Veri hatları için aşırı gerilim koruması

Hangi aşırı gerilim korumanın her bir vaka için gerekli olduğu, her bir sisteme göre değişmektedir. Veri ve sinyal hatları genel olarak üç gruba ayrılabilir: Dijital sistemler, analog sistemler ve DC güç kaynağı sistemleri. Bunlar sadece işlevsellik açısından değil, kullanılan kablo ve tel türleri açısından da farklılık gösterir.

Ve üç grubun içinde bile, özel uygulamaya bağlı olarak farklılıklar bulunmaktadır. Uygulamada DIN VDE 0100-443 ve DIN VDE 0100-534 standartları geçerlidir. Özellikle koruma seviyeleri, aşırı akım dayanımı ve SPD'lerin (aşırı akım koruma cihazları) standartlara uygun montajı açısından aşırı gerilim koruma tedbirlerinin ne zaman ve nasıl kullanılacağını tanımlarlar.

Bağlı cihazların güvenilir bir şekilde korunması için aşırı akımların güvenli bir şekilde toprağa yönlendirilmesi de önemlidir. Yalnızca koordineli bir genel konseptle her türlü veri sisteminin hatasız çalışması sağlanabilir ( Şekil 1 ).

Fieldbus sistemleri gibi dijital sistemler, hassas, parazite dayanıklı sinyallerle çalıştıkları için aşırı gerilimlere karşı özellikle korunmalıdır. Girişime dayanıklı sistemler belirli tipteki girişimlere karşı korumalı olsalar da, normal çalışma parametrelerinin dışında kalan ve fiziksel hasara yol açabilen ani ve şiddetli dalgalanmalara karşı hassastırlar.

Dijital sistemlerde veri iletimi için yüksek frekansları destekleyen ve elektromanyetik girişimi (EMI) mümkün olduğunca ortadan kaldıran özel tipte kablolar kullanılır. Tipik kablo tipleri arasında, sinyal hatları ve çevresinde ekranlama bulunan ve yüksek frekanslı dijital verilerin güvenilir şekilde iletilmesini sağlayan koaksiyel kablolar yer alır. Ekranlama, iç iletkeni elektromanyetik etkilerden korur ve iletim güvenilirliğini sağlamayı amaçlar. Kalkanlama genellikle bir örgüden, yani bakır ve alüminyum tellerin yoğun bir ağından, bir folyodan, genellikle alüminyum veya bakır folyodan veya maksimum kalkanlamayı elde etmek için örgü ve örgünün bir kombinasyonundan oluşur.

Dijital sistemleri güvenilir şekilde korumak için kapsamlı bir aşırı gerilim koruma konseptine ihtiyaç vardır. Tüm erişim noktaları (güç, veri veya sinyal hatları) güvence altına alınmalıdır. Bunun temeli, DIN VDE 0100-443/-534 ve VDE 0185-305 yıldırım koruma standardına uygun standartlara uygun tesisatlar olup, bunlara 1 ila 3 tip SPD'ler ile kademeli koruma konsepti eklenmiştir. Özel aşırı gerilim koruma cihazlarının kullanımı özellikle kontrol, veri ve iletişim hatları için önemlidir ( Şekil 2 ).

Bunun bir örneği, Raycap'in CAN bus, Profibus veya RS 485 gibi dijital fieldbus sistemleri için özel olarak geliştirilen » Raydat NSB-3 « serisidir. Bu ayrıca, örneğin demiryolu tesislerinin yakınları gibi güçlü toprak potansiyeli farklılıklarının olduğu ortamlarda yüksek aşırı gerilimlere karşı koruma sağlar. Kompakt tasarımları, "sıcak değiştirme" (yani, veri iletimini kesintiye uğratmadan veya sistemi yeniden başlatmadan çalışma sırasında aşırı gerilim korumasını değiştirme) olanağı ve hızlı bağlantı konnektörleriyle hızlı kablolama imkanı sayesinde SPD'ler, iletişimi kesintiye uğratmadan mevcut sistemlere esnek bir şekilde entegre edilebilir.

Analog sistemler, belirli bir aralıktaki her değeri alabilen sürekli sinyalleri işler. Özellikle dış etkenlere bağlı sinyal bozulmalarının önüne geçmek için kullanılan kabloların çok iyi bir şekilde ekranlanması gerekmektedir.

Analog veri sistemlerine aşırı gerilim koruması sağlanırken, özellikle sinyal kalitesinin bozulmamasına dikkat edilmelidir. Çünkü bu sistemler, dijital sistemlere kıyasla elektromanyetik girişim, gürültü ve sinyal bozulması gibi dış etkenlere karşı daha hassastır. Bu nedenle koruma cihazlarının yüksek iletim hızlarını garantilemek için minimum zayıflama ve hızlı tepki süresiyle çalışması gerekir ( Şekil 3 ). Aşırı gerilime karşı korumalı analog anahtarlar veya çoklayıcılar, aşırı gerilim durumunda yüksek empedansa geçerek sinyal zincirini basitleştirebilir ve harici koruma bileşenlerinin yerini alabilir, böylece kaçak akımları azaltabilir.

Raycap, sinyal hatları üzerinden güç iletimi için güç besleme hatları ve sensörler ve ölçüm sistemleri için kontrol sistemleri gibi yüksek performanslı sinyal hatları gibi analog sistemler için "Raydat NSL-2" serisini geliştirdi. Bu dalgalanma bariyerleri, kaba ve ince koruma seviyelerine sahip olup, uzunlamasına ve enine dalgalanma koruması sağlar.

Analog sinyal koruma ürünleri, iç yapıları gereği yüksek frekanslı sinyalleri de koruyabilmektedir. Özellikle topraklama olmadan veri, sinyal ve haberleşme devrelerine bağlanabilen bağlantıları korumak için tasarlanmıştır. Bunlar, özellikle demir yolu rayları veya boru hatları gibi toprak potansiyelinde sıklıkla yüksek artışların meydana gelebileceği uygulamalar için tasarlanmıştır.

»Raydat NSL2« serisi, 6,2 mm'lik özellikle ince tasarımı ve yüksek aşırı gerilimlere karşı bile güvenilir koruma sunuyor. Doğrudan ve dolaylı topraklamalı versiyonları mevcut olup, haberleşmeyi kesmeden modüllerin sıcak değiştirilmesine olanak sağlar. Hızlı bağlantı konnektörleri aynı zamanda hızlı ve kolay kablolama imkânı da sağlar.

DC hibrit kablolar, güç kablolarını Cat-6A gibi veri kablolarıyla birleştirir ve uygulamaya bağlı olarak (sabit veya mobil) PVC veya TPE'den yapılmış özel izolasyona sahiptir. Saf güç beslemesi için genellikle bakır veya alüminyumdan yapılmış ve enerji kayıplarını en aza indirecek şekilde boyutlandırılmış standart doğru akım kabloları kullanılır. Ayrıca, PoE (Power over Ethernet) sistemleri, yani sinyal hatları üzerinden elektriğe güç sağlayan güç besleme hatları da bulunmaktadır.

PoE sistemleri özellikle yıldırım, elektrostatik deşarj veya güç dalgalanmalarından kaynaklanan dalgalanmalara karşı hassastır. Bunun bir nedeni de PoE sistemlerinin hem elektrik enerjisini hem de veriyi aynı Ethernet kablosu üzerinden iletmesidir. Bu durum karmaşıklığı artırır ve sistemleri voltaj yükselmelerine karşı hassas hale getirir; çünkü hem güç kaynağı hem de veri bütünlüğü tehlikeye girebilir.

IP kameralar veya erişim noktaları gibi ağ cihazlarını korumak için PoE standartlarına (IEEE 802.3) uygun ve çok hızlı tepki veren uygun aşırı gerilim koruma cihazlarının kullanılması gerekir. Kapsamlı bir koruma için, şebekenin her iki ucuna bu tür cihazların yerleştirilmesi ve fazla enerjinin güvenli bir şekilde dağıtılması için uygun topraklama yapılması gerekir.

Planlama ve montajda DIN VDE 0100-443, -534, DIN EN 50174-2 standartları ve VDE 0185-305 yıldırımdan korunma standartları esas alınmaktadır. PoE sistemlerinin sorunsuz ve güvenli bir şekilde çalışması yalnızca standartlara uygun uygulama ve uygun koruma teknolojilerinin hedefli kullanımıyla garanti edilebilir.

“Raydat Dar Hat” serisi bu konuda da çözümler sunuyor. CAN bus ve Devicenet gibi hem güç hem de sinyal hatları gerektiren iletişim protokollerine sahip uygulamaları korur. “Raydat NPS-2” serisi özellikle güç kaynaklarının korunması için tasarlanmıştır. Koruma, gaz deşarj tüpü (GDT) ve metal oksit varistör (MOV) kombinasyonu ile sağlanır.

Tam korumadan yararlanabilmek için aşırı gerilim koruma çözümlerinin sürekli olarak izlenmesi önemlidir. Raycap’ın Narrow Line’ı bu duruma da bir çözüm sunuyor: “Raydat NMU”. Bir izleme verici ünitesi (»Raydat NMU-TX«) ve bir alıcı ünitesinden (»Raydat NMU-RX«) oluşan bir çift, bir seride 50'ye kadar aşırı gerilim koruma cihazının durumunu kontrol eder ( Şekil 4 ).

İzleme ünitelerindeki LED'ler sistemin durumunu gösterir. Her bir SPD'nin durumunu izlemek için yönlendirilmiş bir ışık demeti yayılır. Bir hata durumunda SPD hatayı keser ve NMU sistemi arızayı doğrular. Bu, sorumluların koruma sistemlerinin durumu hakkında her zaman net bir fikre sahip olmaları ve bir arıza durumunda hızlı tepki verebilmeleri anlamına gelir.