Заземление серверной для ИТ-специалистов

Заземление серверной для ИТ-специалистов

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

Для чего нужно правильное заземление в серверной

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

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

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

Что такое заземление

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

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

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

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

Схема заземления оборудования

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

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

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

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

Электробезопасность

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

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

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

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

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

Защита от помех

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

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

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

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

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

Защита от импульсных перенапряжений

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

Вот некоторые способы защиты:

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

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

Схема подключения УЗИП

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

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

DCImanager управляет серверами, коммутаторами, сетями и PDU:

• Собирает статистику по потребляемым ресурсам на сервере
• Сообщает об инцидентах в инфраструктуре: превышении трафика, отсутствии питания на оборудовании, ошибках
• Позволяет удалённо управлять оборудованием

Система заземления IT. Как жить без нуля?

Сегодня публикую очередную статью Конкурса. На этот раз тема, достойная внимания профессионалов. И рассматривает её профессионал.

Встречайте – Василий Васильевич, инженер-разработчик оборудования для морских нефтяных платформ из Москвы. Прочитав мою статью про системы заземления, он решил, что её необходимо дополнить. В результате – эта статья.

Ну а я, как обычно, буду пользоваться служебным положением, и периодически вставлять свои 25 копеек)))

Система заземления IT или система заземления с изолированной нейтралью.

Обычно эта система описывается примерно так:

Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника – «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления – «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник – потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.

На этом всё описание системы IT обычно и ограничивается и совершенно не понятно как этим всем практически пользоваться? Как подключать потребителей, как подключать системы автоматизации?

Прежде всего, не понятно – если линейное напряжение 380 В, а фазное – 220, то как будет работать однофазная нагрузка? Ведь нуля нет, то есть фактически он оборван. А что произойдёт при обрыве нуля? Правильно, всё пойдёт в разнос – либо сгорит, либо просто не захочет работать. Как выходят из этого диссонанса в системе IT? Слушаем Василия дальше.

На эти вопросы я и постараюсь ответить.

СамЭлектрик.ру в социальных сетях:

Подписывайтесь! Там тоже интересно!

Во-первых, где можно встретиться с этой системой?

Она широко используется на судах и всём, что считается судами, на морских нефтяных и газовых платформах, например. Не важно, что платформа стоит на дне моря, с точки зрения морского регистра она – судно

Чем система IT принципиально отличается от всех других систем?

Отличается она тем, что в ней нет ноля. Совсем нет. Никак нет. Вообще нет.

Что это значит практически?

Значит это то, что если у вас есть сеть 3 фазы 0,4 кВ, то вы НЕ СМОЖЕТЕ получить однофазное 230 В, как все привыкли, взяв один провод из фазы, а второй из нейтрали или из заземления. Нейтрали нет, а к проводу заземления подключаться НЕЛЬЗЯ, ЗАПРЕЩЕНО! Иначе у вас будет система не IT, а TT.

Как же подключить однофазную нагрузку в системе с изолированной нейтралью?

Здесь варианта два:

1) На нефтяных судах часто есть две параллельные трехфазные линии, линия 0,4 кВ 3 фазы и 230 В 3 фазы. Чтобы подключить прибор, предназначенный для использования в сети 230В, нужно включить его в сеть 230 В МЕЖДУ ДВУМЯ ФАЗАМИ, т.е. в линейное напряжение.

То есть, использовать не схему “звезда”, как это делается обычно для получения 220В, а схему “треугольник”, подключив нагрузку 220 В (которую язык почему-то не поворачивается уже назвать “однофазной”) к одной из сторон “треугольника”.

2) Использовать трансформатор, например понижающий 3Ф 400В / 3Ф 230 В. С трансформатором тоже два варианта, после него так же может быть система IT, либо трансформатор может обеспечить искусственную нейтраль на вторичной обмотке.

Обычно используют трансформатор 380 / 220 В, первичная обмотка которого подключена к любым двум фазам. Если нужно заземление, то один из выводов вторичной обмотки “глухо” заземляют, и получают систему TN-S (или, скорее TN-C-S). При правильном выборе защитного автомата и УЗО система обеспечит отличную защиту от КЗ и прямого прикосновения.

Однако, более безопасной будет система, в которой ни один из выводов трансформатора не подключается на корпус. Трансформатор может быть любым, главное, чтобы на его выходе было напряжение 220 В – не важно, линейное или фазное.

С подключением электродвигателей, клапанов и тому подобного, проблем обычно не возникает, а вот с автоматикой могут быть проблемы. Они связаны с тем, что не все приборы корректно работают при включении их питания в линейное напряжение 230 В (между фазами). Если столкнулись с этой проблемой, тут можно выйти из положения, либо заменой прибора, либо используя маломощный трансформатор с искусственным нолём после вторичной обмотки.

Теоретически да, прибору всё равно, откуда берётся напряжение 220В. А на практике, например, вместо измерения сигнала 4-20 мА какую-то ересь начинают показывать, при том, что датчики заведомо рабочие. Включаешь в обыкновенное фазное напряжение – всё работает. Видимо, что-то с архитектурой конкретных приборов не то. Не часто бывает, но мне пару раз попадалось.

Пример схемы IT

Как пример практической схемы смотрите фрагмент схемы подключения шкафа выпрямителей постоянного тока. Обратите внимание, что питание осуществляется из сети 3 фазы 230 В, каждый из трех выпрямителей включён между фазами, в линейное напряжение.

Пример построения схемы с системой заземления IT

Фактически, провод защитного заземления есть, он приходит со стороны питающего генератора, но он служит только для заземления корпусов блоков питания.

В данном случае выходное напряжение – постоянное 12 В, но может быть любым! А “минус” всех блоков питания заземлён. Выходы каждого БП через защитные автоматы (не показаны) поступают на нагрузки.

Надеюсь, стало понятней как практически устроено подключение потребителей к системе IT. Спасибо за внимание.

Голосование за эту и другие статьи будет открыто примерно через месяц, следите за новостями в группе ВК СамЭлектрик.ру! Если кто не подписан – рекомендую, нас ждёт ещё много интересного!

Василий Васильевич, автор статьи про систему заземления IT

Рекомендую похожие статьи:

1. Моё мнение по системам заземления
2. Что такое ток короткого замыкания и петля фаза-ноль
3. Селективность на модульных автоматах: как достичь невозможного?
4. От какого тока всё-таки срабатывает УЗО? Разбираемся в терминологии
5. Когда выбивает УЗО? Работоспособность при обрыве нуля
6. 6 проблем с проводкой и заземлением, которые приводят к низкому качеству электроэнергии
7. Подключение электрической сушилки для полотенец через УЗО

Система IT: особенности, требования, примеры выполнения

Система IT — это система распределения электроэнергии, в которой все части источника питания, находящиеся под напряжением, изолированы от земли или одна из частей источника питания, находящихся под напряжением, заземлена через сопротивление. Открытые проводящие части электроустановки здания присоединены к заземляющему устройству электроустановки здания посредством защитных проводников (PE) (определение согласно СП 437.1325800.2018).

Информация, которую вы прочитаете ниже основана на статьях Ю.В. Харечко с его книги [1], а также нормативной документации [2], [3] и [4].

Особенности

При типе заземления системы IT (см. рис. 1) все части источника питания, находящиеся под напряжением, изолированы от земли или какая-то его часть, находящаяся под напряжением, заземлена через большое сопротивление. Открытые проводящие части электроустановки здания заземлены.

На рисунке 1 обозначено:

1. заземляющее устройство источника питания;
2. заземляющее устройство электроустановки здания;
3. открытые проводящие части;
4. защитный контакт штепсельной розетки;
5. сопротивление, через которое заземляют часть источника питания, находящуюся под напряжением;
6. ПС — трансформаторная подстанция;
7. КЛ — кабельная линия электропередачи;
8. ВЛ — воздушная линия электропередачи.

При типе заземления системы IT защитные проводники электроустановки здания не имеют такого электрического соединения с заземлённой нейтралью источника питания, как в системах TN-S, TN-C-S.

Систему IT обычно применяют в электроустановках зданий специального назначения. Например, часть электроустановки медицинского учреждения, включающую в себя электрическое медицинское оборудование систем жизнеобеспечения пациентов, следует выполнять с типом заземления системы IT. Систему IT должны эксплуатировать обученные и квалифицированные лица.

Система IT в отличие от систем TN-S, TN-C-S, TN-C и TT имеет чрезвычайно малые токи замыкания на землю. Поэтому в электроустановках зданий, соответствующих типу заземления системы IT, требованиями ГОСТ Р 50571.3-2009 первое замыкание на землю предписано определять посредством устройств контроля изоляции. Если до устранения первого замыкания на землю в электроустановке здания произошло второе замыкание на землю, то его следует отключать с помощью устройств защиты от сверхтока или устройств дифференциального тока. Однако УДТ могут сработать при первом замыкании на землю из-за ёмкостных токов утечки.

В тоже время, переход от систем TN к системе IT является необоснованным. Так как, например, даже если существует такой недостаток систем TN в нормальных условиях, как наличие потенциала на заземленных открытых проводящих частях электрооборудования класса I, то он может быть устранён без перехода на систему IT. Открытые проводящие части электрооборудования класса I в электроустановках зданий, соответствующих типу заземления системы TT, заземляют посредством их присоединения к заземляющим устройствам электроустановок зданий. Поэтому указанные открытые проводящие части в нормальных условиях находятся под электрическим потенциалом земли.

Таким образом, если в электроустановке зданий, соответствующих типам заземления системы TN, при каких-то условиях нельзя обеспечить надлежащий уровень электрической безопасности, следует применять систему TT. Причём переход к системе TT не требует внесения каких-либо изменений в существующие низковольтные распределительные сети.

Требования

Еще давно был введён в действие Руководящий технический материал РТМ 42-2-4-80, требованиями которого в операционных блоках медицинский учреждений было предписано применять так называемую систему защитной проводки. Эта система является аналогом типа заземления системы IT, который выполняют в части электроустановки здания, включающей в себя электрооборудование операционных блоков больницы. В качестве источника питания для этой части электроустановки медицинского здания используют разделительный трансформатор, находящиеся под напряжением части вторичной обмотки которого изолированы от земли. Открытые проводящие части электрооборудования класса I, установленного в операционных блоках, соединяют с помощью защитных проводников с заземляющим устройством электроустановки здания.

С 1 января 2008 года действует ГОСТ Р 50571.28-2006, разработанный на основе стандарта МЭК 60364-7-710. Национальный стандарт устанавливает требования к электроустановкам зданий, в которых расположены больницы и поликлиники, а также к электроустановкам в помещениях медицинского назначения.

Требованиями п. 710.413.1.5 ГОСТ Р 50571.28-2006 предписывают использовать так называемую медицинскую систему IT 1 для части электроустановки медицинского здания, расположенной в помещениях группы 2 2 и предназначенной для питания электрического медицинского оборудования и систем жизнеобеспечения пациентов хирургического назначения, а также другого электрооборудования, расположенного «в окружении пациента» 3 . В качестве источника питания для медицинской системы IT следует использовать специальные разделительные трансформаторы медицинского назначения.

Примечания:

1) В п. 710.3.11 ГОСТ Р 50571.28-2006 термин «медицинская система IT» определен так: «Электрическая система IT, в которой солюблюдены особые требования для медицинских помещений».

2) В таблице B.1 «Примерная классификация медицинских помещений» ГОСТ Р 50571.28-2006 в качестве помещений группы 2 указаны следующие помещения: анестезиологические кабинеты, операционные, кабинеты для подготовки к операциям, травматологические кабинеты, послеоперационные палаты, помещения для введения сердечных катетеров, отделения реанимации, помещения для ангиографии и помещения для недоношенных детей.

3) В п. 710.3.9 ГОСТ Р 50571.28-2006 определен термин «окружающая обстановка пациента: Любое пространство, где может произойти намеренный или непреднамеренный контакт пациента с частями медицинской электрической системы или с каким-либо лицом, имеющим контакт с частями системы (см. рисунок 710А). Примечание — Данное определение применяется, когда положение пациента фиксированно, в других случаях должны рассматриваться все возможные положения пациента».

В требованиях, изложенных в п. 1.7.157 ПУЭ, сказано, что при подключении передвижной электроустановки к автономному передвижному источнику питания «его нейтраль, как правило, должна быть изолирована». Иными словами, низковольтная система распределения электроэнергии, состоящая из автономного передвижного источника питания и передвижной электроустановки, должна соответствовать типу заземления системы IT.

Примеры выполнения

Примечания к рисункам 2-4:

• В электроустановке допускается выполнять дополнительное заземление защитного проводника PE.
• Система может быть присоединена к земле через большое полное сопротивление.

Список использованных источников

1. Харечко Ю.В. Основы заземления электрических сетей и электроустановок зданий. 6-е изд., перераб. и доп. – М.: ПТФ МИЭЭ, 2012. – 304 с.
2. ГОСТ 30331.1-2013
3. СП 437.1325800.2018
4. ГОСТ Р 50571.28-2006

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

Источник https://samelectric.ru/spravka/sistema-zazemleniya-it-kak-zhit-bez-nulya.html

Источник https://www.asutpp.ru/sistema-it.html