Системы заземления IT. Определение, отличия, преимущества использования

Информационное заземление

При построении структурированных кабельных систем (СКС), сетей передачи данных и ЛВС, а также других объектов информационных технологий у многих специалистов-электриков закономерно возникают вопросы по проектированию заземления. Чтобы не было неопределённостей в этих вопросах введём базовые понятия и определения в этой сфере знаний.

В соответствии с международными и российскими нормативными документами имеются два больших класса заземлений: защитное и функциональное заземление. Также можно использовать терминологию (рабочее или информационное заземление). Исходя из этих факторов, шины заземления или проводники, маркируются как PE — защитное заземление и FE — функциональное заземление.

Воспользуемся основным нормативным документом для инженера-электрика, а именно, «Правилами устройства электроустановок» ( ПУЭ п.1.7.29 ): Защитное заземление выполняется только в целях электробезопасности. При работе с любыми электроприборами персонал должен быть надёжно защищен от токов низкой частоты и высокой амплитуды, которые представляют серьёзную угрозу здоровью и жизни каждого человека.

А вот заземление, которое мы называем информационным (функциональным), обеспечивает именно работу самой электроустановки. То есть, такое заземление выполняется не в целях электробезопасности объекта. При разработке таких систем можно исходить из положений ПУЭ п. 1.7.30.

Проектировщику надо знать, что нельзя использовать только информационное заземление, без применения защитного.

Работа функционального заземления идёт с токами высокой частоты и низкой амплитуды и задача его обеспечить электромагнитную совместимость (ЭMC) и защитить от электромагнитных помех. Токи ВЧ низкой амплитуды непосредственно не угрожают жизни человека, но могут влиять на качество связи, например в СКС.

При определении задач FE советуем руководствоваться ГОСТ Р 50571.22-2000 п. 3.14 (707.2), который как раз таки описывает как спроектировать заземление для систем обработки информации и связи.

Проектировщики, как правило, выставляют жёсткие требования, при соблюдении которых на корпусе заземляемого устройства не должно быть даже самого маленького электрического потенциала. Именно это условие и есть залог нормального функционирования оборудования связи или информационных технологий.

Как выполнить функциональное заземление на объекте?

Для этой цели необходимо использовать заземляющее устройство функционального заземления вместе с функциональными проводниками, которые служат для соединения электроприёмников с главной заземляющей шиной. При этом, согласно ГОСТ 50.571-4-44-2011 п. 444.5.1. все проводники защитного и функционального заземления должны быть соединены с этой шиной, а заземлители соответствующего назначения соединены между собой. Такие меры необходимы для исключения их влияния друг на друга, которое приводит к опасному повышению напряжения, риску повреждения оборудования и опасности поражения электрическим током.

Если следовать положениям ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 548.3.1, то можно реализовать такое схемное решение: объединяем функциональные и защитный проводники (соответственно FE и PE) в специальный проводник (PEF-проводник). А уж затем присоединим его к ГЗШ, так называемой, главной заземляющей шине электроустановки. В TN-S системе для функционального заземления разрешается использовать PE-проводник цепи питания оборудования обработки информации.

Требования к информационному заземлению

FE-заземление обычно описывается требованиями, которые излагаются в эксплуатационной документации изготовителя изделия (паспорт, технические условия, технический регламент и пр.) или в ведомственных нормативных документах. К примеру, для продуктов и систем информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), ранее средств ВТИ, будем использовать положения нормативного документа СН 512-78 («Технические требования к зданиям и помещениям для установки средств вычислительной техники»). Опираясь на инструкции, изложенные там, приходим к выводам, что сопротивление заземления такого оборудования не должно превышать 1 Ом. А вот если мы проектируем заземление для чувствительных медицинских приборов, то это значение будет не более 2-х Ом. («Пособие по проектированию учреждений здравоохранения к СНиП 2.08.02-89»).

Здесь используется, так называемая «лучевая схема заземления», с заземлителем типа FE (низкоомным), что приводит к работе без электрических помех всего комплекса ИКТ. В отдельных случаях так же возможно использовать и модульный глубинный заземлитель.

Введём понятие электромагнитной совместимости (ЭМС) оборудования и для этого обратимся к ГОСТ Р 50397-92 (МЭК-50-161-90).
ЭМС оборудования, рассматривается в общем случае, как способность оборудования качественно работать в условиях заданной электромагнитной обстановки и не создавать недопустимых помех электромагнитной природы другим приборам и электросети.

И далее с этих позиций попытаемся выяснить причинно – следственную связь между FE – заземлением, ЭМС и безопасностью ИКТ.

Продукт или система ИКТ будет удовлетворять требованиям Европейской директивы по ЭМС EN 55022 при выполнении следующих условий:

• Электромагнитное излучение от активного оборудования в окружающую среду не превышает нормативы EN 55022
• Помехозащищенность активного оборудования не уступает нормативам EN 55024
• Информационная кабельная проводка (т.е. среда передачи сигналов) правильно смонтирована и корректно заземлена

Ещё один важный фактор – это уравнивание потенциалов между заземляющими устройствами PE и FE – типов. Именно этим моментом определяются условия электробезопасности персонала, а также и помехоустойчивость систем ИКТ. Как это реализуется на практике? Обычно электрики монтируют кольцевой соединительный проводник и соединяют его с ГЗШ.

Если же продукты ИКТ работают с напряжением питания 5-12 В постоянного тока и являются слаботочными, то здесь возможны паразитные сигналы, возникшие именно из-за разности потенциалов и их флуктуаций. Дело в том, что некоторые системы ИКТ могут воспринять такой паразитный сигнал, как информационный, вследствие этого, могут произойти сбои в сетях связи, на серверах, а также нарушения работы информационно – измерительных систем. Особенно опасна такая ситуация на объектах критической инфраструктуры.

Другим аспектом качества FE – заземления является информационная безопасность продуктов и систем ИКТ. Дело в том, что побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН) наряду с проблемами ЭМС создают технические каналы утечки конфиденциальной информации, хорошо известные специалистам по информационной безопасности (ИБ).

Особенно актуальна эта проблема для компьютерного оборудования и систем передачи данных, задействованных в обработке информации, которая считается конфиденциальной. Но это уже другая история, относящаяся к компетенциям ФСТЭК, Роскомнадзора и ФСБ.

Независимое исполнение FE – заземления

Для высокочувствительных медицинских приборов в учреждениях здравоохранения необходимо выполнять отдельное функциональное заземление, которое не связано с защитным, а также с системами уравнивания потенциалов объекта.

При данном выполнении функционального заземления заземляющее устройство FE-заземления необходимо размещать отдельно (не менее 15 метров) от зоны влияния PE – заземлителей. Следует подчеркнуть, что такая схема представляет собой особый (нетипичный) вариант заземления и тут применимы повышенные меры электробезопасности.

Если в документации на оборудование ИКТ прямо указано на необходимость независимого информационного заземления, то в этом случае в шкафу с оборудованием, как правило, монтируют две независимые шины заземления PE и FE. Шину FE в таком случае изолируют полностью от корпуса шкафа, экраны сигнальных проводников присоединяют к ней.

На практике FE-проводник присоединяют с помощью медного кабеля (сечение от 1х25 мм 2 ), который надежно изолирован с FE-заземлителем. Причём этот заземлитель должен быть отнесён на безопасное расстояние (более 20 м) от PE-заземлителя. А вот корпус шкафа, где размещено оборудование, должен быть заземлён с помощью проводника PE на шину уравнивания потенциалов, которая соединена с ГЗШ.

Заключение

В наше время применение модульно–штыревых заземлителей глубокого залегания (до 30 м и даже более) и других технологических схем позволяет проектировать повторное защитное заземление PE на входе в здание равным по параметрам сопротивления функциональному заземлению. И в этом случае, отпадает необходимость в использовании отдельных систем заземления.

Для более подробного ознакомления с технологией и тактико–техническими характеристиками модульных систем заземления желающих отсылаем на наш интернет–ресурс.

Системы заземления IT. Определение, отличия, преимущества использования

Система заземления IТ представляет собой систему, в схему которого включена изолированная нейтраль (I), а на стороне имеется потребитель защитного контура (Т). Для осуществления передачи напряжения от источника к потребителям используется минимально возможное количество проводов. При этом обязательным условием является надежное подключение токопроводящих деталей корпусов электрооборудования к устройству заземления. Однако главное отличие такой системы защиты заключается в полном отсутствии нулевого функционального проводника N на участке между источником и потребителем.

При таком скудном определении системы IT заземления остается непонятным вопрос, как пользоваться на практике таким заземлением, как оно работает при подключении реальных потребителей и различных систем автоматизации.

Где используются системы заземления IT, отличия от других видов систем

Системы IT-заземления предназначены для использования на морских судах разного масштаба и применения, газовых и нефтяных платформах, на взрывоопасных объектах, шахтах, в медучреждениях. От остальных систем защиты такие схемы отличаются принципиально: в них отсутствует фаза ноль. На практике это означает, что получить однофазное напряжение в 220 V в сети из трех фаз не получится привычным способом, при помощи одного провода из фазы и второго из нуля/нейтрали или контура заземления. Таким образом, складывается ситуация, когда полностью запрещается подключаться к заземлению, а нейтраль отсутствует.

Варианты подключения однофазной нагрузки в системах IT-заземления

• Как правило, для нефтяных судов предусмотрена установка двух параллельных трехфазных линий: 3 фазы 0,4 кВт и 3 фазы 230 В. Поэтому при подключении прибора, предназначенного для применения в сетях 230 В, действие производится между двумя фазами, в сеть 230 V, где существует линейное напряжение.

В отличии от обычного способа получения напряжения 220В, когда используется схема «звезда», в системах заземления IT применяется схема «треугольника» — нагрузка в 220В подключается непосредственно к одной из сторон обозначенной схемы.

• Второй вариант подключения однофазных нагрузок в системах заземления IT предполагает использование трансформаторной установки. Однако и здесь действия можно осуществить двумя разными способами: система IT-заземления может быть оборудована после трансформатора либо установка при помощи вторичной обмотки будет обеспечивать искусственную нейтраль/фазу ноль.

Как правило, такой вариант защиты предусматривает использование трансформатора 380В/220В, в котором подключение первичной обмотки производится к двум из трех фаз. Если необходимо обустройство заземления, один из выводов обмотки заземляют, тем самым получая системы ТN-C-S. От правильности выбора УЗО и защитного автомата зависит качество защиты в случае короткого замыкания или прямого прикосновения к корпусу электрооборудования.

Наиболее безопасной считается система IT-заземления, где к корпусу не подключается ни одного вывода трансформаторной установки. При этом тип трансформатора не имеет значения. Главным условием остается наличие напряжения на выходе 220 V – линейное или фазное.

Частые проблемы и решения

Подключение электрооборудования обычно не вызывает никаких проблем. Определенные сложности могут возникнуть с автоматикой. Это связано с корректностью работы электроприборов при подключении их питания непосредственно между фазами (линейно) 230 В. Не все из требуемых установок могут функционировать при данном условии. Если возникла подобная проблема, решением может стать замена прибора либо использование маломощного трансформатора, где после вторичной обмотки расположен искусственный ноль (нейтраль).

С теоретической точки зрения, источник напряжения в 220В для прибора не имеет значения. Однако на практике могут регистрироваться некоторые несоответствия между значениями датчиков. К примеру, при подключении электроприбора к обычному фазному напряжению техника будет исправно работать, а вот измерения сигнала заведомо рабочими датчиками выдают разные значения.

Преимущества и недостатки использования схемы IТ-заземления

Перед другими схемами заземления конструкции IТ отличаются следующими достоинствами:

• относительной безопасностью при прикосновениях к токоведущим элементам электроустановок, которые находятся под напряжением;
• малым током утечки в случаях однофазного замыкания на заземленный корпус;
• возможностью продолжения работы оборудования вплоть до момента полного устранения возникшей неисправности, так как такое замыкание не считается аварийным;
• отсутствием шагового напряжения при случайном контакте провода с землей.

Однако применение схемы заземления IТ ограничивается:

• высоким уровнем опасности при работе в режиме КЗ между одной из фаз и заземляющим контуром, если коснуться к проводу другой фазы;
• низким током утечки на землю в случае однофазного замыкания – его недостаточно для того, чтобы срабатывали обычные виды защиты от КЗ.

Сферы применения систем заземления IТ

Системы заземления IТ, ввиду своих конструктивных и функциональных особенностей, используются в электроустановках и зданиях, к которым предъявляются высокие требования к пожарной и электробезопасности. Также такие схемы используются на объектах, где необходима бесперебойная подача электроэнергии:

• в электрооборудовании шахт и рудников, для которых характерными являются сырые и взрывоопасные условия;
• в медицинских учреждениях (отделения хирургии и реанимации);
• в научных лабораториях – в таких учреждениях используется электрооборудование, для которого характерна повышенная чувствительность к перепадам напряжения;
• на взрывоопасных производственных объектах – химических, газовых и деревообрабатывающих установках;
• в помещениях с высоким уровнем влажности, гидроэлектростанциях и в других сооружениях, где высока опасность шагового напряжения;
• в установках специального назначения – схемы защитного IТ-заземления применяются для электрооборудования, где также высокой является опасность замыкания на землю.

Также схемами IТ укомплектованы электростанции переносного типа. Привычная схема ТN в таких аппаратах может быть использована далеко не всегда, так как на месте установки отсутствует привычный контур заземления. Как и любое другое заземление, функциональность системы IT-заземления требует периодических проверок электролабораторией.

Заземление серверной для ИТ-специалистов

Меня зовут Андрей Гребеник, я — инженер-энергетик. Проектировал и строил сети электроснабжения для Колэнерго и РТРС. Строил и запускал базовые станции Билайна. Проектировал и строил электроснабжение и заземление для телефонной станции Ростелекома. Расскажу, для чего и как применять заземление, какие ошибки могут быть в его организации и чем они грозят.

Для чего нужно правильное заземление в серверной

От того, как спроектировано заземление в серверной, зависит сохранность оборудования и жизнь человека. Правильно организованное заземление помогает:

• Избежать искажения информации при передаче по сети;
• Сохранить оборудование при грозах;
• Сохранить жизнь и здоровье человека при повреждениях оборудования.

Проектирование, строительство и эксплуатация заземляющих устройств — узкоспециализированная отрасль, и ИТ-специалистам не обязательно разбираться в ней детально. Но полезно понимать главные принципы: это позволит эксплуатировать оборудование, не привлекая электриков для каждой задачи.

Что такое заземление

В физике заземление — обеспечение контакта чего-либо с землёй. Каким именно способом — не так важно. Земля — это как бездонная бочка для электрического напряжения. В точке заземления получаем электрический потенциал, равный нулю. На этом и строятся принципы применения заземления для электробезопасности и защиты от помех.

Есть проблема — земля плохо проводит электрический ток, поэтому либо мест контакта приходится делать несколько, либо делать контакт по большой поверхности соприкосновения.

Главная характеристика заземляющего устройства — сопротивление растеканию тока. Для заземления информационного оборудования обычно нужно не выше 4 Ом, а иногда даже и ниже. Такое требование часто выдвигают производители оборудования.

То, что находится в контакте с землёй, называется заземлителем. Чаще всего его делают специально, забивая или закапывая в землю металл. Но можно использовать и другие варианты, например стальную водопроводную трубу, проложенную в земле.

Однажды я участвовал в строительстве заземляющего устройства для серверной строительно-монтажной организации. Грунт — насыпной, толщина слоя метр-полтора, ниже скала. Забили десять штырей и получили сопротивление 100 Ом — в 25 раз больше, чем нужно. Спасло то, что на территории нашли водопроводный колодец, и удалось подсоединиться к находящейся в нём трубе. В итоге — получили результат с двухкратным запасом.

Вывод из истории: если нужно заземление, не обязательно планировать копать землю и махать кувалдой. Осмотритесь вокруг, вполне возможно, что уже рядом есть к чему прицепиться. Подойдёт железобетонный фундамент, металлический каркас здания, но вот трубы отопления и газовые трубы не подойдут.

Специалисты по ИТ обычно не строят сети заземления самостоятельно. Но если вам придётся участвовать в качестве заказчика, то вот вам в помощь три принципа:

• Чем толще материал заземлителей, тем дольше они проживут. Делают их обычно из чёрной стали, из уголков и круглой арматуры, реже применяют трубы. Минимальная нормативная толщина полки уголка 4 мм, диаметр вертикального электрода 16 мм, диаметр горизонтального заземлителя 10 мм. Если сэкономить на толщине металла, то из-за ржавчины заземление быстрее придёт в негодность. Поэтому применяемый проектировщиками и монтажниками материал необходимо проверить.
• Лучше один электрод в 10 метров, чем два по 5. Если грунт позволяет, забивать железо следует как можно глубже. На глубине земля более влажная, соответственно лучше проводит электрический ток. Поэтому один длинный электрод даст лучшие результаты, чем два по половине. В скальном грунте, конечно, это будет невозможно, но на песчаном — вполне. Около трёх лет назад я строил заземляющие устройства в коттеджном посёлке. Здесь мои монтажники поставили своеобразный рекорд — забили железо на глубину 15 метров.
• Расстояние между соседними штырями не менее двойной их длины. Заземлители, расположенные рядом, перекрывают зону действия друг друга и совместно дают худший результат, чем разнесённые на расстояние. Забивать железо друг рядом с другом — пустая трата усилий и денег.

Электробезопасность

В сетях низкого напряжения основной вид защиты от поражения током — отключение питания. Само по себе заземление для защиты не используется, только в дополнение. Но оно полезно, потому что снижает напряжение удара током.

Главная проблема — старые сети, где заземление есть только на трансформаторе, а в здании не предусмотрено. По пути от трансформаторной подстанции «ноль» набирает потенциал, поэтому металлические корпуса приборов могут начать «щипаться». И это может стать труднорешаемой проблемой. Давайте посмотрим варианты.

Минимальное решение — выполнить мероприятие под названием «уравнивание потенциалов», это когда «ноль» на вводе в здание соединяют со всеми металлическими конструкциями, до которых можно дотянуться — все металлические трубы, входящие в здание, арматура фундамента, воздуховоды. Идеальным было бы ещё «повторное заземление» —это когда сюда ещё присоединяется заземляющее устройство, но тут уж как повезёт, в том числе и с финансами.

Хорошо, когда при монтаже нового оборудования уже подготовлено помещение, проложены линии электроснабжения и заземления. Также хорошо, когда есть возможность сделать всё самим — делаем всё, что нам нужно, соблюдая необходимые нормы. Гораздо сложнее, когда приходится обходиться тем, что есть, но существующие линии и оборудование не всегда удовлетворяют требованиям безопасности. Здесь вариантов два:

• Если кабель приходит пятижильный (трехфазное подключение) или трёхжильный (однофазное подключение), то используем в качестве заземления проводник в составе кабеля.
• Если кабель четырёх или двужильный, то тут лучше не рисковать и вообще отказаться — слишком велик риск. При повреждении «нуля» корпуса оборудования окажутся под напряжением.

Защита от помех

Помехи в информационное оборудование «прилетают» от разных источников: замыкания в линиях питания, близкие удары молнии, работа рядом расположенного мощного оборудования. Электромагнитные импульсы помех накладываются на импульсы «полезных» данных и вызывают ошибки в передаваемой информации и зависание оборудования.

Основной способ защиты от помех там, где применяется заземление — экранирование. Экранирование кабеля оболочкой и экранирование оборудования металлическими корпусами. Экран заземляется. Кабель экранируют оболочкой, а оборудование — металлическими корпусами. Затем экраны заземляются.

Способ заземления экрана зависит от пропускной способности сети. При скорости до 10 Mбит/с экран заземляют в одной точке, на следующих ступенях — в нескольких точках.

Ещё один момент, про который часто забывают — помехи по самим проводникам системы заземления. Проявляется это в системах, где есть замкнутые контуры проводников заземления. В таких петлях внешнее электромагнитное поле индуцирует напряжение, которое создаёт помехи. Из этого следуют две рекомендации:

• Заземлять следует один раз из одной точки. Таким образом мы не создадим замкнутых контуров заземляющих проводников.
• Проводники заземления должны быть как можно короче. Чем длиннее проводник, тем сильнее в нём наведённые помехи.

Защита от импульсных перенапряжений

Импульсные перенапряжения возникают при включении и отключении электрооборудования во время ударов молнии. Мощное электромагнитное поле распространяется по проводам питания, медным линиям связи и даже заземляющим проводникам. Последствия — в оборудовании наводится избыточное напряжение, и оно выходит из строя.

Вот некоторые способы защиты:

• Экранировать
• Применить УЗИП (устройства защиты от импульсных перенапряжений).
• Использовать гальваническую развязку.

УЗИП — газоразрядные или полупроводниковые устройства, которые подключаются к защищаемому оборудованию с одной стороны и к заземлению с другой стороны. При скачке напряжения УЗИП срабатывает и отводит заряд в заземление. Здесь особенно важно строго соблюдать правила подключения оборудования и рекомендации производителя. Неправильное использование не только не защитит оборудование, но и создаст угрозу для подключённого к этой же сети.

Поэтому, если по нормам и правилам ничего не получается, лучше применять альтернативные виды защиты, например — гальваническую развязку цепей. Для линий связи это означает применять не медные кабели, а оптоволоконные — оптика не проводит электричества, а значит и спасает от импульсов по линиям связи.

Хотите вовремя узнавать об отключении питания на оборудовании, превышениях трафика и других проблемах в серверной? Попробуйте платформу DCImanager.

Источник https://zandz.com/ru/biblioteka/informacionnoe_zazemlenie/

Источник https://tmelectro.ru/clauses/novosti-i-obnovleniya/sistemy-zazemleniya-it-opredelenie-otlichiya-preim/

Источник https://www.ispsystem.ru/news/grounding-for-it-specialists