Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Energiaforrások

Telekommunikációs hálózatok túlfeszültség-védelme

2009. július 8. | netadmin |  6385 | |

Az alábbi tartalom archív, 11 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A fémvezetős telekommunikációs hálózatok túlfeszültség-védelme éppoly fontos, mint az erősáramú hálózatoké. A megfelelő levezetők kiválasztásának folyamata és beépítésének lehetősége azonban alapvetően eltér az erősáramú rendszereknél megszokottaktól. Az alábbiakban áttekintjük a közcélú kommunikációs hálózatok leggyakoribb típusait, kifejezetten túlfeszültség-védelmi szempontból ismertetve a sajátosságaikat. Jelátvitel fémvezetős telekommunikációs hálózatokon A kommunikációs hálózatok hangok, képek vagy adatok formájában megtestesülő információk továbbítására szolgálnak. Fémvezetős hálózatokon az információt hordozó analóg vagy digitális jelek (amelyek egyidejűleg is jelen lehetnek) villamos szempontból olyan feszültségingadozások, amelyek jellemzően a néhány Voltos tartományba esnek, és amelyekhez általában csekély áramerősség párosul. Függetlenül attól, hogy az információt milyen jelek formájában továbbítjuk, a vonalon továbbítani kívánt információ időegységre jutó mennyisége összefügg a feszültségingadozások gyorsaságával, sűrűségével, vagyis az átviteli frekvenciával (de azt nem határozza meg egyértelműen, ezért különbözik az adatátviteli sebesség és az adatat- vagy jelátviteli frekvencia!).   Így a mozgóképek valós idejű továbbítása nagyobb frekvenciát igényel, mint a hangoké: egy telefonbeszélgetés továbbítására 4 kHz tökéletesen megfelel, a televíziós közvetítés azonban MHz-es tartományt igényel. A frekvencia növekedésével csökken a hullámhossz: az 1 MHz-es frekvenciához légüres térben 300 m, az 1 GHz-eshez 0,3 m hullámhossz (csak összehasonlításképpen: 50 Hz-hez 6000 km!) tartozik, fémvezetőben ennél is kisebb. A nagyfrekvenciás jelek hullámként terjednek a vezetékben, ráadásul olyan hullámként, amelynek mérete összemérhető a hálózatszakaszok hosszúságával, vagy akár egy-egy készülék méretével. Ez számos probléma forrása túlfeszültség-védelmi szempontból is. A hullámok amplitúdójának csökkenését a jelátvivő közeg hullámellenállása határozza meg, amelyben lényegesen nagyobb szerepet játszik az egységnyi hosszúságú vezeték induktív és kapacitív ellenállása, mint ohmikus ellenállása. Ott, ahol a jelátvivő közeg hullámellenállása ugrásszerűen változik (jellemzően ilyenek az egyes vezetékszakaszokat összekötő csatlakozási pontok, de a túlfeszültség-levezetők beépítésének helye is), a hullámok egy része visszaverődik, és a hullám csökkentett amplitúdóval, csillapítva terjed tovább (1. ábra). Mire a hullámok (jelek) az adótól a vevőhöz érnek, addigra torzulnak, azaz nemcsak amplitúdójuk, de alakjuk is megváltozik (2. ábra). Mindkét paramétert határok között kell tartani, mert ha az amplitúdó nagysága nem éri el a vevő bemenetének érzékenységét, akkor a vevő nem észleli, ha pedig a torzulás jelentős, akkor a vevő tévesen értelmezheti a jelet. Utóbbinak különösen digitális átviteltechnikánál nagy a fontossága.   Nagyfrekvenciás hálózatok túlfeszültség-levezetői Nagyfrekvenciás hálózatok túlfeszültség-védelménél biztosítani kell azt, hogy alapállapotban a túlfeszültség-levezetők ne nagyon rontsák a jelátvitelt. Márpedig a levezetőként használt félvezetők kapacitása (főleg a varisztoroké, de a szupresszor diódáké is) és ebből fakadó csillapítása nem hanyagolható el. Ugyanakkor e hálózattípusok esetében – ellentétben az erősáramú hálózatokkal – a zárlati áramok (és az üzemi feszültségek) nagysága figyelmen kívül hagyható, legalábbis abban a tekintetben, hogy nem okoz problémát a szikraköz begyújtását követő utánfolyó zárlati áram megszakítása. A szükséges levezetőképességet a kis vezeték-keresztmetszetek a villámáram néhány százalékára korlátozzák, lehetővé téve a védelmi eszközök méretének csökkentését. Mindennek következtében a telekommunikációs hálózatok túlfeszültség-védelmében – különösen az átviteli frekvenciák növekedésével – egyre növekvő szerepet kapnak a kisméretű gáztöltésű kisülési csövek, kiegészítő védelemként pedig szupresszor diódák jelennek meg ott, ahol a védendő elektronika érzékenysége miatt szükséges a védelmi feszültségszint csökkentése és a szikraközöknél gyorsabb működés. A túlfeszültség-levezetők alkalmazhatóságát egy-egy hálózaton számos paraméter szabja meg. Ezek között találjuk természetesen a névleges feszültséget, továbbá a beiktatási csillapítást és a határfrekvenciát. A névleges áram jelentősége az átviteltechnikában kicsi (nem számítva adóberendezések antennaoldali védelmét). Ügyelni kell a megfelelő csatlakozótípusra is, amelyeknek feladata nem csupán annyi, hogy kényelmessé tegye a levezető csatlakoztatását, de biztosítania kell az alacsony jelveszteséget (reflexiót, csillapítást) is. A túlfeszültség-levezető kiválasztása szokásosan a hálózattípus és a megfelelő csatlakozótípus (pl. ISDN-vonal, RJ45 csatlakozóval) alapján történik, ami azt feltételezi, hogy ezek egyértelműen azonosítják a használható eszközöket – holott ez nem igaz. Amint a továbbiakból kiderül majd, a kommunikációs vonal a szolgáltató csatlakozási pontjától a felhasználó végponti készülékéig (TV, számítógép stb.) több szakaszból tevődik össze, amelyekre általában más-más túlfeszültség-védelmi eszköz alkalmazható. Előállhat olyan eset is, hogy a helyesen kiválasztott túlfeszültség-levezető beépítését követően nem működik a hálózat. Ez akkor fordul elő, amikor a hálózat csillapítása túlfeszültség-levezető beiktatása nélkül is olyan nagy, hogy a jelszint a vevő bemenetén csak kevéssel haladja meg a bemeneti érzékenységet. A túlfeszültség-levezető beépítésével vonzatként előálló járulékos csillapítás ilyenkor a jelszintet a bemeneti érzékenység alá csökkentheti. Telekommunikációs hálózatokon ez a jelenség szerencsére ritkán fordul elő, mert a hálózati végpontokon általában megfelelő jelszint-tartalék áll rendelkezésre, amelynek csökkenését a felhasználó amúgy is hamar észleli (pl. zajos a TV-kép vagy a digitális átvitel lassú, gyakran szétesik.) Ez a tartalék általában bőven fedezi a levezető beépítésével járó kismértékű csillapítás-növekedést. Hálózattípusok A szokásosan alkalmazott közcélú kommunikációs hálózatok esetében a felhasználó csatlakozási pontján alkalmazható túlfeszültség-levezető meghatározása nem jelent gondot. (Hangsúlyozni kell, hogy ez a megállapítás kifejezetten a közcélú hálózat csatlakozási pontjára vonatkozik, ahol a felhasználó fogadja a szolgáltató kábelét.) Bár a hálózattípusok különbözők lehetnek, a villamos paraméterek jól behatárolhatók függetlenül attól, hogy analóg vagy digitális jelátvitelről van szó, esetleg a kettő kombinációjáról. Túlfeszültség-védelmi szempontból mindössze két lehetőséggel kell számolni: a felhasználó telefonvezetéken (réz érpáron) vagy koax-kábelen csatlakozik a szolgáltató hálózatára. Telefonvezetékes szolgáltatások A telefontechnika eredetileg az emberi hang analóg átvitelére lett kitalálva. Az ehhez biztosított kb. 4 kHz-es sávszélesség a beszédhang nagyon jó minőségű átvitelét teszi lehetővé. Az átviteli vonal maximális feszültségét nem a jelátviteli feszültség határozta meg, hanem az ún. csengetési feszültség (ma jellemzően 100 V alatti érték). A digitális átviteli technikák megjelenésével és terjedésével olyan műszaki megoldást kellett találni, amely lehetőséget nyújt hang és adat egyidejű továbbítására a meglévő vezetékeken rendelkezésre álló sávszélesség jobb kihasználásával, anélkül, hogy a hálózat jelentős átalakításra szorulna. Így a digitális és az analóg technika között egyfajta átmenetet képező ISDN-szolgáltatásoknál az analóg jelek helyét digitális jelsorozatok vették át. Az átvitelre használt sávszélesség kb. 40 kHz-ig bővült. Az internet térhódítása és a DSL-szolgáltatások megjelenése a sávszélesség további növelését vonta maga után, a 0,1 MHz-es frekvenciáig adatok feltöltésére, 1 MHz-ig pedig adatok letöltésére. A jelfeszültség ezekben a tartományokban kb. 5 V. A DSL szolgáltatások a 4 kHz alatti sávot ugyanúgy beszédhang átvitelére használják, mint az analóg vagy ISDN hálózatok (3. ábra). Az IPTV olyan DSL-szolgáltatás, ahol a digitális televíziós műsorszolgáltatás az adatsávban folyik, így villamos paramétereiben nem különbözik a DSL-hálózatoktól. Néhány esetben (nagyobb sebességű, az ún. primer sebességű ISDN- és a HDSL-hálózatoknál) a kommunikáció nem egy, hanem két érpáron kerül kiépítésre a nagyobb átviteli sebesség érdekében, e rendszerek villamos paraméterei azonban megfelelnek az előbb leírtaknak. Az előbbiekből fakadóan telefonvezetékes szolgáltatások csatlakozási pontjának túlfeszültség-védelmére alkalmasak azok a levezetők, amelyek névleges feszültsége 100 V, határfrekvenciája pedig 1,1 MHz feletti, függetlenül attól, hogy a telefonvezetéken ténylegesen milyen szolgáltatás zajlik. Telefonvezetékes szolgáltatások felhasználói oldala A felhasználó csatlakozási pontjától a végponti készülékig terjedő szakasz kialakítása a szolgáltatás jellegétől függ, és nagyobb változatosságot mutat, mint a szolgáltatói oldal. Analóg telefonhálózat (4. ábra) esetében a csatlakozási ponttól a végponti készülékig változatlan villamos paraméterekkel jellemezhető a hálózat, mint a szolgáltatói oldalon. A felhasználói oldalon használt telefonvezeték 4-eres (de jelátvitelre ebből csak 2 ér szolgál), RJ11 csatlakozóval. ISDN-hálózat (5. ábra) esetében a szolgáltatói hálózatra egy ISDN NT-modem csatlakozik, amelynek feladata, hogy a felhasználói oldal digitális és/vagy analóg végponti készülékei és a hálózat közötti jelátalakítást elvégezze. Az ISDN NT kialakítása többféle lehet: csak ISDN S0, vagy ISDN S0 és analóg, vagy ISDN S0, analóg és RS232 porttal egyaránt rendelkező. Az ISDN S0 portra a négy-eres S0–buszon kommunikáló eszközöket, az analóg portra a hagyományos telefonokat, az RS 232 portra pedig számítógépeket lehet csatlakoztatni. ADSL-hálózat (6.a. és b. ábra) szokásos kialakításánál a felhasználó csatlakozási pontján a réz érpárt egy splitter nevű eszköz fogadja. Ennek feladata, hogy a szolgáltatói oldal egy érpárján érkező jeleket két külön érpárra válogassa. A splitter két frekvenciaszűrőt tartalmaz, egy aluláteresztőt és egy felüláteresztőt. A splitter mögötti, immár két réz érpár egyike vagy az analóg telefonhálózat szolgáltatói oldalának, vagy az ISDN-hálózat szolgáltatói oldalának felel meg, a „Hangsáv”-nak megfelelő jelszintekkel. (Az, hogy itt analóg vagy ISDN-jelek vannak-e, a felhasználó által előfizetett szolgáltatási csomagtól függ.) ISDN-előfizetés esetén a splitterből kijövő érpárt az ISDN NT fogadja és a továbbiakra az ISDN-hálózatnál leírtak vonatkoznak. A splitterből kijövő másik érpáron „Adatsáv”-nak megfelelő jelek haladnak tovább az ADSL NT modemig, amely a számítógéphez (vagy más eszközhöz) Ethernet-hálózaton keresztül kapcsolódik. Az IPTV (7. ábra) az ADSL-hálózatnak az a fajtája, amelynél a digitális televíziós műsorszórás tömörített jelét is az adatsávban továbbítják. A hálózat felhasználói oldala lényegében megegyezik az ADSL-nél leírtakkal, azzal a kiegészítéssel, hogy a ma még többnyire analóg TV-készülékeket az ún. Set-Top-Box-on keresztül kell csatlakoztatni az ADSL NT-hez. A splitter és az ADSL NT egybeépített változata a HGW. Koax-kábeles szolgáltatások Ezeknél a szolgáltatói hálózatoknál a jelátvivő közeg feladatát az a 75 Ohm hullámellenállású koax-kábel látja el, amely eredetileg nagyfrekvenciás analóg videojelek továbbítására szolgált. Az egyébként is több száz MHz-es átvitelre használt koax-kábeleken az átviteli frekvenciatartomány szélesítése szükségtelen volt, mert – amint láthattuk – a szokásos adatátviteli megoldások jelentős sávszélességet nem igényelnek, a telefonvezetékes vonalak átviteli frekvenciájának felső határa is csak 1,1 MHz). Ezért az adatsáv a videojelek továbbítására használt frekvenciasáv alatt helyezkedik el. A szolgáltatói hálózaton a maximális feszültségérték 100 V alatt, az átviteli frekvencia felső határa pedig 900 MHz körül van, a csatlakozási pontok védelmét tehát ennek megfelelően kell kiválasztani. Koax-kábeles szolgáltatások felhasználói oldala A kábelTV-hálózat (8. ábra) felhasználó oldala nem különbözik a szolgáltatói oldaltól, a hagyományos (analóg) TV-készülék ugyanazt a vezetéket, ugyanazt a jelszintet fogadja, ami a szolgáltatói oldalt is jellemzi. A kábelNet-hálózat (9. ábra) felhasználói oldalának első eleme itt is egy splitter, amely a koax-hálózatot elágaztatja egyrészt az (analóg) TV felé, másrészt a hálózatvégződtető egység (ADSL NT) felé. Az elosztó mögötti rész kivitelében, villamos paramétereiben nem különbözik a szolgáltatói oldaltól, ugyanúgy koax-vezeték. A koax-vezetékre csatlakozó ADSL NT-től a csatlakozó felhasználói számítógépig terjedő hálózat megegyezik a telefonvezetékes ADSL szolgáltatásnál leírtakkal. A túlfeszültség-levezetők kiválasztásának és beépítésének szempontjai Láthattuk, hogy a vezetékes kommunikációs szolgáltatások sokfélesége ellenére a hálózatok csatlakozási pontján túlfeszültség-védelmi szempontból csak két esettel kell számolni, amelyet a csatlakozó vezeték jellege (érpár vagy koax) lényegében egyértelműen meghatároz. Az itt beépítésre kerülő túlfeszültség-levezetők névleges feszültségének és átviteli frekvenciájának természetesen összhangban kell lennie a hálózat villamos paramétereivel. Koax-hálózatnál célszerű az ún. F-csatlakozóval ellátott túlfeszültség-levezetők beépítése, mert ezek alkalmazásával lehet a legkisebb beiktatási csillapítást elérni. Telefonvezetékes rendszereknél a csatlakozófelület jelentősége a kisebb átviteli frekvenciák miatt kisebb, egyaránt megfelelőek az RJ-csatlakozós és a sorkapcsos kivitelek (utóbbiaknál figyelni kell a megfelelő bekötésre). A túlfeszültség-levezetőket, amelyeket amúgy is az első „doboz” (legyen az splitter, HGW vagy bármi) elé kell beépíteni, a hálózat épületbe történő belépésének helyén ajánlott telepíteni, ahol az EPH-bekötésről is gondoskodni kell (10. ábra). A beépítés helyének megfelelően a levezetőket az LPZ 0/1 zónahatáron várható villámáram-igénybevételre (5 kA, 10/350 µs) kell méretezni. Felvetődhet a kérdés, hogy mi a teendő a védelem további, erősáramú technikából már ismert lépcsőivel. A válasz összetett, egyaránt feltételezi az átviteltechnikának, a kommunikációs hálózati eszközök és a gyengeáramú túlfeszültség-levezetők vizsgálati szabványának, továbbá a villám által keltett elektromágneses impulzusok elleni védekezés elvének ismeretét. Ennek lényegét összefoglalva kijelenthetjük, hogy kisebb (nem üzleti célú) felhasználói hálózatok esetében kielégítő védelmi szintet biztosít a szolgáltatói hálózat csatlakozási pontján beépített, megfelelően kiválasztott és méretezett túlfeszültség-levezető. Igény esetén ez a védelmi szint javítható, ha levezetőket alkalmazunk a hálózatok más pontjain is, de ebben az esetben célszerű szaktanácsadást kérni. Kruppa Attila Külön boksz: Néhány átviteltechnikai fogalom - Adatátviteli sebesség: az átvivő közegen továbbítható jelek mennyisége, időegységre vonatkoztatva (pl. 1 Mb/s). Nem azonos a jelek átviteli frekvenciájával! - Amplitudó: jelek csúcsértéke. - Beiktatási csillapítás: dB-ben megadott érték, amely megmutatja, hogy egy eszköz kimenetén mennyivel csillapodik a jel amplitúdója a bemeneti amplitúdóhoz képest. A beiktatási csillapítás változik a jelek frekvenciájának függvényében, de túlfeszültség-levezetőknél általában egy jellemző frekvenciára adják meg. - Bemeneti érzékenység: többnyire mV-ban megadott feszültség-érték, amely megmutatja, hogy egy hálózati eszköz megfelelő működéséhez mekkora amplitúdójú bemenő jelszintre van szükség. - dB (decibel): jelek csillapodását (vagy erősödését) mutató logaritmikus viszonyszám. Pl. a 3 dB csillapítás azt jelenti, hogy a bemeneti jelhez mérten a kimeneti jel teljesítménye a felére csökkent. - Határfrekvencia: az a frekvencia, amelynél nagyobb frekvenciákon a beiktatási csillapítás meghaladja a 3 dB-t. - Modem (MOdulátor/DEmodulátor): jelek átalakítására szolgáló eszközök általános neve. - Reflexió: jelek visszaverődése a hálózatok egyes pontjairól (pl. csatlakozókról). - Szűrő: olyan eszköz, amely csak adott frekvenciájú jeleket enged át. Az átengedett frekvenciatartománytól függően többféle szűrő létezik. Pl. az aluláteresztőnek vagy másképp felülvágónak nevezett szűrő csak egy meghatározott érték alatti frekvenciákat enged át. Ellentéte a felüláteresztő/alulvágó szűrő. Hálózattípusok és hálózati eszközök - ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line – Aszimmetrikus digitális előfizetői vonal): digitális adatok nagysebességű átvitelére szolgáló, egy érpárt használó hálózat, amelynél az adatok letöltési sebessége nagyobb (max. 8Mb/s), mint a feltöltési sebesség (max. 640 kb/s). - ADSL NT (ADSL Network Termination – ADSL hálózatvégződtető egység): a szolgáltató és a felhasználó ADSL-hálózata közötti jelátalakítást végző eszköz. - DSL vagy xDSL(Digital Subscriber Line – Digitális előfizetői vonal): a különböző DSL szolgáltatások – ADSL, HDSL stb. – összefoglaló neve. - HDSL (High speed Digital Subscriber Line – Nagysebességű digitális előfizetői vonal): digitális adatok nagysebességű átvitelére szolgáló, egy vagy két érpárt használó hálózat, amelynél az adatok letöltési és feltöltési sebessége azonos (max. 2 Mb/s). - IPTV (Internet Protocol Television): internetes hálózaton továbbított jelekkel működő TV-műsorszolgáltatás. - ISDN (Integrated Services Digital Network – Integrált szolgáltatású digitális hálózat): hang és adatok digitális jelek formájában történő átvitelére szolgáló egy (esetleg két) érpárt használó hálózat. - ISDN NT (ISDN Network Termination – ISDN hálózatvégződtető egység): a szolgáltató és a felhasználó ISDN-hálózata közötti jelátalakítást végző eszköz. Az alapsebességű eszközöket ISDN NTBA-nak is nevezik (Network Termination for Basic Access – Alapsebességű hálózatvégződtető egység). - HGW (Home GateWay): általában a splittert és az ADSL NT-t magába foglaló eszköz. - Kábelnet: a kábeltévés hálózaton nyújtott internet-szolgáltatás szokásos elnevezése. - LAN (Local Area Network – Kis kiterjedésű hálózat): helyi, általában egy épületen belül kiépített hálózat. - Line: vonal. Sokszor ez jelöli a közvetlenül a szolgáltatói hálózatra csatlakozó eszközökön (pl. splitter) a szolgáltatói kábel csatlakoztatásának helyét. - MAN (Metropolitan Area Network): városi hálózat. - POTS (Plain Old Telephone Service): hagyományos analóg telefonszolgáltatás. - PSTN (Public Switched Telephone Network – Nyilvános kapcsolt telefonhálózat): a hagyományos analóg telefonhálózat jelölése. - SCART csatlakozó (Syndicat des Constructeurs d'Appareils Radiorécepteurs et Téléviseurs – Rádió és televízió készülékek gyártóinak szövetsége): 21 érintkezős, kétirányú kommunikációt lehetővé tevő audio/video-csatlakozó, eredetileg francia szabvány alapján. - SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line – Szimmetrikus digitális előfizetői vonal): digitális adatok nagysebességű átvitelére szolgáló, egy érpárt használó hálózat, amelynél az adatok letöltési és feltöltési sebessége azonos (max. 2 Mb/s). - Splitter: Egy vonalon, különböző frekvenciasávokban továbbított jeleket frekvencia szerint több vonalra szétválasztó eszköz. - STP (Set Top Box): a hagyományos (analóg) TV-ket a digitális hálózathoz csatlakoztató eszköz. - VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line): digitális adatok nagyon nagy sebességű átvitelére szolgáló, egy érpárt használó hálózat, amelynél az adatok letöltési sebessége nagyobb (max. 52 Mb/s), mint a feltöltési sebesség (max. 2,3 Mb/s). - VoIP (Voice over Internet Protocol): internetes hálózaton továbbított jelekkel működő telefon. - WAN (Wide Area Network): nagy kiterjedésű hálózat. - WLAN (Wireless LAN): vezeték nélküli, mikrohullámot használó helyi hálózat. Az ehhez tartozó kommunikációs szabvány a WiFi.

Feltöltés alatt


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem