...
...

Начнем от печки

Начнем от печки



У наладчиков есть правило: "Устройство будет работать лучше, если его включить. Примечание: если все равно не работает - проверь розетку". Правило такое старое, что его уже успели подзабыть.

А зря, многие беды нас минуют, если мы задумаемся о правильном питании. Сколько вокруг людей, готовых ползарплаты отдать за какой-нибудь гербалайф, но спокойно смотрят, как у них дисплей дрожит мелкой дрожью. "Желтый он", - говорят.

- А ты машину заземлил? - Зачем? У меня полы паркетные и ковер.

Начинаешь медленно въезжать - что ты спросил и что тебе ответили. Наконец соображаешь, что твоему собеседнику кто-то когда-то рассказал про защитное заземление. Это в лучшем случае. Бывает, и это надо объяснять. Так что, прежде чем включать машину в сеть, маленькая лекция по электротехнике.

О том, что для подключения любого устройства нужно как минимум два провода, знают все. Многие помнят, что один из этих проводов - "фаза", другой - "земля". Хотя бы из анекдота: "Фаза, фаза... Я же говорил - земля". Но не все помнят, что это значит и откуда что берется. (Не в анекдоте, естественно). Напомним.

С электростанции по ЛЭП к нам идут три провода - три фазы. Напряжение на них почти всегда переменное - ЛЭП переменного тока. Почему три и чем они отличаются друг от друга, для нас сейчас не важно. Важно другое. Земля, по которой мы ходим, тоже участвует в передаче энергии в качестве четвертого провода. Напряжение на проводах ЛЭП, а затем и силовых кабелях, входящих в ваш дом, существует не само по себе, а измеряется относительно земли. В здания, разумеется, приходят уже четыре провода - на подстанции специально создают "земляной" провод, который, грубо говоря, соединен с нашей матушкой - землей. Его и называют "землей", хотя правильно - "нейтраль".

Напряжения на нем нет (относительно земли, или грунта, если хотите), служит он только для того, чтобы провод фазы имел пару. Второй провод так и называется - "фаза". Это та же самая фаза, что вышла с Братской ГЭС, только прошедшая через множество приключений.

Для того чтобы подключить люстру, этих двух проводов достаточно. Тем не менее все серьезные приборы имеют три провода. Третий провод - корпус. Дело в том, что электросеть внутри здания не двухпроводная, как думают почти все, не трехпроводная (трехфазная), как думают многие, и не четырехпроводная (три фазы и нейтраль), как думают даже многие профессионалы. В правильно спроектированной сети присутствует пятый провод, который уже действительно называется "землей" или "корпусом". В любом промышленном здании и во всех современных жилых домах существует специальный контур заземления, к которому и подключен этот провод. Прошу не путать с громоотводом - правила техники безопасности запрещают не только их объединять, но даже располагать рядом. Впрочем, иногда вместо контура заземления используют водопровод.

Провод "нейтраль", то, что электрик Вася называет "земля", и провод заземления ("корпусной") соединены между собой по крайней мере в одной точке - в главном силовом щите здания. В результате в правильно подключенную трехпроводную розетку приходят вообще-то говоря два "земляных" провода и один провод фазы. Но из них только один "земляной" провод - заземление - действительно гарантированно заземлен. Если, конечно, электрик был в своем уме.

Нейтраль и фаза могут меняться местами где угодно и как угодно, поэтому их обоих еще называют "силовыми" проводами. Внутри прибора (например, компьютера) эти силовые провода приходят на блок питания, причем все международные стандарты, в том числе IEC 950 и UL 1950, требуют двух условий: - во-первых, конструкция прибора должна обеспечивать изоляцию этих проводов от корпуса; - во-вторых, при проектировании схем прибора запрещается проводить между ними какое-либо различие, то есть оба они должны считаться фазовыми.

Сделано это из одного простого соображения. Как бы ни старались, мы не можем гарантировать, что именно на этот силовой провод всегда будет приходить нейтраль, а на другой - фаза. И если хотя бы один провод окажется подсоединенным к корпусу прибора, то человек, прикоснувшийся к этому корпусу, рискует получить незабываемые впечатления. В США долго пытались заставить своих электриков выводить нейтраль на строго определенный контакт, даже сделали вилки и розетки несимметричными, но в конце концов приняли международные стандарты.

Ну а если теперь все-таки силовой провод замкнет на корпус? Если замкнет нейтраль, то ничего не случится. Если же фазовый, то вот тут и сработает "корпусной" ("земляной") провод. "Фаза на массу" - и пробки вылетят раньше, чем кого-нибудь успеет убить. Или позже, как повезет. Но конструктор сделал все, что мог. Он не виноват, что у вас вместо пробки воткнут гаечный ключ на 16.

Так что если ваша техника рассчитана на трехпроводную линию питания - не поленитесь, обеспечьте. В домах новой постройки провод заземления присутствует по крайней мере в кухонных розетках. Если дом старый и такого провода нет, можно попытаться при ремонте провести его от силового щитка. Это там, где счетчик, где-то рядом и должен быть болт заземления. Протащите от него провод потолще к своим розеткам и живите спокойно.

В крайнем случае можно попытаться заземлиться за водопроводные трубы, но это уже бандитский прием. Никто не требует, чтобы трубы были электрически соединены с корпусным (а следовательно, и нейтральным) проводом электросети, а трубы горячей воды так в хороших домах вообще стараются изолировать от всего, для экономии тепла. Поэтому при пробое фазы на корпус может получится неплохой многоквартирный электрический стул.

Не надо рисковать, лучше сделать как положено. Тем более что дело не ограничивается риском получить по рукам от таракана, устроившего КЗ в блоке питания. Современная техника подготовила нам еще один сюрприз.

Маленькая история из моей жизни Все началось как обычно: треском, искрами и запахом серы. Сгорела интерфейсная карта - "мультяха" в нашем тогда еще новом 286-м компьютере. Еще хуже то, что вместе с нею сгорел винчестер (не "лег", а именно сгорел, аж дорожки на плате почернели). Обидно, нас предупреждали: не включайте принтер после процессора, что-нибудь сгорит. Но на всех машинах, что побывали у нас в отделе до того, все проходило нормально, да и на этой машине долгое время не случалось ничего страшного, пока однажды...

Собственно, ничего особо страшного и не случилось - на горелый винчестер поставили плату от исправного, скачали все что надо, восстановили status quo и отдали винчестер в ремонт - благо машина была на гарантийном обслуживании, "мультяху" заменили. Всего-то делов - два дня беготни и сотня тысяч безнала. Но обидно. Ведь знали, что в институте многие уже напоролись на эту неприятность и именно с машинами из этой партии! В чем причина? Через пару недель в институте началась странная кампания: инженеры из отдела обслуживания совместно с электриками ходили и маркировали розетки - отмечали "землю" и фазу. В ответ на резонный вопрос - зачем? - следовал пересказ нашей истории. Якобы все происходит из-за того, что в принтере и машине "земля" и фаза приходят на разные контакты, тогда как должны на одноименные.

Каюсь, я принял все сказанное на веру и даже по мере возможности поучаствовал в распространении этой версии. Но сомнения остались, и когда нашлась пара не очень загруженных дней, решил разобраться. Обошел всех своих знакомых, так или иначе связанных по работе с электропитанием, с вопросом, действительно ли "земля" и фаза должны приходить на строго определенные контакты.

Все решительно ответили - нет! Почему же тогда сгорело? Сколько людей - столько идей. Разобраться до конца стало просто необходимо - чтобы не наступить на грабли во второй раз. Обойдя знакомых по второму кругу, я запасся ворохом всякой литературы на тему электропитания. Осталось только вспомнить институтский курс электротехники и немного пошевелить мозгами. Собственно, то, что вы сейчас читаете, и есть результат той физзарядки.

Лет 15 назад в тени микроэлектронной революции произошел маленький дворцовый переворот в области блоков питания. Традиционные так называемые линейные блоки питания за пару лет уступили главную роль новым, импульсным. И слава Богу, линейный блок питания часто весил больше, чем вся остальная электроника, и при этом половину потребляемой энергии переводил в тепло. Новые блоки компактны и экономичны, но у них есть одна особенность, которая заставляет относиться к ним с должным почтением.

Трансформация сетевого напряжения в наше напряжение питания в них происходит не на частоте 50 Гц, как в линейных. Сетевое напряжение в них сперва выпрямляется, затем из этих 220 В постоянного тока генерируется импульсное напряжение частотой в десятки килогерц. Это импульсное напряжение трансформируется, стабилизируется, снова выпрямляется и т.д. Это нас не интересует. Для нас важно то, что эти импульсы ни в коем случае не должны выйти из блока питания наружу, иначе рядом с ним (и не очень рядом) не сможет работать ни один радиоприемник, телевизор и т.п. Прямоугольные импульсы 500 В частотой 50-60кГц способны подавить радиосвязь во всем микрорайоне.

Чтобы этого не случилось, импульсный блок питания со всех сторон обвешивают всевозможными фильтрами радиопомех. А где фильтр - там обязательно конденсаторы. А конденсаторы, как известно, пропускают переменное напряжение, чем ниже частота - тем хуже. Емкость конденсатора выбирают так, чтобы он закорачивал на корпус все напряжение помехи, но имел достаточно высокое сопротивление на частоте питания. И тем не менее именно через них напряжение сети просачивается на корпус.

Тут я просто вынужден нарисовать маленькую эквивалентную принципиальную схему (см. вверху). Радиолюбители и профессионалы поймут все сразу, для всех прочих я там стрелочками нарисовал, "как электроны бегают" (шутка). Сплошные стрелочки - путь тока утечки, когда оба устройства имеют нормальный корпусной контакт. Пунктир - если "машина 1" не заземлена.

Вернемся к моей истории. "Земля" и фаза были, конечно, ни при чем. Просто в одном месте сошлись ярко-желтые блоки питания PC'ишки и принтера, не менее желтая "мультяха" и наши собственные кривые руки. Надеюсь, вы не забыли, что у сетевого кабеля машины три провода? Так вот, дело в том, что у всех импульсных блоков питания есть одна малоприятная особенность: их "земляной" и фазовый вводы через конденсаторы соединены с корпусом и, соответственно, "корпусной" жилой сетевого кабеля.

Если все устройства спроектированы правильно и правильно соединены, потенциалы корпусов выравниваются между собой и потенциалом контура зануления вашего здания, к которому обязаны быть подключены "корпусные" контакты розеток. Если где-нибудь обрыв или очень большое сопротивление (из-за плохого контакта в розетке, как было у нас) на одном или обоих корпусах может быть до 220 / 2 = 110 В (напряжение делится между двумя конденсаторами). Особенно важен момент включения - из-за индуктивностей в сети и конденсаторов в блоке питания могут возникнуть броски напряжения куда большие 220 В.

Так как это напряжение присутствует на корпусе устройства (в нашем случае это был принтер), а напряжение на входных/выходных контактах устанавливается в конечном итоге относительно корпуса, то все эти вольты попадают в соединительный кабель, где им вообще-то не место. Если контроллер на другом конце кабеля выключен, то выходные транзисторы микросхем закрыты и, скорее всего, ничего не случится. Если же там включенная РС'ишка - возможны всякие побочные эффекты, вплоть до пробоя высокого напряжения на шину питания машины. Тем не менее в приличных "мультяхах" выходы принтера и последовательные порты выдерживают подобное издевательство, хотя и не долго.

У нас же плата была максимально дешевая - на одной микросхеме, а блок питания принтера рассчитан на нормальную плату и нормальное заземление. Принтер включался в один удлинитель, а машина - в другой и эти удлинители - в разные стенные розетки. Кроме того, где-то был плохой контакт в розетке. В результате при включении принтера бросок напряжения прошел напрямую в контроллер интерфейсной платы, пробил там все, что мог, и полез шурудить на винчестер. Блок питания самой машины тоже не подарок и мог добавить напряжение на кабель со своей стороны. По крайней мере, я бы не взялся предъявить этот компьютер к испытаниям на радиопомехи, ибо "Радио Рокс" он убивает с расстояния в 2 метра, а значит, блок питания у него сделан не так, чтобы очень.

Ну, с принтерами такое кино случается все-таки не часто, нам уж очень повезло. Более часта ситуация, когда две рядом стоящие машины нужно связать на скорую руку, например через Norton Commander Link нуль-модемным кабелем по RS-232. Вот тут вполне могут быть неприятности. Если хотя бы одна машина не имеет корпусного провода, то выходные транзисторы линейных формирователей контроллера сгорают почти наверняка, иногда в обеих машинах. Именно эта ситуация и изображена на рисунке. С адаптерами Ethernet при использовании коаксиального кабеля и UTP такого не бывает в принципе, так как такой адаптер обязан иметь входной изолирующий трансформатор. А вот входы для подключения разъема AUI развязки иметь не обязаны, и в этом случае уже вы должны позаботиться о правильном электропитании. Иначе может сгореть или адаптер, или хаб, или оба вместе.

Мыши да клавиатуры питания не имеют, поэтому за них можно не бояться. А вот некоторые особенно крутые внешние модемы ("промышленные") имеют свой импульсный блок питания, так что к ним тоже нужно отнестись с уважением.

Кстати, вот что рассказал хороший знакомый. В одном весьма уважаемом госучреждении в бухгалтерии он установил несколько машин, соединил в сеть. Работники там грамотные, технику освоили быстро и с удовольствием. Единственная загвоздка - электросеть в здании была, конечно, двухпроводная. Розетки поставили нормальные, с корпусным контактом, но подсоединить его было не к чему.

Мой знакомый подрядился обслуживать эти машины, часто наезжал на главбуха со всякими страшными рассказами, но то электрики заняты, то бухгалтерия срочно считает зарплату... Однажды он пришел проведать подопечных - и увидел весь наличный состав электриков в мыле. Оказалось, лил дождь и главбух пришла на работу в мокрых туфлях. Начала включать машину, а та кусается. Дежурная смена электриков была выстроена и рассчитана на первый-второй, к вечеру на всем этаже была трехпроводная электросеть. Так что не ждите дождя, конденсаторы в фильтрах стоят маленькие, только-только убрать помеху, но не 110В. А это уже больно.

Причем самое подлое в том, что вы не узнаете об отсутствии заземления, пока вас не трахнет. Обычный тестер не покажет напряжения на корпусе (нужен обязательно с высокоомным входом), неонка-фазоискатель может не загореться (ей нужна чистая фаза). Так что заземляйте машины, пока не поздно, и понадежнее. Если, конечно, вы не любитель русской рулетки. Или у вас немерено денег на замену сгоревшей аппаратуры.

Вернемся к тому, с чего начали. Отчего дрожит дисплей? Если бы все в жизни работало как надо, жизнь была бы прекрасна и удивительна. На самом деле даже 220 В 50 Гц вовсе не 220 и не 50. Особенно 50. В сети всегда присутствуют высокочастотные помехи разной природы - от молнии, попавшей в подстанцию, и до соседского паршивца, который третий день пускает искры самодельной сверлилкой. К счастью, импульсный блок питания машины неплохо защищен от всякой такой дряни. Требование простое: источник питания не должен передавать в питающую сеть и в нагрузку напряжение помехи более 0.0005 вольта. Если внутри блока импульсы 500 В, то степень подавления - 1,000,000 раз.

Но это "изнутри - наружу". Такие фильтры стоят и на входе, и на выходе блока питания. Поэтому помеха, попавшая из сети в блок питания, на выход выйдет довольно-таки ослабленной - в 1,000,000,000,000 раз, то есть ее просто не будет видно. Но это срабатывает, только если машина хорошо заземлена. Если же корпусной провод оборван или имеет большое сопротивление, то все напряжение помехи транслируется в соединительный кабель и попадает на вход монитора. При этом результат во многом зависит от качества монитора, но обычно помеха нарушает работу синхронизации строк и кадров, в результате изображение дрожит мелкой дрожью.

В таких случаях обычно советуют купить сетевой фильтр или даже БИП (который UPS). И зря советуют. Если сетевой фильтр не заземлен, то помеха все равно окажется на корпусном проводе. Вся разница в том, что отправит ее туда не конденсатор блока питания машины, а конденсатор фильтра. Вам от этого легче не станет. Если же обеспечить нормальное заземление, то и фильтр может не понадобиться.

И последнее. Если есть из чего выбирать, то лучше подключаться к той фазе, на которой нет нагрузок с моторами. Видел своими глазами, как уборщица, включив пылесос, поставила на уши целый офис. Кстати, после этого там наконец подвели заземление ко всем розеткам.

Вадим Чесноков


© Компьютерная газета

полезные ссылки
IP камеры видеонаблюдения