home | login | register | DMCA | contacts | help | donate |      

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


my bookshelf | genres | recommend | rating of books | rating of authors | reviews | new | форум | collections | читалки | авторам | add



Локальная вычислительная сеть — вопросы электропитания и заземления

В.Н.Сарафанников

Окончание. Начало см. в журнале «Сделай сам». № 1. 2006.


К настоящему времени имеются наработки, позволяющие обезопасить пользователя и создать комфортные по электропитанию условия работы оборудования ЛВС.

Очевидно, что в основу организации электропитания современной электронно-вычислительной техники должна быть положена только трехпроводная электросеть («евросеть»), В случае наличия в помещении только двухконтактных электророзеток (например, в домашних условиях) целесообразно организовать для питания вычислительной техники отдельную линию «Земляной» контакт устанавливаемых дополнительно евророзеток можно подключить отдельным проводом, идущим к корпусу электрораспределительного щита, установленного на лестничной площадке. То есть до квартирного электросчетчика. Допускается использование в качестве заземлителя водопроводных труб. (Но не газовых!!!) Естественно, что и весь монтаж однофазного электропитания ЛВС должен вестись только трехпроводным кабелем. Необходимость использования экранированных трехпроводных кабелей определяется в отдельных конкретных случаях. Сечение кабеля выбирается исходя из мощности оборудования по таблицам, рекомендуемым таким руководящим документом, как «Правила устройства электроустановок» («ПУЭ— 2000»). Наиболее используемая таблица приведена ниже (табл. 1).


Журнал (СДЕЛАЙ САМ) № 2/2006

Желательно, чтобы в используемом кабеле цвет изоляции каждого из проводов был разный. Это позволит избежать дополнительных операций по «прозвонке» кабеля для определения проводов: «фаза», «нуль», «земля». «ПУЭ-2000» регламентируют следующую цветную кодировку назначения проводов. Голубой цвет используется для нулевого рабочего проводника; зелено-желтый — для защитного («земляного») или нулевого защитного проводника; черного, коричневого, красного, фиолетового, серого, розового, белого, оранжевого, бирюзового цвета — для обозначения фазного проводника.

Зелено-желтый цвет проводника по всей длине с голубыми точками на концах линии служит для обозначения совмещенного нулевого рабочего и нулевого защитного проводника. Голубые точки наносят на проводник после окончания и проверки монтажа.

Строгое соблюдение этих правил позволяет значительно упростить ход монтажных работ и исключить (или минимизировать) возможные ошибки.

При выборе евроэлектророзеток желательно руководствоваться следующими соображениями. При выборе вида проводки, внутренней или наружной, целесообразно учесть, что большинство современных ЛВС базируется на использовании так называемых «структурированных кабельных систем» (СКС). В этом случае все кабельные линии (информационные и электросиловые) прокладывают в специальных коробах, монтируемых в помещениях, предназначенных для развертывания оборудования ЛВС. В некоторых каталогах используется понятие «долговременная кабельная система» (ДКС). Следует иметь в виду, что некоторые комплектующие, используемые в СКС (или ДКС) разных фирм-производителей, могут отличаться как по способу монтажа, так и по типоразмерам. Поэтому следует заказывать все необходимые для монтажа ЛВС комплектующие производства одной и той же фирмы.

Выбор евроэлектророзеток в настоящее время весьма широк. Что их объединяет, так это максимально допустимые токовые нагрузки, 10 А или 16 А, и сетевое напряжение — 250 В.

При развертывании ЛВС в школах (лицеях) целесообразно при монтаже использовать евроэлектророзетки с защитными шторками. Защитная шторка в такой розетке открывается только при подключении к ней электровилки. Подключения в подобную розетку однополюсного штекера (или втыкания в нее гвоздя) такая защита не допускает. Попутно стоит напомнить, что в соответствии с «ПУЭ-2000» монтаж электророзеток в детских учреждениях осуществляется на высоте 1,8 метра.

Очень удобны евроэлектророзетки с механической блокировкой, позволяющие дифференцировать цепь питания и защитить ее от подключения непредусмотренных потребителей. Ключ для снятия блокировки поставляется (заказывается) отдельной позицией. Например: Кат. № 741 14/15/85/94/95. Ключ устанавливается непосредственно на евровилке, например типа 2К+З (два контакта плюс «земля») подключаемого прибора, и отпирает розетку с защитой в момент подключения. Таким образом, в подобную розетку может подключаться только необходимый прибор, то есть сетевая вилка которого оборудована ключом. При этом случайное подключение в электросеть, предназначенную для питания оборудования ЛВС и оборудованную такими электророзетками, разного рода кипятильников, электрочайников и электрокалориферов невозможно. Очевидно, что такая конструкция обеспечивает и высокую электробезопасность. Для установки ключа на вилку необходимо снять защитную пленку с «самоклейки», имеющейся на плоской части ключа.

В настоящее время в основном используются евроэлектророзетки и электровилки, выполненные по так называемому «французскому стандарту» или по «немецкому стандарту». Во французском стандарте «земляной» контакт на электророзетке выходит на однополюсный штекер, имеющий соответствующее углубление.

В немецком штекере «земляной» провод выходит на пару пружинистых металлических усиков, имеющих контактные пластинки. Это менее надежный способ соединения, так как при многочисленных включениях (выключениях) пружинный контакт ослабевает и соединение с «землей» ухудшается.

К сожалению, очень часто встречаются электровилки, подобное углубление на которых отсутствует. Обеспечить подключение подобной вилки к «французской» розетке можно легко, просверлив пластик корпуса на требуемую глубину.

Чаще всего (но, повторяю, не всегда!!!) кабели оборудуются универсальными вилками, которым доступны электророзетки любого стандарта.

Электророзетки могут объединяться в одном конструктиве (от одной до трех и более). Для установки и фиксации электророзеток в коробах используют комплекты соответствующих суппортов. Заказывают по каталогам отдельно. Монтаж электророзеток без использования коробов осуществляется обычными приемами.

Согласно ПУЭ-2000 размещение электророзеток в рабочих помещениях определяется удобством пользования или требованиями технического дизайна. Это кроме вышеуказанного случая, а также для предприятий общепита и торговли. В последнем случае высота установки электророзеток от пола составляет 1,3 метра.

При подключении проводов кабеля фазный провод должен подводиться к левой (со стороны пользователя) «дырке» электророзетки. На рис. 8 показано правильное положение контактов нуля, фазы и заземления на розетке. При подключении к нему стандартного (стандарта МЭК 320 C13) шнура питания на гнезде, обращенном к блоку питания, раскладка цепей будет соответствовать рис. 8.


Журнал (СДЕЛАЙ САМ) № 2/2006

Рис. 8. Положение «нуля», «фазы» и «земли»:

а — на питающей розетке; б — на выходном гнезде шнура питания


Присоединение электророзеток к проводам электрокабелей осуществляется обычными способами, т. е. в соответствии с ГОСТом. Но предпочтительнее технология, использующая наконечники-гильзы, обжимаемые специальными клещами на зачищенных от изоляции концах проводов кабеля. При высокой производительности она обеспечивает надежный электрический контакт. Наконечники-гильзы с изолированным фланцем, луженые, имеют диаметр от 0,25 кв. мм до 16 кв. мм с фланцами разнообразных цветов. Цвет фланца позволяет визуально легко определить, для провода какого диаметра предназначен данный наконечник. Например: фланец черного цвета — для провода диаметром 1,5 мм2; синего — 2,5 мм2 и т. д. Для обжима наконечников-гильз используют специальные обжимные клещи, например типа 2ART. Обычно используют клещи разных типоразмеров, например: 2ART 40 для работы с наконечниками-гильзами диаметром 0,5–6 мм2; 2ART 41 — от 6 до 16 мм2; 2ART 42 — от 25 до 50 мм2.

На смену громоздким металлическим электрощитам пришли изящные и легкие пластмассовые модульные щитки для настенной установки или встраиваемые. Металлическими деталями в них являются только дин-рейка из оцинкованной стали для установки автоматов-выключателей и латунные клеммники для разводки проводов нейтрали и «земли». Ну, разумеется, и крепежные винты. Фазные провода, естественно, разводят через автоматы-выключатели с требуемым допустимым током нагрузки. На трехфазном автомате фазы А, В, С располагают слева направо соответственно. При наличии в составе ЛВС трехфазных потребителей очень часто необходимо строго соблюдать указанное чередование фаз (например, для работы входных цепей мощных трехфазных источников бесперебойного питания). При отсутствии штатного прибора проконтролировать правильность чередования фаз можно при помощи устройства, схема которого приведена на рис. 9.


Журнал (СДЕЛАЙ САМ) № 2/2006

Рис. 9. Устройство для определения правильности чередования фаз


После оборудования трехпроводной сети следует заняться выбором устройств, улучшающих параметры питающей электросети. Фирмы-изготовители выпускают для этой цели разнообразные технические устройства от простейших сетевых фильтров (чуть сложнее электроудлинителя) до автономных систем гарантированного бесперебойного электропитания.

Типичная схема бытового сетевого фильтра приведена на рис. 10.


Журнал (СДЕЛАЙ САМ) № 2/2006

Рис. 10. Фильтр-ограничитель с варистором


Основная задача сетевого фильтра — пропустить через себя переменный ток частотой 50 Гц (это рабочая частота сети питания), попутно отфильтровывая всякие выбросы напряжения и помехи. Как указываюсь выше, в случае отсутствия заземляющего провода (контакта) помехи типа «фаза» — «земля» и «нуль» — «земля» физически задерживаться не могут.

Для оценки подавляющей способности фильтра служит его амплитудно-частотная характеристика, показывающая, насколько подавляются различные частоты. Помехи длительностью 1-10 микросекунд — это типичные коммутационные импульсные помехи, лежащие в частотной области около 1 мегагерца (106 Гц) и выше. Таким образом, если фильтр отсеивает частоты свыше 100 килогерц, то он не пропустит и короткие импульсные помехи.

Сетевой фильтр питания способен «проглотить» почти все вредные выбросы питающего напряжения. Но медленные провалы напряжения ни один фильтр питания скомпенсировать не способен. Так как наиболее опасными для аппаратуры являются все же импульсные помехи, то использование фильтров вполне оправдано.

Бытовые фильтры могут отличаться как в сторону упрощения, так и в сторону усложнения схемы (например, с включением в нее индикации различных режимов работы, раздельным отключением нагрузки, наличием автоматического предохранителя и т. д.).

Внимание! Сетевые фильтры эффективно работают только в трехпроводной (европейской) сети питания («фаза»-«нуль»-«земля»). Обязательным устройством, стоящим сразу на входе фильтра, является варистор. Варистор — это резистор, сопротивление которого зависит от приложенного к нему напряжения. Его основная задача — подавить высоковольтные выбросы напряжения сети. При появлении такого выброса электрическое сопротивление варистора резко падает, и он «замыкает» на себя эту помеху, не позволяя ей пройти дальше. При хорошем подборе параметров варистор может спасать и от длительных значительных повышений напряжения сети, например из-за перекоса фаз. В этом случае варистор будет ограничивать напряжение, выделяя значительную мощность, что приведет к его пробою на короткое замыкание и отключению питания предохранителями токовой защиты (если они есть и рассчитаны на соответствующий ток).

Для сведения самодельщиков: одного варистора для полной защиты от перенапряжений недостаточно. В схему приобретенного однофазного фильтра целесообразно ввести еще два варистора — один между «нулем» и «землей», второй между «фазой» и «землей». Фирмы-изготовители из экономии их обычно не устанавливают. Очевидно, что высоковольтный ограничитель работает и в случае сети без заземления.

Но особенность фильтров еще и в том, что варисторы, обычно устанавливаемые в промышленных фильтрах, начинают «работать» с напряжения 275–300 В (среднее значение), 350–385 В (максимальное напряжение срабатывания). Эти данные имеются в паспортной характеристике варисторов. Для фильтрации помех, напряжение которых находится в пределах 230–300 В, обычно дополнительно используют LC-фильтры, то есть электрические цепи, состоящие из индуктивностей (L) и емкостей (С). Это так называемые реактивные элементы, сопротивление их постоянному току (или току низкой частоты) одно, а току высокой частоты — совершенно другое (отличающееся на порядки). А так как частота импульсной помехи во много раз больше частоты сети питания (50 Гц), то сопротивление LC-фильтра резко возрастает с увеличением частоты тока, и таким образом происходит задержка помехи.

В обиходе пользователей ПЭВМ уже прижилось понятие «Pilot» для определения сетевых фильтров независимо от фирмы-изготовителя в отличие от очень внешне похожих на них сетевых удлинителей-размножителей напряжения.

Итак, основные возможности и параметры бытовых сетевых фильтров:

1. Ограничение высоковольтных помех.

2. Фильтрация (подавление) импульсных помех (максимальный ток помехи 20 000 А; максимальное напряжение помехи до 6000 В: максимальная рассеиваемая энергия помех порядка 700 Дж. Ослабление высокочастотных помех от 20 до 40 дБ, в зависимости от диапазона).

3. Максимальная мощность нагрузки 2200 Вт (регулировка порога срабатывания по мощности от 75 Вт).

Дополнительные сервисные возможности:

1. Число розеток от 3 до 12 и более.

2. Выключение обоих проводов, то есть и нулевого, а не только фазного.

3. Индикация неправильного подключения питания.

4. Длина сетевого шнура до 5 м.

Очевидно, что относительная небольшая мощность бытовых сетевых фильтров допускает их использование для организации электропитания небольших ЛВС — не более 4–5 компьютеров, и то при условии использования маломощного сервера.

Для фильтрации сети, питающей ЛВС с большим количеством рабочих станций и имеющих в своем составе мощные сервера, а также подсистемы хранения информации, используются промышленные фильтры типа ФП (от ФП-4 до ФП-16), а также более современные — типа ФСП и ФСПК. Основные характеристики фильтров типа ФСП и ФСПК приведены в табл. № 2.


Журнал (СДЕЛАЙ САМ) № 2/2006

Данные фильтры обеспечивают затухание помех не менее 60 дБ в диапазоне частот от 0,15 до 1000 МГц.

Из таблицы видно, что для фильтрации однофазной сети достаточно одного фильтра. Для трехфазной сети используют два фильтра. Заземление фильтров обязательно.

Кроме того, промышленностью освоен выпуск фильтро-симметрирующих устройств (ФСУ). ФСУ обеспечивает повышение качества электропитания потребителей в четырехпроводных трехфазных сетях напряжением до 380 В, частотой 50 Гц, выравнивание несимметрии фазных (линейных) напряжений, снижение нелинейных искажений, подавление фазных и линейных импульсных напряжений, демпфирование колебаний сетевого напряжения в милли- и микросекундном диапазонах, сохранение вторичного трехфазного напряжения при обрыве в одной из фаз первичной цепи, надежное функционирование ответственных электроприемников в низковольтных сетях с нелинейными, несимметричными и нестационарными нагрузками, электромагнитную совместимость силового и электронного оборудования в низковольтной сети, подавление опасных сигналов в цепях электропитания средств вычислительной техники. Большого распространения пока не получили.

Но любой фильтр не способен защитить аппаратуру при плавных изменениях входного напряжения. В этом случае можно использовать стабилизатор напряжения (электронный или ферро-резонансный), который стабилизирует выходное напряжение. Плохие динамические характеристики старых (например, применявшихся для питания телевизоров) феррорезонансных стабилизаторов при резком изменении напряжения и величины нагрузки ограничивают возможности их применения для питания компьютеров. Существуют и современные варианты таких стабилизаторов на активных компонентах, разработанные специально для питания компьютеров. Но по своей цене они сопоставимы с ценами на источники бесперебойного питания и не получили широкого распространения.

От плавного изменения входного напряжения и, что особо важно, от внезапного пропадания напряжения сети предохраняют только источники бесперебойного питания, которые нашли широкое применение в ЛВС. По техническим требованиям источники бесперебойного питания должны обеспечивать функционирование всего оборудования ЛВС в течение от 7 до 12 минут, что позволяет корректно завершить вычислительный процесс и дает возможность правильно выключить аппаратуру. В обиходе источники бесперебойного питания называют сокращенно — «ИБП» или «ЮПИЭС» (иногда — «УПС» от английского UPS — Uninterruptible Power System).

В состав источников бесперебойного питания любой системы обязательно входят аккумуляторные батареи, выпрямитель входного напряжения и инвертор, обеспечивающий напряжением переменного тока подключаемую к нему нагрузку.

В особо оговариваемых случаях UPS могут комплектоваться трехфазными выходными трансформаторами для обеспечения гальванической развязки входных и выходных цепей.

Источники бесперебойного питания различают по классам (режимам работы). Существуют блоки Off-Line (Stand-By), Line-Interactive и On-Line. В Offline UPS (рис. 11) нагрузка при нормальной работе получает питание от сети, выпрямитель обеспечивает подзарядку аккумулятора.


Журнал (СДЕЛАЙ САМ) № 2/2006

Рис. 11. Блок-схема ИБП:

а — класса Off-Line; б — класса On-Line


При пропадании входного напряжения включается инвертор и нагрузка переключается на него за несколько миллисекунд. По восстановлении входного напряжения происходит обратное переключение, аккумулятор снова подзаряжается.

UPS Line-Interactive работает аналогично Off-Line, но имеет дополнительную возможность ступенчатой стабилизации при длительных «проседаниях» входного напряжения обычно посредством перекоммутации первичных обмоток входного трансформатора.

On-Line UPS обладают лучшими характеристиками. В них нагрузка получает питание всегда от инвертора. Инвертор получает постоянное напряжение от сетевого выпрямителя или аккумулятора. Схема обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения при питании как от сети, так и от аккумулятора. Для данной структуры естественна гальваническая развязка входа и выхода и отсутствие переходных процессов на выходе при переключении на резервное питание.

Для работы в условиях сильных колебаний питающего напряжения (например, в сельской местности) хорошую защиту обеспечат только UPS классов On-Line или Line-Interactive.

Источники бесперебойного питания имеют множество параметров, из которых особенно существенны следующие.

Выходная мощность, измеряемая в вольт-амперах. Она должна быть не меньше, чем сумма мощностей, потребляемых устройствами, которые питаются от данного UPS. При этом следует принимать во внимание не только среднюю потребляемую мощность, которая обычно указывается в паспорте или на задней стенке устройства, а еще и пиковую при включении. Пиковая мощность может превышать среднюю в несколько раз. Особенно это заметно на лазерных принтерах (во время запуска они могут потреблять пятикратную мощность), и именно по этой причине их запрещают питать от маломощных UPS. В отдельных моделях маломощных ИБП для подключения принтеров используется дополнительная отдельная розетка, напрямую соединенная со входом ИБП (так называемая «белая розетка»).

Если в один UPS включены несколько устройств с допустимой суммарной потребляемой мощностью, то при их одновременном включении (например, общим выключателем сетевого фильтра) возможна перегрузка и просадка выходного напряжения UPS. При этом некоторые импульсные блоки питания могут и не запуститься. Проблема в данном случае может быть решена установлением очередности включения программными или административными средствами.

Число фаз входного и выходного напряжения. Источники небольшой мощности (до единиц кВА), как правило, однофазные. Более мощные источники могут иметь трехфазный вход, выход. Трехфазный выход большинства UPS предназначенных для питания компьютеров и прочих однофазных потребителей, можно рассматривать скорее как недостаток, а не как достоинство. так как приходится решать проблемы симметрирования нагрузки и защиты нулевого провода. В последнее время появились мощные UPS, которые при питании от трехфазной сети обеспечивают выход.

Форма выходного напряжения. В идеале она должна быть синусоидальной. Коэффициент гармоник выходного напряжения у лучших моделей не превышает 1–3 %.

В простейших моделях ИБП генерируется меандр, сглаживаемый фильтром нижних частот.

Порог переключения — уровень напряжения, при котором происходит переключение на резервное питание.

Этот параметр влияет на срок эксплуатации батарей, однако его снижение в UPS Off-Line, облегчая режим батарей, ухудшает стабильность выходного напряжения.

Время переключения на резервное питание (обычно 1-10 мс) влияет на стабильность работы подключенной аппаратуры. Если блок питания аппаратуры перегружен (или плохо спроектирован), то просадка напряжения во время переключения может привести к сбою или зависанию.

Время работы от резервного источника, зависящее от емкости, степени заряда батареи и величины нагрузки, должно обеспечивать закрытие приложений на защищаемых компьютерах для предотвращения потери данных. При необходимости для увеличения времени работы в комплект UPS могут входить дополнительные стойки с аккумуляторными батареями.

Ряд моделей маломощных ИБП чувствительны к «полярности» подключения питания. У них есть явные обозначения входных клемм, на которые должны приходить нуль, фаза и защитное заземление. Если нуль и фаза будут перепутаны (ИБП обнаружит значительное напряжение между клеммами нуля и земли), блок может отказаться запускаться (иногда сообщая об этом световым или звуковым индикатором). Переворот питающей вилки снимает проблему.

При необходимости выбора ИБП средней и большой мощности следует учесть, что наиболее перспективными в настоящее время считаются ИБП с дельта-преобразованием (семейства Silcon).

В устройствах с использованием дельта-преобразования время работы при 100 %-ной перегрузке ограничено только зарядом батарей. Конечно, подобный режим работы считается неестественным или аварийным, и нагрузка отключается задолго до полного разряда батарей. Кроме того, большую часть времени работы ИБП с дельта преобразованием на выход системы подается лишь немного откорректированный входной ток, а потому можно использовать значительно более компактные инверторы, чем в аналогичных по мощности ИБП с двойным преобразованием, где к тому же требуется постоянное охлаждение.

Модели ИБП семейства Silcon обладают широким диапазоном выходной мощности — от 10 до 480 кВт. Можно установить до девяти параллельно работающих ИБП Silcon с дополнительным оборудованием (или до четырех ИБП без него).

Особый интерес в отдельных случаях представляют ИБП SymmetraR RM. Данные ИБП при трехфазном входе обеспечивают однофазный выход, что весьма удобно с учетом наличия в составе ЛВС однофазных потребителей. Мощность — до 16 кВА (4 модуля по 4 кВА). Монтируются в стойку 15 U. Имеют возможность наращивания по схеме N + 1, при этом имеющийся в составе ИБП интеллектуальный модуль адаптивно меняет выходную мощность в зависимости от величины подключенной нагрузки. Расширенная диагностика и наличие подробного меню на русском языке облегчает общение с этим изделием.



Основные принципы конструирования лестницы | Журнал (СДЕЛАЙ САМ) № 2/2006 | Несколько замечаний по аккумуляторным батареям