Concevoir des ports de câble Ethernet pour résister aux surtensions de foudre

Sep 24, 2023

Le sujet des dommages causés par la foudre aux ports Ethernet a fait l'objet d'une attention accrue ces dernières années. Pour des raisons qui ne sont pas entièrement comprises, de plus en plus de fabricants sont confrontés à des pannes sur le terrain causées par des dommages visibles sur les ports Ethernet, comme celui illustré dans la figure 1. D'autres pannes de surtension suspectées ne montrent pas de dommages visibles, mais le moment des pannes est en corrélation avec les paramètres locaux. activité orageuse. Il n'est pas clair si cette récente augmentation des pannes est simplement due au fait que davantage d'équipements connectés à Ethernet sont désormais en service ou à des changements dans les types d'équipements interconnectés via des câbles Ethernet.

Figure 1 : Dommages causés par la foudre à un port Ethernet

En raison de la sensibilisation croissante de l'industrie aux dommages causés par les surtensions aux ports Ethernet, une attention considérable a été accordée à la compréhension des mécanismes de couplage de surtension impliqués. Diverses théories ont été avancées, toutes basées sur la physique établie de la façon dont les surtensions induites par la foudre peuvent apparaître sur les câbles de communication. À l’heure actuelle, il n’existe pas de consensus clair sur lequel de ces mécanismes connus est la cause dominante des dommages observés sur les ports Ethernet.

Cet article passera brièvement en revue les mécanismes connus qui couplent les surtensions de foudre aux câbles de communication, et décrira comment ces mécanismes s'appliquent au cas spécifique du câblage Ethernet. Une compréhension de base de ces principes est utile pour comprendre les exigences émergentes de l'industrie en matière de tolérance aux surtensions des ports Ethernet.

Une fois les différents types de menaces de surtension Ethernet expliqués, certaines stratégies de conception spécifiques seront suggérées pour obtenir différents niveaux de tolérance aux surtensions. Il s’avère que des améliorations utiles peuvent être obtenues à faible coût en appliquant quelques règles de conception simples. Des niveaux élevés de tolérance aux surtensions entraînent généralement un certain coût, mais les mêmes stratégies de protection de base s'appliquent toujours.

Historiquement, de nombreuses personnes pensaient que les ports Ethernet n'étaient pas soumis aux surtensions dues à la foudre. Après tout, la plupart des câbles Ethernet sont entièrement acheminés à l’intérieur d’un bâtiment donné et ne semblent pas être exposés aux surtensions de foudre. Dans certains cas, les câbles Ethernet sont acheminés à l'extérieur d'un bâtiment pour des applications telles que les caméras de sécurité utilisant Ethernet. De nombreuses personnes considèrent que les applications extérieures sont le seul cas où les surtensions de foudre doivent être prises en compte, mais l'expérience a montré que ce n'est pas le cas.

À mesure que l'incidence des dommages causés par les surtensions des ports Ethernet est devenue plus largement reconnue, divers fournisseurs et groupes industriels ont commencé à se concentrer sur la compréhension de la raison pour laquelle ces dommages se produisaient et sur la manière de les éviter. Plusieurs grandes entreprises ont développé leurs propres exigences internes en matière de tolérance aux surtensions de leurs ports Ethernet, et les représentants de ces entreprises se sont efforcés d'influencer les normes industrielles émergentes.

La première norme publique à répondre à l'incidence accrue des dommages causés par les surtensions des ports Ethernet a été l'édition 2011 (numéro 6) de la norme Telcordia NEBS GR-1089, utilisée par la plupart des principaux opérateurs de télécommunications aux États-Unis. Le GR-1089 n'est pas une exigence réglementaire, mais la plupart des opérateurs de télécommunications aux États-Unis l'utilisent dans le cadre de leurs spécifications d'achat d'équipements de réseau de télécommunications. Les équipements de réseaux de télécommunications constituent un marché important, c'est pourquoi les modifications apportées dans la version 6 du GR-1089 ont suscité beaucoup d'attention. Dans la version 6 du GR-1089, les exigences de tolérance aux surtensions pour les ports Ethernet ont été considérablement étendues par rapport à l'édition précédente.

La tolérance aux surtensions Ethernet a également retenu l'attention au niveau international. Au cours de la période 2012-2015, les normes K.20, K.21, K.44 et K.45 de l'Union internationale des télécommunications ont toutes été mises à jour pour inclure des tests spécifiques de surtension de foudre pour les ports Ethernet.

Plus récemment, en 2016, l'Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS) a publié l'ATIS-0600036, « Protection électrique pour les systèmes Ethernet ». Ce document fournit un examen complet des différents risques de surtension Ethernet et des méthodes qui peuvent être utilisées pour se protéger contre ces risques. Il existe également une section contenant les exigences de test recommandées pour des types spécifiques de scénarios de déploiement Ethernet.