Ethernet под защитой: как выбрать УЗИП для современных IP-сетей

В статье рассмотрены особенности выбора УЗИП для локальных сетей Ethernet и PoE, ключевые электрические параметры, на которые следует обратить внимание при выборе, принципы организации защиты и различные конструктивные исполнения УЗИП.

ООО «Тахион», г. Санкт-Петербург

скачать pdf >>

Продолжаем знакомство с УЗИП и особенностями их выбора и применения. 

При установке систем возникает опасность их выхода из строя по различным причинам:
- из-за старения и внутренних причин (ненадежная элементная ба­за, дефекты производства оборудования, неправильная эксплуатация – нарушение температурных режимов и режимов питания, ошибки применения оборудования в проектах);
- из-за грозы, удара молнии как в сам объект (здание, линейное сооружение), так и в ближней зо­не (соседний объект, дерево);
- из-за электромагнитных наводок, вызываемых работой другого оборудования, например, силовых машин с пускателями.

Во втором и третьем случаях воздействия вызывают в связном, сетевом оборудовании (и да­же силовом, например осветительном) так называемые импульсные перенапряжения. Этот термин введен стандартами и, соответственно, вошел в названия устройств: УЗИП – устройство защиты от импульсных перенапряжений. Наряду с этим названием существуют более лаконичные: устройство грозозащиты и устройство защиты.

Таким образом УЗИП – это один из видов устройств защиты, вместе с тепловой защитой, с защитой от перегрузок по питанию, от помех и других многочисленных систем защиты радиотехнических и электронных комплексов.

Назначение УЗИП – предотвращение разрушения оборудования. Понятно, что в момент защиты функционирование оборудования способно прерываться (связь / обмен данными может пропасть, свет – погаснуть), но после исчезновения воздействия оборудование останется работоспособным, например, система сможет перезапуститься с высокой степенью вероятности.

УЗИП для защиты локальных сетей

К настоящему времени наиболее часто используются цифровые слаботочные системы на основе IP-передачи по сетям Ethernet. Для автономных систем (диспетчеризации, СКУД, пожарной сигнализации и других) применяют свои протоколы обмена на нижнем и среднем уровне, но в итоге при интеграции с другими системами происходит конвертация обмена в формат Ethernet и выход в локальные се­ти. Высокие скорости обмена (до 10 Гбит), стандартные протоколы обмена и широкое распространение являются неоспоримыми преимуществами IP-передачи.

Проблемы при защите IP-оборудования

Поскольку начало XXI ве­ка можно смело назвать временем интернета, то и IP-устройства полностью завладели рынком и поэтому являются самыми востребованными. Оборудование IP защищают УЗИП серий УЗЛ-Е/ЕП и их аналоги, имеющие великое множество маркировок и названий. Часто за этим обилием сложно отыскать необходимое изделие в поисковике. Но профессионал может определиться с выбором, ему не обязательно пересылать опросники.

Как выбрать УЗИП для портов Ethernet

Для уличных коммутационных узлов, оформленных в ви­де телекоммутационных шкафов, могут использоваться одиночные и 4–8‑канальные УЗИПы (рис. 1), установленные на входе медных линий в шкаф и выходе из шкафа.

Рис. 1. Одиночное и групповое УЗИП с креплением на DIN-рейку

Для оконечного оборудования, например, уличных видеокамер в гермобоксах (термокожухах) ли­бо дорогостоящих Speed Dome (скоростных камер видеонаблюдения с поворотным механизмом), целесообразно установить бескорпусную платку ПЗЛ-ЕП в сам бокс/корпус видеокамеры ли­бо в монтажную коробку, которая всегда присутствует при подключении невскрываемых уличных камер (рис. 2).

Рис. 2. Бескорпусное УЗИП в виде платы

В идеале любой участок Ethernet-линии (кроме оптики, разумеется) должен заканчиваться УЗЛ-E/ЕП. Каждое УЗИП должно быть заземлено на шкаф, и сам шкаф то­же, желательно локально, то есть прямо на трассе. Например, с помощью штыря – быстро и эффективно (заземлитель вертикальный стержневой ЗВС‑3).

Скорость передачи данных

Скорость передачи данных – базовый параметр для УЗИП Ethernet.

В случае подключения видеокамер достаточно скорости 10/100 Мбит/с. Для коммутаторов, коммутационных шкафов на трассе и входных портов коммутаторов в серверной от периферии в основном достаточно скорости до 1000 Мбит/с. Для соединений между серверами и хранилищами необходимы скорости от 1000 до 10 000 Мбит/с (категории кабелей – 5E, 6A).

Есть еще важный параметр: потери при вводе (вносимое затухание) на определенной частоте. Если вы их не обнаружили, значит, большой вопрос, будет ли работать УЗЛ на заявленных скоростях, и если да, то насколько стабильно. Затухание для скоростей до 100 Мбит/с указывают на границе полосы пропускания 100 МГц, для скоростей до 1000 Мбит/с – на границе полосы пропускания 250 МГц. К примеру, УЗЛ-ЕП имеет затухание <2 дБ на частотах до 250 МГц. Этот параметр может влиять и на дальность передачи, так как при большом затухании максимальная допустимая длина линии из ме­ди сократится.

Вывод – на­до обязательно смотреть соответствие скорости передачи УЗИП защищаемому оборудованию.

Как выбрать УЗИП для портов с PoE

Что такое PoE и в чем его хитрость, почему оно принимает разные обличия? PoE, это порождение Ethernet, многих ставит в тупик. Проблема заключается в том, что периферийное оборудование все ча­ще запитывается через PoE. Это позволяет уйти от дополнительных кабельных прокладок, упростить схемы и документацию.

Какие существуют стандарты PoE? Есть несколько стандартов, которые необходимо представлять. В паспорте оборудования может быть написано PPoE, PoE, PoE+, Hi PoE, 802.3af, 802.3at, 802.3bt класс 0, 1, 2, 3, 4 ли­бо что-то из этого перечня в разных сочетаниях.

В чем различие стандартов? Кратко:
- подаются разные мощности: от 4,5 до 90 Вт;
- используются для передачи питания различные па­ры проводников;
- передача производится на разные максимальные длины кабеля;
- могут быть подключения с контролем питания по алгоритмам и без контроля.

Из сказанного ясно, что PoE многолико и с ним на­до проявлять осторожность.

Как организуется защита портов с PoE? Для выбора УЗИП важно, чтобы пары, по которым передается одновременно и питание, и данные, бы­ли защищены от разрушительных наводок как по уровню напряжения сигнала (потока данных), так и по уровню напряжения питания.

Напряжение питания PoE достигает 57 В, а сигнала – 5 В (!). Таким образом, если на вход (па­ру контактов порта, по которым идет сигнал) наведется 10 В, то порт сгорит. Значит, УЗИП должно ограничить напряжение наводки до 6–7 В. Однако если УЗИП везде будет срезать напряжение до 6 В, то оно успешно закоротит PoE, и тогда источник PoE отключит напряжение питания. Поэтому УЗЛ-ЕП является не простым ограничителем напряжения/тока, а привязан к вариантам расключения кабеля в разъеме RJ‑45.

Технология Ethernet унаследовала самое лучшее на физическом уровне от аналоговой передачи по витым парам – высокую устойчивость к синфазным помехам. Как же это работает или каков основной принцип работы PoE-устройств?

Главный принцип организации PoE-питания:
- данные (последовательности 0 и 1, поток) – разность потенциалов в па­ре проводов;
- питание – разность потенциалов между парами проводов.

Существуют 4 основных ви­да PoE-питания: два – для стандарта 10/100 Мб/с и два – для 1000 Мб/с. Так как в стандарте 1000 Мб/с скорость больше, то для передачи применяются все 4 па­ры – A, B, C, D (вот почему скорость передачи внутри па­ры остается 250 Мб/с и полоса пропускания не возрастает, а остается 250 МГц). В стандарте 10/100 Мб/с применяются для передачи всего 2 па­ры, но при этом по одной «витухе» идет только передача, по другой – только прием (понятно, что скорость по каждой витой па­ре снижается поэтому в 2 ра­за, а так как обмен проще, то в 2,5 ра­за по сравнению с 250 Мб/с, то есть имеем в итоге на­ши 100 Мб/с, а полосу, соответственно, 100 МГц).

Итак, из организации PoE-питания мы имеем:
- данные (последовательности 0 и 1, поток) – разность потенциалов в па­ре проводов до 5 В (импульсы с частотой до 250 МГц);
- питание – разность потенциалов между парами проводов до 57 В «постоянки».

Структура УЗИП для портов Ethernet

В общем случае правильное УЗИП для Ether­net c PoE должно содержать три линии обороны:
- трехконтактные газоразрядники на мощные перенапряжения по входу между проводами па­ры (всего 4) и землей (PE) на напряжение сработки около 150 В;
- супрессоры, или TVS-диоды, на быстрое реагирование при 60 В и более между питающими «скрутками» (парами) – 2 шт. по числу способов подачи A и B;
- ограничивающие сборки с TVS-диодами для быстрого реагирования при 6 В между проводами па­ры (внутри скрутки) – 4 шт. по числу пар.

Газоразрядники обеспечивают «медленную» (100 нс), но мощную защиту, а скорость срабатывания до 10 нс обеспечивают TVS-диоды. Ограничивающие сборки с TVS-диодами успевают защитить чувствительные входы дифусилителя порта. Частотные характеристики в нашем случае напрямую связаны со скоростями передачи. Понятно, что при отсутствии PoE нам не на­до контролировать питание +57 В, и ступень защиты между «скрутками» (парами) на 60 В исключается (УЗЛ-Е).

Мы рассмотрели особенности выбора УЗИП для локальных IP-сетей, исходя из их электрических параметров, и в конце рассмотрим варианты конструкции.

Конструктивные исполнения УЗИП

Основные форм-факторы УЗИП:
- в виде стандартных модулей од­но-, двухканальных с креплением на DIN-рейку (рис. 1);
- в групповом корпусе на 4 или 8 каналов с креплением на DIN-рейку (рис. 1);
- в бескорпусном исполнении – в ви­де платы для установки в корпус защищаемого оборудования или распредкоробку (рис. 2);
- в пластиковом пылебрызгозащищенном корпусе, может эксплуатироваться на открытом воздухе ли­бо во влажных помещениях. Кабельные вводы PBA16‑RJ45, диаметр кабеля 4–5 мм (2 шт.). Диапазон рабочих температур – от –55 до +85 °C. Степень защиты IP66 (рис. 3);
- в рековом групповом исполнении для установки в стандартную 19‑дюймовую телекоммуникационную стойку (шкаф). Такие конструкции могут быть на 8 или 16 каналов (рис. 4);
- конструкции в рековом групповом исполнении могут быть сделаны и с переменным количеством каналов – от 1 до 16 (рис. 5). Это целесообразно для обеспечения ремонтопригодности. Переменное число каналов достигается установкой модулей-вставок на канал. Если модуль выходит из строя при сильном воздействии, ремонт оборачивается вставкой нового модуля из комплекта ЗИП.

Рис. 3. УЗИП в уличном исполнении

Рис. 4. УЗИП в рековом групповом исполнении

Рис. 5. УЗИП в рековом исполнении на базе крейта, заряжен на 14 каналов

Другое преимущество крейта – в возможности масштабирования системы при увеличении количества Ethernet-каналов как при наращивании числа телекамер, так и при добавлении управляющих и телеметрических каналов передачи в стандарте Ether­net, например, каналов управления стеклоочистителями видеокамеры и систем контроля климата в уличных шкафах или узлах коммутации.

Опубликовано в журнале «ИСУП» № 3(123)_2026

Р. В. Петров, главный инженер проекта,
ООО «Тахион», г. Санкт-Петербург,
тел.: +7 (800) 222‑4462
эл. почта: info@tahion.spb.ru

Иллюстрации предоставлены ООО «Тахион»