О защитном (PE) и функциональном (FE) заземлениях.

1. Введение

Данное пособие распространяется на установки оборудования информационных технологий в зданиях и имеет целью ознакомление специалистов, связанных с проблемами защитного и функционального заземления и уравнивания потенциалов такого оборудования, с состоянием вопроса на европейском и мировом уровне и с техническими требованиями, предусмотренными европейскими и международными нормативными документами для обеспечения безопасной и надежной работы оборудования в условиях внешних электромагнитных воздействий, которые могут приводить к сбоям в работе и повреждению частей оборудования.

При выполнении работы использован ряд действующих европейских стандартов [ 10 — 12 ] и ГОСТ Р 50571 [ 4 — 7 ], касающихся рассматриваемой проблемы, а также проект дополнения к действующему стандарту МЭК I EC 60364-4-44 [ 13 ] , на основании которого выполнен ГОСТ Р 50571.20 [ 6 ].

Последний документ МЭК не является окончательным и будет подвергаться изменениям, однако, авторы Пособия посчитали полезным использовать его в данной работе ввиду его актуальности, а также для своевременного ознакомления заинтересованных в проблеме специалистов с кругом вопросов, которые необходимо рассматривать при проектировании и монтаже систем заземления и уравнивания потенциалов в установках информационного оборудования. После официального издания документа МЭК в данную работу будут внесены соответствующие изменения.

Данная работа не распространяется на здания, в которых могут находиться мощные источники электромагнитных воздействий, оборудование производства, передачи и приема напряжения выше 1 кВ переменного тока, а также не учитывает специальные требования телекоммуникационных центров.

2. Общие сведения

К оборудованию обработки информации отнесены все виды электрического и электронного оборудования, включая конторское (бизнес-оборудование), со всеми периферийными устройствами и другими относящимися устройствами, питание которого может осуществляться от питающей сети с номинальным напряжением не выше 600 В, как общего назначения, например, городских или промышленных трансформаторных подстанций, так и от аккумуляторных установок, а также оборудование, подключаемое непосредственно к телекоммуникационной сети или к телекоммуникационным линиям передачи.

Примерами такого оборудования могут быть:

— оборудование обработки и передачи информации, телекоммуникационное оборудование, а также установки сигнализации, использующие землю в качестве обратного провода, как во внутренних сетях зданий, так и во внешних присоединениях к установкам зданий;

— источники и сети постоянного тока, питающие оборудование информационных технологий в зданиях;

— частные (местные, локальные) телефонные станции, имеющие выход в сеть общего пользования;

— локальные (местные) телекоммуникационные сети;

— системы пожарной и охранной сигнализации;

— системы управления обслуживанием зданий, например, цифровые системы;

— АСУ ТП и другие системы с компьютерным управлением.

Для обозначения такого оборудования в работе далее используются термины информационное оборудование (оборудование информационных технологий, оборудование обработки информации), а для обозначения цепей и подключаемых к нему кабелей и проводов — термины информационные цепи, кабели, провода.

В работе также используются термины:

опорный потенциал для обозначения стабильного нулевого потенциала, необходимого для устойчивости рабочего сигнала, т.е. для надежной работы оборудования;

плоскость опорного потенциала системы, идеальным воплощением которой с точки зрения уравнивания потенциалов является жесткая проводящая поверхность, но реализуемая на практике в виде горизонтальной или вертикальной сетки с ячейками, размер которых определяется диапазоном воздействующих на информационное оборудование частот.

Термины функциональное заземление, система функционального уравнивания потенциалов, проводник, шина, магистраль и др. функционального заземления и уравнивания потенциалов применяются в данной работе применительно к заземлению и уравниванию потенциалов только в цепях рабочего сигнала и необходимых по условиям нормальной работы оборудования, например, при использовании земли в качестве обратного провода в установках электросвязи.

Эти термины не определены жестко какими-либо российскими нормативными документами и приняты в рамках настоящей работы в соответствии с идеологией международных стандартов либо для краткости и удобства пользования либо потому, что авторы работы посчитали их наиболее понятными для соответствующих условий применения.

Электромагнитные поля, возникающие по различным причинам, могут приводить к нарушениям работы систем обработки информации, а также к повреждению оборудования таких систем. Токи молнии, коммутационные токи, токи коротких замыканий и другие электромагнитные явления могут приводить к перенапряжениям и возникновению помех.

Большие токи с большой крутизной изменения, протекающие по силовым кабелям, например, пусковые токи лифтов или токи, управляемые выпрямителями, могут индуцировать в информационных кабелях перенапряжения, которые, в свою очередь, могут приводить к возникновению помех или повреждению чувствительного электрооборудования.

В помещениях медицинских учреждений или рядом с ними электрические и магнитные поля могут оказывать нежелательные воздействия на электромедицинское оборудование.

Эти явления характерны для условий, в которых:

— имеются замкнутые металлические контуры («петли») большой площади, образующиеся при объединении строительных металлоконструкций, металлических трубопроводов, например, водо-, газо- и теплоснабжения, магистралей кондиционирования воздуха и др. в систему уравнивания потенциалов;

— электропроводки различных систем (различного назначения) проложены по разным (отдельным) трассам, например, проводники силовых цепей и проводники компьютерных устройств сигнализации в здании;

— цепи входят в здание или выходят из него.

Значение наведенного (индуцированного) потенциала зависит от крутизны изменения (di/dt) тока помехи и от размера «петли».

В нормальном режиме работы по проводникам системы уравнивания потенциалов не должны протекать токи нагрузки существенных значений.

Защитные и заземляющие проводники и проводники уравнивания потенциалов должны иметь достаточно высокую проводимость в соответствии с требованиями ПУЭ для обеспечения защиты от поражения людей электрическим током и понижения опасности возгораний и повреждения оборудования и электропроводок в нормальном и аварийном режимах работы электроустановок и в результате воздействия токов и напряжений, наведенных молнией.

Для обеспечения стабильности и надежности опорного потенциала особое внимание должно быть уделено правильному выполнению уравнивания потенциалов как собственно информационного оборудования, так и в электрической распределительной сети.

При выполнении системы уравнивания потенциалов в зданиях, в которых установлено информационное оборудование, и для которых требуется выполнение молниезащиты, требования молниезащиты и требования электробезопасности должны рассматриваться совместно и быть скоординированы с учетом условий электромагнитной совместимости.

Следует избегать использования земли в качестве обратного провода, однако, если такое решение принято, полное сопротивление сети заземления должно быть минимальным.

Для снижения влияния возникающих помех может потребоваться выполнение дополнительных мер, например, установка частотных фильтров или блокирующих катушек (дросселей).

В сложных системах, состоящих из большого количества взаимосвязанного оборудования, устойчивость опорного потенциала следует обеспечивать при помощи плоскости опорного потенциала системы, к которой для исключения функциональных нарушений или повреждений оборудования подключается, как минимум, операционный блок или системный блок. Плоскость опорного потенциала должна обеспечить достаточно низкий импеданс в цепях подключения фильтров, оборудования шкафов, экранов кабелей в пределах всего диапазона частот, воздействию которых может подвергаться оборудование, и может быть выполнена в виде металлического листа или эквипотенциальной сетки с соответствующими размерами ячеек. Частотный диапазон должен включать частоты переходных режимов, таких, как коммутационные, короткие замыкания, грозовые разряды. Поддержание уровня потенциала при помощи плоскости опорного потенциала не означает обязательного ее использования в цепи обратного тока.

Меры по улучшению условий электромагнитной совместимости, например, выполнение уравнивания потенциалов, могут быть использованы также для защиты от статического электричества.

Для улучшения условий электромагнитной совместимости в электроустановках зданий, в которых установлено информационное оборудование, должна быть принята система TN-S.

Рассмотренные в разделах 3 — 5 Пособия технические решения по заземлению и уравниванию потенциалов информационного оборудования, устанавливаемого в зданиях, должны обеспечивать:

— защиту людей от поражения электрическим током;

— надежную стабилизацию уровня опорного потенциала в пределах всей установки информационного оборудования;

— удовлетворительный уровень электромагнитной совместимости информационной установки в целом для исключения или понижения помех, вызывающих сбои в работе информационного оборудования.

Выбор мер, ограничивающих электромагнитные воздействия, должен производиться на стадии проектирования совместно разработчиками архитектурно-строительной и электрической частей проекта.

Применяемое электрооборудование должно отвечать требованиям соответствующих стандартов к электромагнитной совместимости.

Требования к оборудованию, учитывающие особые условия его работы (если такие имеются), должны быть согласованы покупателем оборудования и его поставщиком при заключении контракта на поставку оборудования.

3. Источники электромагнитных воздействий и меры по их снижению

Электрическое и электронное оборудование, чувствительное к электромагнитным воздействиям, не следует располагать вблизи потенциальных источников таких воздействий, к которым, например, относятся:

— устройства коммутации индуктивных нагрузок;

— флюоресцентные источники света;

— частотные преобразователи и регуляторы;

— силовые магистральные и распределительные шинопроводы и др.

Для снижения влияния электромагнитных и электрических полей на электрооборудование при проектировании и выполнении строительно-монтажных работ следует выполнять одну или несколько мер, указанных ниже:

— металлические оболочки и экраны кабелей и металлические оболочки оборудования должны быть присоединены к общей системе уравнивания потенциалов;

— при выполнении электропроводок проводники силовых и информационных цепей следует прокладывать по общим трассам для исключения образования индуктивных контуров (петель);

— информационные и силовые кабели должны быть отделены друг от друга в соответствии с п. 5.1;

— в местах пересечений кабели должны прокладываться под прямым углом;

— при необходимости следует предусматривать установку устройств подавления импульсных перенапряжений и/или фильтров:

— если здание имеет систему молниезащиты,

— силовые и контрольные кабели должны прокладываться на расстоянии не менее 2 м от токоотводов или быть защищены при помощи защитных экранов;

— металлические трубы, короба, лотки и т.п., а также металлические оболочки силовых и контрольных кабелей должны быть присоединены к системе уравнивания потенциалов в соответствии с требованиями к устройству молниезащиты;

— в тех случаях, когда экранированные информационные кабели являются общими для нескольких зданий, электроустановки которых питаются от системы ТТ, параллельно этим кабелям должен быть проложен проводник уравнивания потенциалов (см. рис. 2). Сечение этого проводника должно быть не менее 16 мм 2 по меди или быть эквивалентного по проводимости сечения из других материалов и соответствовать п. 1.7.137 ПУЭ седьмого издания;

— значения сопротивления (импеданса) цепей уравнивания потенциалов должны быть минимальными. Для этого проводники присоединений к системе уравнивания потенциалов должны иметь кратчайшие длины и специальную форму поперечного сечения. Так, например, отношение ширины к толщине плетеной медной перемычки должно быть не менее пятикратного;

— при наличии в здании большого количества информационного оборудования и необходимости выполнения функционального заземления рекомендуется для уравнивания потенциалов такого оборудования выполнять шину в виде замкнутого кольца.

1. Если заземленная оболочка используется в качестве обратного провода в цепях сигнализации, рекомендуется применение коаксиального кабеля.

2. В случае, если не удается достигнуть согласованное решение по выполнению требований п. 1.7.82 ПУЭ седьмого издания к выполнению основной системы уравнивания потенциалов, ответственность за возможные последствия опасности поражения электрическим током людей или повреждения оборудования вследствие перенапряжений, возникающих из-за того, что телекоммуникационные кабели не присоединены к системе уравнивания потенциалов, полностью ложится на владельца этих кабелей или эксплуатирующую их организацию.

3. Проблемы, связанные с неравномерным распределением потенциалов в земле в разветвленных телекоммуникационных сетях, также относятся к ответственности организации, которая эксплуатирует эти сети и может принимать другие решения.

3.1. Система TN

В электроустановках зданий, в которых размещено или может быть размещено большое количество информационного оборудования, не следует применять систему TN-C. В таких электроустановках должна быть применена система TN-S:

— начиная от вводного устройства электроустановки здания, если электроустановка получает питание от коммунальной сети низкого напряжения (см. рис. 3 А);

— начиная от зажимов трансформатора, если электроустановка получает питание от трансформаторной подстанции, встроенной в это же здание и обслуживаемой пользователем электроустановки здания (см. рис. 3 В).

При установке информационного оборудования в существующем здании, распределение электроэнергии в котором выполнено по системе TN-C-S (см. рис. 4), должна быть предотвращена возможность образования замкнутых контуров («петель») информационными кабелями. Для этого могут быть использованы следующие меры:

— преобразование участка TN-C сети здания, показанного на рис. 4, в TN-S, как показано на рис. 3 А;

— если это невозможно — устранение показанных на рис. 4 взаимных связей «2)», образуемых информационными кабелями между различными частями сети TN-S, например, при помощи волоконно-оптических вставок.

3.2. Система ТТ

В системе ТТ необходимо учитывать возможность возникновения перенапряжений между токоведущими частями и открытыми проводящими частями, если открытые проводящие части различных зданий присоединены к различным заземлителям, не связанным между собой проводником.

3.3. Система IT

В системе IT необходимо учитывать возможность повышения напряжения между фазными проводниками и открытыми проводящими частями до значения линейного напряжения при первом замыкании на землю.

Поэтому в цепях, питающих информационное оборудование, включенное на фазное напряжение между фазным и нулевым рабочим (нейтральным) проводником, для которого ГОСТ Р МЭК 60950-2002 не предусмотрена возможность таких повышений напряжения между токоведущими проводниками и открытыми проводящими частями, необходимо предусматривать соответствующую защиту от перенапряжений.

3.4. Питание от нескольких источников

При питании от нескольких источников в системе TN нейтрали этих источников по условию электромагнитной совместимости должны быть заземлены в одной и той же точке, равноудаленной от всех источников (см. рис. 7).

При питании от нескольких источников в системе ТТ нейтрали источников по условию электромагнитной совместимости рекомендуется соединить между собой и заземлить только в одной точке, равноудаленной от всех источников (см. рис. 8).

3.5. Ввод в здание

Ввод в здание металлических труб, например, водо- и газоснабжения, отопления, а также кабелей рекомендуется выполнять в одном и том же месте. Все эти коммуникации должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников уравнивания потенциалов кратчайшей длины с малым сопротивлением (см. рис. 9).

3.6. Установка оборудования в различных зданиях

Если в различных зданиях, связанных между собой общей информационной системой, выполнены не связанные друг с другом системы уравнивания потенциалов, в информационных цепях должны применяться волоконно-оптические кабели в неметаллических оболочках и не имеющие металлических частей, или другие непроводящие системы передачи, например, микроволновые системы или разделительные сигнальные трансформаторы.

Решение проблем, возникающих в протяженных и разветвленных информационных сетях из-за разности потенциалов удаленных друг от друга участков земли, относится к ответственности организации-оператора этой сети, которая может применять другие способы обеспечения электромагнитной совместимости.

3.7. Переключение источников питания

В системе TN коммутационные устройства переключения питания с одного источника на другой (например, с рабочего на резервный) должны одновременно переключать фазные проводники и нулевой рабочий (нейтральный), если такой имеется, проводник (см. рис. 10 А, 10 В и 10 С). Разрыв нулевого рабочего проводника при переключении предотвращает образование электромагнитных полей блуждающими токами основной питающей сети электроустановки. Сумма токов в одном кабеле должна быть равна нулю. Это гарантирует протекание тока в нулевом рабочем проводнике только той цепи, которая включена в работу. При этом следует иметь в виду, что к нулевому рабочему току добавляется ток 3-й гармоники фазного проводника (150 Гц) с тем же угловым сдвигом фаз.

3.8. Установка оборудования в существующих зданиях

Если информационное оборудование устанавливается в существующем здании, в котором имеющееся оборудование может оказывать нежелательное электромагнитное воздействие на вновь устанавливаемое информационное оборудование, для уменьшения этого воздействия рекомендуется выполнение следующих мер (см. рис. 11 А):

— применение оборудования класса II (с двойной или усиленной изоляцией);

— применение разделительных трансформаторов. Цепи, питающиеся от вторичных обмоток трансформаторов, рекомендуется выполнять по системе TN-S, однако, в особых случаях может быть применена система IT;

— применение в информационных цепях волоконно-оптических вставок, не имеющих металлических элементов.

Примечание: Применение рекомендаций п.п. 1 и 2 может быть ограничено по условию предельной (граничной) частоты или в связи с возможностью непрямых ударов молнии.

3.9 Размещение оборудования

Электрическое и электронное оборудование мониторинга, регулирования параметров, контроля, защиты и др. для улучшения условий электромагнитной совместимости должно размещаться в закрытых нишах строительных конструкций здания или в специальных помещениях.

Устройства присоединения входящих в здание и выходящих из него силовых и информационных цепей должны быть расположены в одном месте или в непосредственной близости друг от друга.

Не допускается устанавливать в одном шкафу, на одном стеллаже, каркасе или на одной стойке электрическое и информационное оборудование, а также монтажные, отсеки (ящики) с электрическими и информационными проводами и гнезда (блоки зажимов) для их подключения.

Не допускается прокладывать информационные провода и кабели внутри шкафов и по поверхности щитов силового электрооборудования.

3.10 Аппараты защиты

Применяемые защитные аппараты должны иметь соответствующую выдержку времени для исключения ложных отключений токами переходных режимов.

3.11 Кабели цепей сигнализации

В цепях сигнализации следует применять экранированные кабели или кабели с витыми парами.

4 Заземление и уравнивание потенциалов

4.1 Соединение заземлителей

Если для информационной установки здания требуется выполнение защитного и функционального заземления, а также заземления системы молниезащиты, не следует выполнять отдельные независимые заземлители, предназначенные для реализации каждой из этих задач, по следующим причинам:

— между такими заземлителями имеется связь, которая может приводить к неконтролируемым повышениям напряжения на оборудовании;

— части оборудования, доступные одновременному прикосновению, могут иметь различные потенциалы относительно земли;

— создается опасность поражения электрическим током, особенно при перенапряжениях атмосферного происхождения.

Поэтому все заземлители одного здания должны быть соединены между собой (рис. 12).

Проводники защитной и функциональной систем уравнивания потенциалов должны присоединяться к главной заземляющей шине (зажиму) индивидуально (раздельно) таким образом, чтобы отключение одного проводника не нарушало присоединений других проводников.

В тех случаях, когда электронное оборудование используется для связи и обмена информацией между несколькими зданиями, каждое из которых имеет свое заземляющее устройство, и при этом заземлители различных зданий не могут быть соединены между собой, например, из-за их большой удаленности друг от друга, следует выполнять гальваническое разделение цепей связи, например, при помощи волоконно-оптических вставок (см. также п. 3.8).

4.2 Уравнивание потенциалов

Схему соединений в сети уравнивания потенциалов, выполняемой для информационного оборудования, можно рассматривать на уровне всего здания (основная система уравнивания потенциалов), на уровне информационной установки в целом и на уровне групп совместно установленного информационного оборудования.

Для создания основной системы уравнивания потенциалов должны использоваться металлические элементы, имеющиеся в каждом здании, например, главная заземляющая шина, защитные (РЕ) проводники, металлические трубы водопровода и канализации, стальные строительные конструкции, стальная арматура железобетонных конструкций, которые дополняются проводниками и магистралями уравнивания потенциалов, кабельными конструкциями и др. для получения достаточно низкого сопротивления и высокой проводимости системы уравнивания потенциалов, обеспечивающих условия электробезопасности.

В каждом здании должна быть предусмотрена главная заземляющая шина (ГЗШ), расположенная на минимальном расстоянии от входа в здание силовых и информационных кабелей. В зависимости от сложности и объема оборудования информационной установки ГЗШ здания может быть выполнена в виде магистрали или кольцевой магистрали.

Экраны всех входящих в здание кабелей должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи низкоомных, имеющих кратчайшую длину соединений.

Открытые проводящие части электрооборудования в здании соединяются между собой посредством защитных (в системах TN — нулевых защитных) (РЕ) проводников.

Для производственных зданий и таких общественных зданий как, например, банки, центры управления, в т.ч. технологическими процессами, и т.п., насыщенных информационным оборудованием, предназначенным для осуществления различных задач, лучшим решением является выполнение общей сети для уравнивания потенциалов, зануления и функционального заземления.

Систему уравнивания потенциалов для информационного оборудования в таких зданиях рекомендуется выполнять при помощи замкнутой кольцевой магистрали, представляющей собой голый или изолированный медный проводник, установленный открыто или защищенный, например, проложенный в коробе, таким образом, чтобы он был доступен для подключения к нему защитных и функциональных проводников уравнивания потенциалов в любом месте, и проложенный по внутреннему периметру здания или помещения, в котором установлено информационное оборудование. Такая кольцевая магистраль должна охватывать, по крайней мере, системный блок по его внешнему периметру.

При наличии мощных источников электромагнитных воздействий или особых требований к сохранности информации может потребоваться создание экранированных помещений, что является максимальной мерой при выполнении системы уравнивания потенциалов. Примеры выполнения систем уравнивания потенциалов в здании приведены на рис. 11 А — 11 Д и рис. 13 — 16.

Нулевые защитные проводники, заземляющий проводник защитного заземления и проводники защитного уравнивания потенциалов должны иметь цветовую маркировку в виде желто-зеленых полос.

В зависимости от степени важности информации, обрабатываемой электронным оборудованием, и от чувствительности этого оборудования к электромагнитным воздействиям могут быть применены три основные схемы сети уравнивания потенциалов.

В виде «звезды», как правило, выполняется основная система уравнивания потенциалов.

В чистом виде эта схема может быть применена в небольших зданиях, где количество электронного оборудования не велико: в жилых, общественных и т.п., в общем случае, для оборудования, не присоединенного к кабелям связи (см. рис. 13).

В пределах информационной системы, особенно в пределах оборудования системного блока, схема уравнивания потенциалов должна выполняться в виде сетки, формирующей уровень опорного потенциала и обеспечивающей высокую проводимость и низкое сопротивление в соответствии с требованиями электробезопасности, надежности опорного потенциала и электромагнитной совместимости.

Эта «сетка» должна включать в себя соединенные между собой шкафы, стеллажи, стойки, распределительные панели, кабельные конструкции, короба, трубы, экраны кабелей и т.п. и, если требуется, специально выполненную в полу под оборудованием или над ним выравнивающую сетку.

Контактные соединения всех указанных металлических частей между собой должны обеспечивать непрерывность электрической цепи и иметь минимальные значения переходных сопротивлений.

Применительно к терминологии главы 1.7 ПУЭ седьмого издания такую «сетку» для уравнивания потенциалов в пределах одной информационной системы или в пределах одного помещения можно рассматривать как дополнительную систему уравнивания потенциалов.

4.2.3 «Звезда», совмещенная с несколькими местными «сетками»

4.2.4 «Звезда», совмещенная с общей «сеткой» уравнивания потенциалов

Схему такого типа следует применять в зданиях с большой насыщенностью информационным оборудованием, обрабатывающим и/или передающим особо важную информацию и предъявляющим высокие требования к защите от помех.

При выполнении этой схемы усиление защитного эффекта достигается использованием существующих металлических конструкций здания, которые для образования «сетки» дополняются другими естественными и искусственными проводниками.

Размер ячеек «сетки» зависит от принятой категории молниезащиты здания, от уровня стойкости оборудования к перенапряжениям и от частоты, на которой осуществляется передача информации (связь).

Размер ячеек зависит от размеров защищаемой установки, однако, в тех местах, где установлено оборудование, чувствительное к электромагнитным воздействиям, он не должен превышать 2 м ´ 2 м. Этот размер удовлетворяет требованиям защиты как частных (локальных) узлов связи, так и централизованных систем обработки и передачи информации.

В случаях, когда отдельные узлы установленного оборудования предъявляют особые требования, участки общей «сетки», соответствующие этим узлам, могут быть выполнены с уменьшенными размерами ячеек (см. рис. 15 и 11Д).

4.2.5 Уравнивание потенциалов в многоэтажных зданиях

В многоэтажных зданиях рекомендуется выполнять систему уравнивания потенциалов на каждом этаже. Системы уравнивания потенциалов различных этажей должны быть соединены между собой при помощи не менее двух вертикальных проводников для создания трехмерной решетчатой структуры по типу клетки Фарадея. В качестве вертикальных проводников такой решетчатой структуры могут быть использованы металлоконструкции здания и другие естественные проводники при условии обеспечения непрерывности электрической цепи и надежности контактных соединений. Пример такой системы уравнивания потенциалов приведен на рис. 16 (присоединение системы молниезащиты не показано)

4.2.6 Присоединение к главной заземляющей шине

Главная заземляющая шина (зажим) электроустановки здания может быть выполнена такой длины, чтобы присоединение всех частей информационного оборудования к системе уравнивания потенциалов («сетке») могло быть выполнено проводниками кратчайшей длины (см. рис. 16).

Если система уравнивания потенциалов выполняется с использованием замкнутой кольцевой магистрали, размеры проводника, из которого выполнена магистраль, должны быть не менее:

— 30 ´ 2 мм — для плоской медной шины,

— 8 мм — диаметр круглого медного проводника.

Голые проводники должны быть защищены от коррозии в каждом месте крепления к основанию и при проходах сквозь стены.

4.2.7 Части, присоединяемые к системе уравнивания потенциалов

Дополнительно к частям, указанным в п. 1.7.82 ПУЭ седьмого издания, к системе уравнивания потенциалов должны быть присоединены:

— проводящие экраны, проводящие оболочки и/или броня информационных кабелей;

— заземляющие проводники антенных систем;

— заземляющие проводники заземленного полюса источника постоянного тока, питающего информационное оборудование;

— проводники функционального заземления.

4.3 Функциональное заземление и уравнивание потенциалов

Функциональное заземление выполняется в тех случаях, когда это требуется для нормальной работы оборудования, например, при использовании земли в качестве обратного провода в установках электросвязи.

О выполнении заземлителя функционального заземления см. п. 4.1.

В случаях, когда по условиям нормальной работы оборудования требуется выполнение шины функционального заземления, главная заземляющая шина электроустановки здания может быть удлинена таким образом, чтобы любая часть информационного оборудования могла быть присоединена к этой шине проводником наикратчайшей длины в любой точке здания. Если шина функционального заземления предназначена одновременно для уравнивания потенциалов в здании с большим количеством такого оборудования, она может быть выполнена в виде замкнутого кольца (см. рис. 16).

Шина может быть голой или изолированной и должна быть доступна на всем ее протяжении для подключения проводников уравнивания потенциалов в любой ее точке. Голая шина должна быть защищена от коррозии в местах креплений и прохода сквозь стены и перекрытия.

Эффективность шины зависит от трассы ее прокладки и от импеданса используемого проводника.

Если шина функционального заземления одновременно используется в качестве обратного провода цепи постоянного тока (как правило, в установках связи), ее сечение должно быть принято по величине этого тока. Для больших установок сечение медной функциональной заземляющей шины должно быть не менее 50 мм 2 . Падение напряжения постоянного тока на протяжении заземляющей шины, используемой в качестве обратного провода цепи постоянного тока, должно быть не более 1 В.

В зависимости от величины обратного постоянного тока рекомендуется принимать сечения шины функционального заземления не менее приведенных в табл. 1:

Таблица 1 . Наименьшие сечения шины функционального заземления

4.3.2 Проводники функциональной системы уравнивания потенциалов

В качестве проводников функциональной системы уравнивания потенциалов могут быть использованы металлические полосы, плоские плетеные проводники, провода и кабели круглого сечения.

Для высокочастотного оборудования предпочтительным является применение металлических полос или плоских плетеных проводников, т.к. проводники круглого сечения вследствие скин-эффекта имеют более высокий импеданс, чем проводники прямоугольного сечения. Для плоских прямоугольных проводников рекомендуется соблюдать отношение их ширины к толщине не менее 5.

Для проводников функционального заземления не следует применять обозначение желто-зеленым цветом. Не требуется обозначать их каким-либо обязательным цветом. Однако, рекомендуется принимать один и тот же цвет для обозначения проводников функционального заземления и функционального уравнивания потенциалов в пределах одной электроустановки, а также обозначать каждый конец этих проводников буквенной маркировкой (FE).

Для оборудования, работающего на низких частотах, сечения проводников, предусмотренные параграфом 1.7.137 ПУЭ седьмого издания, считаются достаточными независимо от формы их сечения.

5 Электропроводки

При выполнении электропроводок в цепях информационного оборудования необходимо выполнять требования глав 2.1 и 1.7 ПУЭ седьмого издания с учетом рекомендаций, приведенных ниже.

По условиям снижения электромагнитных воздействий на работу информационного оборудования рекомендуется совместная прокладка силовых и информационных цепей (см. также п. 3).

Рекомендации данного раздела распространяются на провода и кабели информационных, а также силовых питающих, распределительных и других электрических цепей, находящиеся в составе общей электропроводки (прокладываемые по общим трассам).

При прокладке по общим трассам группы (пучки) силовых и информационных кабелей и/или проводов должны быть отделены друг от друга определенными расстояниями либо разделены при помощи разделительных перегородок или экранов.

Соображения электробезопасности и соображения электромагнитной совместимости могут предъявлять различные требования к расстояниям проводников от сторонних проводящих частей и между проводниками силовых и информационных цепей и к необходимости разделения их при помощи заземленных экранов и др. Приоритет в таких случаях всегда имеют требования электробезопасности.

Проверка соответствия электрического разделения цепей в электропроводках требованиям главы 1.7 ПУЭ должна выполняться в процессе приемо-сдаточных испытаний, предусмотренных главой 1.8 ПУЭ [2] и ГОСТ Р 50571.16 [7].

5.1 Требования к разделению кабелей

Не допускается прокладывать силовые электрические кабели и информационные кабели в одном пучке. Пучки таких кабелей должны быть разделены.

Разделение проложенных параллельно силовых и информационных кабелей и проводов может быть выполнено при помощи металлических и неметаллических перегородок (см. рис. 19 В) или путем соблюдения определенных расстояний между группами (пучками) кабелей (см. рис. 20).

Требования к разделению силовых и информационных кабелей, выполняемому для уменьшения влияния помех, зависят от таких условий, как:

1 ) уровень устойчивости информационного оборудования к электромагнитным воздействиям различного происхождения: коммутационным перенапряжениям, переходным процессам, импульсным воздействиям молнии, радиоимпульсам, контурным колебаниям, незатухающим колебаниями др.;

2 ) способ заземления оборудования (тип системы заземления в соответствии с главой 1.7. ПУЭ ) и схема системы уравнивания потенциалов:

3 ) электромагнитное состояние среды в месте размещения оборудования (наложение помех различного происхождения, например, одновременное наличие гармоник, незатухающих колебаний, атмосферного разряда и др.);

4 ) состав электромагнитного спектра:

5 ) расстояние между параллельно проложенными кабелями (зона взаимного электромагнитного влияния);

6 ) тип и конструкция кабеля;

7 ) затухание взаимного электромагнитного влияния;

8 ) качество соединений между кабелями и соединительными зажимами;

В рамках документов, являющихся основой данного пособия [4, 5, 8 — 13], принято, что электромагнитная среда соответствует требованиям Стандартов МЭК 61000-6-1 — 61000-6-4 к помехам, передающимся проводным и радиационным путем.

При горизонтальной прокладке кабелей следует соблюдать следующие условия:

— при длине трассы не более 35 м разделение силовых и информационных кабелей не требуется;

— при длине трассы более 35 м силовые и информационные кабели должны быть разделены по всей длине за вычетом последних 15 м, присоединяемых к оборудованию (см. рис. 18).

Параллельная прокладка кабелей с разделительной перегородкой и без нее показана на рис. 19 А и 19 В. При этом:

1 ) участок с минимальным расстоянием А на рис. 19 А а) представляет наихудшие условия между точками крепления кабелей;

2 ) если на участке прокладки отсутствует промежуточное крепление кабелей, а также отсутствуют разделительные перегородки, следует считать, что расстояние между силовыми и информационными кабелями равно нулю, как показано на рис. 19 А в);

3 ) при прокладке кабелей в смежных отсеках кабельного короба, разделенных перегородкой, или в других кабелепроводах. имеющих перегородку, в случае отсутствия крепления кабелей по их длине, расстояние между кабелями следует считать равным толщине перегородки (рис. 19 В а)):

4 ) при прокладке кабелей в несмежных отсеках кабельного короба или в других кабелепроводах, имеющих более одной разделительной перегородки, в случае отсутствия крепления кабелей по их длине расстояние между кабелями следует принимать равным расстоянию А между разделительными перегородками (рис. 19 В в)).

Примечание: Указания табл. 2 и условия 1) — 4) относятся не только к кабелям, но и к проводам аналогичного исполнения.

В местах пересечения кабели должны быть проложены под прямым углом друг к другу.

Таблица 2 . Расстояния, разделяющие информационные и силовые кабели при их прокладке по одной трассе.

Минимальное расстояние А

Без перегородки или с неметаллической перегородкой 1)

С алюминиевой перегородкой

Со стальной перегородкой

Неэкранированный силовой кабель и неэкранированный информационный кабель 2)

Неэкранированный силовой кабель и экранированный информационный кабель 2)

Экранированный силовой кабель и неэкранированный информационный кабель 2)

Экранированный силовой кабель и экранированный информационный кабель 2)

1) Принято, что при наличии металлической перегородки обеспечивается экранирующий эффект, соответствующий магнитным свойствам материала перегородки.

2) Экранированные и неэкранированные информационные кабели должны соответствовать европейским стандартам серии EN 50288 или стандарту МЭК 61156, Изд. 2, 2002 г.

5.2 Выбор конструкций

При выборе материала и формы конструкций для прокладки кабелей необходимо учитывать следующие факторы:

1 ) мощность электромагнитного поля вдоль трассы (расстояние от источников электромагнитных помех, передающихся, как электропроводным путем, так и излучением);

2 ) официально подтвержденный уровень проводных и излучаемых воздействий;

3 ) конструкция кабелей: экранированные, витые, волоконно-оптические;

4 ) уровень устойчивости информационного оборудования к помехам;

5 ) другие ужесточающие воздействия окружающей среды: химические, механические, климатические, пожароопасность и т.п.;

6 ) возможность последующего расширения сети информационного технологического оборудования.

Неметаллические конструкции в электропроводках могут быть применены в условиях:

— электромагнитной среды со стабильно низким уровнем помех;

— низкого уровня излучений силовыми кабелями:

— применения волоконно-оптических кабелей.

При применении металлических конструкций для прокладки проводов и кабелей сопротивление электропроводки воздействию помех зависит от профиля конструкции (плоскость, U-образная форма, труба и т.п.), а не от площади ее поперечного сечения.

Наилучшими являются замкнутые профили, т.к. они лучше всего снижают влияние электромагнитного поля общего типа. Лотки, преимуществом которых является удобство прокладки кабелей, почти всегда имеют щели в днище. Если нельзя избежать прокладки в лотках, следует выбирать лотки с наиболее узкими щелями, ось которых совпадает с осью лотка (см. рис. 21).

Размеры конструкций для электропроводок следует принимать с учетом последующей дополнительной прокладки определенного количества кабелей при расширении или реконструкции.

Высота пучка кабелей в лотке не должна быть более высоты боковой стенки (см. рис. 22). Для улучшения защитных электромагнитных свойств лотка рекомендуется применять лотки с крышками П-образной формы.

При применении лотков U-образной формы наибольшее снижение влияния внешнего электромагнитного поля происходит вблизи двух углов лотка, поэтому предпочтительными являются глубокие лотки (см. рис. 22).

5.3 Рекомендации по монтажу

5.3.1 . Металлические или композитные конструкции, специально сконструированные для обеспечения электромагнитной совместимости

При монтаже металлических или композитных лотков и коробов, специально сконструированных по условиям электромагнитной совместимости, особое внимание должно быть уделено соединению отдельных секций этих изделий между собой.

Наилучшим является соединение сваркой непрерывным швом по всему периметру профиля. Допускается выполнять болтовые, винтовые, клепаные соединения при условии обеспечения надежности контактных соединений (контактные поверхности зачищены до металлического блеска, метизы изготовлены из проводящего материала), защиты их от коррозии и соответствия требованиям ГОСТ 10434 к контактным соединениям класса 2.

Профиль не должен изменяться в пределах секции.

Не следует выполнять соединение секций при помощи коротких круглых проводников или узких полос, т.к. при этом значительно увеличивается полное сопротивление (импеданс) в месте соединения, в результате чего снижается уровень защиты электропроводки от внешних электромагнитных воздействий (см. рис. 23). Так при частотах, начиная от нескольких МГц и выше, соединение двух секций при помощи плетеной медной косички длиной 10 см снижает экранирующий эффект лотка в более, чем 10 раз.

Очень важно во всех случаях изменения или расширения установки выполнять работы под самым пристальным компетентным наблюдением и руководством, гарантирующим соблюдение требований электромагнитной совместимости (например, чтобы металлические трубы не были заменены пластмассовыми).

Для улучшения условий электромагнитной совместимости рекомендуется прокладывать кабели по элементам строительных конструкций зданий таким, как стальные тавровые, двутавровые, швеллерные, уголковые балки с большой площадью поперечного сечения и большой площадью поверхности, образующие, как правило, непрерывную заземленную конструкцию, имеющую, кроме того, большое количество повторных заземлений. Прокладывать кабели при этом рекомендуется в углах, а не по поверхности стенок этих конструкций (см. рис. 24)

Металлические и композитные конструкции для прокладки кабелей, конструируемые специально по условиям электромагнитной совместимости, всегда должны на обоих концах присоединяться к дополнительной системе уравнивания потенциалов. При длине трассы более 50 м рекомендуется выполнять повторные заземления (присоединения к заземленным конструкциям или к частям дополнительной системы уравнивания потенциалов) с ненормируемыми интервалами. Проводники, присоединяющие лотки, короба, трубы и т.п. к системе уравнивания потенциалов, должны иметь кратчайшую длину.

Крышки металлических лотков и коробов должны отвечать тем же требованиям, что и основания лотков и коробов. Предпочтительными являются крышки с большим количеством соединений с основанием. Если это невозможно, каждая крышка должна быть присоединена к основанию кабельного лотка как минимум на обоих концах при помощи коротких перемычек, например, медных плетеных косичек длиной не более 10 см.

В случае прохода электропроводки, выполненной в специально сконструированных по условиям электромагнитной совместимости лотках или коробах, сквозь стену или, например, сквозь огнепреградительный барьер, две секции лотка или короба, находящиеся по разные стороны стены (барьера), должны быть соединены между собой при помощи перемычки с минимальным сопротивлением, например, плетеной или сетчатой медной полосы (см. рис. 25 ).

5.3.2 . Неметаллические конструкции для прокладки кабелей

Если информационное оборудование не подвергается воздействию низкочастотных помех, а электропроводка выполнена неэкранированными кабелями в неметаллических лотках или коробах, для улучшения свойств электромагнитной совместимости проводки внутри лотка или короба должен быть проложен проводник, выполняющий функцию шунтирующего проводника системы уравнивания потенциалов. Оба конца этого проводника должны быть присоединены к дополнительной системе уравнивания потенциалов. Присоединения должны быть выполнены к металлическим частям с низким импедансом, например, к корпусу шкафа, в котором размещено оборудование.

Шунтирующий проводник следует выбирать по условию стойкости к воздействию мощного электромагнитного поля общего типа и стойкости к токам короткого замыкания в силовой сети.

6 Библиография

1 . Правила устройства электроустановок ( ПУЭ ). Седьмое издание.

Главы 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности».

2 . ПУЭ . Седьмое издание. Глава 1.8. «Нормы приемо-сдаточных испытаний» (проект).

3 . ПУЭ . Седьмое издание. Глава 2.1. «Электропроводки» (проект).

4 . ГОСТ Р 50571.21-2000 . Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж оборудования. Раздел 548. Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации.

5 . ГОСТ Р 50571.22-2000 . Электроустановки зданий. Часть 7. Требования к специальным установкам. Раздел 707. Заземление оборудования обработки информации.

6 . ГОСТ Р 50571.20-2000 . Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 444. Защита электроустановок от перенапряжений, вызванных электромагнитным воздействием.

7 . ГОСТ Р 50571.16-99 . Электроустановки зданий. Часть 6. Испытания. Глава 61. Приемо-сдаточные испытания.

8 . ГОСТ Р МЭК 50950-2002. Безопасность оборудования информационных технологий.

9 . Стандарт МЭК: IEC 60950-1-2001 Information technology equipment Safety — Part 1: General requirements.

10 . Европейский стандарт EN 50310-2000. Application of equipotential bonding and earthing in buildings with information technology equipment

11 . Европейский стандарт EN 41003-1998. Particular safety requirements for equipment to be connected to telecommunication network.

12 . Европейский стандарт EN 50174-1. Information technology — Cabling installation.

Part 1. Specification and quality assurance.

Part 2. Installation planning and practices inside building.

13 . Документ МЭК 64/1341/CD. Поправка 2 к стандарту МЭК IEC 60 364-4-444. Ed. 1. Electrical installations of buildings. Part 4-44: Protection for safety. Protection against voltage disturbances and measures against electromagnetic influences. Clause 444. Measures against electromagnetic influences.

14 . Воробьев А.Ю. Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем. Ecoprog. Екотрендз, М., 2003.

15 . Документ А5Е00105492-02. Программируемый контроллер S7-300. Аппаратура и монтаж. Приложение 12.

7 Приложение.

Примеры способов снижения влияния помех

Рис. 1 . Проводник для шунтирования экрана в общей системе уравнивания потенциалов

Рис. 2 . Пример замещающего или шунтирующего проводника уравнивания потенциалов в системе ТТ

1) В нормальном режиме на проводнике РЕ отсутствует падения напряжения D U

2) Контур, образованный кабелями оборудования обработки информации и сигнализации, имеет ограниченную площадь.

Рис. 3 А. Предотвращение протекания нулевого рабочего тока по цепям системы уравнивания потенциалов, при применении системы TN-S в здании, начиная от ввода в электроустановку и включая распределительные и групповые цепи.

1) В нормальном режиме на проводнике РЕ отсутствует падения напряжения D U

2) Контур, образованный кабелями оборудования обработки информации и сигнализации, имеет ограниченную площадь.

Рис. 3 В. Предотвращение протекания нулевого рабочего тока по цепям системы уравнивания потенциалов при применении системы TN-S в здании, начиная от трансформаторной подстанции

1) В нормальном режиме на проводнике РЕ отсутствует падения напряжения D U

2) Контур, образованный кабелями оборудования обработки информации и сигнализации, имеет ограниченную площадь.

3) Сторонняя проводящая часть

Примечание: Ток, протекающий в системе TN-S только по нулевому рабочему проводнику, в системе TN-C-S протекает также по экранам и шунтирующим проводникам информационных кабелей, открытым проводящим частям, а также сторонним проводящим частям, таким, например, по металлическим строительным конструкциям здания.

Рис. 4 . Система TN-C-S в электроустановке здания

1) В нормальном режиме на проводнике РЕ отсутствует падения напряжения D U

2) Контур, образованный кабелями оборудования обработки информации и сигнализации, имеет ограниченную площадь.

Рис. 5 . Система ТТ в электроустановке здания.

1) В нормальном режиме на проводнике РЕ отсутствует падения напряжения D U

2) Контур, образованный кабелями оборудования обработки информации и сигнализации, имеет ограниченную площадь.

Рис. 6 . Система IT в электроустановке здания

Рис. 7 . Питание от нескольких источников в системе TN с заземлением нейтралей источников в одной общей точке

Рис. 8 . Питание от нескольких источников в системе ТТ с заземлением нейтралей источников в одной общей точке

Рис. 9 . Примеры ввода в здание бронированных кабелей и металлических труб

Рис 10 А. Питание электроустановки с трехфазной сетью от двух источников с четырехполюсными выключателями на вводах.

Рис. 10 В. Питание электроустановки с трехфазной сетью от двух источников с трехполюсными выключателями на вводах (недопустимо)

Примечание: При применении трехполюсных выключателей на вводах в электроустановку электромагнитные поля генерируются блуждающими токами.

Рис. 10 С. Питание электроустановки с однофазной сетью от рабочего

Обозначения

· — точки уравнивания потенциалов проводников защитного и функционального заземления

FE — проводник функционального заземления (выборочно), применение и уравнивание которого задается эксплуатирующей организацией.

УЗП Устр-во защиты от перенапряжений

= PE-проводник

= N-проводник

= Фазный проводник

Рекомендуемые меры

1 ) Ввод в здание кабелей и труб в одном и том же месте.

2 ) Прокладка по одной трассе с необходимым разделением и исключением контуров (петель).

3 ) Уравнивание потенциалов проводниками кратчайшей длины и использование заземленного проводника параллельно информационному кабелю.

4 ) Применение экранированных кабелей или проводов со скрученными парами.

5 ) Запрет применения системы TN-C после точки ввода

6 ) Применение разделительных трансформаторов.

7 ) Выполнение горизонтальной дополнительной системы уравнивания потенциалов.

8 ) Применение оборудования класса II.

Рис. 11 А. Пример обеспечения требований электромагнитной совместимости в существующем здании

1) Низкоомное соединение по кратчайшему пути.

3) Защитный проводник (РЕ), проложенный в непосредственной близости от информационных кабелей для уменьшения площади контура (петли)

4) Проводник функционального заземления (FЕ), например, проводник передачи рабочего сигнала при использовании земли в качестве обратного провода

ПРИМЕЧАНИЕ: Если оборудование NT и ТЕ имеет непроводящие оболочки, проводник РЕ к оболочкам оборудования не присоединяется

Рис. 11 В. Пример простой схемы основной системы уравнивания потенциалов информационного оборудования в здании.

1) Например, при использовании земли в качестве обратного провода

2) Низкоомное соединение по кратчайшему пути

3) Главная заземляющая шина может быть размещена в ВРУ

Рис. 11 С. Пример основной системы уравнивания потенциалов информационного оборудования в здании.

Рис. 11 Д. Пример улучшенной (сложной) системы уравнивания потенциалов информационного оборудования в здании

Рис. 13 . Пример радиального соединения защитных проводников (звезда)

Заземляющий проводник (защитный или функциональный)

Проводники функционального уравнивания потенциалов. Длина этих проводников должна быть минимальной, например, < 50 см

Рис. 14 . Пример радиально-сетчатой системы уравнивания потенциалов

(Основа — радиальная сеть. На конце каждого радиуса — местное сетчатое уравнивание)

Рис. 15 . Пример сетчато-радиальной системы уравнивания потенциалов

(Основа — сетчатая структура большой площади, на которой размещена радиальная сеть)

Рис. 16 . Пример системы уравнивания потенциалов без присоединения молниезащиты

Рис. 17 . Условное изображение проблемы электромагнитной совместимости

Рис. 18 . Разделение силовых и информационных кабелей.

Рис. 19 А Пример параллельной прокладки силовых и информационных кабелей
без разделительной перегородки (разделителя)

Рис. 19 В Пример параллельной прокладки силовых и информационных кабелей,
разделенных перегородкой (разделителем)

ПРИМЕЧАНИЕ: Все металлические части надежно соединены между собой и присоединены к системе уравнивания потенциалов.

Рис. 20 . Разделение кабелей в электропроводках

Рис. 21 . Влияние конструкции металлических лотков на уровень электромагнитной совместимости

Рис. 22 . Влияние глубины металлических лотков (коробов) на уровень электромагнитной совместимости

Рис. 23 . Соединение секций металлических лотков

Рис. 24 . Расположение кабелей внутри металлических профилей

Рис 25 . Соединение секций металлических лотков в местах прохода сквозь стену

О защитном (PE) и функциональном (FE) заземлениях.

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.

Читайте также: Как и кем выполняется проверка молниезащиты зданий и сооружений

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.

Заземление компьютерной техники

Применяемые схемы заземления могут различаться в зависимости от поставленных целей.

Заземление компьютерной техники, телекоммуникационного оборудования и источников бесперебойного питания служит для достижения так называемой электромагнитной совместимости (ЭМС) — обеспечения работоспособности оборудования как при привносимых извне, так и создаваемых самим оборудованием электромагнитных помехах. Другой, наиболее важной функцией заземления является обеспечение электробезопасности персонала, работающего с инфокоммуникационным оборудованием.
В зависимости от поставленных целей, а также от национальных и международных стандартов применяемые схемы могут различаться в электроустановках с разным напряжением переменного и постоянного тока. Мы рассмотрим наиболее массовый случай заземления отдельных компьютеров и рабочих станций локальной сети, активного сетевого оборудования, цифровых учрежденческих АТС (УАТС), т. е. такого оборудования, которое включают в розетку переменного тока напряжением 220 В. 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.

ТЕРМИНОЛОГИЯ И СТАНДАРТЫ

Для начала приведем несколько терминов и определений. 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).

Заземлителем

называется проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), соприкасающихся с землей.

ГОСТ Р 50571.2-94 предусматривает в числе прочих следующие типы систем заземления электрических сетей зданий: TN-S, TN-C, TN-C-S. Именно эти системы применяются в рассматриваемом случае. 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: S — 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 Таблице 1.

Требования к системам заземления изложены в следующих стандартах и нормативных документах:

Читайте также: Мероприятия по заземлению и молниезащите

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ) — раздел 1.7;
• ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление;
• ГОСТ 464-79. Заземления для стационарных установок проводной связи, радиорелейных станций, радиотрансляционных узлов проводного вещания и антенн систем коллективного приема телевидения. Нормы сопротивления;
• ГОСТ Р 50571.10-96 (МЭК 364-5-54-80). Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Глава 54. Заземляющие устройства и защитные проводники;
• ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96). Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Раздел 548. Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации;
• ГОСТ Р 50571.22-2000 (МЭК 60364-7-707-84). Электроустановки зданий. Часть 7. Требования к специальным электроустановкам. Раздел 707. Заземление оборудования обработки информации.

ОШИБКИ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Наличие замкнутых контуров и связей между системами заземления различного назначения может приводить к возникновению межсистемных помех заземления, причем они не устраняются установкой источников бесперебойного питания и других устройств кондиционирования (улучшения) мощности без гальванической развязки. В ряде случаев создается отдельная система заземления, например для учрежденческой цифровой телефонной станции, как того требует ГОСТ 464-79, где предусматривается организация отдельной системы заземления для средств телекоммуникаций.

Рисунок 1. Контур заземления.

Однако при формальном подходе к ее реализации не обращается внимания на то, что стандарт предусматривает наличие отдельной системы заземления для полюса системы питания постоянного тока

. Питание оборудования от общей сети переменного тока с глухозаземленной нейтралью и выполнение, казалось бы, обособленного заземления как раз и приводят к случаю, когда образуются контуры заземления, что становится причиной неустойчивой работы оборудования. Контур заземления — в отличие от так же называемого на жаргоне специалистов контурного заземления (способ соединения горизонтальных заземлителей в земле не следует путать с заземляющими проводниками) — является нежелательным и образуется при наличии связи между двумя заземлителями (см. Рисунок 1).

В образовавшемся контуре (заземлитель №1 — электрическая связь (проводник) — заземлитель №2 — среда (земля)) могут наводиться токи от внешних электромагнитных полей или протекать «блуждающие» токи сторонних нагрузок. Все это приводит к электромагнитным помехам в работе оборудования. Локальные вычислительные и телекоммуникационные сети зачастую имеют в своем составе оборудование связи (антенны, модемы и проч.) и подвержены влиянию помех, в том числе от разрядов молний, т. е. для них важна высокая помехозащищенность. Именно поэтому устранению контуров следует уделять внимание при проектировании и эксплуатации электроустановок зданий.

На практике встречается ошибочное заземление на обособленный заземлитель, не связанный с нейтралью трансформатора (см. Рисунок 2

). Подобная схема заземления нарушает требование п.1.7.39 ПУЭ: «В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью или глухозаземленным выводом источника однофазного тока, а также с глухозаземленной средней точкой в трехпроводных сетях постоянного тока должно быть выполнено зануление. Применение в таких электроустановках заземления корпусов электроприемников без их зануления не допускается…» Требование вызвано тем, что обеспечить электробезопасность в случае рассматриваемой схемы невозможно. На Рисунке 2 показан вынос потенциала при коротком замыкании на корпус электроприемника, заземленного на обособленный заземлитель.

Появление потенциала на корпусе обуславливается падением напряжения в фазном проводнике до точки короткого заземления и падением напряжения в сопротивлении заземлителя №2, в среде (в земле и конструкциях) и в сопротивлении заземлителя №1. Сопротивление цепи короткого замыкания при этом выше сопротивления цепи «фаза—ноль», с учетом параметров которого выбирается защитный автомат, и короткое замыкание, скорее всего, не будет отключено действием максимальной токовой защиты. При этом на корпус выносится потенциал, близкий к фазному напряжению, что создает угрозу для жизни людей. Отключение короткого замыкания произойдет за счет действия тепловой защиты автоматического выключателя, но время отключения КЗ при этом превысит нормируемые значения, составляющие для напряжения U0 = 220 В, — 0,4 с и для U0 = 380 В, — 0,2 с.

Таким образом, неправильно выполненное заземление приводит к образованию нежелательных контуров, вызывает электромагнитные помехи в работе оборудования и опасно для находящихся рядом людей.

ГЛАВНЫЙ ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ ЗАЖИМ

Для сведения к минимуму электромагнитных помех и обеспечения электробезопасности заземление следует выполнять с минимальным количеством замкнутых контуров. Обеспечение этого условия возможно при выполнении так называемого главного заземляющего зажима (ГЗЗ), или шины. Главный заземляющий зажим должен быть расположен как можно ближе к входным кабелям питания и связи и соединен с заземлителем (заземлителями) проводником наименьшей длины.

Такое расположение ГЗЗ обеспечивает наилучшее выравнивание потенциалов и ограничивает наведенное напряжение от индустриальных помех, грозовых и коммутационных перенапряжений, приходящее извне по экранам кабелей связи, броне силовых кабелей, трубопроводам и антенным вводам. К ГЗЗ (шине) должны быть присоединены:

• заземляющие проводники;
• защитные проводники;
• проводники главной системы уравнивания потенциалов;
• проводники рабочего заземления (если оно необходимо).

С главным заземляющим зажимом (шиной) должны быть соединены заземлители защитного и рабочего (технологического, логического и т. п.) заземления, заземлители молниезащиты и др. Подробно правила и требования устройства ГЗЗ изложены в ПУЭ.

СИСТЕМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Системы заземления различаются по схемам соединения и числу нулевых рабочих и защитных проводников.

К системе TN-C (см. Рисунок 3) относятся трехфазные четырехпроводные (три фазных проводника и PEN-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 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 корпусу персонального компьютера происходят сбои, например «зависания», и даже повреждения оборудования, нарушения в работе программного обеспечения и потеря информации.

Читайте также: Запрещающие плакаты по электробезопасности

Подключение современной компьютерной техники к розеткам электрической сети TN-C сопряжено с таким явлением, как вынос напряжения на корпус, поскольку импульсные блоки питания имеют на входе симметричный L-C-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.

В настоящее время требования нормативной документации не допускают применение системы TN-C на вновь строящихся и реконструируемых объектах. При эксплуатации системы TN-C в здании старой постройки, где планируется размещение средств информатики и телекоммуникаций, следует организовать переход от системы TN-C к системе TN-S (система TN-C-S).

Система TN-C-S характерна для реконструируемых сетей, в которых нулевой рабочий и защитный проводники объединены только в части схемы. Система TN-C-S показана на Рисунке 4.

При переходе от системы TN-C к системе TN-S следует соблюсти последовательность расположения систем относительно источника питания так, как это показано на Рисунке 4. В противном случае обратные токи электроприемников системы TN-C будут замыкаться по защитным проводникам РЕ системы TN-C-S и вызывать помехи. Если одна из частей электроустановки здания — трансформатор, дизель-генератор, источник бесперебойного питания (ИБП) или иное подобное устройство — имеет систему заземления типа TN-C и используется главным образом для питания оборудования инфокоммуникационных технологий, то выходом из ситуации должен быть переход на систему типа TN-S.

Система TN-S (см. Рисунок 5) является основной рабочей системой заземления для зданий с информационным и телекоммуникационным оборудованием. В системе TN-S 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 PE и N. 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 TN-C-S. И в этом случае речь идет о расстоянии между вводом от системы электроснабжения и главным заземляющим зажимом. Для системы TN-C-S желательно выполнение повторного заземления нейтрали. Система TN-S при наличии встроенной (пристроенной) подстанции не требует повторного заземления, так как имеется основной заземлитель на ТП.

ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ ПРОВОДНИКИ

Распространяясь непосредственно по электрической сети при протекании тока, кондуктивные помехи проникают в систему бесперебойного электроснабжения (СБЭ) из питающей сети общего назначения, и их подавление у электроприемников группы А до определяемого требованиями ГОСТ 13109-97 приемлемого уровня достигается путем организации электроснабжения потребителей по выделенной сети и применения ИБП активного типа для защиты оборудования от поступающих из сети помех. Выделенной сетью

называется электрическая сеть, предназначенная для питания группы электроприемников, объединенных по признаку функционального назначения или общими требованиями к качеству электроэнергии и надежности электроснабжения. Важной составляющей выделенной электрической сети является сеть заземляющих проводников.

Для зданий, где установлено или может быть установлено большое количество различного оборудования обработки информации или другого чувствительного к действию помех оборудования, необходим особый контроль за использованием отдельных защитных проводников (проводников PE) и нулевых рабочих проводников (проводников N) после точки подвода питания, чтобы предотвратить или свести к минимуму электромагнитные воздействия. Указанные проводники нельзя объединять, в противном случае ток нагрузки, особенно возникающий при однофазном коротком замыкании сверхток, будет проходить не только по нулевому рабочему проводнику, но и частично по защитному, что может привести к помехам.

Рабочие станции компьютерной сети должны иметь схему заземляющей сети по типу одноточечной «звезды». Из-за большого количества связей реализовать ее трудно, поэтому применяется гибридная схема: заземляющие проводники прокладываются совместно по одной трассе с линиями электроснабжения (см. Рисунок 6). На участке от вводно-распределительного устройства или главного распределительного щита, где расположен главный заземляющий зажим (шина), до щитков на этажах здания схема является одноточечной «звездой» (параллельной одноточечной), а на участке групповых сетей, от щитка до электрической розетки, — последовательной одноточечной.

Все заземляющие проводники прокладываются изолированными проводами и кабелями. В электрических щитах шины и клеммники РЕ для потребителей компьютерной сети размещаются изолированно от корпусов. Линии РЕ для заземления корпусов, коробов, лотков и прочего электротехнического оборудования и конструкций прокладываются отдельными проводами и кабелями от одного и того же главного заземляющего зажима.

Сосредоточенные зоны размещения телекоммуникационного и информационного оборудования могут иметь ту же схему, что и рабочие станции, или одноточечную при размещении оборудования в машинных залах (см. Рисунок 6) — потенциаловыравнивающая сетка. Магистральный проводник от главного заземляющего зажима (шины) также прокладывается совместно с магистральными линиями электроснабжения. Заземление технологического оборудования следует выполнять в соответствии с требованиями технической документации. При этом корпуса (открытые проводящие части) оборудования должны соединяться с главным заземляющим зажимом и со сторонними проводящими частями, выполняющими роль системы уравнивания потенциалов.

ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Совокупность заземлителя и заземляющих проводников называется заземляющим устройством

(см. Рисунок 6). В учреждении, где размещается информационное, телекоммуникационное оборудование и средства связи, оно должно быть защитным и соответствовать требованиям электробезопасности, описанным в ГОСТ 12.1.030, ПУЭ и стандартах ГОСТ Р 50571 (МЭК 364) «Электроустановки зданий». Какие-либо другие требования к заземляющему устройству не предъявляются.

Сопротивление заземляющего устройства должно соответствовать ПУЭ (см. раздел 1.7). Если оно имеет допустимое значение в здании, уменьшение сопротивления не влияет на устойчивость функционирования оборудования, и дополнительные требования к сопротивлению заземлителей не предъявляются.

В здании может быть один, два или несколько заземлителей, но когда при одном заземлителе сопротивление заземляющего устройства удовлетворяет требованиям ПУЭ, то увеличение числа заземлителей не оказывает влияния на электробезопасность и устойчивую работу оборудования. Заземлитель (заземлители) рекомендуется располагать внутри охраняемой территории, что является одним из условий по обеспечению защиты информации.

В ряде случаев предъявляется требование по созданию отдельного функционального (технологического, логического и т. д.) заземлителя, не связанного с заземлителями защитного заземления, с целью защиты информации и предотвращения несанкционированного доступа к ней по цепям питания и заземляющим проводникам.

Если по технологическим требованиям (условиям защиты информации от несанкционированного доступа, обработки конфиденциальной информации и т. п.) заземлитель функционального (технологического и т. д.) заземления требуется отделить от системы защитного заземления (зануления), то магистральные нулевые защитные проводники и заземлитель функционального (технологического и т. д.) заземления следует присоединять к отдельному заземляющему зажиму, изолированному от металлоконструкций и от электрооборудования. Для обеспечения электробезопасности и защиты информации следует применять:

• изолирующий трансформатор;
• ИБП с двойным преобразованием частоты и изолирующим трансформатором;
• фильтры (трансфильтры, суперфильтры) с изолирующим трансформатором.

Основным условием применения этого обрудования является отсутствие кондуктивной связи с первичной стороной как по PE, так и по N. Соответственно, режим работы ИБП на байпасе не должен нарушать названное условие, что достижимо при установке изолирующего трансформатора в цепи байпаса.

Заземлитель функционального (технологического и т. д.) заземления должен располагаться в охраняемой (контролируемой) зоне во избежание несанкционированного доступа к нему.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РОЗЕТКИ

В заключение необходимо упомянуть об электрических розетках, поскольку именно они обеспечивают надежное соединение заземляющих проводников с оборудованием. При непосредственном заземлении монтаж осуществляется под предусмотренную конструкцией оборудования гайку (зажим, бонку). При включении в розетку заземление выполняется через контактные разъемные соединения электрической розетки и питающего трехпроводного кабеля.

Рисунок 7. Электророзетки «европейского» типа: слева a) Е10-G: CEE 7 Shuko, справа б) E10-F: French/Belgian.

Рынок предлагает достаточно большое количество типов электрических розеток. В настоящее время в России широко используются розетки европейского типа (так называемые «евророзетки»). Согласно системе нормативных обозначений, принятых в европейских странах, они обозначаются как Е10-G: CEE 7 Shuko. Литера G означает германский типоразмер. Розетки более редко используемого франко-бельгийского типоразмера E10-F: French/Belgian отличаются положением и формой третьего заземляющего контакта. У Е10-G: CEE 7 Shuko заземляющий контакт имеет форму двух ламелей, расположенных на окружности розетки (см. Рисунок 7а), а заземляющий контакт розетки E10-F: French/Belgian выполнен в виде штыря, выступающего над ее штепсельными разъемами (см. Рисунок 7б). Большинство электрических вилок кабелей питания инфокоммуникационного оборудования можно включать в оба типа розеток, однако бывают и исключения. При выборе электроустановочных изделий следует ориентироваться на розетки германского типа Е10-G: CEE 7 Shuko.
«Евророзетки» отличаются от тех, что ранее выпускались в СССР, диаметром гнезда штепсельного разъема. У первых диаметр составляет 4,8 мм, а у вторых — 4 мм. По этой причине современные вилки со штырями 4,8 мм не подходят к старым розеткам. Кроме того, отсутствие в них заземления не допускает эксплуатацию в соответствии с новыми требованиями электробезопасности.

Читайте также: Как установить выключатель света: пошаговые инструкции для подключения типовых выключателей

Александр Воробьев — сотрудник Управления информационных систем «ОАО Внешторгбанк». С ним можно связаться по адресу: [email protected]

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.

Система TT

Схема заземления TТ

Системы заземления TT актуальны при несоответствующих условиях безопасности для предыдущих видов. Специалисты рекомендуют применять их в случае, когда техническое состояние воздушных линий электропередач далеко от идеала.

Данной конструкцией предусмотрено независимое заземление защитного и рабочего нолей через отдельные контуры. Связь между проводниками запрещена. Такой подход помогает изолировать от электросетей все металлические поверхности, способные проводить ток.

• независимость от разных повреждений линии питания.

• необходимость в качественном повторном заземлении, реализации технических мер для подавления скачков напряжения по время грозы;
• обязательность монтажа прибора, выполняющего защитное отключение.

Такие виды заземления целесообразны для небольших жилых помещений, металлических блок-контейнеров, строительных бытовок.

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 мм2), 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.

Система IT

Схема заземления IТ

IT отличается изолированной нейтралью. Она не соединяется с землей, или же заземляется через специальное устройство, обладающее большим сопротивлением. Открытые токопроводящие детали электрических установок заземляются через отдельные контуры. Конструкция практически исключает недостатки в виде появления нежелательных вихревых токов либо магнитных полей.

Существует два вида схем IT. В стандартном варианте проводник N отсутствует. Во второй схеме он предусмотрен, а вместе с ним применяются устройства контроля изоляции. В итоге к потребителю может приходить три или четыре (3 фазы + рабочий ноль) проводника от трансформаторной подстанции.

• повышенная безопасность для потребителя;
• максимальная защита оборудования;
• простой монтаж;
• надежная защита от межфазных замыканий при работе с большими токами.

• сложная схема контроля токов утечки, требующая вмешательств потребителя.

IT используется в лабораториях, промышленных предприятиях, больницах.

Рабочее заземление

Работа с электроприборами, не подключенными к заземляющему контуру или заземленными с нарушением правил электробезопасности, может стать причиной несчастных случаев на производстве.

Также это приводит к выходу из строя как самих электроустановок, так и сопутствующего защитного и измерительного оборудования.

Правильно подключенное защитное заземление электроустановок обеспечит их защиту в случае выхода из строя изоляции токоведущих частей.

Общие сведения

Заземлением называется мероприятие по созданию контакта между корпусом электроустановки и землей, с целью защиты обслуживающего персонала и электроустановок.

Читайте также: Что такое статическое электричество и как от него защититься

В случае правильного подключения системы заземления электроустановок, при пробое изоляции, большая часть тока уйдет по заземляющему контуру, который имеет меньшее сопротивление, чем другие элементы цепи.

Согласно правилам безопасности, электроустановки и другие приборы, которые подлежат заземлению, можно подключить к естественным заземлителям. В их качестве используют:

• имеющие непосредственный контакт с землей металлические каркасы помещений;
• металлическую защитную обмотку кабелей, закопанных в землю;
• проложенные в земле металлические трубы (за исключением трубопроводов с горючими смесями);
• железнодорожные рельсы.

Подключение таких конструкций к электроустановкам позволяет снизить затраты на оборудование заземления.

Важность сопротивления

Основным параметром эффективности заземления электроустановок является величина электрического сопротивления.

Согласно нормам ПУЭ (Правил Устройства Электроустановок) сопротивление заземлителя на жилых объектах с напряжением сети 220 и 380 Вольт, должно составлять не более чем 30 Ом.

Сопротивление промышленного оборудования (трансформаторных подстанций, генераторов, сварочного оборудования и других приборов) не более чем 4 Ом.

Чтобы достигнуть заданного в ПУЭ значения сопротивления, необходимо обеспечить заземляющее устройство высокой проводимостью.

Для увеличения проводимости заземлителя в электроустановках и уменьшения его сопротивления необходимо выполнить одно из условий.

Во-первых, можно увеличить площадь соприкосновения заземляющего контура с землей. Достигается или увеличением площади металлической рамки заземлителя или помещением в грунт дополнительных стальных прутьев.

Во-вторых, можно повысить проводимость земли в месте установки заземлителя. Сопротивление повышается, если грунт поливать соляным раствором.

Еще один способ заключается в замене кабеля, идущего от корпуса электроприбора к контуру заземлителя, на кабель, имеющий большую токопроводимость.

Защита электроприборов

Для обеспечения необходимой защиты от поражения электрическим током применяются следующие защитные мероприятия:

• установка защитных ограждений;
• надежная изоляция всех токоведущих элементов;
• защитные оболочки;
• ограничение зоны досягаемости;
• по возможности, использование малого напряжения.

На случай пробоев и изоляции и утечки напряжения на корпус электрооборудования применяются такие методы защиты, как заземление, выравнивание потенциалов, дополнительная изоляция токоведущих частей оборудования. В некоторых случаях требуется установка изолирующих (непроводящих электричество) помещений.

В случаях, когда наряду с заземлением применяются другие меры защиты от поражения электрическим током, они не должны оказывать друг на друга негативного влияния и снижать эффективность защиты оборудования и персонала.

Применение естественных элементов заземления возможно только в том случае, если исключается возможность нанесения им какого-либо ущерба, вследствие протекания по ним электрического тока.

Читайте также: Организационные и технические мероприятия по электробезопасности

Требования к электробезопасности

Если различные виды электроустановок располагаются на смежной территории, следует использовать одно общее заземляющее устройство, отвечающее всем необходимым параметрам безопасности.

Заземляющее устройство, применяемое для защиты электрического оборудования имеющее одно или разное назначение, в обязательном порядке должно соответствовать правилам безопасности. Каждое требование, предъявляемое к устройству заземления электроустановок, должно соблюдаться.

Для соединения заземляющего контура различного электрического оборудования в одну общую заземляющую сеть, можно применять как естественные, так и искусственные заземляющие устройства.

Пиковое значение напряжения утечки и сопротивление заземляющей сети должно отвечать требованиям электробезопасности и обеспечивать надежную защиту при любых атмосферных явлениях, и в любое время года. При расчете сопротивления заземляющих устройств, следует учитывать параметры всех естественных и искусственных заземлителей.

Все элементы схемы заземления должны быть устойчивы к внешним механическим воздействиям, влиянию высокой температуры и любых атмосферных явлений.

Основные типы

Согласно ПУЭ (Правил Устройства Электроустановок) существуют система заземления ТN (включающая в себя группы TN-C, TN-S, TN-C-S), TT и IT. Латинские буквы в обозначении имеют следующее значение:

• Т – источник питания соединен с землей;
• S – размыкание осуществляется разными проводниками;
• N – нейтраль;
• C – размыкаются одним проводником;
• I – изолированная токоведущая часть.

Зная, что означает каждая буква обозначения, можно определить устройство и принцип работы заземляющего устройства, к которому подключается электрооборудование.

Система ТN

Наиболее часто встречающаяся система защитного заземления. Главной ее особенностью служит наличие заземленной «наглухо» нейтрали питающей сети. Иными словами, нулевой выход питающей сети напрямую соединен с заземляющим контуром.

TN-C – данная система заземления широко применялась при постройке старых жилых помещений, а в наше время не используется при строительстве домов, так как является устаревшей и не отвечает всем стандартам безопасности.

Такой вид заземления электроприборов применяется в трехфазных сетях с четырехжильным кабелем и однофазных сетях с кабелями имеющими две жилы.

Главным недостатком данного типа, является отсутствие в кабелях защитной жилы заземления.

TN-S – система, часто используется для подключения зданий к электрической сети. Имеет наивысшую степень защиты, среди всех систем заземления.

Нулевой и рабочий проводник, в этой системе, прокладываются отдельно друг от друга, при этом защитный проводник соединяется со всеми токоведущими частями зачищаемого оборудования.

TN-C-S – в этой системе, жила защитного проводника соединена с нейтральной рабочий жилой. Согласно правили электробезопасности, для системы TN-C-S требуется установка дополнительного заземления.

Система TT

Эта система широко применяется для обеспечения электробезопасности питающих подстанций и установок, имеющих отдельное заземляющее устройство. Часто используется для защиты отдельно стоящих помещений (гаражи, ларьки, ангары и другие сооружения).

Читайте также: Заземление приборов. Что, зачем и как сделать?

Система IT

Источник питания в данной системе изолирован воздушной прослойкой или соединен элементом с большим сопротивлением, что позволяет существенно снизить ток утечки.

Система заземления типа IT наиболее часто применяется в медицинских заведениях и лабораториях, для обеспечения корректной работы высокоточных, чувствительных к скачкам напряжения приборов.

Цели заземления

Защитное заземление нужно для защиты людей от поражения электрическим током для оборудования с напряжением питания от 42 В переменного или от 110 В постоянного тока, за исключением взрывоопасных зон. Но в тоже время защитное заземление часто приводит к увеличению уровня помех в АСУ ТП.

Электрические сети с изолированной нейтралью используются для избежания перерывов питания потребителя при единственном повреждении изоляции, поскольку при пробое изоляции на землю в сетях с глухозаземлённой нейтралью срабатывает защита и питание сети прекращается. Сигнальная земля служит для упрощения электрической схемы и удешевления устройств и систем промышленной автоматизации.

В зависимости от целей применения сигнальные земли можно разделить на базовые и экранные. Базовая земля используется для отсчёта и передачи сигнала в электронной цепи, а экранная земля используется для заземления экранов. Экранная земля используется для заземления экранов кабелей, экранирующих перегородок, корпусов приборов, а также для снятия статических зарядов с трущихся частей транспортёрных лент, ремней электроприводов.

Функциональное заземление ПУЭ — Пожарная безопасность

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 неопределенностей в этих вопросах введем 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 надежно защищен от токов низкой частоты и высокой амплитуды, которые представляют серьезную 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 идет 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 жесткие 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 электроприемников 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. Введем 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.

Читайте также: Электробезопасность при выполнении сварочных работ

Причины распространения функционального заземления

Первая причина В 90-х гг. с увеличением распространения вычислительной техники, мощность которой постоянно увеличивалась, возникла необходимость обеспечить ее надежную работу в сетях типа ТN-C.

На рис. 1 показана схема рабочего заземления с использованием PEN-проводника (совмещенного нулевого рабочего N и нулевого защитного PE):

Информация передается по линии связи между 2-мя компьютерами. Возьмем за отправную точку корпусное заземление. Заземление, выполненное проводником РЕN, по которому текут рабочие токи, приводит к разнице потенциалов между корпусами приборов. Получается, что в линию связи вносится разница потенциалов, пульсации, гармоники и высокочастотные помехи при работе оборудования с большими реактивными токами.

Решением проблемы служило локальное применение отдельной системы рабочего заземления, которое обеспечивало устойчивую работу компьютеров. Стоит отметить, что стоимость перехода на «пятипроводную» систему типа TN-S была значительно выше.

Вторая причина Распространению функционального заземления также способствовало плохое состояние защитного заземления в электроустановках. При поставках «чувствительной» электронной техники от заказчика требовалось создание отдельного заземления.

Третья причина Возникновение специфических и строгих требований по защите информации, особых лабораторий и других аналогичных объектов также послужило распространению FE.

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 неопределенностей в этих вопросах введем 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 надежно защищен от токов низкой частоты и высокой амплитуды, которые представляют серьезную угрозу здоровью и жизни каждого человека.

Для чего нужно заземление оборудования обработки информации

Когда речь идет о заземлении, мы привычно связываем тему разговора с защитным заземлением, призванным оградить человека от опасного электрического потенциала, случайно появляющегося на корпусах электрооборудования. При помощи защитных проводников PE и шины заземления их корпуса соединены с заземлителем, что обеспечивает стекание потенциала через контуры заземления в грунт. Однако существует еще один класс заземления, к защитному не имеющий никакого отношения – это так называемое функциональное (рабочее или информационное) заземление. Основная роль, отведенная функциональному заземлению – обеспечение электромагнитной совместимости электрооборудования, работающего в области информационных технологий, связанных с обработкой и передачей данных.

В отличие от защитного заземления, призванного защитить человека от напряжений низкой частоты с высокой амплитудой, информационное заземление защищает аппаратуру от высокочастотных помех, амплитуда которых угроз человеку не несет. Тем не менее, помехи сказываются, например, на качестве передачи информации, без функционального заземления вероятна технологическая утечка конфиденциальной информации.

Учитывая, что использование функционального заземления (FE) не отменяет защитного, которое должно присутствовать во всех электроустановках, оно выполняется посредством организации отдельного контура заземления, а заземлитель функционального заземления должен иметь электрическое соединение с защищаемыми объектами при помощи специальных шин и защитных заземляющих проводников FE.

Особенности организации функционального заземления

При проектировании систем функционального заземления необходимо учитывать требования, предъявляемые к нему технической документацией на электронное оборудование, для которого оно предназначено, в частности предъявленной величине сопротивления функциональному заземлению. Например, для электронных устройств систем информационно-коммуникационных технологий величина сопротивления заземлителя не должна превышать 1 Ома, в то время как для высокочувствительного медицинского оборудования оно может достигать 2 Ом.

Для обеспечения главного требования – электробезопасности для систем заземления TN-S защитное и функциональное заземление должны входить в систему уравнивания потенциалов и составлять общую электрическую цепь. С этой целью защитные проводники PE и FE объединяются и присоединяются к главной заземляющей шине, в качестве защитного проводника в данном случае используется проводник питания PE, а независимый функциональный проводник FE соединен с низкоомными независимыми заземлителями. При таком решении система уравнивания потенциалов одновременно:

• защищает персонал от поражений электрическим током;
• повышает помехозащищенность электронных схем;
• увеличивает информационную безопасность систем.

В ряде случаев требуется независимое исполнение функционального заземления, примером тому могут служить медицинские учреждения с высокочувствительным оборудованием. В таких ситуациях заземлители различных систем заземления должны быть разнесены на расстояние не менее 20 метров друг от друга с целью исключения взаимного влияния. В распределительных шкафах шины функционального заземления FE выполняются изолированными от самого шкафа, а шкаф присоединяется на шину защитного заземления PE.

С появлением модульных (штыревых) заземлителей предоставляется возможность создания глубинного заземления глубиной в десятки метров с сопротивлением в доли Ома. Такое решение позволяет использовать один общий заземлитель, являющийся защитным повторным заземлением и удовлетворяющий по параметрам функциональному заземлению.

Смотрите также другие статьи :

Измерение качества электрической энергии

Любые электроприборы и оборудование разрабатываются для работы в определенных условиях. Все составные элементы предусматривают характеристики, способные производить оптимальную полезность и отдачу при определенных параметрах поступающего тока.

Дефекты и нарушения в электроустановках и на объектах

В данной статье будут описаны основные дефекты и нарушения в электроустановках и на объектах, а также ссылки на нормативные документы, пояснения чем тот или иной дефект опасен или к чему может привести.
Подробнее…

Источник https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293850/4293850592.htm

Источник https://math-nttt.ru/bezopasnost/funkcionalnoe-zazemlenie-trebovaniya.html

Источник https://nordtool.ru/bezopasnost/informacionnoe-zazemlenie-2.html