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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Seguridad eléctrica de ordenadores y redes informáticas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Компьютеры Actualmente, cada vez más personas utilizan computadoras personales, en muchas organizaciones e instituciones, las computadoras están conectadas a una red local. Muchos han oído hablar de sistemas de alimentación ininterrumpida y que "para un funcionamiento normal, la carcasa de la computadora debe estar conectada a tierra", pero los temas de seguridad eléctrica de los equipos informáticos, en opinión del autor, no han recibido suficiente cobertura en la literatura y las revistas informáticas. . En la actualidad, el principal documento que regula el diseño, instalación y operación de las instalaciones eléctricas es el “Reglamento para la instalación de instalaciones eléctricas” [1]. Considere los medios para garantizar la seguridad eléctrica. P.1.7.32 PUE regula las medidas de protección contra descargas eléctricas a las personas: transformador de aislamiento, doble aislamiento, puesta a tierra, puesta a tierra, apagado de protección, ecualización de potencial. Transformador de aislamiento - este es un transformador con mayor aislamiento, por lo que la posibilidad de transición del voltaje del devanado primario al secundario se reduce significativamente. Los transformadores de aislamiento no tienen que ser reductores, sin embargo, la tensión secundaria no debe ser superior a 380 V (ver cláusula 1.7.44 del PUE), además, solo se permite alimentar un receptor eléctrico desde un transformador de aislamiento. . El devanado secundario del transformador de aislamiento y el receptor eléctrico conectado a él no están conectados a tierra. En ausencia de puesta a tierra, tocar partes activas o una carcasa con aislamiento dañado no representa un peligro, ya que la red secundaria de un transformador de aislamiento suele ser corta y las corrientes de fuga en ella son pequeñas si el aislamiento es bueno. Si al mismo tiempo se produce daño de aislamiento en otra fase del circuito secundario (doble cortocircuito), entonces puede aparecer una tensión con respecto a tierra en el cuerpo del receptor de alimentación, que puede ser peligrosa en condiciones adversas. Para reducir la probabilidad de circuitos dobles, no se puede conectar más de un receptor eléctrico a un transformador de aislamiento de acuerdo con la cláusula 1.7.42.2 del Código de Instalaciones Eléctricas. En la era del uso generalizado de fuentes de alimentación conmutadas y el deseo de minimizar el consumo de material de los productos, es poco probable que la fórmula "una computadora + un transformador de aislamiento" encuentre una aplicación masiva (o incluso amplia). El suministro de energía de bajo voltaje (42 V, consulte la cláusula 1.7.44 del PUE) también está asociado con costos de materiales significativos: se requiere un transformador reductor de potencia suficiente, preferiblemente con mayor aislamiento entre los devanados primario y secundario; las fuentes de alimentación de la computadora deben estar diseñadas para un voltaje de 42 V. El autor no tiene conocimiento de un solo caso de uso de fuentes de alimentación con un voltaje de red de 42 V en computadoras compatibles con IBM (aunque las fuentes de alimentación con tal voltaje se produjeron para Elektronika computadoras escolares), y apenas vale la pena participar en su producción. Por lo tanto, este método no se puede recomendar para una aplicación amplia. Considere el método de protección de doble aislamiento.Aislamiento doble, según la cláusula 1.7.29 del PUE, se trata de "una combinación de aislamiento de trabajo y de protección (adicional), en la que las partes del receptor eléctrico accesibles al tacto no adquieren tensión peligrosa si solo el trabajo o solo la protección ( adicional) el aislamiento está dañado La fuente de alimentación de la computadora generalmente tiene un filtro en la entrada, lo que reduce las interferencias en la red (Fig. 1).
El segundo contacto del conector de red está conectado, por regla general, a la carcasa de la computadora. Los condensadores C2 y C3 están conectados a los conductores de suministro y los segundos terminales, a la caja de la computadora. De hecho, tanto los cables de fase como los neutros están conectados a la carcasa de la computadora a través de capacitores. Aunque estos capacitores (generalmente cerámicos) están diseñados para voltaje aumentado (1,5-2 kV), no se puede decir que tengan "doble aislamiento". En consecuencia, tanto la fuente de alimentación como todo el equipo no pueden considerarse aparatos eléctricos con doble aislamiento, por lo que no están sujetos a la cláusula 1.7.48.5 del PUE, que establece que es posible no poner a tierra (cero). En la práctica, ha habido casos en que una caja de computadora sin conexión a tierra "pellizcó" cuando se tocó. Aparentemente, la mayoría de estos casos están asociados con el deterioro del aislamiento de la capa intermedia de los condensadores C2 y C3, o, en otras palabras, con un aumento de la corriente de fuga de estos condensadores. Puesta a tierra y puesta a tierra. Según la cláusula 1.7.33 del Código de Instalaciones Eléctricas, la puesta a tierra o puesta a tierra de las instalaciones eléctricas debe realizarse a tensiones nominales superiores a 42 V, pero inferiores a 380 V CA en recintos de mayor peligrosidad. Si, por ejemplo, la computadora está sobre una mesa, la mesa está cerca de un radiador de calefacción que no está cerrado por rejillas aislantes y la distancia entre la computadora y el radiador es de 1 m o menos (esta situación no es infrecuente), entonces esto ya crea un mayor peligro. Si la temperatura de +24 ° С se mantuvo en la habitación durante 1 horas y 35,1 minuto, entonces debería clasificarse formalmente como un lugar con mayor peligro. Conexión a tierra - un medio diseñado para proteger contra el choque de tensión que, debido al daño del aislamiento, se produce en la superficie del metal u otros elementos o partes de equipos eléctricamente conductores que normalmente no están energizados [2]. La seguridad eléctrica se logra mediante el uso de un sistema de puesta a tierra, entendido como un conjunto de conductores de puesta a tierra. La puesta a tierra (puesta a tierra de protección) se utiliza en redes que funcionan con un neutro aislado (por ejemplo, 6 o 10 kV). La esencia de la protección utilizando un dispositivo de puesta a tierra es crear una puesta a tierra que tenga una resistencia lo suficientemente pequeña para que la caída de voltaje a través de ella (es decir, será increíble) no alcance un valor peligroso para los humanos; en una red dañada, es necesario proporcionar una corriente que sea suficiente para el funcionamiento confiable de los dispositivos de protección. Puesta a cero - esta es una medida de protección utilizada solo en redes con un neutro puesto a tierra con una tensión inferior a 1 kV, diseñada para proteger contra la tensión que se produce en las partes metálicas de los equipos que normalmente no están energizados (pero que pueden energizarse debido a daños en el aislamiento) , que consiste en crear un circuito dañado del valor de corriente suficiente para disparar la protección [2]. La puesta a cero es una conexión deliberada de partes de una instalación eléctrica que normalmente no están energizadas con un neutro puesto a tierra de un generador o transformador en redes de corriente trifásica. Así, la puesta a cero, aparentemente, puede considerarse un concepto más amplio que la puesta a tierra, e incluyendo a esta última (si el cuerpo del receptor de energía está puesto a tierra, entonces está puesto a tierra simultáneamente; otra cosa es si se utilizan conductores de puesta a tierra repetidos en una red con un neutro sólidamente puesto a tierra o no). La figura 2 explica la esencia física de la puesta a cero, donde 1 es una fuente de energía (transformador reductor de 6 kV / 380 V o 10 kV / 380 V con neutro a tierra); 2 - puesta a tierra del neutro del transformador (tierra principal); 3 - electrodo de tierra repetido; 4 - consumidor de energía (computadora personal); 5 - dispositivo de protección (fusible o fusible automático, etc.).
Cuando el cable de fase está en cortocircuito con la carcasa, fluye una corriente de cortocircuito Ikz en el circuito "cable de fase - cable neutro", lo que hace que el dispositivo de protección funcione. Para reducir la tensión de contacto, se utiliza un conductor de puesta a tierra repetido 3. Si está ausente, en caso de cortocircuito de fase a caja, la tensión de contacto (tensión en la caja con respecto a tierra) será la mitad del cable de fase si la resistencia del cable de fase es igual a la resistencia del cable neutro y más de la mitad del cable de fase si la resistencia del cable de fase es menor que la resistencia del cable neutro (lo que sucede con frecuencia). La probabilidad de falla de una protección seleccionada correctamente (cuando el operador toca la caja en el momento en que el cable de fase se cierra a la caja) es bastante baja, pero no se puede excluir por completo, y el voltaje de toque puede permanecer en la caja por algunos tiempo. Para reducirlo, se usa un electrodo de tierra repetido 3. Aparece un circuito, como si pasara por alto el cable neutro. La resistencia de este circuito es mucho mayor que la resistencia del cable neutro y, por lo tanto, este circuito no afecta significativamente el valor de la corriente que fluye a través del cable neutro, pero el voltaje relativo a tierra disminuye. Si la resistencia del electrodo puesto a tierra (simple o sistema) es igual a la resistencia del neutro del transformador, entonces la tensión de contacto relativa a tierra será igual a la mitad de la caída de tensión en el hilo neutro (la tensión de contacto , por ejemplo, 110 V, se distribuirán equitativamente entre los electrodos de tierra conectados en serie). En consecuencia, al cambiar la proporción de los electrodos de tierra principal y secundario, es posible cambiar el voltaje de contacto en el cuerpo del receptor de energía (así como en el cuerpo del transformador de suministro). En la práctica, sin embargo, en ambos extremos (en el receptor eléctrico y en el transformador) hay una gran cantidad de conductores naturales de puesta a tierra (estructuras de refuerzo, cimientos, tuberías, cubiertas metálicas de cables, etc.); la resistencia de puesta a tierra de estos conductores de puesta a tierra naturales se refleja en la resistencia de puesta a tierra de los conductores de puesta a tierra principal y secundario, y es bastante difícil tener en cuenta este efecto. Surge la incertidumbre, que es una desventaja de la anulación. Debe reconocerse que el esquema de conexión a tierra común (y practicado con frecuencia) de la carcasa de la computadora, que se muestra en la Fig. 3, no brinda seguridad eléctrica, debido al hecho de que cuando el cable de fase está cerca de la carcasa, la corriente de cortocircuito Ikz fluye no a través del cable neutro, sino a través de los electrodos de tierra principal (2) y repetidos (3) conectados en serie (también se debe tener en cuenta la resistencia de tierra). Esta corriente puede no ser suficiente para activar el dispositivo de protección 5, y el voltaje de contacto cercano al voltaje de fase puede mantenerse en la carcasa de la computadora 4 durante mucho tiempo.
Parada de seguridad - protección de alta velocidad, que prevé el apagado automático de la instalación eléctrica en caso de peligro de descarga eléctrica en la misma. Existe una amplia variedad de esquemas de apagado de protección, pero la mayoría de ellos se basan en el llamado transformador de corriente de secuencia cero [4]. El principio de funcionamiento de la parada de protección se explica en la Fig.4.
El transformador de corriente de secuencia cero 1 es un núcleo toroidal (generalmente hecho de ferrita) con tres devanados. El funcionamiento del dispositivo se basa en el principio de separar la diferencia de corrientes Ip que pasan por los cables neutro y de fase. Los devanados W1 y W2 tienen el mismo número de vueltas y están conectados de modo que las corrientes I1 (que fluye por el cable de fase) e I2 (que fluye por el cable neutro) crean flujos magnéticos de dirección opuesta. Si las corrientes I1 e I2 son iguales, el flujo magnético resultante es cero y no se induce voltaje en el devanado W0. Cuando la corriente se ramifica (debido a que una persona toca la caja, en la que se cierra la fase), el flujo magnético resultante ya no será igual a cero, ya que las corrientes I1 e I2 no son iguales (I1 = I2 + I4) , y se induce un voltaje en el devanado W0, provocando el dispositivo de accionamiento 2, que desconecta ambos cables de alimentación de la carga. La corriente de instalación (a la que se desconecta la carga) se puede elegir lo suficientemente pequeña (unos pocos miliamperios) como para que no represente un peligro para los humanos. El dispositivo de corriente residual tiene las siguientes ventajas:
Los dispositivos de corriente residual (RCD) se produjeron en masa hace muchos años [4]. La tecnología moderna de microcircuitos hace posible crear dispositivos tan pequeños que pueden integrarse en un enchufe de red. A finales de los años 80, la revista Electronics describió un microcircuito que contenía los bloques principales de un RCD. SPC SIT (Rusia, Bryansk) [1182] también produce un chip similar (K1CA5). El autor aún no ha encontrado cables de computadora con un RCD incorporado en el enchufe, y aparentemente es bastante difícil hacer un cable de este tipo por su cuenta. Sin embargo, es muy posible construir un dispositivo de este tipo en un bloque de alimentación: una caja hecha de material aislante, en la que se fijan 2-3 enchufes de computadora (con tres clavijas) y a la que se conecta un enchufe convencional de dos clavijas con un cable. y un cable de tierra están conectados. Por lo tanto, para garantizar la seguridad eléctrica, se puede recomendar a un solo usuario de computadora que use un RCD junto con la conexión a tierra; la conexión a tierra también elimina el potencial estático de la carcasa de la computadora, lo que aumenta la confiabilidad de la RAM y el disco duro de la computadora [6]. En el caso de un RCD, los requisitos para la puesta a tierra no son tan estrictos (su resistencia puede ser superior a 4 ohmios, más que la resistencia del electrodo de tierra principal; esto no provocará un aumento de la tensión de contacto como en los sistemas con puesta a cero). La desventaja de usar un RCD es la posible pérdida de datos cuando se dispara, pero esto hay que aguantarlo. En las redes informáticas locales, la seguridad eléctrica se ve un poco diferente. El diagrama de cableado de la red local se muestra en la Fig.5.
El servidor está alimentado por una fuente de alimentación ininterrumpida (UPS); en este SAI los circuitos secundarios están aislados galvánicamente de la red. Desde el punto de vista de la seguridad eléctrica, el UPS (en la transcripción en inglés UPS) puede considerarse un "análogo mejorado" de un transformador de aislamiento; ninguno de los dos cables de alimentación de salida está conectado a tierra (al igual que ninguna de las salidas del devanado secundario de un transformador de aislamiento está conectado a tierra). Por supuesto, sería bueno equipar todas las computadoras en la red local con un UPS, lo que eliminaría la pérdida de datos, pero esta solución es bastante costosa. Por supuesto, un solo usuario también puede equipar su computadora con un UPS, pero el costo de un UPS es al menos varias veces mayor que el costo de un RCD. Además, existen SAIs en los que los circuitos secundarios no están aislados galvánicamente de la red eléctrica; Los SAI "verdaderos" con aislamiento galvánico son más caros. El SAI que alimenta al servidor se alimenta a través del RCD, pero este RCD es algo diferente del "estándar" (en la Fig. 5), a través del cual se alimentan el resto de ordenadores de la red local. El "estándar RCD" corta la alimentación de la computadora si hay una fuga de corriente a tierra. El RCD del servidor no apaga la energía en caso de fuga, sino que solo enciende una señal audible que indica que hay un voltaje de contacto en la caja del UPS. Puede insertar el mismo RCD entre el UPS y el servidor, la señal de sonido en este caso indicará el deterioro del aislamiento en la fuente de alimentación del servidor. Las cajas de todas las computadoras están conectadas adicionalmente por conductores separados 8 y 10 al contacto de puesta a tierra del bloque de alimentación 1 (o conectadas por un conductor de puesta a tierra directamente a la línea de puesta a tierra 5 como servidor). Estos conductores duplican el conductor de conexión a tierra de un cable de computadora estándar 2. Como muestra la experiencia, el contacto de conexión a tierra de un enchufe de computadora estándar no tiene suficiente elasticidad, la conexión a "tierra" a veces se rompe, lo que conlleva graves consecuencias. En principio, se puede prescindir de estos conductores redundantes, pero entonces es necesario un control periódico de la conexión a "tierra", lo que no siempre es conveniente. Las computadoras de la red local están conectadas por segmentos de un cable coaxial con terminales estándar que utilizan conectores en T. En ambos extremos de la línea se instalan terminadores y resistencias con una resistencia igual a la impedancia de onda del cable; uno de los terminadores está conectado a tierra (la cadena de conexión a tierra 9 en la Fig. 5 se puede conectar a la carcasa de la computadora). La línea de tierra 5 está conectada por un conductor de tierra 6 al electrodo de tierra (o bucle de tierra) 7. Como línea de tierra, puede usar, por ejemplo, un bus de cobre con una sección transversal de 5-62 mm, es flexible suficiente, lo que facilita su colocación. La conexión de los conductores de tierra 10 con la línea de tierra 5 debe realizarse mediante soldadura. El conductor de tierra 6 (preferiblemente de acero) está conectado al electrodo de tierra 7 mediante soldadura y a la línea de tierra, mediante soldadura, y el lugar de soldadura debe estar en la habitación. Si el edificio tiene otros consumidores de electricidad (e incluso más potentes) que necesitan conexión a tierra, entonces sus conductores de puesta a tierra deben conectarse directamente al bucle de tierra 7. De lo contrario, un consumidor potente puede crear fluctuaciones de voltaje en el conductor de tierra 6 o la línea de tierra 5 , estas fluctuaciones pueden provocar fallas en la red local. El cable que alimenta los bloques de potencia 1 y 3 se conecta a la red eléctrica mediante equipos de protección estándar (fusibles o interruptores electromagnéticos). La elección de este último se realiza de acuerdo con los requisitos del PUE. Literatura:
Autor: V. I. Vasilenko
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