они, как правило, предназначены для работы с конкретными производителями аппаратуры. В свою очередь, зарубежные аналоги имеют очень высокую цену.

Рис.2 Вариант устройства защиты шлейфа сигнализации

Для защиты контроллеров Мираж мы предлагаем рассмотреть следующий вариант оборудования -  двухступенчатое устройство защиты шлейфа сигнализации УЗЛ-СД 12, представленное на рисунке 2. Его можно применять как для двухпроводных, так и для четырехпроводных ШС. Предназначено данное устройство для шлейфов с номинальным рабочим напряжением 12 В, имеются подобные приборы с напряжением 24 В. УЗЛ-СД 12 крепится на DIN-рейку. Его можно устанавливать на открытой площадке, так как вся элементная база имеет нижний предел диапазона рабочих температур минус 55° С.

Первая ступень защиты выполнена на разряднике Burns, вторая ступень — на TVS-диодах. После прохождения через первую ступень (разрядник) потенциал в линии ограничивается на уровне потенциала пробоя. Дальнейшее ограничение опасного напряжения происходит на второй ступени защиты. От первой ступени защиты она отделяется ограничивающими ток элементами. Для устройств защиты аппаратуры в линиях шлейфов сигнализации этого уже достаточно. Существуют и другие варианты аналогичного оборудования.

Естественно, применение защитных устройств в системе неизбежно влечет ее общее удорожание. Вполне возможно, что для какого-то простейшего датчика сигнализации цена устройства его защиты (от 500 рублей) окажется выше стоимости самого защищаемого извещателя. С учетом вероятности отказов и расчетного срока службы оборудования, применение защитных устройств в подобных случаях может показаться кому-то нелогичным. Однако следует помнить, что замена всех испорченных приборов будет стоить гораздо дороже. И, самое главное -  мы говорим о системе сигнализации, призванной работать исключительно для безопасности. Можно не ставить защитных устройств, но в один «прекрасный» момент без защиты может оказаться не только аппаратура, но и весь охраняемый объект. Не забывайте, что легче предотвратить, чем бороться с последствиями.