Повреждение грозовым перенапряжением портов Ethernet и POTS, подключенных к внутренней проводке

Примечание редактора: документ, на котором основана эта статья, был первоначально представлен на симпозиуме Общества инженеров по безопасности продукции IEEE 2014 года, где он получил признание как лучший доклад симпозиума. Здесь он перепечатан с разрешения из материалов Международного симпозиума Общества инженеров по безопасности продукции IEEE 2014 года по вопросам обеспечения соответствия продукции. Авторские права IEEE, 2014 г.

Традиционный взгляд на грозовые риски для кабелей проводной связи был сосредоточен на кабелях, проложенных снаружи, например, на телефонных столбах или в других открытых местах. В целом кабели, проложенные полностью внутри здания, считаются защищенными от грозовых перенапряжений.

Инженеры по молниезащите всегда понимали, что эта точка зрения не совсем верна. Известны механизмы, с помощью которых удар молнии поблизости может вызвать скачки напряжения во внутренних кабелях. Однако известные механизмы обычно вступают в действие только тогда, когда молния поражает объект, находящийся вблизи здания, содержащий внутренние кабели, или поражает внешнюю оболочку самого здания. Подобные события сравнительно редки.

В последние годы сообщалось о более высоких, чем ожидалось, показателях отказов из-за скачков напряжения для портов, подключенных к внутренним кабелям. Вполне возможно, что кажущееся увеличение происходит просто из-за того, что развертывается больше внутренних портов проводки, в результате чего традиционные механизмы скачков напряжения, которые всегда присутствовали, становятся более очевидными.

Однако некоторые отраслевые обозреватели подозревают, что очевидное увеличение связано с изменениями в способе соединения внутренних проводных систем. Эти изменения, возможно, создали новые механизмы связи скачков напряжения. Особый интерес представляет возможность того, что скачки напряжения в сети переменного тока каким-то образом передаются на кабели связи.

Одним из первых применений, привлекших внимание к перенапряжениям во внутренних кабелях, было использование оптических сетевых терминалов (ONT). Многие операторы связи развернули системы, которые используют оптоволоконный кабель для передачи голоса, данных и видео в дом или на работу. Где-то на ограждающей конструкции здания или рядом с ней оптоволоконный кабель заканчивается на ONT. Оттуда металлические кабельные порты на ONT подключаются к кабелям, проложенным полностью внутри здания. Типичные типы портов включают Ethernet для службы передачи данных, порты POTS (старая обычная телефонная служба) для традиционных аналоговых телефонов и коаксиальный кабель для телевизионных услуг.

В ONT схемы POTS представляют собой схемы подачи питания, известные как схемы интерфейса абонентской линии (или SLIC). Они позволяют подключить обычный телефон к ONT.

Хотя в этой статье в качестве типичного типа оборудования будут использоваться ONT, проблема скачков напряжения не ограничивается ONT. Производители телефонных систем VOIP, поддерживающих как Ethernet, так и POTS, сообщают об аналогичных проблемах.

Как отмечалось выше, неясно, является ли очевидное увеличение числа отказов из-за перенапряжения просто следствием развертывания большего количества внутренних линий или, возможно, каким-то другим фактором. Например, годовая частота отказов в 1% может не привлечь особого внимания производителя, у которого на местах развернуто всего 1000 систем. Десять систем в год, выдерживающие повреждения от молнии, возможно, не кажутся чрезмерными.

Ситуация меняется, если у производителя развернуто в полевых условиях один миллион систем. Теперь годовой уровень отказов в 1% соответствует 10 000 отказам систем в год, поэтому сбои из-за молний могут привлечь больше внимания.

Что касается ONT, то есть несколько операторов связи, которые имеют более миллиона систем на местах. А поскольку сбой ONT приводит к вызову службы поддержки для замены неисправного устройства, сбои ONT обходятся оператору дорого.

Для большинства операторов связи процент отказов в 1% неприемлем. Фактически, некоторые перевозчики считают 0,1% неприемлемым. Таким образом, возможно, что грозовые сбои, на которые сейчас обращают внимание, просто вызваны тем, что все больше систем становятся жертвами тех же механизмов связи, которые присутствовали всегда. Другие наблюдатели полагают, что фактическое количество отказов в последнее время увеличилось из-за новых, неизвестных механизмов связи скачков напряжения. В следующих разделах мы рассмотрим обе возможности.