28 августа 2020

Андрей Гребеник

Инженер-энергетик

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

Андрей Гребеник

Инженер-энергетик