Część 3 – Ochrona sieci teleinformatycznej i jej elementów przed skutkami uderzenia pioruna
Pamiętając, czym jest burza i z jaką niszczycielską siłą działa piorun, powinniśmy zwrócić szczególną uwagę na zabezpieczenia urządzeń podłączonych do sieci. Są szczególnie wrażliwe na skoki napięcia. Sprzęt komputerowy dobrej klasy również nie należy do najtańszych, dlatego zróbmy co w naszej mocy, żeby Polak tym razem był mądry przed szkodą.
Poznaj swego wroga- przed czym musimy bronić nasz komputer?
Dla wszystkich urządzeń, które posiadają tranzystory, układy scalone, mikrokontrolery, a w szczególności mikroprocesory, sam piorun nie jest tak straszny, zakładając, że zabezpieczyliśmy budynek piorunochronem, a instalację elektryczną w domu chronią ograniczniki przepięć zgodne z wytycznymi normy PN-EN62305-02.
Powyższe zabezpieczenia są niezbędne w naszych domach, w których coraz więcej drogiej elektroniki i „inteligentnych sprzętów”. Chronią przed skutkami działania prądu udarowego. W przypadku bardziej czułych urządzeń konieczne wydaje się wprowadzenie dodatkowych zabezpieczeń, które uchronią nasz sprzęt przed działaniem sprzężenia indukcyjnego. Prąd indukcyjny jest o tyle niebezpieczny, że jest powypadkową prądu udarowego, który przechodząc przez przewód, np. zwód instalacji odgromowej wytwarza pole elektromagnetyczne, które wpływa na przewody znajdujące się obok, np. na przewody sieci komputerowej i prowadzi do zwarcia, a co za tym idzie zniszczenia podłączonych do nich sprzętów.
Groźne są również sprzężenia pojemnościowe, które powstają w wyniku różnicy potencjałów pola elektrycznego między miejscem uderzenia piorunu a przewodami elektrycznymi lub sygnałowymi. Przepięcia w przewodach mogą powstać w odległości nawet kilkuset metrów od miejsca wyładowania atmosferycznego. Stąd zagrożenie wynikające ze sprzężenia pojemnościowego jest wyjątkowo niebezpieczne dla naszych urządzeń, bo zupełnie nie mamy na nie wpływu i jedynie ograniczniki przepięć mogą nas przed nimi uchronić.
Opłakane skutki przepięć
Przepięcia powodują zniszczenia ścieżek na elektronicznych płytkach lub przyłączach, zniszczenia triaków i tyrystorów. Często wywołują przebicia napięciowe w półprzewodnikach, a nawet zapalenia elementów sieci czy uszkodzenie izolacji. Zawsze sprowadza się to do wyczyszczenia naszego portfela, bo uszkodzony sprzęt po prostu nie będzie działał odpowiednio, poza tym użytkowanie go może stanowić poważne zagrożenie.
Dodatkowo przepięcia w sieci powodują uciążliwe zakłócenia, np. wykasowanie danych, błędy w programach, samoczynne wyłączanie się urządzeń, niezdefiniowane zadziałanie bramek logicznych, tyrystorów i triaków. Oprócz tego urządzenia, którego elementy elektroniczne poddawane są przepięciom, szybciej się starzeją, czyli przedwcześnie zużywają, stają się podatne na wszelkie awarie.
Ograniczniki przepięć dostosowane do instalacji sygnałowych
Ten typ urządzeń opisany jest w innej normie niż ograniczniki przepięć prądu udarowego. Opisuje go norma PN-EN 61643-21, która zasadniczo opisuje specyfikacje tego typu urządzeń.
Przede wszystkim, służą do ochrony naszych urządzeń przed skutkami działania prądami indukowanymi, czyli tych o mniejszej fali niż prąd udarowy. A to, co je wyróżnia, to fakt, że ograniczniki stosowane do ochrony instalacji sygnałowych nie mogą tłumić przesyłanych sygnałów.
Poza tym muszą być dostosowane do małych napięć prądu stałego i zadziałać szybko. Powinny być skonstruowane z szybkich diod supresyjnych i iskierników gazowych. Dzięki temu czas ich reakcji może być możliwe najszybszy. Na rynku znajduje się duża rozbieżność pomiędzy modelami w zakresie szybkości reakcji. Są takie, które dzięki zastosowaniu odpowiednich komponentów reagują na poziomie 1 nanosekundy, a są takie, które zadziałają dopiero po 20 nanosekundach. Dlatego stając przed wyborem odpowiedniego dla siebie ogranicznika, powinniśmy dopasować go do wymagań technicznych naszego sprzętu. Zwróćmy uwagę na napięcie pracy i prąd, protokół przesyłu danych, ilość żył, ekranowanie i rodzaj połączeń, a także na maksymalną częstotliwość sygnału.
Montaż ograniczników w instalacjach sygnałowych
Instalacja ograniczników przystosowanych do instalacji sygnałowych również zasadniczo odbiega od sposobu montażu ograniczników przeznaczonych do sieci zasilania. Urządzenia oparte o normę PN-EN 62305-02 montuje się szeregowo w linię sygnałową.
Ogólnie zakłada się, że poziom ochrony powinien wynieść minimum 2,5 kV, a najlepiej poniżej 1,5 kV. W każdym przypadku obowiązuje jednak zasada, że im niższy poziom ochrony, tym lepsza ochrona przeciwprzepięciowa. Możemy przyjąć, że na potrzeby gospodarstwa domowego potrzebujemy ograniczników z klasą ochrony 1,5 kV- dla zabezpieczenia sprzętu RTV i AGD, a dla wszelkich urządzeń elektronicznych (w tym komputerów) odpowiednia będzie ochrona na poziomie 1 kV.
Warystor jako rodzaj ogranicznika prądu
Warystor to rodzaj półprzewodnika, którego oporność zależy od przyłożonego napięcia elektrycznego. Charakterystyka tego podzespołu elektronicznego jest nieliniowa, a oporność obniża się wykładniczo wraz ze wzrostem napięcia.
Taki półprzewodnik możemy zastosować dwojako, mianowicie jako zabezpieczenie przeciwprzepięciowe lub w roli ogranicznika przepięć. Gdy podłączymy go równolegle ze źródłem napięcia, wówczas warystor będzie działał jako element zabezpieczający naszą instalację. Gdy napięcie prądu w instalacji przekroczy bezpieczną wartość, warystor przejmie energię impulsu, co spowoduje przepalenie warystora lub nawet jego rozłączenie. Warystor zadziała jak tarcza, która uchroni nasz sprzęt, ale sama polegnie.
Gdy ten półprzewodnik chcemy wykorzystać jako ogranicznik przepięć, musimy zamontować go szeregowo, tzn. między piorunochronem a uziemieniem. Wówczas warystor, jeżeli pojawi się napięcie prądu o bardzo wysokiej wartości, „przekaże” je bezpiecznie do ziemi.
Te niewielkich rozmiarów urządzenia świetnie sprawdzą się jako element zabezpieczający w telefonach, modemach, telewizorach czy komputerach.
Listwa APC- szybki i tani sposób na uniknięcie dramatu
Listwa antyprzepięciowa to po prostu przedłużacz z większą ilością gniazdek, aby spełniła swoją funkcję jako element ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi, musi zawierać kilka dodatkowych komponentów. Tutaj najważniejsze dla nas, jako dla kupujących, to mieć świadomość jako listwę nabywamy. Na rynku znajdziemy kilka rodzajów tego produktu, różnią się kategorią użytego zabezpieczenia przepięciowego.
Listwy zasilające z bezpiecznikami topikowymi zapewniają jedynie minimalny stopień ochrony. Gdy nastąpi skok napięcia, bezpieczniki topikowe ulegną stopieniu, co spowoduje odcięcie zasilania.
Zdecydowanie pewniejsze są listwy antyprzepięciowe z warystorem, o którym pisaliśmy wyżej. Pełni rolę tarczy, która przyjmuje energię na siebie i odłącza zasilanie. Dodatkowo ich czas reakcji jest dużo szybszy niż urządzeń z bezpiecznikami topikowymi. Warystory mają możliwość zaabsorbowania dużo większej energii niż inne zabezpieczenia.
Listwy antyprzepięciowe z diodami transilowymi to również dobrej jakości zabezpieczenie antyprzepięciowe. Jest szybsze, przez co bywa bardziej skuteczne niż listwy z warystorem.
W ogóle nie zwracajmy uwagi na listwy filtrujące, bo nie mają właściwie żadnego zabezpieczenia antyprzepięciowego. Stanowią jedynie przedłużacz z dodatkowymi gniazdami i bezpiecznikami. Jedynie uśpią naszą czujność w czasie burzy, ale nie uchronią nas przed ewentualnymi szkodami.
Kupując listwę APC warto zwrócić uwagę na czas reakcji urządzenia. Max wartość, która jest w stanie ochronić nasze sprzęty to 25 nanosekund. Listwa, która jest w stanie przyjąć możliwe największą ilość energii to najlepsza listwa, min 400J. Podobnie rzecz się ma z siłą impulsu elektrycznego, im lepsze urządzenie, tym większy impuls energii wytrzyma. Średnia dla takich urządzeń to 80kA.
Maksymalne obciążenie listwy to wartość subiektywna. Zależy ile urządzeń chcemy podpiąć pod listwę. Na opakowaniu powinna być informacja, do jakiej wartość w Watach listwa jest w stanie dać nam ochronę przepięciową.
Dobrej jakości listwa APC powinna być wyposażona w filtr RFI/EMI, czyli zabezpieczania przeciwzakłóceniowe. Ich zadaniem jest niwelowanie działania fal elektromagnetycznych i radiowych.
Pamiętajmy, że listwę możemy dobrać dla własnych potrzeb niemalże na miarę. Jeżeli potrzebujemy dłuższego przewodu niż 1,5 m, to znajdziemy na rynku tez takie z 5m kablem. Mając dzieci, warto zastanowić się nad modelem wyposażonym w zabezpieczenia przed małymi paluszkami. Kupując listwę APC weźmy pod uwagę model z wyłącznikiem, który stanowi dla nas opcję czynnej ochrony. Zazwyczaj wyłącznik jest jeden- na całą listwę, czyli w ten sposób odcinamy zasilanie od wszystkich urządzeń do niej podpiętych. Jeżeli zależy nam na dodatkowej ochronie, kupmy urządzenie zaopatrzone w przycisk przypisany konkretnie do każdego gniazda na listwie.
UPS-inny poziom zabezpieczenia komputera i ważnych dla nas treści
Sam UPS nie stanowi ochrony antyprzepięciowej, ale dzięki możliwości podtrzymania zasilania podczas wyładowania atmosferycznego, daje nam cenne minuty, aby w bezpieczny sposób zapisać ważne dla nas dane, zrobić migiem kopie zapasowe i wyłączyć komputer. To ważne, szczególnie dla tych, którzy pracują w domu i na prywatnym sprzęcie posiadają ważne treści firmowe.
UPS to zasilacz awaryjny, który dzięki temu, że jest wyposażony we własny akumulator, pozwala na odłączenie odbiorników prądu od sieci i korzystanie przez określony czas z urządzenia. Jednak nawet najlepszy UPS nie zastąpi odpowiedniej jakości ograniczników przepięć i innych elementów ochrony sieci elektrycznej przed działaniem wyładowań atmosferycznych i ich skutkami. Tego rodzaju awaryjne zasilacze separują galwanicznie urządzenia od sieci i stanowią jedynie dodatkowe zabezpieczenie przed przepięciami impulsowymi.
