Мифы о заземлении и UPS. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Защита аппаратуры от аварийных режимов работы сети

 Комментарии к статье

В последнее время в связи с большим распространением электронного оборудования, бурным развитием сетевых технологий, электронной коммерции и ежегодному росту денежного оборота в этой сфере, все большее число компаний на российском рынке признают, что финансовые и имидживые потери от сбоев в работе компьютерного оборудования становятся настолько ощутимыми и что вопрос обеспечения их безаварийной работы становится одним из наиболее приоритетных.

Исследование, проведенное Лондонской школой бизнеса совместно с компанией Connect, предоставляющей консалтинговые услуги в области ИТ, установило, что прямые потери компаний по всему миру, связанные со сбоями в работе технологий, составляют ежегодно 48 млрд. долл. /1/.

Возникает резонный вопрос, а что именно необходимо предпринять и какие технические решения воплотить в жизнь, чтобы обеспечить должный уровень работоспособности и помехоустойчивости подобных устройств. В нашей стране, из-за стремительного внедрения информационных технологий практически во все сферы бизнеса, персонал обслуживающий инженерные системы зданий оказался не готов к столь быстрому изменению ситуации, поэтому довольно быстро были найдены "простые решения" возникающих проблем. Происходит повсеместное внедрение источников бесперебойного питания (UPS), кроме того выполняются работы по разработке и монтажу "чистой системы заземления" для компьютерного и сетевого оборудования. К сожалению, подобные технические мероприятия не только не решают возложенные на них задачи, но в большинстве случаев приводят к обратному эффекту. Иными словами, позаимствованные российскими специалистами у зарубежных коллег технические решения, являются необходимыми, но далеко не достаточными, и поэтому зачастую оказываются не только ошибочными, с точки зрения безаварийной работы, но и опасными (с точки зрения обеспечения электро- и пожаробезопасности).

Мифы об UPS

Основное заблуждение по поводу установки источников бесперебойного питания сводится к концепции, которую проповедуют большинство российских компаний, предлагающих подобные и смежные им устройства на рынке. В целом эта концепция сводится к утверждению, что UPS "спасает" от всех существующих и возможных будущих проблем в системе электроснабжения. В связи с этим необходимо напомнить, что несмотря на постоянное техническое совершенствование выпускаемых устройств, основная функция источников бесперебойного питания заключается в защите оборудования от длительных перерывов в электроснабжении. В тоже время, основная задача, которая ставится перед системами бесперебойного питания - это результирующая надежность, которая подразумевает: гарантию сохранности данных, сохранности оборудования, а также гарантию защиты от простоев в работе.

Практика обследования систем бесперебойного электропитания ряда офисных зданий г. Москвы, а также международные стандарты и нормативная документация по этой тематике (МЭК, IEEE, ANSI, IEC) показывают, что для воплощения всех поставленных задач необходимо провести полномасштабное обследование системы электроснабжения здания. Кроме обязательных стандартных проверок: сопротивления изоляции, сопротивления петли фаза-ноль, проверки работоспособности автоматических выключателей, необходимо обследовать электроустановку здания на предмет наличия ошибок в выполнении системы заземления (что приводит к возникновению токов утечки), а также выполнить длительный мониторинг напряжений и токов, проанализировать существующую систему молниезащиты и систему защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Для чего это нужно? Во-первых, наличие токов утечки в системе электроснабжения здания приводит к искажению изображения на видеомониторах компьютеров, сбоям в работе оборудования и потере информации при передаче данных по сети. Во-вторых, неправильно выполненная система молниезащиты и система защиты от перенапряжений при определенном стечении обстоятельств (в результате прямого и/или удаленного удара молнии) почти гарантированно приведет к физическому выходу из строя электронного оборудования.

В нашей практике имел место случай, когда источник бесперебойного питания, установленный в офисном здании и питающий группу ответственных электропотребителей часто и необоснованно переходил на питание от аккумуляторных батарей. Длительный мониторинг питающего UPS напряжения не показал каких-либо значительных отклонений от нормы. Кроме того, было проведено обследование систем защитного зануления и заземления.

В ходе проверки были выявлены грубые ошибки в выполнении вышеуказанных систем, после их устранения и приведения в соответствие с требованиями отечественной и международной нормативной документации количество частых переключений источников бесперебойного питания на аккумуляторные батареи резко снизилось. Исходя из этого, можно сделать вывод о высокой чувствительности современных UPS средней и большой мощности к повышенному и изменяющемуся напряжению между системами рабочего и защитного заземления, вызванному Поскольку все вышеизложенные факторы прямо или косвенно влияют на предъявляемую ко всем электронным системам и оборудованию надежность, можно утверждать, что только после выполнения всего комплекса технических мероприятий целесообразно разрабатывать систему бесперебойного питания и принимать решение об установке тех или иных типов UPS в зависимости от характера и мощности установленных нагрузок здания, а также в соответствии с обеспечением необходимого уровня надежности.

Мифы о заземлении

В отличие от систем бесперебойного электропитания, применение которых является дополнительным средством обеспечения надежности, заземление прежде всего выполняет функции защиты людей от поражения электрическим током, а также обеспечивает пожаробезопасность зданий и сооружений. Сейчас все чаще выдвигаются предположения, что для нормального функционирования компьютерной техники, информационных сетей и систем связи необходимо применять отдельное, "чистое" заземление, изолированное от общей системы защитного заземления здания. Однако реализация этих решений является не только ошибочной и приводящей к выходу из строя электронных устройств, но в ряде случаев и опасной для здоровья и жизни людей.

Для того, чтобы развеять этот миф, рассмотрим простую ситуацию. Допустим что для заземления компьютерной техники в каком-либо помещении была выполнена "чистая" система заземления, т.е. все металлические корпуса компьютерной техники, сетевых и прочих устройств присоединены к выделенному контуру заземления не связанному с системой защитного заземления здания (рис. 1.).

Рис. 1. Применение выделенного контура заземления на компьютерное оборудование очень опасно (нажмите для увеличения)

Рисунок иллюстрирует путь тока при коротком замыкании (КЗ) между фазным проводником, питающим компьютер и его корпусом, возникающее вследствие пробоя конденсатора в сетевом фильтре на входе в устройство. Обратный путь тока КЗ будет проходить через два контура: общий контур защитного заземления здания (ТП) и "компьютерное заземление". Сопротивление контура заземления трансформаторной подстанции (ТП) обычно составляет не более 4 Ом, сопротивление "чистого" заземления составляет порядка 10 Ом.

Поэтому, при питании оборудования напряжением 220 В максимальный ток КЗ протекающий по поврежденной линии составит:

Этого тока будет не достаточно для срабатывания автоматического выключателя, установленного на поврежденной линии. Если на линии установлен автоматический выключатель с номинальным током 16 А, то для быстрого отключения тока короткого замыкания должен сработать электромагнитный расцепитель, величина уставки которого находится в пределах от 45 до 100 А и более.

Следовательно, при протекании тока величиной 15,7 А устройство защиты просто "не поймет", что протекающий по нему ток является результатом аварийной ситуации в системе электроснабжения и не отключит поврежденную линию. При прикосновении к корпусу такого электрооборудования люди попадают под напряжение, кроме того небольшие по сечению соединительные провода и интерфейсные элементы оборудования будут интенсивно нагреваться. Нагрев происходит из-за разности потенциалов между корпусом и экранами сетевых кабелей, таким образом по ним будет протекать ток, что может привести к выходу их из строя и возгоранию.

Потенциал, который будет возникать на корпусе оборудования легко подсчитать следующим образом:

,

следовательно, при касании человеком корпуса возникнет разность потенциалов равная 157В и через человека (сопротивление которого, в среднем, равно 1 кОм) будет протекать ток:

Хотя поражение электрическим током зависит от множества факторов (состояние нервной системы, состояние кожи и т.д.), тем не менее из расчетов очевидно, что при неотпускающем токе 20-30мА /7/, протекающий через тело человека ток в 155мА - смертелен.

В то же время, существуют методы выполнения заземления, которые соответствуют всем нормам, являются безопасными и уменьшают разности потенциалов между корпусами электронного оборудования и близко расположенными заземленными объектами, а также обеспечивают стабильную работу оборудования. Главная идея заключается в том, что все заземляемые части оборудования, нулевые защитные проводники, металлические трубопроводы коммуникаций, металлические части каркаса здания, металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования, заземляющие устройства системы молниезащиты, заземляющие проводники рабочего заземления, металлические оболочки телекоммуникационных и сетевых кабелей должны быть объединены в основную систему уравнивания потенциалов (рис. 2.). Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине /3/.

Рис. 2. Безопасная система заземления

Это соглашение минимизирует помехи, возникающие от протекания токов по системе заземления в аварийных режимах, обеспечивая тем самым надежное функционирование оборудования и безопасность людей. В этом случае по поврежденной линии будет протекать существенно больший ток (определяемый сопротивлением петли фаза-нуль), что позволит электромагнитному расцепителю автоматического выключателя быстро отключить поврежденную линию, а ток, протекающий это короткое время по системе заземления, равномерно растечется и не вызовет появления помех благодаря наличию системы уравнивания потенциалов.

Необходимо напомнить, что по системе заземления в нормальном режиме работы не должно протекать никаких токов. Тем не менее, имеются несколько источников вероятного появления помех в системе заземления, это перенапряжения, вызванные прямыми и/или удаленными ударами молнии, а также коммутациями в системе электроснабжения, кроме того могут возникать повреждения в измерительных цепях и цепях релейной защиты и автоматики. Не стоит также недооценивать токи утечки на металлоконструкции и трубопроводы здания. Если компьютер находится в помещении, по стенам, за потолком или под полом которого проходят кабельные линии с токами утечки, вызывающие повышенный уровень магнитного поля, то изображение на мониторе может заметно искажаться ("плыть" или "дрожать").

Известны случаи, когда картинка покрывается цветными пятнами различных оттенков, а иногда изображение полностью или частично пропадает на несколько секунд, и появляется вновь. Естественно, работать за таким монитором невозможно и вредно. Протекание токов по системе РЕ здания, а значит и по защитным экранам интерфейсных и сетевых кабелей компьютеров может вызывать сбои и "зависания" компьютерных сетей и невозможность нормальной работы другого офисного и электронного оборудования. Подобные проблемы возникают из-за изменения потенциала в системе защитного заземления, которая в свою очередь является системой опорного потенциала для компьютерной техники.

Кроме того, перенапряжения, вызванные прямыми и/или удаленными ударами молний, а также коммутациями в системе электроснабжения, могут инициировать помехи протекающие по системе опорного потенциала здания, эти помехи имеют разную частоту (от единиц Гц до десятков МГц) и в связи с этим в системе заземления, выполненной по одноточечному принципу (рис. 2) могут протекать значительные помехи, вызванные резонансными явлениями в защитных проводниках.

Для подавления высокочастотных помех основную систему защитного заземления можно дополнять установкой рабочего (функционального) заземления. Однако необходимо помнить, что функциональное заземление служит только для обеспечения работы оборудования, но ни в коем случае не для обеспечения электробезопасности. Поэтому использовать рабочее заземление в качестве единственной системы заземления категорически запрещается.

Литература

1. Еженедельник "Computerworld", #01, 2003 год // Издательство "Открытые Системы".
2. Правила устройства электроустановок. Издание 7. Раздел 6, Раздел 7, Главы 7.1, 7.2 М ., Издательство НЦ ЭНАС 1999 год.
3. Правила устройства электроустановок. Издание 7. Раздел 1, Раздел 7, Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9, 7.5, 7.6, 7.10 М ., Издательство НЦ ЭНАС 2002 год.
4. Правила устройства электроустановок. Издание 6. М ., ГЛАВГОСЭНЕРГОНАДЗОР РОССИИ, 1998 год.
5. IEEE Std. 1100-1999, IEEE Recommended practice for powering and grounding electronic equipment (IEEE Emerald Book).
6. Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. М.: Энергоатомиздат, 1991 г ., 480 с.

Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Защита аппаратуры от аварийных режимов работы сети.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Технология SmartPower HDR 14.01.2026 Ноутбуки стремительно развиваются в плане графики и мультимедийных возможностей, но яркие дисплеи с высоким динамическим диапазоном (HDR) часто становятся серьезной нагрузкой для аккумуляторов. Длительная работа с видео высокого качества или играми в HDR приводит к быстрой разрядке батареи, что ограничивает мобильность пользователей и снижает комфорт работы. Решить эту проблему призвана новая технология SmartPower HDR, разработанная совместно компаниями Samsung Display и Intel. Суть технологии заключается в динамическом управлении напряжением OLED-панелей. Чипсет ноутбука в реальном времени анализирует пиковую яркость каждого кадра и передает эти данные контроллеру дисплея, который оптимизирует подачу напряжения в зависимости от количества активных пикселей. В отличие от традиционных режимов HDR, где яркость часто фиксируется на максимальном уровне, SmartPower HDR адаптируется к конкретному контенту, что снижает энергопотребление без потери качества изображения. Технология позволяет экономить энергию при любых сценариях использования. Для просмотра веб-страниц или работы с документами подается низкое напряжение, а при отображении динамичных сцен или видеороликов в высоком разрешении оно увеличивается только при необходимости. Такой подход делает использование HDR-дисплеев более рациональным и щадящим для батареи. По данным Samsung Display, использование SmartPower HDR снижает энергопотребление OLED-панели на 22% при выполнении обычных задач и на 17% при работе с HDR-контентом. Это означает, что ноутбуки могут работать дольше без подзарядки, при этом пользователи получают качественное изображение с сохранением всех преимуществ HDR. Важной особенностью технологии является то, что при повседневном использовании энергопотребление эквивалентно стандартному динамическому диапазону (SDR). Другими словами, ноутбук расходует минимальное количество энергии, когда это возможно, но при необходимости обеспечивает яркие и насыщенные сцены без компромиссов по качеству. Разработчики пока не раскрывают, какие конкретные модели ноутбуков первыми получат поддержку SmartPower HDR, однако ожидается, что технология станет стандартом для премиальных устройств с OLED-экранами в ближайшие годы. Это позволит пользователям сочетать высокое качество изображения и длительное время автономной работы, что особенно важно для мобильных профессионалов и геймеров.

Другие интересные новости:

▪ Датчик изображения Python 480 от ON Semiconductor

▪ Дальновидение через телефон

▪ Биоразлагаемый пластик из картофеля

▪ Взаимное превращение разных видов нейтрино

▪ Телефон не для разговоров

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Гражданская радиосвязь. Подборка статей

▪ статья Стриги под Котовского! Крылатое выражение

▪ статья Из какого количества клеток состоит человеческое тело и как быстро они обновляются? Подробный ответ

▪ статья Плющ. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Электронные аксессуары на микроконтроллере для игры S.T.A.L.K.E.R.. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Нормы испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей. Допустимые значения сопротивлений постоянному току элементов КРУ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026