Заземление пэвм ([5], с.769)

Вопросы заземления ПЭВМ связаны с обеспечением безопасности пользователя, с одной стороны, и с надежностью работы самой ПЭВМ, с другой стороны.

Каждый блок питания ПЭВМ или периферийного устройства, обычно, имеет сетевой фильтр, предназначенный для подавления высокочастотных помех сети и представляющий собой пару индуктивностей и емкостей, как показано на рис.13а. Индуктивности обладают повышенным сопротивлением на высоких частотах, а емкости шунтируют проходящие высокочастотные составляющие на землю, через (третий) земляной провод техполюсной вилки, к которому подсоединен и корпус ПЭВМ, через трехполюсную розетку на землю.

Земляной провод полагается заземлять, т.е. соединять с контуром заземления (по правилам, закопанным в землю) или, в крайнем случае, с нулем силовой сети. Последний вариант хуже с точки зрения помехозащищенности. Кроме того, существует вероятность, что нуль и фаза на розетке могут поменяться местами при ремонте или реконструкции силовой сети.

Если же земляной провод просто никуда не подключен, например, при использовании двухполюсной розетки, и сам корпус ПЭВМ не заземлен отдельно, то на нем (как и на корпусе любого другого устройства) оказывается напряжение порядка 110 вольт переменного тока. Это происходит потому, что конденсаторы сетевого фильтра образуют емкостной делитель и при равной емкости делят сетевое напряжение 220 В пополам, как показано на рис.13 б.

Попасть под это напряжение человек может прикоснувшись одновременно к неокрашенной металлической части корпуса и к батарее центрального отопления, а также (с меньшим “эффектом”)стоя в кожаной обуви на сыром (бетонном) полу. И хотя токи в этом случае ограничены, но достигать опасной для человека величины они могут. (Причем, чем мощнее блок питания, тем больше могут быть токи, величина которых определяется реактивным сопротивлениям элементов сетевого фильтра.)

Для аппаратных средств эта ситуация также опасна. Когда два или несколько устройств соединяются интерфейсным кабелем (например, системный блок с принтером, сканером или иным устройством с собственным блоком питания), общий провод кабеля связан у последовательных и параллельных портов со схемной землей и корпусом устройства. Поэтому возможны следующие ситуации.

Если соединяемые устройства заземлены(или занулены) через отдельный провод на общий контур, то разности потенциалов между“землями” устройств не возникнет (см. рис. 14).

Если же в качестве заземляющего провода использовать нулевой проводпитания при разводке сети двухпроводным кабелем, но с трехполюсными розетками, то на нем может создаваться разность потенциалов, вызванная падением напряжения от протекающего тока (см. рис.15). Причем, если в эти же розетки включаются мощные приборы (ксероксы, лазерные принтеры, а иногда и электрочайники), то разность потенциалов может быть значительной, как и помехи при включении и выключении этих приборов.

На рис.15 прямоугольники с внесенными в них обозначениями P1, P2и P3 изображают устройства, подключенные к трехполюсным розеткам силовой сети, выполненной двухпроводным кабелем, причемP1 иP2 соединены интерфейсным кабелем.

Эквивалентный источник напряжения для создающейся разности потенциалов E_NULбудет иметь очень низкое внутреннее сопротивление, равное сопротивлению участка нулевого провода (доли ом). Уравнивающий ток через общий провод интерфейсаI_INT можно определить из выражения

I_INT = E_NUL / (R_NUL + R_INT),

где E_NUL = I_NUL  R_NUL, I_NUL = P / 220, R_NUL – сопротивление нулевого провода (и соединительных контактов розеток),R_INT– сопротивление общего провода интерфейсного кабеля,P = P1 + P2– мощность, потребляемая устройствами, расположенными на рис. 15 справа.

Поскольку обычно сопротивление интерфейсного кабеля выше, чем питающего, то через общий провод интерфейса потечет значительно меньший ток, чем через силовой общий провод. Но при нарушении контакта в силовом проводе весь ток может потечь через интерфейсный провод. Этот ток, в зависимости от мощностей P2 и P3может достигать и нескольких ампер, что, скорее всего приведет к его перегоранию, а вместе с ним могут сгореть и элементы соединяемых устройств. Кроме того, невыровненные потенциалы корпусов устройств служат источником помех для интерфейса.

Если оба соединяемые интерфейсом устройства не заземлены, то в случае их питания от одной и той же фазы сети, разность потенциалов между их корпусами, если и будет, то небольшой – от разброса значений емкостей конденсаторов фильтра. Уравнивающий ток через общий провод интерфейса также будет малым. Однако, для человека эта ситуация опасна (что обсуждалось выше).

Если же соединяемые устройства подключены к разным фазам, то разность потенциалов между их несоединенными корпусами будет порядка 200 В. При этом уравнивающий ток через интерфейс может достигать десятка миллиампер. (I = U / (Z_{ФИЛЬТРА}+R_INT), гдеU – указанная разность потенциалов,Z_{ФИЛЬТРА}– сопротивление емкостей сетевого фильтра (модуль которого при частоте сети 50 Гц и емкости конденсатора 0.1 Мкф составляет порядка 30 Ком), R_INT– сопротивление общего провода интерфейсного кабеля, которым можно в этом случае пренебречь). Когда все соединения и отключения выполняются при выключенном питании, то для схем интерфейса особых опасностей нет. Но при коммутации кабелей при включенном питании возможны ситуации, при которых контакты общего провода соединяются позже, или отсоединяются раньше сигнальных. Тогда разность потенциалов между схемными землями (корпусами устройств) прикладывается к сигнальным цепям и они, как правило, выходят из строя.

Самый тяжелый случай для интерфейсных схем – это соединение заземленного устройства с незаземленным.

К помехам, вызванным разностью потенциалов схемных земель (корпусов), наиболее чувствительных параллельные порты. У последовательных портов большие зоны нечувствительности (3 В), интерфейсы локальных сетей обычно гальванически развязаны по сигналу от схемной земли. (Кстати, сетевой кабель (если сеть проложена коаксиальным кабелем) следует заземлять только во одном месте каждого сегмента и не допускать касания Т-коннектором корпуса ПЭВМ.)