Проблемы заземления компьютера

Это нужно знать каждому, кто работает с компьютером и различными периферийными устройствами (принтер, модем, программаторы и т. д.), если Вы дорожите дорогим устройством. Прочтите, пригодится. К сожалению, во многих домах, сданных в эксплуатацию до 1996-1998 гг., в розетках нет контакта, предназначенного для заземления аппаратуры. Более того, бывают случаи, когда такие контакты в розетках имеются, но только к ним не подведены соответствующие провода. Нередко отечественные "Горе мастера" сами пытаются исправить такое положение вещей, что иногда приводит к плачевным последствиям. Поэтому лучше проводку заземляющего контура доверить опытным специалистам. Да! Возможно, при этом придется слегка нарушить дизайн только что отремонтированной квартиры. Да! Необходимо будет вложить дополнительные средства. Но нужно отважиться на эти действия, чтобы раз и навсегда решить для себя данную проблему. Поверьте, игра стоит свеч! Здоровье все равно дороже, да и не забывайте народную мудрость "Cкупой платит дважды".

Вопросы электропитания играют важную роль в устойчивости работы компьютеров, их сетей и ПУ, соединяемых интерфейсами, а также в обеспечении их долголетия. Понимание некоторых вопросов электротехники позволит обойтись без "пиротехнических эффектов" при соединении устройств. Главное, не пытайтесь обойтись "половинчатыми" или временными мерами, и давайте сразу договоримся, чего делать ни в коем случае нельзя, даже если вам это порекомендуют тысячи "продвинутых" знакомых. Никогда не заземляйте аппаратуру на:

1) батарею парового (водяного) отопления (вдруг соседу вздумается ее переварить?)

2) водопровод (во-первых, в нем и так встречаются блуждающие токи, и вовсе не обязательно их пускать на компьютер, а во-вторых, систематический ток с корпуса компьютера в землю вызовет активную коррозию труб)

3) газопровод (надеюсь, вы не из рода камикадзе)

4) молниеотвод (кажется, мы собрались защищать компьютер, а не пускать его "в расход")

5) "нулевой" контакт обычной розетки (если не хотите, чтобы на корпус компьютера попало напряжение 220 В).

Рассмотрим правила подключения к питающей сети с точки зрения безопасности как человека, так и компьютера.

Проблема заземления станет особенно актуальной, если вы построите домашнюю сеть. Отдельные компьютеры в ней, естественно, будут подключаться к различным источникам питания, сетевой же кабель начнет играть роль своеобразного моста для выравнивания потенциалов. Возникающие при этом токи способны вывести сетевое оборудование из строя.

Рис. 1 Входные цепи блока питания

Практически каждый блок питания компьютера или ПУ имеет сетевой фильтр (рис.1). Конденсаторы этого фильтра предназначены для шунтирования высокочастотных помех питающей сети на землю через провод защитного заземления и соответствующую трехполюсную вилку и розетку. "Земляной" провод соединяют с контуром заземления, но допустимо его соединять и с "нулем" силовой сети (разница ощущается только в особо тяжелых условиях эксплуатации). При занулении необходимо быть уверенным в том, что "нуль" не станет фазой, если кто-нибудь вдруг перевернет вилку питания. Если же "земляной" провод устройства никуда не подключать, на корпусе устройства появится напряжение порядка НОВ переменного тока (рис.2) конденсаторы фильтра работают как емкостной делитель напряжения, и поскольку их емкость одинакова, 220 В делится пополам.

Рис. 2 Образование потенциала на корпусе компьютера

Конечно, мощность этого "источника" ограничена - ток короткого замыкания iк.з на землю составляет от единиц до десятков миллиампер, причем, чем мощнее блок питания, тем больше емкость конденсаторов фильтра и, следовательно, ток.

При емкости конденсатора С = 0,01 мкФ этот ток будет около 0,7 мА.

Такие напряжение и ток опасны для человека. Попасть под напряжение можно, прикоснувшись одновременно к неокрашенным металлическим частям корпуса компьютера и, например, к батарее отопления. Это напряжение является одним из источников разности потенциалов между устройствами, от которой страдают интерфейсные схемы.

Посмотрим, что происходит при соединении двух устройств (компьютера и принтера) интерфейсным кабелем. Общий провод интерфейсов последовательных и параллельных портов связан со "схемной землей" и корпусом устройства. Если соединяемые устройства надежно заземлены (занулены) через отдельный провод на общий контур (рис.3) проблемы разности потенциалов не возникает.

Рис. 3 Правильное подключение ПУ

Если же в качестве заземляющего провода использовать нулевой провод питания при разводке питающей сети с трехполюсными розетками двухпроводным кабелем, на нем будет набегать разность потенциалов, вызванная падением напряжения от протекающего силового тока INUL. (рис.4) Если в эти же розетки включать устройства с большим энергопотреблением, разность потенциалов (и импульсные помехи при включении-выключении) будет ощутимой. При этом эквивалентный источник напряжения при относительно невысокой ЭДС. Enui (несколько вольт) будет иметь очень низкое выходное сопротивление, равное сопротивлению участка нулевого провода (доли Ом). Уравнивающий ток через общий провод интерфейса можно оценить по формуле

lint =Enul/(Rnul+ Pint),

где Enul= Inul x Rnul, Inul= P/220, Rnul - сопротивление нулевого провода и соединительных контактов розеток, Rint - сопротивление общего провода интерфейса, Р - мощность, потребляемая устройствами, расположенными на рис.4 справа (Р = Р2 + РЗ).

Рис.4 Появление разности потенциалов при двухпроводном кабеле питания

Поскольку обычно сопротивление интерфейсного кабеля больше питающего, через общий провод интерфейса потечет ток существенно меньший, чем силовой. Но при нарушении контакта в нулевом проводе питания через интерфейсный провод может протекать и весь ток, потребляемый устройством. Он может достигать нескольких ампер, что повлечет выход устройств из строя. Не выровненные потенциалы корпусов устройств также являются источником помех в интерфейсах. Если оба соединяемых устройства не заземлены, в случае их питания от одной фазы сети разность потенциалов между ними будет небольшой (вызванной разбросом емкостей конденсаторов в разных фильтрах). Уравнивающий ток через общий провод интерфейса будет мал, и разность потенциалов между схемными землями устройств тоже будет мала. Но не следует забывать о безопасности человека. Если незаземленные устройства подключены к разным фазам, разность потенциалов между их несоединенными корпусами будет порядка 190 В, при этом уравнивающий ток через интерфейс может достигать десятка миллиампер. Когда все соединения/разъединения выполняются при отключенном питании, для интерфейсных схем такая ситуация почти безопасна. Но при коммутациях при включенном питании возможны неприятности: если контакты общего провода интерфейса соединяются позже (разъединяются раньше) сигнальных, разность потенциалов между схемными землями прикладывается к сигнальным цепям, и они выгорают.

Рис.5 Подключение незаземленного устройства

Самый тяжелый случай - соединение заземленного устройства с незаземленным (рис.5), особенно когда у последнего мощный блок питания. Для устройств, блоки питания которых имеют шнуры с двухполюсной вилкой, эти проблемы тоже актуальны. Такие блоки питания зачастую имеют сетевой фильтр, но с конденсаторами малой емкости (ток короткого замыкания достаточно мал).

Весьма коварны сетевые шнуры компьютеров с двухполюсной вилкой, которыми подключаются блоки питания с трехполюсным разъемом. Пользователи, подключающие свои компьютеры в бытовые розетки, могут столкнуться с проблемами из-за отсутствия заземления.

Локально проблемы заземления решает применение сетевых фильтров типа Pilot и им подобных. Питание от одного фильтра всех устройств, соединяемых интерфейсами, решает проблему разности потенциалов. Еще лучше, когда этот фильтр включен в трехполюсную розетку с заземлением (занулением). Однако заземляющие контакты (обжимающие "усики") многих розеток могут иметь плохой контакт вследствие своей слабой упругости или заусениц в пластмассовом кожухе. Кроме того, эти контакты не любят частого вынимания и вставки вилок, так что обесточивание оборудования по окончании работы лучше выполнять выключателем питания фильтра [предварительно выключив устройства).

Настоятельно рекомендуется отключать питание при подключении и отключении интерфейсных кабелей.

Небольшая разность потенциалов, которая практически исчезнет при соединении устройств общими проводами интерфейсов, может пробить входные (и выходные) цепи сигнальных линий, если в момент присоединения разъема контакты общего провода соединятся позже сигнальных. От такой последовательности ^^

К помехам, вызванным разностью потенциалов схемных земель (корпусов) устройств, наиболее чувствительны параллельные порты. У последовательных портов зона нечувствительности шире (пороги ±3 В), еще меньшую чувствительность имеют интерфейсы локальных сетей, где обычно имеется гальваническая развязка сигнальных цепей от схемной земли с допустимым напряжением изоляции порядка 100 В.

Проблема заземления устройств, сильно разнесенных территориально, обостряется. Если разводка питания и заземления выполнена двухпроводным кабелем (см. рис.4) , разность потенциалов, обусловленная падением напряжения на заземляющих проводах, будет особенно ощутимой. В ряде случаев практикуется прокладка отдельного кабеля или шины для цепи заземления. Однако разводка заземления отдельным кабелем не всегда удобна и часто неэффективна с точки зрения защиты от помех, поскольку при этом могут образовываться замкнутые контуры с широким охватываемым пространством - своеобразные антенны. Так что разводку питания устройствам целесообразно выполнять трехпроводным кабелем, один из проводов которого используется для защитного заземления. При этом древовидная схема заземления получается естественным образом. (рис.6), защитный провод в корневой части этого дерева заземляют или зануляют. Все устройства, электрически соединяемые между собой, желательно питать от одной фазы сети, хотя, с точки зрения энергетиков, это требование часто трудновыполнимо.

Рис.6 Разводка питания и заземления

Дополнительные проблемы при разводке электропитания для компьютеров обусловлены ярко выраженной динамической нелинейностью входной цепи бестрансформаторных блоков питания. Традиционные электросети рассчитаны на более или менее линейную нагрузку, у которой в спектре тока основная мощность приходится на первую гармонику. В трехфазной сети с равномерно распределенной по фазам линейной нагрузкой в идеале через нейтральный провод ток практически не течет, поскольку токи от нагрузок всех трех фаз компенсируют друг друга. Учитывая это свойство, во многих четырехпроводных кабелях сечение проводника для нейтрали существенно меньше, чем сечение фазных проводников. При нелинейной симметричной нагрузке фаз при большом уровне третьей гармоники тока (что характерно для безтрансформаторных блоков питания) взаимной компенсации токов не происходит, и действующее значение тока в нулевом проводе оказывается даже больше, чем в каждом из фазных. Таким образом, при подключении большого числа компьютеров к традиционной 4-проводной трехфазной проводке происходит перегрузка нулевого провода. Эта перегрузка приводит к следствиям разной степени тяжести - от "набегания" помехи переменного тока на нулевом проводе до перегорания нулевого провода, который никогда не защищают от перегрузки - все автоматы защиты ставятся только в фазных проводах. Во избежание перегрузки нулевого провода и в случае питания от трехфазной сети силовую разводку к розеткам от распределительного щита следует опять таки вести трехпроводным кабелем. Перегрузки нулевого провода подводящего силового кабеля можно избежать, установив в распределительном щите развязывающий трехфазный трансформатор 380/220 В. К этому трансформатору входное напряжение подводится по схеме "треугольник", а выходные обмотки соединяют по схеме "звезда".

Итак, заземление необходимо, чтобы:

1) исключить поражение человека током

2) уменьшить неблагоприятное воздействие электромагнитных излучений.

3) понизить влияние внешних наводок на компьютерную систему.

4) обеспечить нормальную работу аппаратуры в сети.

Для заземления бытовой электроаппаратуры иногда используют "зануляющий" контакт электроплиты, но лучше будет взять "ноль" с распределительного щитка на лестничной площадке и развести его к соответствующим контактам розеток европейского образца.
На дачах и в частных домах заземление легко организовать самостоятельно. Для этого можно забить в грунт металлическую трубу диаметром 100 мм и длиной 2,5--3 м и приварить к ней провод сечением 5 мм. Для разводки по квартире достаточно использовать медную проволоку сечением 1,5--2 мм. И все же, еще раз подчеркну, для решения подобных задач лучше пригласить специалиста.

Я снимаю квартиру. О том, чтобы в ней провести заземление, речь не идет. Имею компьютер -- не совсем современный, но для работы хватает. По роду занятий приходится много печатать, причем как на стареньком матричном, так и на струйном принтере. У меня почему-то уже второй раз выгорает LPT-порт. На работе мне сказали, что это из-за отсутствия заземления. Что мне делать?

Похоже, вы нередко подключаете печатающие устройства к компьютеру, предварительно не обесточив все изделия, что в вашем случае делать не рекомендуется. При этом на корпусах ПК и принтера существуют различные потенциалы. В результате при соединении устройств с помощью интерфейсного кабеля появляется уравнивающий электрический ток силой в несколько десятков миллиампер, чего вполне достаточно, чтобы вывести из строя параллельный порт. Если бы ПК и принтер были надежно заземлены на общий контур, проблемы разности потенциалов не возникало бы. В данном же случае, чтобы иметь возможность "горячего" подключения принтера, необходимо предварительно соединить корпуса ПК и принтера отдельным стальным многожильным или медным проводом для выравнивания потенциалов.

В нашей квартире заземление подведено, розетка в моей комнате расположена за шкафом, поэтому для подключения компьютера и других устройств я использую переноску-разветвлитель. Вилку, правда, пришлось обрезать (не помещается между шкафом и стеной) и запитать удлинитель непосредственно с проводов разводки. Однако недавно, делая ремонт, я обнаружил, что эти контакты сильно окислились и значительно выгорели, даже изолента расплавилась. В чем причина? Какие нормы электрической безопасности не соблюдены?

Как известно, для прокладки электросетей в наших квартирах применяются алюминиевые провода. Удлинители же выполняются из меди. При скручивании меди с алюминием образуется гальваническая пара, металл в месте контакта активно окисляется и разрушается, сопротивление растет, а значит, увеличивается и выделение тепла, что в конце концов может привести к выгоранию проводки и даже к пожару. Выход следующий: при соединении проводов необходимо использовать специальные переходники. Можно также применять обыкновенные стальные винты с гайками, при этом концы проводов разделяют с помощью шайбы.

Можно ли включать компьютер через стабилизатор для телевизора?

Как известно, основная задача стабилизаторов - выравнивать напряжение до стандартных 220 В при его отклонении на 30-50 В. Если другие неприятности в сети встречаются редко, то стабилизатор способен частично решить ваши проблемы при условии, что он обеспечивает выходную мощность не менее 200 Вт. Для компьютера хватит, а вот монитор в этом случае все равно придется запитывать напрямую через розетку. Предпочтительнее использовать так называемые активные стабилизаторы напряжения. Феррорезонансные устройства для этих целей подходят меньше, поскольку в случае резких скачков напряжения они способны вывести из строя блоки питания компьютерных устройств.

Если Вы дочитали до конца и статья хоть немного была полезна, это уже плюс. Удачи Вам.

Автор webmaster

2004-06-06

Copyright © 2002-2004 TeleTehnika