Slide 1

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 2

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 3

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 4

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 5

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 6

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 7

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 8

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 9

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 10

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 11

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 12

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 13

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 14

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 15

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 16

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 17

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 18

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004


Slide 19

Ochrona przed przepięciami
lokalnych sieci komputerowych

Wstęp
Lokalne sieci komputerowe są powszechnie
obecne w naszym życiu. Już nie tylko
przedsiębiorstwa
przemysłowe,
obiekty
użyteczności publicznej, ale również osiedla,
bloki mieszkalne czy pojedyncze mieszkania
oplatają kable łączące ze sobą poszczególne
komputery
Sieci komputerowe współpracują z innymi
urządzeniami, takimi jak faksy, centralki
telefoniczne,
centralki
systemów
alarmowych, tworząc niekiedy rozbudowany
system połączeń.

Wszystkie te urządzenia mają jednak wspólną
cechę: niską odporność udarową.

Dotyczy to zarówno odporności urządzeń na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola
elektromagnetycznego, jak i odporności na działanie udarów napięciowych lub prądowych
dochodzących do tych urządzeń z sieci zasilającej oraz linii transmisji sygnałów.
Różnorodne sposoby przenikania zakłóceń do obiektu z
rozbudowaną siecią komputerową

1.

Obiekt z lokalną siecią
komputerową

2.

Systemy antenowe

3.

System uziemień roboczych

4.

Bezpośrednie
oddziaływanie
impulsowego pola
elektromagnetycznego
(LEMP)

5.

Linie transmisji sygnałów

6.

Instalacja elektryczna nn

7.

Połączenia galwaniczne
liniami sygnałowymi
poszczególnych urządzeń
wewnątrz obiektu

Statystyki prowadzone przez towarzystwa ubezpieczeniowe wykazują, że pomimo stosowania
przepisów dotyczących EMC przez kraje Wspólnoty Europejskiej, nakłady ponoszone na
pokrycie strat w systemach elektronicznych spowodowanych przez zakłócenia
elektromagnetyczne stanowią kilkanaście procent ogólnej sumy wypłacanych odszkodowań.

Wniosek z tego, że problemy ochrony przepięciowej systemów komputerowych nabierają
coraz większego znaczenia. Ich rozwiązanie będzie wymagało kompleksowego potraktowania
uwzględniającego wszelkie możliwe zagrożenia, odporność udarową urządzeń i właściwości
dostępnych środków ochronnych.

Zagrożenia wynikające z niewłaściwego
okablowania obiektu
Brak koordynacji w układaniu przewodów różnego rodzaju instalacji wewnątrz obiektu
(np. elektrycznych, telefonicznych, alarmowych, komputerowych i odgromowych) może
doprowadzić do zagrożenia współpracujących z nimi systemów komputerowych. W tym
przypadku groźne mogą być nie tylko przepięcia dochodzące bezpośrednio przewodami,
ale również przepięcia powstałe na drodze indukcji elektromagnetycznej w różnego
rodzaju pętlach przewodów.
Zagrożenia systemów komputerowych spowodowane przez błędy w
okablowaniu

wnikanie prądu piorunowego
do budynku przez system
wentylacyjny

przepięcia indukowane na
skutek sprzężenia pomiędzy
przewodami okablowania a
instalacją piorunochronną

Jak wynika z danych dostępnych w literaturze, amplitudy zakłóceń mogą osiągać wartość od kilkuset
V do kilkudziesięciu kV.
Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne. Jako
przykład należy tu wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w
dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę
urządzeń elektronicznych, obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego uszkodzenia elementów
układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych to 10-3 Ws, dla tranzystorów jest to 10-6 Ws, a dla
układów scalonych już tylko 10-8 Ws.

Zagrożenie systemów komputerowych
spowodowane przez wnikanie prądu
piorunowego do budynku przez system
wentylacyjny

Zagrożenie
systemów
komputerowych
spowodowane przepięciami indukowanymi
na skutek sprzężenia pomiędzy przewodami
okablowania a instalacją piorunochronną

Odporność udarowa całych urządzeń jest znacznie większa od odporności poszczególnych
elementów składowych. Zwiększenie odporności udarowej urządzeń do ściśle określonych
poziomów jest wymagane przez obowiązujące normy międzynarodowe i europejskie. Zwiększenie
odporności udarowej urządzeń nie zapewnia jednak pełnego bezpieczeństwa, gdyż wartości
szczytowe przepięć atmosferycznych, powstające podczas uderzenia piorunu w obiekty budowlany,
w którym pracują komputery, lub w jego bliskim sąsiedztwie są znacznie większe od wymaganych
poziomów odporności udarowej.

Pojawiające się w sieci sygnałowej przepięcie może w przypadku rozległej sieci komputerowej
zniszczyć jednocześnie od kilkunastu do kilkudziesięciu kart sieciowych i uszkodzić elementy
aktywne sieci.

Ochrona systemów komputerowych oparta na
strefowej koncepcji ochrony LPZ
Analizując koszty ewentualnych uszkodzeń, należy uwzględnić te spowodowane wyłączeniem z
normalnej pracy pewnej części lub nawet – w skrajnym przypadku – całej sieci komputerowej. W
bankach, nowoczesnych zakładach przemysłowych, centrach handlowych i biurowych suma strat
związana z przestojem może znacznie przewyższyć koszty zniszczonego sprzętu komputerowego.

Dopiero
prawidłowe
wyrównanie
potencjałów
wszystkich
instalacji
dochodzących do komputera zabezpiecza nas
przed
tego
rodzaju
zagrożeniami.
Podstawowym
zadaniem
ochrony
przeciwprzepięciowej
jest
wyrównanie
potencjałów opierające się na strefowej
koncepcji ochrony odgromowej, zgodnie z
PN-IEC 61312-1.

Zgodnie z normą przestrzeń chroniona obiektu winna zostać podzielona na strefy ochrony
odgromowej (LPZ – Lighting Protection Zone). Każda ze stref charakteryzowana jest przez zmianę
warunków elektromagnetycznych, jakie występują na jaj granicach.
I tak:
 LPZ 0A – wszystkie elementy rozmieszczone w tej strefie narażone są na bezpośrednie uderzenie
pioruna,
 LPZ 0B – rozmieszczone w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna,
ale w dalszym ciągu występuje w niej nietłumione oddziaływanie pola elektromagnetycznego
(LEMP).
 LPZ 1 – występujące w tej strefie elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a
pole elektromagnetyczne jest najczęściej tłumione przez elementy konstrukcyjne budynku.

Dzięki stosowaniu ograniczników przepięć, prądy udarowe, jakie mogą pojawić się w instalacjach
przewodowych, są znacznie mniejsze w stosunku do tych, jakie mogą pojawić się w strefie LPZ 0.
Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2) zapewniają dodatkowe zmniejszenie oddziaływania
prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego. Wymagania dotyczące poszczególnych stref
dopasowane są do poziomu ochrony instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych.

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia wyrównawcze, których zadaniem jest zmniejszenie różnic
potencjałów między metalowymi częściami i instalacjami znajdującymi się wewnątrz przestrzeni
chronionej przed oddziaływaniem LEMP.
Połączenia na granicy poszczególnych stref należy wykonać za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń:
 bezpośrednich – pomiędzy przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje
trwale potencjał elektryczny,
 za pomocą ograniczników przepięć (SPD) pomiędzy urządzeniami uziemionymi, a urządzeniami
izolowanymi od ziemi i znajdującymi się pod napięciem przewodami urządzeń elektrycznych i linii
sygnałowych

Ogólne zasady stosowania ograniczników
przepięć do ochrony sieci LAN
Ochrona przepięciowa
w instalacji elektrycznej
Obiekty budowlane, w
których występują rozległe
sieci
komputerowe,
wymagają
stosowania
wielostopniowej ochrony
przeciwprzepięciowej.
Przykład takiej ochrony
ilustruje rysunek:

Na wejściu instalacji elektrycznej do budynku (granica stref LPZ 0 i LPZ 1) zainstalowano ogranicznik
przepięć spełniający wymagania prób klasy I (ogranicznik przepięć typ P). Zapewnia on skuteczną
ochronę instalacji elektrycznej przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim oddziaływaniem
prądu piorunowego na sieć zasilającą oraz przepięciami łączeniowymi

Kolejny stopień ochrony stanowią ograniczniki
przepięć spełniające wymagania prób klasy II
(ogranicznik przepięć typ II), których zadaniem
jest ochrona instalacji elektrycznej przed
przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i
przepięciami łączeniowymi. W zależności od
zaprojektowanego sposobu zasilania sieci
komputerowej mogą być one instalowane w
rozdzielnicach piętrowych lub wydzielonych
tablicach komputerowych, z których zasilane są
poszczególne stanowiska (lub grupy stanowisk)
komputerowych.
Zagrożenie
systemu
komputerowego
spowodowane błędami montażowymi
ograniczników przepięć

Jako końcowy stopień ochrony dla wybranych urządzeń
informatycznych zastosowano ograniczniki przepięć typ III.
Zabezpieczają one wybrane ważne systemowo urządzenia
(serwerownia) i urządzenia komputerowe znacznie oddalone od
tablic, w których zastosowano ogranicznik przepięć klasy II.
Przykład ochrony końcowej
urządzeń informatycznych za
pomocą ograniczników przepięć
klasy III

Należy pamiętać, że instalując ograniczniki przepięć
należy przestrzegać podstawowych zasad dotyczących
długości i przekroju przewodów łączeniowych.
Lekceważenie tych zaleceń może doprowadzić do
tego, że pomimo zastosowania ograniczników
napięciowych poziom ochrony przekroczy poziom
odporności udarowej systemu komputerowego.

Ochrona przepięciowa w okablowaniu strukturalnym

Ograniczniki przepięć instalowane w okablowaniu strukturalnym mogą zabezpieczyć przed
przepięciami pojedyncze tory lub nawet kilka linii sygnałowych. W przypadku kompleksowej ochrony
sieci lokalnej zalecane jest umieszczenie ograniczników przepięć:
 przed serwerem
 przed koncentratorem – ochrona linii dochodzących do serwerowni od stacji roboczych
znajdujących się w odległych pomieszczeniach.
 Wszystkich linii (telefoniczne, monitoring) dochodzących do serwerowni z zewnątrz budynku.
W przypadku stanowisk pracy (końcowe stacje robocze) o stosowaniu środków ochrony decyduje
rachunek techniczno-ekonomiczny. W przypadku braku ograniczników należy liczyć się z wystąpieniem
możliwości uszkodzenia kart sieciowych lub innych urządzeń peryferyjnych

Przykład kompleksowej ochrony w okablowaniu strukturalnym przedstawia rysunek:

Ochrona przeciwprzepięciowa sieci LAN –okablowanie strukturalne

Podsumowanie
o Poprawnie zaprojektowana i wykonana ochrona przed przepięciami w obiektach budowlanych z
sieciami LAN jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o niezawodnym działaniu
nowoczesnych systemów elektronicznych i komputerowych.
o Znaczne ograniczenie przepięć indukowanych wewnątrz obiektu można osiągnąć dzięki
koordynacji wzajemnego ułożenia instalacji elektrycznych, sygnałowych i instalacji
piorunochronnej.
o Dodatkowym czynnikiem, który powoduje ograniczenie zagrożenia przepięciami pochodzenia
atmosferycznego w rozległych sieciach komputerowych, jest odpowiednie uziemianie i
ekwipotencjalizacja.
o Rozwiązanie problemów ochrony przeciwprzepięciowej, najlepiej wykonać we współpracy ze
specjalistycznymi firmami zajmującymi się problematyką ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej.

KONIEC

Prezentacja opracowana na podstawie artykułu:

„Ochrona przed przepięciami lokalnych sieci komputerowych” – Elektro Info 5/2004