Wi-Fi базы, грозозащита, PoE и организация заземления.

Тема грозозащиты  показалась интересной и актуальной, решили изучить и разобратся в проблеме.
Изначально проблема заключалась в выгорании езернет порта, после изучения конструкции площадки пришли к выводу что выгорание порта связано с отсутсвием заземления антены АП-шки. После обсуждения, в личку пришли сообщения описывающие аналогичные случаи и то что после заземления проблема решалась.

Была собрана тестовая база, в ста метрах от вышки сотовой связи и периодически проводились замеры. Использовалась база DWL-200AP+, использовалась только внутреняя антена, АПешка не заземлена, замеры напряжения проводились ламповым осцилографом, относительно екрана антены и земли, земля была организована проводом заземления 12 квадратных мм.
Для начала потроха апешки

Особенность даного девайса по сравнению с другим железом в следующем.
Точка "А", это общая точка самой схемы, ее принято называть "земля", не путать с реальной землей.
даная точка имеет короткое по отнощению екрана гнезда RJ45, точка "В", минусом питания, точка "С", екраном кооксиала антены, точка "D". Все эти точки звонятся на короткое.
Почему данное решение особенность, потому что в большенстве оборудования, сжема устройства никогда не имеет прямого подключения на землю, в данном же случае, при подключении короткозамкнутой антены или петлевого вибратора, имеющего заемленную мачту, схема становтся напрямую подключеной к земле. При таком решении, учитывая зашумленность земли, очень сложно гарантировать стабильность работы устройства. По всей вероятности, стабильность здесь достигается применением цыфровой логики.

В процессе наблюдения, напряжение на апешке плавало и достигало до 600вольт и вырисовалась следующая логика.

Апешка является изолированим объектом, в нее входят, антена, питание и езернет линия.
Антена, подключена к радиомодулю, имеет короткое с "землей схемы".
Питание, имеет минус общий с землей схемы, плюс изолированый.
Езернет, имеет полностю изолирование пары от земли схемы, соеденент со схемой только екран гнезда.
Практически, если отсутствует заземление, то статике некуда сливаться, в результате схема набирает напряжение.

В результате накопления статики, напряжение сосредотачивается на самой плате, каких либо приборов замерить нет, при этом АПешка работает, то по все вероятности заряд сосредотачивается на "земле" схемы.
Естественно когда статика достигает критического значения, должен произойти сток.
Учитывая изолированость АП-ешки, сток возможен через антенный вход, питание и езернет.

В процесе стока, должен быть разрушен соответствующий модуль, если это антена - радио модуль, если через питание - стабилизатор, если через езернет порт - фи модуль.
Куда должен уйти сток, сток должен уйти в землю, следовательно статическому заряду нужно разрушить соответсвующий модуль, изоляцию кабеля и найти дорогу к земле.
В даном случае, не выдержал фи модуль езернет порта и порт сгорел.

Теперь интересней. Менеджеры продавая апешки, предлагают грозозащиту на кооксиал и как многие отзываются, действительно помогает, апешки перестают гореть.
Давайте расмотрим что происходит когда ставится грозозащита на кооксиал.
Когда пользователь покупет АПешку, то он ее не заземляет, результат мы увидели, но когда у пользователя сгорела одна-две АПешки, он купил грозозащиту и там написано что ее нужно заземлить, он конечно ее заземлит.
В результате, когда грозозащита, которая для защиты, специально оборудована ПРОСТЫМ разрядником с центрального провода на екран установлена и заземлена, начинает прекрасно работать.
Да только "не тем местом"!
В вибраторе АПешки, никогда в жизни не наведется заряд, способный пробить разрядник, а грозозащита всего лиш сливает статику на землю, играя роль простого кронштейна.


Возникает вопрос, сколько должен стоять простой кронштейн?
И возможно ли его заменить простой клемой за 40копеек?
Думаю что да.

В этом случае сток будет аж никак не хуже, чем на 50 долларовую грозозащиту.

Ну и тут еше не все.
В выше приведеном случае, растояние от коммутатора до апешки составило пол метра.
Реплика что, в данном случае на езернете не нужна защита, была принята с удивлением, поетому посмотри что произойдет если поставить грозозащиту на езернет порт, да еще и заземлить.

Статика с АПешки через фи модуль уйдет в землю на установленой грозозащите, парадокс в том, что чем лучьше земля, тем больше вероятности что сгорит порт!

И имеем такой результат.

Вот собственно и все.
Выводы, для надежной работы АПешки, правктически всех моделей, постарайтесь организовать заземление не через какойто из модулей, а напрямую со схемы, как правило явный вывод устройства имеют на крепления кабеля внешней антены и на езернет гнезде.

В процессе анализа всевозможных конструкций, пришли к выводу что современные АПешки
- горят от грозы,
- имеют поддержку питания PoE,
- что организовать заземление, в реальной жизни довольно сложно.

В результате попробовали портировать свою защиту, для питания тупиковых устройств, питающихся через PoE, к ним относятся АПешки, ИП-Видеокамеры, всевозможные ИП-датчики и т.д.

Получилась такая схема.

На схеме изображено две защиты Master и Slave, чтобы понять взаимодействие.
В результате получили, две грозозащиты, одна защищает езернет порт коммутатора, другая езернет порт АПешки.
По свободным парам передается питание PoE, данный принцып передачи питания классифицируется как тип "В", грозозащиты пропускают питание транзитом, на каждой установлен разрядник на 80-90 вольт, предотвращающий скачки в линии питания, защита мастер может быть реализована для проброса транзитного питания, в случае подачи с коммутатора или возможно комплектация гнездом, для получения напряжения через отдельный блок питания.
Для организации заземления, используется организация щины передачи питания по типу "А".

На стороне базы, земля снимается через екран гнезда RJ45, на екран и траверсу патчкорда, поступает на грозозащиту, через трансформаторные развязки передается на витые пары 1,2,3,6, екран и траверсу витой пары, по четырем проводам сечением 0,51мм. витой пары поступает на базу, на базе через трансфрматорную сборку попадает на шину заземления и отводится проводом заземления на землю. На защите Slave, кроме патчкорда, более никаких кабелей не предусмотрено, на базе, кроме патчкорда имеется провод заземления на ножевом разьеме. В случае необходимости подачи питания, защита Master будет иметь гнездо подачи питания.

В релизации комплекты выглядят следующим образом.

Для удобства, грозозащиты маркированы Master - зеленым цветом и Slave - красным.

Технические характеристики грозозащиты
Количество портов - 1
Количество контактов - 8P8C
Кабель - 4 пары, витая пара 5 категории
Рабочая среда - 10Mbit, 100Mbit
Рабочая длинна линии (при установке с двух сторон) - 100м.
Максимальное напряжение импульса наводки на входе (синфазное, противофазное) - 2500В*
Ток импульса наводки - 700А*
Продолжительность наводки - 50мкс*
Удельная энергоемкость на канал - 10,5Дж*
Ограничение напряжения на выходе - 2.4В
Время реакции - 0
Степень защиты - IP 20
PoE
Напряжение питания - до 75.00В
Мощность - до 25ВА
Характеристики питания и заземления зависят от используемого кабеля

Производитель ООО "Павлабор", Украина
* Значения представлены для расчетов импульсов уровня 0,1.

Основные преимущества.
- Простая в установке.
- Не требует обслуживания.
- Многоразового использования. Благодаря системе взаимо связных каскадных защит, грозозащита не разрушается после утилизации грозового импульса.

По езернетам, сегодня защиты прилично оттюнингованы, да и не особо они и хитрые,
любой чел, разбирающийся в електронике, за неделю разберется и сделает самостоятельно.
Но мы не предлагаем защиту лучьше чем у кого-то, мы предлагаем защиту следующего поколения,
это как свичь, который пришол и вытеснил хаб.

Вот нашол схему прямоточной защиты которую мы делали наверно а 2004 годах и сравнение с гальванической.

отказались, потому что, ну ненадежное решение диодная защита!
Красным указаны пути стока заряда с кабеля,
на прямоточной, заряд проходит через два диода, открывает разрядник и сливается на землю,
на гальванической, заряд проходит по проводу обмотки трансформатора и сливается на землю.

Наверно не сложно понять, два диода, разрядник, менее надежный путь, чем медный провод трансформатора.
Вот и все доводы.

Более того, предложение этого топика, нереально реализовать на базе прямоточной защиты.

Поетому судить что лучьше, что хуже должен пользователь.
Как по мне, с позиции пользователя, наша защита более приемлема, невзирая на то что она будет за тюлью, газеткой прикрыта.

Продолжение статьи.
Wi-Fi базы, грозозащита, PoE и организация заземления.
Собственно остался вопрос что более еффективней, ставить кооксиальную защиту на АПешку или организовать заземление простой клемой.
Если Вы решили защитить АПешку заземлением то получается примерно такая сборка.

На базе находится коммутатор, АПешка вынесена на какоето растояние, на выносе организовано питание, и заземление.
Если линия длинная, то не наличие грозозащиты еще больше усложняет конструкцию.

Возникла идея, возможно ли сконструировать устройство, которое смогло бы подать на вынос дату, питание, обеспечить заземление и выполнять роль грозозащиты.


За основу была взята гальваническая грозозащита нового поколения, в результате получилось две грозозащиты PoEb-LPA-01M (Мастер) и PoEb-LPA-01S (Слев), сборка узла предельно упростилась.

На базе находится гальваническая грозозащита PoEb-LPA-01M, которая кроме защиты езернет порта, пробрасывает питание и обестечивает заземление.
На выносе, находится сама АПешка, с поддержкой РоЕ, PoEb-LPA-01S обеспечивает защиту езернет порта со стороны линии, обеспечивает передачу питания с базы, и заземление на основную площадку.
При этом понятно что обеспечивается работа самого езернета.

Чтобы понять какие сечения проводов задействованы для потоков удобно расмотреть такую схему.

Для работы задействована витая пара.
- Дата передается по витой паре, сигнальные пары 1,2,3,6.
- Питание передается по свободным парам, плюс - 4,5, минус - 78.
- Заземление организовано по сигнальным парам, 1,2,3,6
- Грозозащита, защищает 1,2,3,6, основной сброс обеспечивается прямым включением на землю, остаточные напряжения зачищаются диодным ограничителем.

Применяя данную защиту, при внутренних и небольших внешних антенах, вместо установки двух защит, на езернет и кооксиал, можно обойтись одной.

Для надежной работы, заземление или заноление на базе, обязательно.

Чтобы строить надежние сети в первую очередь нужно понимать что такое заземление, в чем разница между двумя площадками с независимым заземлением, с удаленным питанием и т.д.
И нужно твердо запомнить, что заземление в Вашей жизни, и самый лучший друг Ваш, и самый страшный враг Ваш.

Все время идут споры между заземлением и занулением, приводятся госты и на их базе строится логика.
Но на самом деле госты не всегда правы, и если их тулить куда не попадя то бывают даже вредны.

Самым ярким примером, совэтского ламерства есть квартирные счетчики.
Практически стандартом является наличие четырех пробок.
Две пробки на освещение, две пробки на розетки.
Так вот пробки стоят и на фазе и на ноле.
При сгорании пробки на ноле, квартира остается под напряжением, потенциально человек может взятся рукой за пробитый холодильник или стиралку, другой за водопроводный кран и его бьет током.
Потому как фазное напряжение проходит через пробой бытового прибора, проходит через человека и уходит по водопроводу в землю.
Если кто не верит, или не видел может пройти и посмотреть в своей квартире.
По данным охраны труда, в бывшем союзе, стабильно каждый год убивет человека током, именно по этой причине,
и всем пофиг.
Потому как жек, обслуживает то что есть, облэнерго просто дает електричество, строительная контора давно уже развалилась, охране труда часное жилье не подотчетно.
Как говорится проблемы индейца, шерифу побарабану.
Хотя не правда, Правительство Москвы, осознавая проблему, в одно время даже решили во всех квартирах Москвы поставить узо, но уву всегда денег не нашлось, тема потухла.

Вот такой могучий Союз и его хваленые госты.

Если у Вас в квартире стоит такой счетчик, то в целях безопасности позаботьтесь чтобы на нолевой пробке стоял предохранитель как минимум в два раза мощнее чем на фазной пробке (рекомендуется 2/16). В таком случае вероятность сгорания предохранителя на ноле гораздо меньше.

Но это не все чудеса квартирного електричества.
Согласно гостам, все металические части електроприборов, должны быть заземлены, идем в коридор,

открываем щиток, и какой бы эпохи щиток не был, мы увидим что на каркас считка, прикручен толстенький провод - заземление!
Но он не один, начинаем разбиратся и обнаруживаем что на этот же болт прикручен и ноль с ВАШЕЙ квартиры!

Шайтан! Не может быть!

На всякий случай идем в щитовую

Чудо!

Здесь вообще нет такого понятия как ноль!
Все что идет на этажи это профод заземления который прикручен к шасси щитка.
Так откуда крылатая фраза - "ноль отгорел"?
Да с народного фольклера.

Учитывая что специалисты, переодически сходят пеной, "ни-ни занулять, только заземлять, а еще лучьше свой контур проложить!" (...во как!)
Выглядит странно тот факт, что по фотографиям ясно видно что и ноль и земля скручивается одним болтом.

Так чем же квартирный ноль, отличается от квартироной земли?
Да соственно нечем, как сказано выше, все скручено на одном болте, более того обнаружить загадочный ноль можно исключительно от квартиры на площадку.
Так откуда миф что нельзя занулять оборудование?
А миф от туда же, откуда и косяк с пробкой на ноле, если она перегорает, то девайс становится незаземленным.
Ну и конечно это уже не каширно.
То что пробка на ноле и людей убивает это каширно, а практически аналогичная ситуация но другие буквы, это уже не каширно.
Вот такая удивительная ситуация.

А ну да, есть еще один момент с нолем, он отличается от земли тем что проходит через счетчик, сегодня через узо.
То есть, хоть и путь один, проходит ноль всетаки разными путями.

Естественно напрашивается вывод, что занулять можно, только нужно проверить чтобы нолевой провод не проходил через пробку или пакетник.
И выводы эти правильные, дальше приведу еще доводы в пользу зануления.
Но тем не менее, если в квартире грамотно построено заземление то лучше всетаки заземление, более того, бывают случаи когда на ноль нужно ставить отсекатель, пакетник или предохранитель, но об этом позже.
Сейчас стоит разобратся с заземлением, зачем оно нужно.
Как писал выше, согласно требований, все металические части електроприборов должны быть заземлены.
Что при этом происходит, можно посмотреть на примере електродвигателя.

когда в двигателе повреждается обмотка, то не исключено что произойдет замыкание обмотки на корпус,
если в таком случае к мотору дотронется человек, то его может ударить електрическим током и напряжение пройдет по пути фаза-тело человека-земля.
Если корпус мотора заземлен, то при пробое обмотки, получается короткое на землю, как следствие срабатывает автоматикка и мотор отключется,
если же пробой прошол в районе соеденения обмотки с землей, то токи утечки могут быть недостаточными чтобы сработала автоматика и корпус будет находится под напряжением,
тем не менее, имея хорошое заземление, електричеству проще стекать через заземление а не через прикоснувшигося человка.
Как следствие, вероятность поражения существенно снижается.

Выводы, изначально заземление придумано, в целях безопасности человека.

Но в мире електроники, заземление также оказалось необходимым как воздух и вся проблема в статике.
Статика возникает, когда мы идем, дышым, сидим, когда дует ветер, падают листья, проехал мимо грузовик.
Статика, постоянно течет как вода, с одного предмета в другой.
Если статику остановить, она начнет накапливатся как сосуд с водой, пока не прорвет плотину и Вы услышите щелчок.
Что при етом пострадало, лопнуло пару шерстинок на свитере, или пробило контролер мышки ноута, как бы не важно.

Важно то что, даже без гроз, в неправильно собраном оборудовании, можно хлопнуть в ладоши и вывести систему с равновесия, с летальным исходом.
Конечно многие разработчики оборудования стараются решить проблему статики, сооружают внутренние защиты и переваривают определенного уровня пробои.
Но тем не менее, оборудование состоит из массы деталей с разными характеристиками, конструктора не в состоянии увязать, сбалансировать защиту девайса в целом.
Да и не особо они в этом нуждаются.
Знакомый инженер с Тайваня, при обсуждении одной проблемы и предложении собрать макет и потом поганять осцилографом, ответил.
- Мне дается две недели на разработки матери, через две недели, если я скажу что что-то не так и нужно переделать мне говорят - "зачем, чип уже морально устарел, вот тебе новый чип, разрабатывай мать под него"
Для потенциального покупателя, ошибка в защите девайса вылезет тем боком что ему дадут другое устройство, современней того что он купил месяц назад.
Но не всегда такое счасте привалит, поетому стоит позаботится о защите самостоятельно и основа здесь, все крутится вокруг организации слива статики на землю.
Думаю теперь стало понятно почему, в жизни, без заземления ну никак.

Но заземление, как оказывается, тоже не простая штука.
Нельзя просто лепить проводочки.
На примере ситуации с конструкцией zulu_Radist.
Как выяснилось, это 16 метровая вышка, на вышке стоит громоотвод, там же находится база Wi-Fi точка, ниже на растоянии 8 метров находится основная площадка, подстанция находится на растоянии 200 метров.


На вопрос как все должно быть устроено, я предложил сделать так.
Вышка с громоотводом заземляется, антена может быть заземлена прямо на вышку, основной узел должен иметь заземление на вышку, на питании 220 вольт, должно быть ДВА ОСЕКАЮЩИХ УСТРОЙСТВА, на ноле и фазе, лучьше предохранители, но между заземлением и питание фаза и ноль, должен стоять разрядник на 1000вольт.

zulu_Radist - был ошарашен, ведь только что я писал что предохранитель на ноле это зло, более того "почему в моей схеме нет разрядника".

Ответ следующий, в моей схеме нет разрядника, потому как я расписал один объект, а у zulu_Radist появляется три объекта - вышка, комплект оборудования и питание 220 вольт.
Для надежной работы, нужно провести грамотное согласование.
Все дело в том что вышка живет своей жизню, у нее свое заземление и она может утилизировать грозовые импульсы.
Подстанция 220 вольт, это тоже независимый объект, у него СВОЯ земля, и он может по своему утилизировать грозовые разряды.
А вот комплект оборудования, это третий объект, который находится между двумя монстрами и не знает к кому прижатся.
Если он получит землю от вышки, то в случае удара грозы в линию електропередачь, импульс пойдет с подстанции, на землю подстанции, учитываея возникновение шагового напряжение при стоке на землю, проложеный кабель к точке заземления вышки, импульс будет стремится пробится и на землю вышки, оборудование будет играть роль разрядника.
Ровным счетом как и наоборот, при ударе в вышку, импульс высокого напряжения будет стремится слится и через оборудование на землю подстанции.
То есть хоть в лоб, хоть по лбу, на пути оказывается Wi-Fi оборудование!

Было озвучено предположение, что мол есть масса литературы, и строится таких вышек сотни, и мол то что я предложил, какаято ерунда, которая к тому же стоит денег!
Ситуация в следующем, есть физика и не сложно смоделированть движение разрядов, статики, и то что явно видно, не нужно искать.
Если понятно как идут потоки, то нужно думать как управлять ситуацией в свою пользу.

По поводу сотень точек, так все верно, есть стандартные решения.
Только и суть в том что нельзя лепить проводок до проводка, если строиш реальную точку, нужно изучить реальную ситуацию.
А реальную ситуацию с конкретной площадкой я расписал.

По поводу стандартных решений, так тут нужно обратить внимание на следующие моменты.
Как правило, серьезная база имеет свой узел учета електроенергии, как правило трехфазный, а это означает, что заноление находится прямо на вышке, вернее у ее основния.
В этом случае, вышка питание и оборудование, являются одним объектом, с одной точкой заземления.
А имея одну землю, отпадает необходимость проводить согласование - не с чем.
Как писалось выше вся проблема возникала в разности потенциалов между землей вышки и землей подстанции 220 вольт.

Поетому все радиовышки, это единые сооружения, с одной точкой заземления.

Но "маемо те шо маемо" и расмотрим как будет работать предложеная конструкция.
1. Критический случай, прямое попадание молнии в вышку, или подстанцию.

При попадании в вышку, грозовой импульс сольется на землю и начнется растекатся по земле, образуя при этом шаговое напряжение.
У основания заземления может быть 30 тысяч вольт, естественно это напряжение распределится по всей вышке и вышка имеет потенциал 30киловольт.
На вышке стоит оборудование, которое питается от подстанции удаленной на 200метров, естественно на земле подстанции ноль, даный ноль через провод заземления протягивается до самого оборудования и АП имеет заряд 0вольт.

Как видно с рисунка, мы получаем разнницу потенциалов в 30000вольт по между вышкой и АПешкой.

Оборудование выступает в роли разрядника, как правило девайсы выдерживыают прбой от 2000 до 3000 вольт, то есть для 30 тысячь, пробить АПешку... это как два пальца об асфальт.

Но имея разрядник между вышкой и нолем питания, с пробоем 1000 вольт, естественно что пока фронт наростания импульса дойдет до 2-3 тысячи вольт, первым сработает разрядник и шунтирует АПешку и все питаемое оборудование узла.

Предохранители здесь для защиты того же разрядника и кабеля питания 220, чем они длиннее тем надежней произойдет отсекание, разеденение вышки и подстанции. Идея в критический момент отстрелить оборудование от питания, проще сказать, задача, "вытянуть вилку с розетки".

Здесь http://local.com.ua/...__159822__st__0
обсуждался вопрос о подгорании радиомодуля, в даном случае, необдуманое заземление антены, может создать ситуацию еще хуже!
Наверно понятно что заряд с вышки пойдет через радиомодуль, контролер, далше или через стабилизатор питания, или через контролер езернет порта - на ноль питания 220 вольт, пойдет туда где слабее сопротивление.
То что модуль подгорает, объясняется только тем что гроз собственно еще небыло, подгорание происходит из за статики, но в грозу иожет выгорет полностю.

2. Интересный случай. Если на подстанции отгорит ноль, то ваша площадка останется без питания,
более того вышка не будет выступать нолем всем кто подключен к електросети на данной подстанции.
Благодаря разряднику, при ударе в вышку или подстанцию молнии, он обеспечил короткое, при отгорании ноля, разрядники обеспечат большое сопротивление.

3. Штатная работа.
3.1. Статика. Описаный в самом начале комплект, производит постоянный сток статики, без каких либо повреждений оборудования.
3.2. Грозовой импульс наведеный в кабеле, сбрасывается на землю, езернет порты защищаются дополнительной зачисткой. Если антена заземлена на мачту, на стороне апешки, импульс сбрасывается с кабеля на грозозащиту апешки, на стороне базы, с кабеля на грозозащиту езернет устройства.


Еще раз замечу, такая ситуация возникает только на узлах с разделенными землями по питанию и мачты.
Чтобы упростить конструкцию и повысить надежность узла, необходимо узел учета електричества оргнизовывать на вышке,
с обязательным устройством единого заземления вышки и ноля питания.
Тогда три объекта превращаются в один объект и не требует согласования, довольно сложного в понимании, построении и обслуживании.


Надеюсь что данная статья если не принесет прямой пользы, то раставит некоторые точки над i.

ps.
При подключении пользователей по меди, ситация аналогично сложная, в локальных сетях просто громадное количество несогласованых заземлений.
Необдуманое обвешивание всякими защитами узла, могут, даже, ухудшать ситуацию.
И чудеса в том, что организация зануления гораздо надежней чем заземление на батарею даже организация собственного контура заземления!

Батарея, равно как и собственный контур, не понятно в какой точке будет заземлена,
по любому требует согласования например такими девайсами - "Разрядники для уравнивания потенциалов"
http://www.energoems...ezetek/erk.html
http://www.energoems.../erk_shema.html

Из всего этого следует, что при построении земли, нужно стремится использовать одну точку заземления.
По крайней мере в отдельно изолированом доме, подключеном по оптике.
При подключении пользователей в "длинных" домах, обслуживаемых несколько щитовыми, необходимо следить чтобы узел раздачи и клиенты были подключены с одной щитовой, "сидели" на одной земле.