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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Sécurité électrique des ordinateurs et des réseaux informatiques. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / ordinateurs Actuellement, de plus en plus de personnes utilisent des ordinateurs personnels, dans de nombreuses organisations et institutions, les ordinateurs sont connectés à un réseau local. Beaucoup ont entendu parler des alimentations sans coupure et que "pour un fonctionnement normal, le boîtier de l'ordinateur doit être mis à la terre", mais les problèmes de sécurité électrique des équipements informatiques, de l'avis de l'auteur, n'ont pas reçu une couverture suffisante dans la littérature et les périodiques informatiques . À l'heure actuelle, le principal document réglementant la conception, l'installation et l'exploitation des installations électriques est le "Règlement d'installation des installations électriques" [1]. Considérez les moyens d'assurer la sécurité électrique. P.1.7.32 PUE réglemente les mesures de protection contre les chocs électriques pour les personnes : transformateur d'isolement, double isolation, mise à la terre, mise à la terre, arrêt de protection, égalisation de potentiel. Transformateur d'isolement - il s'agit d'un transformateur à isolation accrue, grâce auquel la possibilité de transition de la tension de l'enroulement primaire vers le secondaire est considérablement réduite. Les transformateurs d'isolement ne doivent pas nécessairement être abaisseurs, cependant, la tension secondaire ne doit pas être supérieure à 380 V (voir clause 1.7.44 du PUE), de plus, un seul récepteur électrique est autorisé à être alimenté à partir d'un transformateur d'isolement . L'enroulement secondaire du transformateur d'isolement et le récepteur électrique qui y est connecté ne sont pas mis à la terre. En l'absence de mise à la terre, toucher des pièces sous tension ou un boîtier dont l'isolation est endommagée ne présente aucun danger, car le réseau secondaire d'un transformateur d'isolement est généralement court et les courants de fuite qu'il contient sont faibles si l'isolation est bonne. Si en même temps des dommages à l'isolation se produisent dans une autre phase du circuit secondaire (double court-circuit), une tension par rapport à la terre peut apparaître sur le corps du récepteur de puissance, ce qui peut être dangereux dans des conditions défavorables. Pour réduire la probabilité de doubles courts-circuits, pas plus d'un récepteur électrique ne peut être connecté à un transformateur d'isolement conformément à la clause 1.7.42.2 du Code de l'installation électrique. A l'ère de la généralisation des alimentations à découpage et de la volonté de minimiser la consommation matière des produits, la formule "un ordinateur + un transformateur d'isolement" a peu de chances de trouver une utilisation massive (voire généralisée). L'alimentation basse tension (42 V, voir clause 1.7.44 du PUE) est également associée à des coûts matériels importants - un transformateur abaisseur de puissance suffisante est nécessaire, de préférence avec une isolation accrue entre les enroulements primaire et secondaire ; les alimentations d'ordinateurs doivent être conçues pour une tension de 42 V. L'auteur n'a connaissance d'aucun cas d'utilisation d'alimentations avec une tension secteur de 42 V dans des ordinateurs compatibles IBM (bien que des alimentations avec une telle tension aient été produites pour Elektronika ordinateurs scolaires), et cela ne vaut guère la peine de s'engager dans leur production. Cette méthode ne peut donc pas être recommandée pour une large application. Considérez la méthode de protection à double isolation.double isolation, selon la clause 1.7.29 du PUE, il s'agit "d'une combinaison d'isolation de travail et de protection (supplémentaire), dans laquelle les parties du récepteur électrique accessibles au toucher n'acquièrent pas de tension dangereuse si seulement le travail ou seulement la protection ( supplémentaire) l'isolation est endommagée L'alimentation de l'ordinateur a généralement un filtre à l'entrée , ce qui réduit les interférences dans le réseau (Fig. 1).
Le deuxième contact du connecteur réseau est généralement connecté au boîtier de l'ordinateur. Les condensateurs C2 et C3 sont connectés aux conducteurs d'alimentation et aux deuxièmes bornes - au boîtier de l'ordinateur. En fait, les fils de phase et de neutre sont connectés au boîtier de l'ordinateur via des condensateurs. Bien que ces condensateurs (généralement en céramique) soient conçus pour une tension accrue (1,5-2 kV), on ne peut pas dire qu'ils ont une "double isolation". Par conséquent, l'alimentation électrique et l'ensemble de l'ordinateur ne peuvent pas être considérés comme des appareils électriques à double isolation, ils ne sont donc pas soumis à la clause 1.7.48.5 du PUE, qui stipule qu'il est possible de ne pas mettre à la terre (zéro). Dans la pratique, il y a eu des cas où un boîtier d'ordinateur non mis à la terre "pincé" au toucher. Apparemment, la plupart de ces cas sont associés à une détérioration de l'isolation intercouche des condensateurs C2 et C3, ou, en d'autres termes, à une augmentation du courant de fuite de ces condensateurs. Mise à la terre et mise à la terre. Selon la clause 1.7.33 du Code de l'installation électrique, la mise à la terre ou la mise à la terre des installations électriques doit être effectuée à des tensions nominales supérieures à 42 V, mais inférieures à 380 V AC dans les pièces présentant un danger accru. Si, par exemple, l'ordinateur est sur une table, la table est à proximité d'un radiateur de chauffage qui n'est pas entouré de grilles isolantes, et la distance entre l'ordinateur et le radiateur est de 1 m ou moins (cette situation n'est pas rare), alors cela crée déjà un danger accru. Si la température de +24 ° С a été maintenue dans la pièce pendant 1 heures et 35,1 min, elle doit alors être formellement classée comme local à danger accru. Échouage - un moyen conçu pour protéger contre les chocs de tension qui, en raison de dommages à l'isolation, se produisent à la surface du métal ou d'autres éléments ou parties d'équipement électriquement conducteurs qui ne sont normalement pas sous tension [2]. La sécurité électrique est obtenue en utilisant un système de dispositif de mise à la terre, qui s'entend comme un ensemble de conducteurs de mise à la terre. La mise à la terre (mise à la terre de protection) est utilisée dans les réseaux fonctionnant avec un neutre isolé (par exemple, 6 ou 10 kV). L'essence de la protection utilisant un dispositif de mise à la terre est de créer une telle mise à la terre qui aurait une résistance suffisamment petite pour que la chute de tension à travers elle (à savoir, ce sera incroyable) n'atteigne pas une valeur dangereuse pour l'homme; dans un réseau endommagé, il est nécessaire de fournir un courant tel qu'il soit suffisant pour le fonctionnement fiable des dispositifs de protection. Remise à zéro - il s'agit d'une mesure de protection utilisée uniquement dans les réseaux avec un neutre à la terre avec une tension inférieure à 1 kV, conçue pour protéger contre la tension qui se produit sur les parties métalliques des équipements qui ne sont normalement pas sous tension (mais peuvent devenir sous tension en raison de dommages à l'isolation) , qui consiste à créer dans un circuit endommagé de la valeur de courant suffisante pour déclencher la protection [2]. La mise à zéro est une connexion délibérée de parties d'une installation électrique qui ne sont normalement pas alimentées avec un neutre à la terre d'un générateur ou d'un transformateur dans des réseaux de courant triphasés. Ainsi, la mise à zéro, apparemment, peut être considérée comme un concept plus large que la mise à la terre, et incluant cette dernière (si le corps du récepteur de puissance est mis à la terre, il est simultanément mis à la terre; une autre chose est de savoir si des conducteurs de mise à la terre répétés sont utilisés dans un réseau avec un neutre solidement mis à la terre ou non). La figure 2 explique l'essence physique de la mise à zéro, où 1 est une source d'énergie (transformateur abaisseur 6 kV / 380 V ou 10 kV / 380 V avec un neutre à la terre); 2 - mise à la terre du neutre du transformateur (mise à la terre principale); 3 - électrode de masse répétée; 4 - consommateur d'énergie (ordinateur personnel); 5 - dispositif de protection (fusible ou fusible automatique, etc.).
Lorsque le fil de phase est court-circuité au boîtier, un courant de court-circuit Ikz circule dans le circuit "fil de phase - fil neutre", ce qui provoque le fonctionnement du dispositif de protection. Pour réduire la tension de contact, on utilise un conducteur de terre répété 3. S'il est absent, en cas de court-circuit phase-boîtier, la tension de contact (tension sur le boîtier par rapport à la terre) sera la moitié du fil de phase si la résistance du fil de phase est égale à la résistance du fil neutre et supérieure à la moitié du fil de phase si la résistance du fil de phase est inférieure à la résistance du fil neutre (ce qui arrive souvent). La probabilité de défaillance d'une protection correctement sélectionnée (lorsque l'opérateur touche le boîtier au moment où le fil de phase est fermé au boîtier) est assez faible, mais elle ne peut pas être complètement exclue, et la tension de contact peut rester sur le boîtier pendant un certain temps. temps. Pour le réduire, on utilise une électrode de masse répétée 3. Un circuit apparaît, comme s'il contournait le fil neutre. La résistance de ce circuit est bien supérieure à la résistance du fil neutre, et donc ce circuit n'affecte pas de manière significative la valeur du courant traversant le fil neutre, mais la tension par rapport à la terre diminue. Si la résistance de l'électrode de re-masse (simple ou système) est égale à la résistance du neutre du transformateur, alors la tension de contact par rapport à la terre sera égale à la moitié de la chute de tension sur le fil neutre (la tension de contact , par exemple 110 V, seront également répartis entre les électrodes de terre connectées en série). En conséquence, en modifiant le rapport des électrodes de masse secondaire et principale, il est possible de modifier la tension de contact sur le corps du récepteur de puissance (ainsi que sur le corps du transformateur d'alimentation). En pratique, cependant, aux deux extrémités (au niveau du récepteur électrique et au niveau du transformateur) se trouvent un grand nombre de conducteurs naturels de mise à la terre (armatures, fondations, canalisations, gaines métalliques des câbles, etc.) ; la résistance de mise à la terre de ces conducteurs de mise à la terre naturels se reflète dans la résistance de mise à la terre des conducteurs de mise à la terre principaux et secondaires, et il est assez difficile de prendre en compte cet effet. L'incertitude survient, ce qui est un inconvénient de l'annulation. Le schéma de mise à la terre commun (et souvent pratiqué) du boîtier de l'ordinateur, illustré à la Fig. 3, doit être reconnu comme ne fournissant pas de sécurité électrique, en raison du fait que lorsque le fil de phase est fermé au boîtier, le courant de court-circuit Ikz ne passe pas par le fil neutre, mais par les électrodes de terre principales (2) et répétées (3) connectées en série (la résistance de terre doit également être prise en compte). Ce courant peut ne pas être suffisant pour déclencher le dispositif de protection 5, et la tension de contact proche de la tension de phase peut être maintenue longtemps sur le boîtier de l'ordinateur 4.
Arrêt de sécurité - protection à grande vitesse, qui assure l'arrêt automatique de l'installation électrique en cas de danger de choc électrique dans celle-ci. Il existe une grande variété de schémas d'arrêt de protection, mais le plus souvent ils sont basés sur le soi-disant transformateur de courant homopolaire [4]. Le principe de fonctionnement de l'arrêt de protection est expliqué dans la Fig.4.
Le transformateur de courant homopolaire 1 est un noyau toroïdal (généralement en ferrite) à trois enroulements. Le fonctionnement de l'appareil est basé sur le principe de la séparation de la différence des courants Ip traversant les fils neutre et phase. Les enroulements W1 et W2 ont le même nombre de spires et sont connectés de sorte que les courants I1 (circulant dans le fil de phase) et I2 (circulant dans le fil neutre) créent des flux magnétiques de sens opposé. Si les courants I1 et I2 sont égaux, le flux magnétique résultant est nul et aucune tension n'est induite dans l'enroulement W0. Lorsque le courant est ramifié (du fait d'une personne touchant le boîtier, sur lequel la phase est fermée), le flux magnétique résultant ne sera plus égal à zéro, puisque les courants I1 et I2 ne sont pas égaux (I1 = I2 + I4) , et une tension est induite dans l'enroulement W0, entraînant le dispositif d'actionnement 2, qui déconnecte les deux fils d'alimentation de la charge. Le courant d'installation (auquel la charge est déconnectée) peut être choisi suffisamment faible (quelques milliampères) pour ne pas présenter de danger pour l'homme. Le disjoncteur différentiel présente les avantages suivants :
Les dispositifs à courant résiduel (RCD) ont été produits en série il y a de nombreuses années [4]. La technologie moderne des microcircuits permet de créer des dispositifs de si petite taille qu'ils peuvent être intégrés dans une prise réseau. À la fin des années 80, un microcircuit contenant les principaux blocs d'un RCD a été décrit dans le magazine Electronics. Une puce similaire (K1182CA1) est également produite par SPC SIT (Russie, Briansk) [5]. L'auteur n'a pas encore rencontré de câbles informatiques avec un RCD intégré à la prise, et il est apparemment assez difficile de fabriquer soi-même un tel câble. Cependant, il est tout à fait possible d'intégrer un tel appareil dans un bloc d'alimentation - un boîtier en matériau isolant, sur lequel sont fixées 2-3 prises d'ordinateur (à trois broches) et à laquelle une prise secteur conventionnelle à deux broches avec un câble et un fil de terre sont connectés. Ainsi, pour assurer la sécurité électrique, il peut être recommandé à un seul utilisateur d'ordinateur d'utiliser un différentiel en conjonction avec une mise à la terre ; la mise à la terre supprime également le potentiel statique du boîtier de l'ordinateur, ce qui augmente la fiabilité de la RAM et du disque dur de l'ordinateur [6]. Dans le cas d'un RCD, les exigences de mise à la terre deviennent moins strictes (sa résistance peut être supérieure à 4 ohms, supérieure à la résistance de l'électrode de terre principale; cela n'entraînera pas une augmentation de la tension de contact comme dans les systèmes avec mise à zéro). L'inconvénient de l'utilisation d'un différentiel est la perte possible de données lors de son déclenchement, mais il faut s'en accommoder. Dans les réseaux informatiques locaux, la sécurité électrique est un peu différente. Le schéma de câblage du réseau local est illustré à la Fig.5.
Le serveur est alimenté par une alimentation sans interruption (UPS) ; dans cet onduleur, les circuits secondaires sont galvaniquement isolés du secteur. Du point de vue de la sécurité électrique, l'ASI (dans la transcription anglaise UPS) peut être considérée comme un « analogue amélioré » d'un transformateur d'isolement ; aucun des deux fils d'alimentation de sortie n'est mis à la terre (tout comme aucune des sorties de l'enroulement secondaire d'un transformateur d'isolement n'est mise à la terre). Bien sûr, il serait bien d'équiper tous les ordinateurs du réseau local d'un onduleur, ce qui éliminerait la perte de données, mais cette solution est assez coûteuse. Bien sûr, un seul utilisateur peut également équiper son ordinateur d'un onduleur, mais le coût d'un onduleur est au moins plusieurs fois supérieur au coût d'un RCD. De plus, il existe des onduleurs dans lesquels les circuits secondaires ne sont pas galvaniquement isolés du secteur ; Les "vrais" UPS avec isolation galvanique sont plus chers. L'onduleur qui alimente le serveur est alimenté par le RCD, mais ce RCD est quelque peu différent de celui "standard" (Fig. 5), par lequel le reste des ordinateurs du réseau local sont alimentés. La "norme RCD" coupe l'alimentation de l'ordinateur s'il y a un courant de fuite à la terre. Le RCD du serveur ne coupe pas l'alimentation en cas de fuite, mais active uniquement un signal sonore, indiquant qu'il y a une tension de contact sur le boîtier de l'onduleur. Vous pouvez insérer le même différentiel entre l'onduleur et le serveur, le signal sonore dans ce cas indiquera la détérioration de l'isolation de l'alimentation du serveur. Les boîtiers de tous les ordinateurs sont en outre reliés par des conducteurs séparés 8 et 10 au contact de masse du bloc d'alimentation 1 (ou reliés par un conducteur de masse directement à la ligne de masse 5 en tant que serveur). Ces conducteurs dupliquent le conducteur de mise à la terre d'un cordon d'ordinateur standard 2. Comme le montre l'expérience, le contact de mise à la terre d'une prise d'ordinateur standard n'a pas une élasticité suffisante, la connexion "terre" est parfois rompue, ce qui est lourd de conséquences. En principe, ces conducteurs redondants peuvent être supprimés, mais une surveillance périodique de la connexion "terre" est alors nécessaire, ce qui n'est pas toujours pratique. Les ordinateurs du réseau local sont connectés par des segments d'un câble coaxial avec des cosses standard utilisant des connecteurs en T; des terminaisons et des résistances avec une résistance égale à l'impédance d'onde du câble sont installées aux deux extrémités de la ligne; l'un des terminateurs est mis à la terre (la chaîne de mise à la terre 9 sur la figure 5 peut être connectée au boîtier de l'ordinateur). La ligne de terre 5 est reliée par un conducteur de terre 6 à l'électrode de terre (ou boucle de terre) 7. En tant que ligne de terre, vous pouvez utiliser, par exemple, un bus en cuivre d'une section de 5 à 62 mm, il est flexible assez, ce qui facilite la pose. La connexion des conducteurs de masse 10 avec la ligne de masse 5 doit être réalisée par soudure. Le conducteur de terre 6 (de préférence en acier) est connecté à l'électrode de terre 7 par soudage et à la ligne de mise à la terre - par soudage, et le lieu de soudage doit être dans la pièce. Si le bâtiment a d'autres consommateurs d'électricité (et même plus puissants) qui ont besoin d'être mis à la terre, alors leurs conducteurs de mise à la terre doivent être connectés directement à la boucle de terre 7. Sinon, un consommateur puissant peut créer des fluctuations de tension sur le conducteur de terre 6 ou la ligne de terre 5 , ces fluctuations peuvent entraîner des défaillances du réseau local. Le câble alimentant les blocs de puissance 1 et 3 est relié au secteur par l'intermédiaire d'équipements de protection standard (fusibles ou interrupteurs électromagnétiques). Le choix de ces derniers s'effectue conformément aux exigences du PUE. Littérature
Auteur : V. I. Vasilenko
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