Pomoshnichkov.ru
Проблемы заземления и схемы разводки электропитания СВТ
1. Общие указания по устройству электроустановок.
Электроустановка – совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования её в другие виды энергии.
Сухие помещения – помещения, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60%, температура воздуха не превышает +35оС, отсутствует пыль и не содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования.
Применяемые в электроустановках электрооборудование, электротехнические изделия и материалы должны соответствовать требованиям государственных стандартов или технических условий, утверждённых в установленном порядке.
Для цветового и цифрового обозначения отдельных изолированных или неизолированных проводников должны бить использованы цвета и цифры в соответствии с ГОСТ Р 50462 «Идентификация проводников по цветам или цифровым обозначениям». Проводники защитного заземления во всех электроустановках, а также нулевые защитные проводники в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью, в т.ч. шины, должны иметь буквенное обозначение РЕ и цветовое обозначение чередующимися продольными или поперечными полосами одинаковой ширины жёлтого и зелёного цветов. Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются буквой N и голубым цветом. Совмещённые нулевые защитные и нулевые рабочие проводники должны иметь буквенное обозначение PEN и цветовое обозначение: голубой цвет по всей длине и жёлто-зелёные полосы на концах. В жилых, общественных и тому подобных помещениях устройства для ограждения и закрытия токоведущих частей должны быть сплошные. Ограждающие и закрывающие устройства должны быть выполнены так, чтобы снимать или открывать их можно было только при помощи ключей или инструментов.
2. Электроснабжение и электрические сети.
Электроснабжение – обеспечение потребителей электрической энергией.
Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определённой территории.
Приёмник электрической энергии (электроприёмник) – аппарат, агрегат и др., предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.
Потребитель электрической энергии – электроприёмник или группа электроприёмников, объединённых технологическим процессом и размещающихся на определённой территории.
3.Заземление и защитные меры электробезопасности.
Практически каждый блок питания компьютера или иного устройства имеет сетевой фильтр (рис. 2.1). Конденсаторы этого фильтра предназначены для шунтирования высокочастотных помех питающей сети на землю через провод защитного заземления и соответствующую трехполюсную вилку и розетку. «Земляной» провод полагается соединять с контуром заземления (закопанным в землю и заботливо поливаемым во время засухи), но допустимо его соединять и с «нулем» силовой сети (теоретически, с точки зрения помех это хуже, но разница практически ощущается только в особо тяжелых условиях эксплуатации). При занулении необходимо быть уверенным в том, что этот «нуль» не станет фазой, если кто-либо перевернет какую-нибудь вилку питания. Если же «земляной» провод компьютера (или любого другого устройства с трехполюс-ной вилкой) никуда не подключать, то на корпусе устройства появится напряжение порядка 110 вольт переменного тока. Откуда оно берется — понятно из
рис. 2.2: конденсаторы фильтра работают как емкостной делитель напряжения, и поскольку их емкость одинакова, 220 В сети делится пополам.
Рис. 2.1. Входные цепи блока питания
Рис. 2.2. Образование потенциала на корпусе компьютера
Конечно, мощность этого «источника» ограничена — ток короткого замыкания Iкз на землю составляет от единиц до десятков миллиампер, причем чем мощнее блок питания, тем обычно больше емкость конденсаторов фильтра и, следовательно, ток:
Iкз=Uпит х 2πF/C,
где Uпит=220 В, F=50 Гц — частота питающей сети, С — емкость конденсатора фильтра. При емкости конденсатора С=0,01 мкФ этот ток будет около 7 мА.
Во-первых, это напряжение (и такой ток) опасно для человека, а попасть под него «по полной программе» можно, прикоснувшись одновременно к неокрашенным металлическим частям корпуса компьютера и, например, к батарее отопления. Во-вторых, это напряжение и является одним из источников той самой разности потенциалов между устройствами, от которой страдают интерфейсные схемы.
Рис. 2.3. Правильное подключение периферийного устройства
Посмотрим, что происходит при соединении двух устройств (например, компьютера и принтера) интерфейсным кабелем. Общий провод интерфейсов последовательных и параллельных портов связан со «схемной землей» и корпусом устройства. Если соединяемые устройства надежно заземлены (занулены) через отдельный провод на общий контур (рис. 2.3), то проблемы разности потенциалов не возникает.
Рис. 2.4. Появление разности потенциалов при двухпроводном кабеле питания
Однако если в качестве заземляющего провода использовать нулевой провод питания при разводке питающей сети с трехполюсными розетками двухпроводным кабелем (этим часто грешат как по незнанию, так и в целях экономии), то на нем будет набегать разность потенциалов, вызванная падением напряжения
от протекающего силового тока Inul (рис. 2.4). А если в эти же розетки включать и электронагревательные приборы (также лазерные принтеры или мощные копировальные аппараты), то разность потенциалов (и импульсные помехи при включении-выключении питания) будет ощутимой. При этом эквивалентный источник напряжения при* относительно невысокой Э.Д.С. Enul (единицы вольт) будет иметь очень низкое выходное сопротивление, равное сопротивлению участка нулевого провода (доли Ом). Уравнивающий ток через общий провод интерфейса Iint можно оценить по формуле
Iint=Enul/(Rnul+Rint);
где Enul=InulxRnul; Inul=P/220, Rnul — сопротивление нулевого провода (и соединительных контактов розеток), Rint — сопротивление общего провода интерфейса,
Р — мощность, потребляемая устройствами, расположенными на рис. 2.4 справа (Р=Р2+РЗ). Поскольку обычно сопротивление интерфейсного кабеля все-таки выше, чем питающего, через общий провод интерфейса потечет ток, существенно меньший, чем силовой. Но при нарушении контакта в нулевом проводе питания через интерфейсный провод может протекать и весь ток, потребляемый устройством. Он может достигать и единиц ампер (правда, замерить его может оказаться не просто — тонкий интерфейсный провод успеет сгореть), но дальнейший ход событий может иметь достаточно ощутимые материальные последствия. Невыровненные потенциалы корпусов устройств являются и источником помех в интерфейсах.
Если оба соединяемых устройства не заземлены, то в случае их питания от одной фазы сети разность потенциалов между ними будет относительно небольшой (вызванной только разбросом емкостей конденсаторов в разных фильтрах). Уравнивающий ток через общий провод интерфейса будет совсем малым, и, следовательно, разность потенциалов между схемными землями устройств (падение напряжения на этом проводе) будет тоже малой. Но остается «во-первых» — безопасность человека. А если незаземленные устройства подключены к разным фазам, то эта разность потенциалов между их несоединенными корпусами будет порядка 190 В, при этом уравнивающий ток через интерфейс может достигать десятка миллиампер. Когда все соединения (и разъединения) выполняются при отключенном питании, для интерфейсных схем такая ситуация почти безопасна. Но при коммутациях при включенном питании возможны крупные неприятности: если контакты общего провода интерфейса соединяются позже (или разъединяются раньше) сигнальных, то разность потенциалов между схемными землями (корпусами устройств) прикладывается к сигнальным цепям, и они, как правило, выгорают. Самый тяжелый случай для интерфейсных схем — соединение заземленного устройства с незаземленным (рис. 2.5), особенно когда у последнего мощный блок питания. Автору доводилось видеть системный блок компьютера, у которого после подобного подключения «в живых» остались только видеокарта, блок питания и накопители («виновник торжества» — лазерный принтер — выжил).
Для устройств, блоки питания которых имеют шнуры с двухполюсной вилкой, эти проблемы тоже могут быть актуальны. Такие блоки питания зачастую тоже имеют сетевой фильтр, но, как правило, с конденсаторами малой емкости (ток короткого замыкания достаточно мал).
Весьма коварны сетевые шнуры компьютеров с двухполюсной вилкой, которыми подключаются блоки питания с трехполюсным разъемом. Доверчивые пользователи, смело подключающие свои ПК в бытовые розетки (без проблем с толщиной штырьков вилки), могут столкнуться со всем «букетом» проблем незаземленного компьютера, который заземлять (или хотя бы занулятъ) необходимо.
Рис. 2.5. Подключение незаземленного устройства
Локально проблемы заземления решает применение сетевых фильтров типа «Pilot» и им подобных. Питание от одного такого фильтра (или их цепочки, связанной трехполюсными вилками и розетками) всех устройств, соединяемых интерфейсами, решает проблему разности потенциалов. А если этот фильтр еще и включить в трехполюсную розетку с заземлением (занулением), то можно смело приглашать инспектора по Т.Б, защищающего интересы (здоровье) персонала. Но не все так просто — заземляющие контакты (обжимающие «усики») многих розеток могут не обеспечивать надежного контакта вследствие своей слабой упругости или заусениц в пластмассовом кожухе. Кроме того, эти контакты не любят частого вынимания и вставки вилок, так что обесточивание оборудования по окончании работы (весьма полезное дело) лучше выполнять выключателем питания фильтра или общим настенным автоматом.
Ради сохранности техники настоятельно рекомендуется отключать питание при подключении и отключении интерфейсных кабелей. Та даже небольшая разность потенциалов, которая практически исчезнет при соединении устройств общими проводами интерфейсов, может пробить входные (да и выходные) цепи сигнальных линий, если в момент присоединения разъема контакты общего провода соединятся позже сигнальных. А от такой последовательности обычные разъемы не страхуют.
К помехам, вызванным разностью потенциалов схемных земель (корпусов) устройств, наиболее чувствительны параллельные порты. Последовательные порты имеют большее значение зоны нечувствительности (пороги ±3 В), еще меньшую чувствительность имеют интерфейсы локальных сетей, где обычно имеется гальваническая развязка сигнальных цепей от схемной земли с допустимым напряжением изоляции порядка 100 В.