UPS и заземление

Мифы о заземлении и UPS

Виктор Петухов, Василий Соколов, Игорь Красилов Центр электромагнитной безопасности

В связи с этим все больше компаний на российском рынке признают, что финансовые и имиджевые потери от сбоев в работе компьютеров становятся более ощутимыми, а вопрос обеспечения их безаварийной работы делается одним из приоритетных.

Исследование, проведенное Лондонской школой бизнеса совместно с компанией Connect, предоставляющей консалтинговые услуги в области интернет-технологий, показало, что прямые потери компаний по всему миру, связанные со сбоями в работе технологий, составляют ежегодно около $48 млрд.В нашей стране из-за быстрого внедрения высоких технологий практически во все сферы бизнеса технические службы часто оказываются не готовы обеспечить безопасную работу компьютеров и других устройств. Зачастую они ограничиваются внедрением источников бесперебойного питания (ИБП или UPS). Кроме того, часто выполняются работы по разработке и монтажу «чистой системы заземления» для компьютерного и сетевого оборудования. К сожалению, эти технические решения являются необходимыми, но далеко не достаточными и часто оказываются не только ошибочными (с точки зрения безаварийной работы), но и опасными (с точки зрения обеспечения электро- и пожаробезопасности).В последнее время наблюдается широкое распространение электронного оборудования, бурное развитие сетевых технологий, электронной коммерции и ежегодный рост денежного оборота в этой сфере.

Мифы об UPS

Большинство компаний, предлагающих подобные устройства на рынке, утверждают, что UPS «спасает» от всех существующих и возможных будущих проблем в системе электроснабжения. Это, пожалуй, основное заблуждение по поводу установки источников бесперебойного питания. Основная функция ИБП заключается в защите оборудования от длительных перерывов в электроснабжении. Задача, которая ставится перед системами бесперебойного питания – это результативная надежность, которая подразумевает гарантию сохранности данных, оборудования и защиту от простоев в работе. Обследования ряда офисных зданий Москвы, а также международные стандарты и нормативная документация по этой тематике (МЭК, IEEE, ANSI, IEC) показывают, что, перед тем как приступать к установке какого-либо оборудования, необходимо провести полномасштабное обследование системы электроснабжения здания.

Кроме обязательных проверок сопротивления изоляции, сопротивления петли фаза-ноль, работоспособности автоматических выключателей, необходимо проверить наличие токов утечки. Также необходимо провести длительный мониторинг напряжений и токов, проанализировать существующую молниезащиту и систему защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений. Наличие токов утечки в системе электроснабжения здания приводит к искажению изображения на мониторах компьютеров, сбоям в работе оборудования и потере информации при передаче данных по сети. Неправильно выполненная система молниезащиты в результате прямого и/или удаленного удара молнии почти гарантированно приведет к физическому выходу электроники из строя. В нашей практике имел место случай, когда ИБП, установленный в офисном здании и питающий группу ответственных электропотребителей, часто 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 этих систем, и после их устранения 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 протеканием токов по РЕ-проводникам источника бесперебойного питания. Все вышеизложенные факторы прямо или косвенно влияют на требования надежности, предъявляемые ко всему электронному оборудованию. Поэтому 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. Особое внимание следует обращать на характер и мощности установленных нагрузок здания, а также на обеспечение 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. Оно также обеспечивает пожаробезопасность зданий и сооружений. Сейчас все чаще выдвигаются предположения, что для нормального функционирования компьютерной техники и телекоммуникационных систем необходимо применять отдельное, «чистое» заземление, изолированное от системы заземления здания. Однако такой подход является не только ошибочным, но в ряде случаев и опасным для здоровья и жизни людей.

Рассмотрим простую ситуацию. Допустим, для заземления компьютеров 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 заземления здания (рис.1).

Рис.1. Применение выделенного контура заземления на компьютерное оборудование очень опасно.

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, возникающем 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:

Ток КЗ

Этого тока будет недостаточно для срабатывания автоматического выключателя, установленного на поврежденной линии. Если на линии установлен автоматический выключатель с номинальным током 16 А, то для быстрого отключения тока КЗ должен сработать электромагнитный расцепитель (величина уставки 45–100 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, и не отключит поврежденную линию. При прикосновении к корпусу такого электрооборудования человек попадет 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 даже возгоранию. Потенциал, который будет возникать на корпусе оборудования, легко подсчитать следующим образом:

Потенциал на корпусе

Следовательно, при касании человеком корпуса возникнет разность потенциалов, равная 157 В. Через человека (сопротивление которого в среднем равно 1 кОм) будет протекать ток: Ток протекающий через человека 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 20–30 мА протекающий через тело человека ток в 155 мА смертелен [5]. В то же время существуют методы выполнения заземления, которые являются безопасными и уменьшают разности потенциалов между корпусами оборудования и близко расположенными заземленными объектами.

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 [2].

Рис.2. Безопасная система заземления.

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. По поврежденной линии будет протекать существенно больший ток (определяемый сопротивлением петли фаза-нуль), что позволит электромагнитному расцепителю автоматического выключателя быстро ее отключить, а ток, протекающий в это 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, в системе заземления имеются несколько источников вероятного появления помех. 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»). Бывает, экран покрывается цветными пятнами различных оттенков, а иногда изображение полностью или частично пропадает на несколько секунд. Естественно, работать за таким монитором тяжело 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 другого 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.

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 и его использование в качестве единственной системы заземления категорически запрещается.

Литература

1. Правила устройства электроустановок. Изд 7-е. Раздел 6. Раздел 7. Главы 7.1, 7.2.– М.: НЦ ЭНАС, 1999.

2. Правила устройства электроустановок. Изд. 7-е. Раздел 1. Раздел 7. Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9, 7.5, 7.6, 7.10.– М.: НЦ ЭНАС, 2002.

3. Правила устройства электроустановок. Изд. 6-е.– М.: Главгосэнергонадзор Рос сии, 1998.

4. IEEE Std. 1100-1999, IEEE Recommended practice for powering and grounding electronic equipment (IEEE Emerald Book).

5. Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. М.: Энергоатомиздат, 1991.– 480 с.

Источник: НовостиЭлектроТехники

Добавить комментарий