木製のコアを備えた作業用変圧器、またはコンピューターとテレビ用の単純な雷保護

ロシアの偉大な詩人であるチュチェフはコンピューターもネットワークも持っていなかったので、そうでなければ「5月上旬の雷雨が大好き」とは書かなかったでしょう。 近年、落雷保護の関連性はより小さくなりました-光学、無線技術、それでも。
ケーブルがアパートに入ってきて、このケーブルが光ケーブルではない場合、雷雨が機器を脅かしています。

テレビがあり、それが一般的なネットワーク-ケーブルテレビ、集合アンテナ（突然）-アパートの外にあるものに接続されている場合、雷雨はテレビ（およびコンピューター以上のもの）への脅威です。

雷雨（より正確には雷）からの保護について説明する前に、私たちが何を扱っているかを考えてみましょう。
雷の物理学と「無線工学」に興味がある人はすべて、電流強度、電圧、持続時間、スペクトルなど、 1939年からのソビエト科学者の基礎研究を参照しています。

つまり、雲と地球という2つのオブジェクトがあります。
移動中の雲は、他の雲や空気流と「摩擦」し、摩擦した電荷と電荷を交換します。

同じように、合成セーターは頭から外すと帯電します。同時に爆発する火花は同じ性質の本当の稲妻で、小さなものだけです。

そのため、クラウドは電荷を獲得し、その電位は数百万ボルトです。 ニュアンスがあります。電位はそれ自体では存在せず、他のオブジェクト、この場合は地球と比較して測定されます。

電気工学の観点から地球とは何ですか？ これは巨大な導体であり、実際には、大容量の球状コンデンサであり、無制限の量で電荷を発散させることができます。
同時に、そのサイズと容量により、地球でどれだけ充電しても、地面からどれだけ電荷を取り出しても、その電位は変化しません。
そのため、地球の電位はゼロに等しいと見なされ、他の電位はそこからカウントされます。

雲の下の空間では、そのようなポテンシャルの分布が形成されます。



雷雲の下のオープンスペースにあるワイヤには、数千ボルト以上の電位が誘導されます。 恐ろしい数字にもかかわらず、この状況は危険を伴いません：
電圧は大きくなりますが、抽出できるエネルギーは、グランドに対するワイヤの容量によって決まり、それはわずかです。

雲が地面に「近づく」と、雷が形成されます。状況は根本的に変化しています。 この場合、機器に大きな脅威を与える2つの現象が発生します。

現象1：強力な電磁波の放射。

波はどこから来ますか？ 雷は実際には導体であり、電流のある「極」であり、この電流は時間とともに急激に変化します。 電流が変化すると電磁波が発生し、雷も発生します。 雷の中の電流は巨大で、数十万アンペアまでで、電磁波は非常に強力です。

「電気」-「磁気」波には、電界と磁界（KO）があります。
彼らはどこに向けられていますか？ 電界-つまり、私たちが興味を持っている-は、雷と平行に向けられています。



任意の2点間の電界では、電位差-電圧があり、この電圧は、点間の距離が大きいほど大きくなります（もちろん、電界自体が大きいほど大きくなります）。
ロシア語で言えば、電磁雷波の場は、波の経路で出会うすべての鉄片に（数種類の）ストレスを誘発します。

どんな電圧？

ワイヤ間の電圧（「逆位相」）



図から明らかなように、波の電界は平行なワイヤに電圧を誘導し、この電圧が大きいほどワイヤ間の距離が大きくなります。
このような電圧は、架空送電線、電話麺など、平行なすべてのワイヤに誘導されます。 このような電圧は、たとえば電源ネットワークに到達し、220Vの電圧の短期サージを引き起こすか、ADSLモデムを無効にします（何らかの理由でモデムへの配線が通り抜ける場合）。
ただし、家庭内の条件では、ワイヤ間の距離が短いため、この電圧はそれほど大きくありません。
この電圧を補償するために、スイートのツイストペアのワイヤと電話トランクケーブルのワイヤも同様です。 図からわかるように、隣接する「カール」のストレスは互いに消滅し、合計ゼロになります（理想的には、もちろん、実際には多くの要因により、ツイストペアケーブルには雷が当たっても電圧が残っています）。



この電圧はコンピューターの観点からどのように見えますか？ そのため、あたかもイーサネットキャリアの小さな（1ボルト未満）信号ではなく、非常に高い電圧のソースがネットワークカードコネクタに詰まっています。

そのため、脅威1：落雷のある通信回線の逆相電圧。

グランドを基準とした両方のワイヤの電圧（コモンモード）

繰り返します。波動場内の導体間の電圧は大きく、導体間の距離は大きくなります。 ただし、通信回線のワイヤのほかに、通信回線自体とアースの2つの導体があります。 それらの間の距離は、ケーブル内のワイヤ間の距離よりもはるかに大きいため、ラインとグランド間の電圧もはるかに大きくなります。



この電圧はコンピューターの観点からどのように見えますか？ したがって、あたかも彼らが通信ラインのすべてのワイヤを接続し、たとえば「+」電圧源に接続したかのように。 このソースの「-」はアースに接続されています。

「はい、しかし私たちのコンピューターは地面に接続されていません、そして地球に対するライン上の電位は私たちにとって問題ではありません」とあなたは言い、この写真を想像してください：



そして、コンピューターが地球に接続されていないような楽観主義はどこにありますか？ 「接続されている」とは、厚い接地バスがコンピューターから出ていることを意味するのではなく、接地とコンピューターの間に何らかの電気回路があることを意味します。

そのようなチェーンはありますか？ よくあります。

従来のシステムユニットのPSUでは、コンピューターの共通のワイヤ（黒いワイヤ）とPSUの「ホット」な部分（コンセントに差し込まれている部分）の間に詳細はありません。

また、モニターやラップトップ用の一部の電源では、コンピューターの接地とPSUの高温部分の接地の間にコンデンサーが取り付けられています。目的は、インパルスノイズを抑制することです。 実際、このコンデンサを介して、お使いのコンピューターは、落雷によるサージ電圧を含むサージ電圧に対して優れた接地を備えています。
「やめて」ともう一度言います。 「電源は接地されていますか？」
はい、コンセントにゼロと位相があるためです。 家庭用ネットワークのゼロ220ボルトは、必ずグラウンドに接続されます。

だから、あなたのコンピュータが回路に接地されているという事実から進んでください
共通コンピュータワイヤ->共通モニタワイヤ->ホットパーツとコールドパーツ間のPSUのコンデンサ->モニタPSUのホットパーツの要素->ネットワークゼロ->グランド
ラップトップはさらに短くなります
ラップトップ回路の一般的な配線->高温部と低温部の間のPSUのコンデンサ->ラップトップPSUの高温部の要素->ネットワークゼロ->グランド

このコンデンサの静電容量は脅威を引き起こすのに十分ですか？ はい 通常、これは数千ピコファラッドであり、このコンデンサを数キロボルトの電圧に充電すると、そのエネルギーはコンピューター回路を無効にするのに十分です。

コンピュータをグランドに接続できる他の回路オプションがあります。

テレビチューナーがあり、ケーブルテレビからのケーブルが含まれている場合、コンピューターは回路に沿って確実に接地されます：共通コンピューターワイヤー->アンテナコネクタの外側->アンテナケーブル編組->入口の接地ケーブルボックス

地面に掘られた金属マストにCDMAアンテナがある場合、コンピュータは回路に沿って確実に接地されます。ケーブルシース->アンテナのクロスヘッド（負荷軸）->マスト->アース。

実際、簡略化された回路図は次のようになります



そのため、脅威2：ラインのコモンモード電圧。

現象2.雷からの電流の広がりとそれに伴う地球の電位の変化

脅威番号1と2は何度も書かれています。 しかし、通常見落とされがちなもう1つの脅威がありますが、コンピューターが本当に接地されている場合（TVチューナー、アンテナ-上記参照）、特にテレビ（テレビでは少し低い）に関連している場合に関連します。

地球とは何ですか？ 繰り返しますが、地球の主な電気的特性は、無制限に電荷を取る能力です。
他に何が請求できますか？ 鉄片、導体、電気回路のすべての部分は、導体のように機能します。 もちろん、このような「擬似地球」は、必要に応じて、その次元と容量のおかげで、はるかに少ない料金で済みますが、必要です。

そのため、落雷が発生しました。 雷の中に電流が流れ、電荷が輸送され、そこにあらゆる種類の電子が流れます。
彼らはどこに運ばれますか？ 落雷の地面に



電流は地球を流れ、落雷の場所の周りに「広がり」ます。 衝撃の場所の周りの地球の電位はゼロではなくなり、落雷の近くのどこかがあなたの接地である場合、衝撃の瞬間のその電位は急激に増加し、接地を通して、雷が地面からコンピュータまたはテレビに「流れ」ます。

そして、彼らは次にどこに行くのですか？ これらの充電では、「アース」の役割がコンピューターまたはテレビの回路によって果たされ、回路内で電荷が広がり、回路の電子ノードに電流が流れ、これらのノードの故障につながる可能性があります。



そのため、コンピューター/テレビで落雷が発生すると、4つの損傷要因がすぐに作用します（ハザード評価は主観的であり、修理経験に基づいています）：



保護

抽象化：2つの方法でストリームから身を守ることができます：ストリームを閉じるか、別のチャンネルに転送します。

エネルギー流出口
雷保護の最も単純な原理：コモンモードおよび逆位相電圧に関連する、短絡または過剰なエネルギーの地面への放出。

条件スキームは簡単です：



電圧を超えた場合（電線対電線または電線対接地）、しきい値要素は回路を開閉します。
しきい値要素の最適なオプションの1つはガス放電デバイスで、最も単純なオプションは通常のネオンです。



ネオンは、このような目的に最適な避雷器ではありません。高い内部抵抗、低い電力損失、そして実際、これには適していません。

ライン保護用の専門のアレスタがあります：



そして、このような火花ギャップによる雷保護



このような雷保護のスキームのバリエーションは、一般的に、高価な避雷器を複数のラインに配置する方法と、追加の保護要素（バリスタ、火花ギャップ）を追加する方法に帰着します。
インターネット上には、多くのデバイスが販売されており、実装自体のための回路があります 。

そのような保護を適用することは理にかなっていますか？ もちろん、彼らが救助に来たとき、多くの状況がありました。 発行価格は数ドルです。
しかし、これに注意しましょう：
1.すべての保護は、テレビおよび一般的に接地された機器には適用されません（上記を参照）。
2.そのような保護はすべて、その一部を落とす、落とす/閉じることによってラインに誘導される電圧のフルパワーで動作します。

雷によってラインに誘導される電圧の電力を減らす方法があります。

ガルバニック絶縁

電気および無線工学では、「ガルバニック絶縁」の概念があります-必要なものが送信されるとき、送信部と受信部の間に電気接続はありません。

最も単純な例はトランスフォーマーです。 彼はどのように働いていますか？ 1つの巻線が磁気回路を磁化します。この磁化反転電圧により、2番目の巻線に次のような電圧が現れます。


このデバイスで私たちが興味を持っている主なもの：
-一次巻線と二次巻線は互いに接続されていません。 まさか。 コモンモード電圧は、原則として、トランスを通過しません
-一次巻線を少なくともメガワットの発電所に接続できます-二次巻線では、コアが通過できる以上の電力は得られません。

すべての着信イーサネットペア、およびアンテナ入力のテレビにトランスを設置すると、多くの問題が解決します。
まず、地面から身を解き、最も危険な問題-デバイスへの雷電流の流れを排除します。
主にテレビにとって重要であり、雷雨の後に燃え尽きてしまい、PSUが誤動作していないこと、つまり、高度な統合を備えた内部ノード-プロセッサ、信号処理マイクロ回路などが重要であることを強調します。
第二に、当然、位相のずれた干渉はデバイスの入力に到達しますが、その電力はトランスによって制限され、害をもたらしません。 さらに、落雷保護により簡単かつ確実に遮断できるようになりました。
第三に、同相干渉はまったく到達しません。

美人？ もちろん。 保護機能に加えて、トランスは問題なく信号を通過させる必要があり、ニュアンスが始まることを忘れないでください。

ネットワークカードの入力では、トランスフォーマーが必須です。Googleに導入された最初のスキームは次のとおりです。



しかし、実際には、実際にはほとんど役に立たないことが示されており、ネットワークカードも他のすべても燃えています。 おそらくこれは、設計上の特徴、または非常に細いエナメル線が巻かれている導体の絶縁破壊によるものです。

翼なしで同じものを作るのは非現実的ですが、磁気コアを備えた改良されたトランスです-イーサネット100base-t周波数およびテレビ周波数（数百メガヘルツ）の場合、トランスの設計と設計は複雑であり、特別な高周波磁気コア材料が必要です。

しかし、すべてをはるかに簡単に解決できます。

木製コアトランス

ツイストペア、半メートル、重要ではありません。

重要！ ツイストペアは損傷したり、編んだり、ターンのピッチに違反したりしないでください。ケーブルから慎重に取り外し、ワイヤーを引っ張らないでください！

非金属製のマンドレルに巻き付けます。次のようにできます。

かそこら


真剣に、私たちは非導電性、非金属性のものを巻き取りますが、それを便利にします。 巻き方、回転数など-重要ではありません。
両端を5 cmのままにして、巻き線を固定します-再び非導電性のもので、両端を織り、異なる方法で織ります：同じ色の端を一緒にねじります。

結果は次のとおりです。


つまり、各ワイヤは個別の巻線です。

これは変圧器ですが、別の原理に基づいて動作します：長い線路上の変圧器です。
この場合の長い線は、ツイストペアです。 その中で、イーサネットネットワークが機能していると、電磁波が励起され、そのエネルギーがペア内に集中します（そのため、どのリールを使用するかは重要ではありません）。 この電磁波の電界エネルギーにより、あるワイヤから別のワイヤへの信号の伝送が保証されます。

そのような変圧器を使用して雷から保護する方法は？

これらの変圧器を2つ製作します。 何らかの方法で2ペアのギャップにそれらを含める必要があります。ケーブルを丁寧に切断し、必要なペアを切断し、これらのトランスをオンにするだけです。 極性は重要ではありません。

あなたの質問にすぐに答えます。

これは冗談ではなく、設計をテストして使用します。 雷雨で電源を切ることはありません。問題はありませんでした。その前に、ネットワークカードとマザーボードをいくつか焼きました。

インターネットにも同様の変圧器オプションがありますが、フェライトリングに巻かれています。
私はこれに反対します。リングは信号伝送に関与しませんが、フェライトは導体であり、不良ですが、導体です。 リング上で巻き戻すと、不要な浮遊容量が発生し、落雷時にコアが故障する可能性があります。
しかし、リング上では、もちろん、デザインがきれいに見えます。 好みの問題。

ギガビットネットワークではチェックされませんでした。

このような設計では、0.5メートルからのトランスのツイストペアの長さによる損失は発生しません。
デバイス（HF電圧計即興）による測定では、信号レベルの低下は見られません。

100メートルまでのリンクは、動作と同じように動作します-0％の損失、ping時間は変更されていません。
一般に、ネットワークの観点からは、着信ネットワークケーブルの断線部にこのような2つのトランスが存在することは、まったく検出されません。

私は他の雷保護を使用しません。

テレビ保護

ここでの主なタスクは、アンテナケーブルの編組に沿って「来る」地球を取り除くことです。 原則は同じです。ケーブル断線にそのような変圧器を含めますが、ここでは微妙な違いが生じる可能性があります。

ツイストペアとアンテナケーブルの波動インピーダンスは異なり、さらにツイストペアは対称ですが、アンテナケーブルは異なります。 したがって、一部のアナログチャネルの受信レベルが低下する（または視覚的に低下しない）場合があり、一部の（再びアナログの）倍増チャネルに表示される場合があります。 トランスのツイストペアの長さを試すことができ、アンテナケーブルから同様の設計を試みることができます。

私は雷雨の間にテレビでそのようなことをしています。 70のチャネル1に小雪が現れます。

そして結論として、重要なポイント。

ケーブルを直撃する雷からあなたを救うものは何もありません。 さらに、このような状況では、ネットワークカードの安全性について心配するのではなく、アパートが燃え尽きることはありません。
慎重になり、通りを下ってアパートに入ってくる長い銅線を使用しないでください。