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.

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

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

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

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

Электробезопасность

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

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

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

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

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

Защита от помех

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

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

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

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

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

Защита от импульсных перенапряжений

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

Вот некоторые способы защиты:

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

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

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

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

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.

Рис. 1. Система IT трёхфазная трёхпроводная (на основе рисунка 2.26 из книги [1] автора Харечко Ю.В.)

На рисунке 1 обозначено:

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

Рис. 2. Система IT трехфазная трехпроводная со всеми открытыми проводящими частями Рис. 3. Система IT трехфазная трехпроводная со всеми открытыми проводящими частями, соединёнными защитным проводником и заземлёнными совместно Рис. 4. Система IT однофазная двухпроводная со всеми открытыми проводящими частями, соединенными защитным проводником и заземленными совместно

Заземление оборудования: нюансы технологии

Использование электрического оборудования прочно вошло в нашу жизнь. Электроприборы используются повсеместно: в быту, общественных и коммерческих организациях, фермах, производствах. Представить нашу жизнь без электричества и работающего на нем оборудования уже совершенно невозможно.

Ток в любом оборудовании представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике. Для приборов таким проводником выступают медные или алюминиевые кабели. Но помимо этих металлов многие материалы способны к проведению тока, в том числе и человеческое тело. Опасным для здоровья и жизни человека является удар током. Он происходит, когда образуется электрическая цепь.

При сбоях в работе любого электрического оборудования существует риск появления напряжения в тех частях устройства, где его не должно быть: в корпусе, креплении, иных деталях.

Такое оборудование становится опасным для человека. Прикосновение к поверхности повлечет за собой удар током. Последствия могут заключаться в легком пощипывании, так и привести к летальному исходу.

Чтобы избежать негативных последствий от сбоя в работе оборудования требуется провести заземление. Эта процедура представляет собой соединение частей оборудования, которые при нормальных условиях функционирования устройства не связаны с проведением тока, с землей. Заземление состоит из проводника и заземлителя.

Для каждого прибора заземление может подбираться индивидуально, при этом учитываются такие факторы как минимальное сопротивление контура, глубина ввинчивания заземлителей, их количество, разновидности. Все эти меры позволяют не только защитить человека, но и сохранить в целостности устройства.

Заземление также способствует работе оборудования в оптимальных параметрах, которые соответствуют характеристике устройства.

Заземление и зануление: в чем разница?

Заземление электрического оборудования возможно двумя способами:

• Защитное заземление: установка заземляющего приспособления и присоединение к нему части электрического объекта.
• Зануление — присоединение частей электроприбора или установки с заземленной нейтралью с нулевым проводом. Этот тип защиты отключает оборудование при наличии повреждений.

Заземлители разделяют на два вида: естественные и искусственные. К первым можно отнести металлоконструкции сооружений, которые соединены с землей.

Искусственными заземлителями выступают стальные штыри, трубы, уголки, ввинченные в землю. Они имеют систему соединений между собой с помощью стальных полос или проволоки. Проводниками между электрическим оборудованием и заземлителями являются шины из стали или меди. Их соединяют при помощи сварки или болтами.

Защитное заземление требуется для такого оборудования как электромашины, трансформаторы, шкафы.

Согласно Правилам Устройства Электроустановок (ПУЭ) занулевание, как преднамеренная защита, используется только в промышленных условиях, и не должоа практиковаться в быту.

Работа со схемой зануления рассчитана на предотвращения короткого замыкания. Именно при возникновении такой ситуации срабатывает автоматическое выключение. На производстве электроустановки имеют хотя бы общий контур заземления.

Защитное заземление и зануление электроустановок позволяет обезопасить жизнь человека при взаимодействии с электрическими объектами, в случае возникновения неполадок в их работе.

Разновидности заземления

По ГОСТу «Электроустановки зданий» выделяются типы заземления, которые имеют буквенные значение, например, TN-S. Первая буква обозначает характер заземления источника питания, вторая буква указывает характер заземления открытых проводящих частей. Если имеется буква через дефис, то она говорит о способе устройства нулевых защитного и рабочего проводников.

Особенности выполнения заземления

Заземление для электрического оборудования, используемого вне бытовых условий, следует предоставить профессионалам.

ГОРИНКОМ является специалистом в данной сфере, имеют профессиональные знания по заземлению электроустановок, что позволит создать надежные меры по защите и созданию безопасных условий для людей, работающих с таким оборудованием.

Особенности при заземлении:

• Заземление не требуется при напряжении менее 25В переменного тока и показателях постоянного тока меньше 60 В.
• Заземление обязательно для устройств на взрывоопасных предприятиях, а также на установках со всеми видами напряжений переменного и постоянного тока.
• Не производить меры по заземлению можно на невзрывоопасных предприятиях, а также при занулении металлических объектов. Но при этом обязательно для электрооборудования с корпусами, такими как в шкафах или пультах. Заземление в этих случаях обязательно.

Профессионалы обладают специфическими знаниями по особенностям заземления любых объектов, что создаст наиболее безопасные и надежные условия для людей, оградив их от пагубного прямого воздействия электрического тока.

Заземление серверного шкафа

Серверные шкафе предназначены для надежного хранения сетевых и коммуникационных оборудований. Широкое применение получили в коммерческих организациях, где хранение информации и оборудования требует отведения специального места.

Любое электрическое оборудование требует соблюдения норм безопасности, создания условий, которые не приведут к порче имущества и нанесению вреда здоровью, жизни человека.

Одним из требований из «Правил устройства электроустановок» является заземление. Эта мера позволяет снять статистический заряд с оборудования и шкафа, совершить уравнивание потенциалов.

Заземление серверного шкафа производится благодаря телекоммуникационной шине, соединенной заземляющим проводником. Последний должен быть стальным с площадью сечения менее 4 кв. мм. Медная шина с 19″ крепление рекомендуется для оптимальной защиты серверных шкафов.

Установка производится непосредственно в конструкции. Соединение шины происходит к кронштейнам с помощью специальных держателей.

Соединять несколько шкафов проводником нельзя, для этой цели лучше воспользоваться заземленными розетками. Расположить их стоит на расстоянии 3 метров.

Информационное заземление установок и оборудования позволяет обезопасить не только материальные объекты, но и интеллектуальную ценность. Оборудование в виде серверных шкафов предназначено для надежного сбережения необходимой информации.

Заземление трансформаторов тока

Действия по заземлению трансформатора позволяет организовать безопасные условия для функционирования оборудования и работы людей, связанных с обслуживанием системы кабелей.

Заземления в трансформаторах тока требуют все металлические части, в том числе опорных конструкций, различных каркасов, которые могут накапливать заряд.

Для этого используют штыри из стали, которые необходимо вставить в землю в вертикальном положении. Длина такого штыря должна составлять не меньше 4 м, диаметр — более 12 мм.

Ввинченные заземлители необходимо расположить под землей на 80 см — это оптимальный показатель размещения для надежного заземления. Заземлители, расположенные горизонтально, должны быть выполнены из стали с диаметром более 4 мм.

Заземление обязательно должно включать подсоединение к защитному контуру и вторичным обмоткам. Такая особенность отличает заземление трансформатора тока и напряжения. В случае необходимости обезопасить несколько трансформаторов возможно заземление вторичных обмоток каждого общим проводником.

Технологические трубопроводы

Заземление технологических трубопроводов позволяет обезопасить объект от статистического заряда. Процедура проводится с помощью хомута проводника из полосовой стали. Он должен крепко охватывать объект для надежного заземления.

Для заземления следует использовать хомут размерами обхвата сопоставимыми с внешним диаметром трубы.

Кроме того, для этой цели понадобятся заземляющий отвод, крепежные болты, шайбы и гайка. Хомут перед креплением необходимо очистить. Если в непосредственной близости от трубопровода (порядка 10 см) расположены металлические конструкции, то они также требуют заземления.

Особые способы заземления

Одним из усовершенствованных способов заземления для оборудования является модульное заземление. Принцип устройства заключается в закапывании глубинного электрода отрезками, которые называют модулями.

Они представляют собой стальной электрод с напылением из меди. Вкапывание производится с помощью молотка. Количество модулей зависит от необходимой степени заземления. Небольшие габариты модулей позволяют легко доставлять до места установки. Монтаж такой системы заземления довольно прост.

Недостатком такого способа является невозможность применения в твердых и промерзлых грунтах.

Функциональное заземление — способ заземления оборудования для его нормального функционирования, характеризующийся полным отсутствием электрического потенциала. Для заземления используется функциональный заземляющий проводник и защитный проводник, которые объединяют в один и присоединяют к шине.

Любое заземление позволяет создать комфортные и безопасные условия по эксплуатации электрооборудования. Предотвращает удары тока при возникновении сбоев, неправильной работы устройств.

Ситуации по выходу из строя оборудования создают опасные условия по возникновению напряжения в непредназначенных для этого местах. Заземление позволяет убрать напряжение, ток, передав его земле, при этом здоровье и жизнь человека остаются в безопасности, а оборудование прослужит долго.

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

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

Источник https://www.gorinkom.ru/elektrika/zazemlenie/zazemlenie-oborudovaniya.html