CC BY
414
УДК 621.39
Электропитание и заземление телекоммуникационного оборудования
Т.С. Аббасова, А.Г. Никифоров
Рассмотрены применяемые в современных телекоммуникациях средства стабилизации электропитания и системы заземления; указаны факторы, на которые следует обратить внимание при их выборе.
The power supply stabilization facilities and the ground connection systems used in today telecommunications are considered. The notice factors under its choice are presented.
Необходимо обеспечить стандартные требования к питающей сети (напряжение питания ипит = 220В с допустимыми отклонениями -10...+10% от номинала (187...242 В) при частоте 50±1 (60±1) Гц) в условиях внешних и внутренних электромагнитных помех.
Вопросы правильного электропитания и заземления при совместной прокладке питающих и телекоммуникационных кабелей имеют важное значение для достижения электромагнитной совместимости (ЭМС) - обеспечения работоспособности оборудования как при привносимых извне, так и при создаваемых самим оборудованием электромагнитных помехах, а также для гарантирования электробезопасности персонала, работающего с оборудованием, и безаварийной работы.
Можно назвать некоторые факторы воздействия, которые снижают качество электропитания [1]: высоковольтные импульсные перенапряжения (грозовые - до десятков киловольт, коммутационные - до единиц киловольт);
повышения напряжения выше 110% от номинала, вызванные неполадками в сети;
кратковременные провалы, вызванные подключением мощной нагрузки, длительные понижения напряжения ниже 85% от номинального значения;
пропадание напряжения более чем на два по-лупериода частоты;
радиочастотные шумы и помехи от импульсных блоков питания;
отклонение частоты питающей сети от номинала 50 Гц (60 Гц);
гармонические искажения питающего напряжения (отклонение формы от синусоидальной).
Эти факторы могут приводить к сбоям, самопроизвольному отключению или перезапуску устройств, в исключительных случаях - к выходу из строя.
Существуют следующие способы защиты от воздействия сетевых возмущений:
сетевые ЬС-фильтры, задерживающие высокочастотные помехи (обычно фильтр входит в состав блока питания);
ограничитель перенапряжений для подавления высоковольтных выбросов;
стабилизатор напряжения (широкого распространения не получил);
источники бесперебойного питания (ИБП), предохраняющие от внезапного пропадания напряжения в сети;
правильно организованное заземление и разводка электропитания.
Устройства электропитания должны сохранять работоспособность систем до тех пор, пока генератор не начнет вырабатывать достаточный ток. ИБП осуществляют комплексную защиту и выполняют следующие функции:
обеспечение резервного электропитания при полном пропадании или длительном снижении (за пределы установленного диапазона) напряжения;
обеспечение приемлемого уровня напряжения питания путем ликвидации неблагоприятных возмущений входного напряжения.
В связи с особенностями своей работы ИБП являются источниками импульсных помех. Реальные ИБП строятся по двухтактной схеме с применением прямо- и обратноходового преобразователя. Основными источниками электромагнитных помех являются импульсный трансформатор и силовой элемент. Для борьбы с этими помехами применяют экранирование, заземление и многоступенчатый входной фильтр.
При выборе ИБП для персонального компьютера следует обратить внимание на следующие факторы [2]:
выходная мощность устройства, которая должна быть на 40% больше мощности, потреб-
ляемой всеми блоками персонального компьютера (ПК);
время автономной работы при отключении питания;
допустимый диапазон входных напряжений.
В зависимости от поставленных целей, а также от национальных и международных стандартов применяемые схемы и системы заземления могут различаться в электроустановках с разным напряжением переменного и постоянного тока. На практике можно встретить две крайности: либо игнорирование заземления и использование обычных бытовых розеток (или заземление на трубы и конструкции), либо, наоборот, чрезмерные требования по созданию «чистой» земли. В обоих случаях нормы электромагнитной совместимости и электробезопасности не выполняются [3, 4].
Локально проблемы заземления решает применение сетевых фильтров. Каждый блок питания ПК или периферийного устройства (ПУ) имеет сетевой фильтр. Конденсаторы этого фильтра предназначены для шунтирования высокочастотных помех питающей сети на землю через провод защитного заземления и соответствующую трехполюсную вилку и розетку.
«Земляной» провод соединяют с контуром заземления, но допустимо его соединить и с «нулем» силовой сети (разница ощущается только в особо тяжелых условиях эксплуатации).
Заземлителем называется проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), соприкасающихся с землей.
Занулением в электроустановках напряжением до 1 кВ называется преднамеренное соединение обычно не находящихся под напряжением частей электроустановки с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока или с глухозаземленным выводом источника однофазного тока.
Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).
При занулении необходимо быть уверенным в том, что «нуль» не станет «фазой», если кто-нибудь перевернет вилку питания. Если земляной провод устройства никуда не подключать, на корпусе устройства появится напряжение до —110 В, так как конденсаторы фильтра работают как емко-
стной делитель напряжения (220/2, поскольку С!=С2).
Ток короткого замыкания (КЗ), мА, рассчитывается по формуле
/ё? = и1662яС , где ипит - напряжение питания; / - частота питающей сети; С - емкость конденсатора.
Чем мощнее блок питания, тем больше емкость конденсаторов фильтра и ток короткого замыкания. При С = 0,01 мкФ 1кз = 0,7 мА (опасен для человека).
Фильтр рекомендуется включать в трехполюсную розетку. В России распространены трехполюсные евророзетки. Для заземления используются контакты-усики, центральный заземляющий штырь используется нечасто.
Системы заземления различаются по схемам соединения и числу нулевых рабочих и защитных проводников [5]. Подробно требования к системам заземления изложены в [6-11].
В соответствии с ГОСТом Р 50571.2-94 в числе прочих предусматриваются следующие типы систем заземления электрических сетей зданий: та^, ТО-С, ТО-С^. Первая буква (Т) обозначает непосредственное присоединение одной точки токоведущих частей источника питания к земле, вторая буква означает характер заземления открытых проводящих частей электроустановки (Т - непосредственная связь открытых проводящих частей с землей, независимо от характера связи источника питания с землей; N - непосредственная связь открытых проводящих частей с точкой заземления источника питания, в системах переменного тока обычно заземляется нейтраль). Последующие буквы - устройство нулевого рабочего и нулевого защитного проводников: 8 - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечиваются раздельными проводниками; С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в одном проводнике. Графические символы, используемые в приведенных обозначениях типов систем заземления и на рисунках, приведены в табл. 1.
К системе Т^С (рис. 1) относятся трехфазные четырехпроводные (три фазных проводника и РЕ^проводник, совмещающий функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводника) и однофазные двухпроводные (фазный проводник и нулевой рабочий проводник) сети существующих зданий старой постройки.
Отсутствие специального нулевого защитного (заземляющего) проводника в существующих
Таблица. 1. Условные графические обозначения проводников
Изображение Назначение
Фазный проводник
Нулевой рабочий (нейтральный) проводник (N)
-Е Защитный проводник (PE)
-F Нулевой рабочий (нейтральный) проводник (N) и защитный проводник (PE), объединенные в один (PEN)
В настоящее время требования нормативной документации не допускают применение системы Т^С на вновь строящихся и реконструируемых объектах. При эксплуатации системы Т^С в здании старой постройки, где планируется размещение средств информатики и телекоммуникаций, следует организовать переход от системы Т^С к системе Т^Б (система Т^С-Б).
Система Т^С-Б (рис. 2) характерна для реконструируемых сетей, в которых нулевой рабочий и защитный проводники объединены только в части схемы.
Рис. 1. Система Т^С (нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены по всей сети)
электропроводках однофазных сетей создает опасность поражения персонала электрическим током. В ряде случаев технические средства информатики и телекоммуникаций устанавливаются в помещениях, где отсутствует заземление и одновременно имеется нетокопроводящее покрытие пола, на котором накапливается статическое электричество. Из-за отсутствия заземления и возникновения разрядов статического электричества в результате прикосновения к клавиатуре или к корпусу персонального компьютера происходят сбои, например «зависания», и даже повреждения оборудования, нарушения в работе программного обеспечения и потеря информации.
Подключение современной компьютерной техники к розеткам электрической сети Т^С сопряжено с таким явлением, как вынос напряжения на корпус, поскольку импульсные блоки питания имеют на входе симметричный Ь-С-фильтр, средняя точка которого присоединена на корпус. При занулении (заземлении) компьютера происходит технологическая утечка через фильтр, что необходимо учитывать в случае применения устройства защитного отключения (УЗО). При отсутствии проводника РЕ напряжение 220 В делится на «плечах» фильтра и на корпусе оказывается напряжение 110 В.
Рис. 2. Система Т^С-Б (в части сети нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены)
При переходе от системы Т^С к системе Т^Б следует соблюдать последовательность расположения систем относительно источника питания так, как это показано на рис. 2. В противном случае обратные токи электроприемников системы Т^С будут замыкаться по защитным проводникам РЕ системы Т^С-Б и вызывать помехи. Если одна из частей электроустановки здания - трансформатор, дизель-генератор, источник бесперебойного питания (ИБП) или иное подобное устройство - имеет систему заземления типа Т^С и используется главным образом для питания оборудования инфокоммуникационных технологий, то выходом из ситуации должен быть переход на систему типа Т^Б.
Система Т^Б (рис. 3) является основной рабочей системой заземления для зданий с информационным и телекоммуникационным оборудованием.
В системе Т^Б нулевой рабочий и нулевой защитный проводники проложены отдельно от источника питания. Такая схема обеспечивает отсутствие обратных токов в проводнике РЕ, что снижает риск возникновения электромагнитных помех. При эксплуатации необходимо следить за соблюдением назначения проводников РЕ и N.
Рис. 3. Система Т^Б (нулевой рабочий и нулевой защитный проводники проложены раздельно по всей сети)
С точки зрения минимизации помех оптимальным считается наличие встроенной (пристроенной) трансформаторной подстанции (ТП). Подобным образом достигается минимальная длина перемычки от ввода кабелей электроснабжения до главного заземляющего зажима.
Соблюдение указанного требования справедливо и для системы Т^С-Б. И в этом случае речь идет о расстоянии между вводом от системы электроснабжения и главным заземляющим зажимом. Для системы Т^С-Б желательно выполнение повторного заземления нейтрали. Система Т^Б при наличии встроенной (пристроенной) подстанции не требует повторного заземления, так как имеется основной заземлитель на ТП.
В телекоммуникационных системах при совместной прокладке питающих и телекоммуникационных кабелей необходимо строго следовать требованиям электробезопасности и электромагнитной совместимости.
При выборе ИБП следует обратить внимание на следующие параметры: время автономной работы при отключении питания; допустимый диапазон входных напряжений.
Система ТО-Б, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечиваются раздельными проводниками, является
основной рабочей системой заземления для зданий с
информационным и телекоммуникационным оборудованием.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. - СПб.: ПИТЕР, 2002.
2. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. М. - СПб.: ПИТЕР, 2003.
3. ГОСТ Р 50571.2-94
4. Стандарт Т1А/Е1А-607-А «Требования по заземлению и электрическим соединениям телекоммуникационных систем коммерческих зданий».
5. Воробьев А. Заземление компьютерной техники. -LAN 2003, №12.
6. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Раздел 1.7.
7. ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.
8. ГОСТ 464-79. Заземления для стационарных установок проводной связи, радиорелейных станций, радиотрансляционных узлов проводного вещания и антенн систем коллективного приема телевидения. Нормы сопротивления.
9. ГОСТ Р 50571.10-96 (МЭК 364-5-54-80). Электроустановки зданий. Ч. 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Гл. 54. Заземляющие устройства и защитные проводники.
10. ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96). Электроустановки зданий. Ч. 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Раздел 548. Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации.
11. ГОСТ Р 50571.22-2000 (МЭК 60364-7-707-84). Электроустановки зданий. Ч. 7. Требования к специальным электроустановкам. Раздел 707. Заземление оборудования обработки информации.
Поступила 10. 05. 2007 г.
