Мифы о заземлении и UPS

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 имиджевые 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).

UPS

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.).

Мифы о заземлении и UPS 1
Рис.1. Применение выделенного контура заземления на компьютерное оборудование очень
опасно.

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:

Мифы о заземлении и UPS 2

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:

Мифы о заземлении и UPS 3

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

Мифы о заземлении и UPS 4

Хотя поражение электрическим током зависит от множества факторов (состояние нервной системы,
состояние кожи и т.д.), тем не менее из расчетов очевидно, что при не отпускающем токе 20-30мА
, 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.

заземление
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-ноль), 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.

Список использованных источников

  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.

Источник информации: energyua.com

Поделиться ссылкой:

Добавить комментарий

Оцените статью*

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять