Гроза и сетевые карты

Напоминаем задачу от mike (old student) из предыдущего выпуска: "Мы с приятелем живём на разных этажах. Оба инженеры-электроники, общее хобби. Соединили компы кроссовером метров двадцать. Но однажды пришла гроза; нет, не в виде нетрезвого дяди Васи, рушащего "оппонентские сети", а самая натуральная. Правду говорят: "С большой тучи малый дождь" - блеснуло разок между облаками, слегка покапало, и опять солнышко. Каково же было наше удивление, когда мы обнаружили отказавшие сетевые карты! Ведь молния никуда не била! Даже в землю... У меня от приёмника провод брошен на крышу, так он же не сгорел. И компы были выключены. Мистика какая-то. Вопрос: почему карты повредились?".

Многие инженеры-электроники из числа читателей "КВ" прониклись сочувствием к коллегам. Они предложили несколько вариантов, как можно объяснить это загадочное явление.

"Майк, из опыта могу сказать, что вариантов много, - пишет Эдуард с форума "КВ". - Скорее всего, проблемы с питанием. Ваши компьютеры на разных фазах. В момент грозы могло быть или отключение, или бросок по одной из фаз. Скорее всего, второе. По ЛВС - гальваническая связь. Бывает, при "кривом" питании и без грозы горит. Поэтому в грозу выключаю свой комп, а в сильную и телевизор: однажды "вылетел" входной фильтр питания. В сильную грозу выдергиваю сеть (локальную) из системника. Тем более, достаточно длинная линия".

"Провод от приёмника не создает замкнутый контур, а витая пара между сетевыми картами создаёт замкнутые контуры в виде "выходной каскад передатчика сетевухи - линия - приемный каскад сетевухи", - объясняет Alex с форума "КВ". - Любое наведенное напряжение на линии в 20 метров их повредит, не то что от молнии, а даже от статики".

"Так уж и любое? - отвечает Инкогнито с форума "КВ". - Каким же оно должно быть? И, главное, откуда взялось? Да и контакты в кабельных гнёздах карточек гальванически не связаны с их начинкой. Кроме того, кабель ТВ-антенн тоже образует контур из двух проводов, а телевизоры не горят! Ну, кроме прямых ударов в антенну".

Электромагнитный импульс и наведённый ток

Как можно было догадаться, ключевым элементом в условиях задачи была "молния, которая пару раз блеснула между облаками". Многие читатели "КВ", которые отлично разбираются в физике, основали своё решение именно на этом. Приводим полностью некоторые ответы, близкие к правильному.

"Компьютеры заземлены, при выключении питания заземление не отключается. Следовательно, через кроссовер мы имеем замкнутый контур. При разряде молнии создается мощный электромагнитный импульс. Этот импульс наводит в нашем контуре блуждающие токи, которые вызывают разность потенциалов между концами кроссовера. Эта разность потенциалов через входы компьютеров и повредила сетевые карты", - отвечает Владимир Кириллов, который первым прислал решение задачи в наш почтовый ящик.

"Электромагнитный импульс от разряда молнии наводит в неэкранированной витой паре высоковольтные помехи. Эти помехи могут привести, например, к значительной разности потенциалов между отдельными проводниками витой пары или между проводником и "землей" компьютера. Думаю, суть вопроса сводится к имевшему место вертикальному градиенту напряженности электрического поля, возникшего от разряда молнии между облаками, - пишет Игорь Рындевич. - Поскольку компьютеры расположены на разных этажах, то присутствует также градиент потенциалов в проводниках, наведенный этим полем, который приводит к возникновению тока (поскольку в сетевых картах используется трансформаторная развязка цепей, то в подключенном кроссовере проводники образуют замкнутый контур). Этот ток в силу своей величины мог привести к пробою гальванической развязки, рассчитанной на несколько сотен вольт. Кстати, в вопросе не указано, какая витая пара используется - экранированная или нет. Для экранированной пары могут быть другие причины выхода оборудования из строя, связанные с неправильным использованием заземления".

Все эти варианты очень близки к правильному, хотя и не учитывают важный момент, что при приближении грозы напряжённость электрического поля нарастает постепенно.

Электромагнитным импульсом и наведённым током, без особых дополнительных комментариев, объяснили выгорание карт Сергей (jkarus@), Дмитрий Проскура и Erj (Erj_vania@).

Правильный ответ

Вот оригинальный ответ на задачу от пострадавших инженеров-электроников, которым после произошедшего пришлось досконально разобраться в проблеме: "Когда над нами висит грозовое облако, напряжённость электрического поля в вертикальном направлении может достигать нескольких десятков кВ/м. При образовании грозового облака поле нарастает постепенно. При этом электроны в металлических вертикальных предметах, концы которых изолированы, перераспределяются: на одном конце образуется их избыток, на другом - недостаток. Интересно, что эту разность потенциалов нельзя измерить! На концах киловольтметра будет наведена та же разность потенциалов. При приближении или образовании грозового облака перераспределение электронов в проводах происходит постепенно, по мере нарастания поля, и ток при этом мал. При грозовом разряде (в задаче - в другое облако) внешнее электрическое поле рывком исчезает, и равновесие зарядов рывком восстанавливается, при этом по вертикальным проводам протекает уравнивающий ток, величина которого может достигать нескольких десятков ампер (добавим здесь замечание от нашего читателя Алексея (aleksei_luzin@): "При приближении грозы с отключенного провода-антенны достаточной длины слетают искры до 5-10 см длиной"). Если провода пары идентичны и одинаково хорошо контактируют с сетевой картой, то она не страдает, так как в месте подключения к карте потенциалы выравниваются одновременно. Но если один из проводов в одной и той же скрутке имеет отличный от другого импеданс (например, был повреждён при прокладке), то потенциалы выравниваются не одновременно, и между проводами пары, подключенными к карте, возникает значительное поперечное напряжение, которое может вывести карту из строя. Любопытно, что экранирование тут не спасает, так как экран не защищает от статического электрического поля. Просто нужно быть аккуратным при монтаже и не пользоваться дармовыми "бэушными" кусками кабеля, как мы с приятелем".

Наиболее близко к оригиналу на вопрос ответили Seth (seth22@) и Антон Канторов.

А теперь - новый вопрос от mike (old student).

"В своей работе неоднократно приходилось соединять с компьютером радиостанции. Одно неудобство: Motorola комплектовалась тяжеленным блоком питания со встроенным компенсационным стабилизатором напряжения. К тому же из-за низкого КПД блок в закрытом шкафу перегревался. Однажды, чтобы уменьшить поклажу, я заменил этот штатный блок на компьютерный блок питания. Сначала опасался, что он будет давать помехи приёмнику "моторолы". Но напрасно - установив блок и "моторолу" на объекте, я убедился, что потери чувствительности не произошло, а мощности 12-вольтового выхода блока хватало для передатчика. И перегрева не было! Заменил блок ещё на одном объекте - прекрасно! Но в третий раз, после замены штатного блока питания на компьютерный, передача данных пошла через пень-колоду. Поразмыслив, я понял, почему "моторолу" комплектовали "устаревшим" блоком питания. Вопрос: почему?"

Присылайте свои ответы на адрес puzzle@kv.by или бумажной почтой на адрес редакции.

mike (old student),
Анатолий АЛИЗАР