Заземление сетевого оборудования

Электропитание оборудования сетей. Вопросы и ответы.

Откуда берется напряжение на корпусе компьютера?

Каждое сетевое устройство - компьютер, принтер, повторитель, хаб и т. д. - питается от электросети и обычно имеет сетевой фильтр с конденсаторами, пропускающими высокочастотные помехи на его корпус, обычно связанный со схемной "землей". По правилам техники безопасности корпус должен заземляться или зануляться, несоблюдение этого правила приводит к появлению на корпусе включенного устройства переменного напряжения около 110 В, хотя и с ограниченным током короткого замыкания. Это напряжение опасно и для человека, и для электронных схем, поскольку разность потенциалов между схемными землями соединяемых устройств может оказаться достаточно высокой.

Почему необходимо заземление сетевого оборудования?

Если два незаземленных устройства соединяются интерфейсом, не обеспечивающим гальванической развязки (например, через COM- или LPT-порты), то через общий провод интерфейсного кабеля потечет уравнивающий ток (переменный с высокочастотными составляющими), приводящий к помехам. В случае неконтакта в общем проводе эта сотня вольт будет приложена к сигнальным цепям интерфейса, что, как правило, приводит к выгоранию микросхем адаптеров и даже всего устройства.

Если незаземленные устройства питаются от разных фаз трехфазной сети, между их корпусами будет разность потенциалов около 180 Вольт, что уж совсем много.

Как заземлять устройства, находящиеся в разных места?

При заземленных корпусах устройств, сильно разнесенных территориально, между их корпусами будет разность потенциалов, обусловленная падением напряжения на заземляющих проводах.
Все адаптеры локальных сетей (Ethernet, ARCNet и пр.), использующих в качестве среды передачи электрический кабель, имеют гальваническую развязку выходного разъема от схемной земли, обеспечивающую их нечувствительность к разности потенциалов между схемными землями устройств в пределах гарантированного напряжения изоляции. Для интерфейсов с внутренними трансиверами (ARCNet, Ethernet тонкий и на витой паре) типовое напряжение изоляции - 100 В, что подразумевает НЕОБХОДИМОСТЬ ЗАЗЕМЛЕНИЯ аппаратуры.

При использовании внешнего трансивера Ethernet с гарантированным напряжением изоляции 5 кВ острота проблемы снимается.

Разводка заземления отдельным кабелем не всегда удобна и часто неэффективна с точки зрения защиты от помех, поскольку при этом могут образовываться замкнутые контуры с широким охватываемым пространством - своеобразные антенны. Разводку питания к устройствам удобно выполнять трехпроводным кабелем, один из проводов которого используется для защитного заземления. При этом древовидная схема заземления получается естественным образом, защитный провод в корневой части этого дерева заземляют или зануляют (с гарантией того, что этот нуль не станет фазой).

Все устройства, электрически соединяемые между собой, желательно питать от одной фазы сети.

Нужно ли заземлять коаксиальный кабель?

Каждый сегмент коаксиального кабеля должен заземляться в одной и только одной точке.

Штатное требование заземления одного из терминаторов не всегда выполнимо, поскольку изменение топологии может приводить к блужданию этого конца, а заземление через корпус компьютера штатным коротким "хвостиком" нарушит заземление сегмента при необходимости отключения компьютера от сети. Разумный вариант - заземление сегмента около главного сервера или другого ответственного и неподвижного узла сети с помощью хомута, надетого на T-коннектор. Следует помнить, что Т-коннектор, присоединенный к разъему сетевого адаптера, не должен соприкасаться с другими разъемами, в противном случае возможны помехи в сети. Проблема изоляции разъемов не возникает при использовании витой пары с RJ-45, а также внешних трансиверов, подключенных через кабель-спуск.

В случае необходимости связи компьютеров в тяжелых условиях питания (высоковольтная аппаратура, импульсные помехи, перепады земляного потенциала, например, на электростанциях и подстанциях) идеальное решение - применение оптоволоконного кабеля.

Нужно ли заземлять сети на витой паре (UTP)?

Неэкранированная витая пара не предусматривает заземления каких-либо проводов. Пластмассовые разъемы RJ-45 обеспечивают недоступность токоведущих частей (в отличие от BNC-разъемов.
Современные хабы часто выпускаются в малогабаритном пластмассовом исполнении с внешним источником питания, включаемым в обычную двухполюсную розетку. Заземление таких хабов не предусматривается, но при этом подразумевается, что все подключенные к нему узлы ЗАЗЕМЛЕНЫ. При незаземленных устройствах между портами хаба может появиться напряжение 100-180 вольт (смотри выше), что вполне может вывести хаб и адаптеры из строя. А если хаб интеллектуальный, то денежные потери будут ощутимыми.
Правила заземления в документации по импортной аппаратуре приводятся не всегда, поскольку подразумевается, что трехполюсная вилка всегда должна включаться в соответствующую розетку с заземлением.

Какие средства могут использоваться для улучшения качества электропитания?

Сетевой LC-фильтр задерживает высокочастотные помехи из сети и в сеть от импульсных блоков питания.

Ограничитель перенапряжений (Surge Protector) подавляет высоковольтные выбросы, как относительно длинные коммутационные (до 10 мс), возникающие при переключениях мощных цепей, так и короткие - грозовые. Энергия импульсов перенапряжений поглощается полупроводниковым варистором. При хорошем подборе параметров варистор может спасать и от длительных значительных повышений напряжения сети, например, из-за перекоса фаз. В этом случае варистор будет ограничивать напряжение, выделяя значительную мощность, что приведет к его пробою на коротокое замыкание и отключению питания предохранителями токовой защиты (если они есть и рассчитаны на соответствующий ток).

Стабилизатор напряжения (электронный или феррорезонансный) стабилизирует выходное напряжение при плавных изменениях входного. Плохие динамические характеристики феррорезонансных стабилизаторов при резком изменении напряжения и величины нагрузки ограничивают возможности их применения. Электронные устройства на активных компонентах не получили широкого распространения из-за приближения их цен к ценам на UPS.

От внезапного пропадания напряжения сети предохраняют источники бесперебойного питания UPS (Uninterruptible Power System). В их состав обязательно входят аккумуляторные батареи, выпрямитель входного напряжения и инвертор, обеспечивающий нагрузку напряжением переменного тока.

Чем отличаются различные модели UPS, имеющие одинаковую мощность и существенно различающиеся цены?

Цена UPS зависит от класса устройства и емкости батарей, определяющей время автономной работы при максимальной нагрузке. По классам различают UPS, работающие в режиме OFF-LINE (STAND-BY), LINE-INTERACTIVE и ON-LINE.

В OFF-LINE UPS нагрузка в норме получает питание от сети, выпрямитель обеспечивает подзарядку аккумулятора. При пропадании входного напряжения включается инвертор и нагрузка переключается на него за несколько миллисекунд. По восстановлении входного напряжения происходит обратное переключение, аккумулятор снова подзаряжается. К этому классу относятся Back UPS фирмы APC.

UPS LINE-INTERACTIVE работает аналогично OFF-LINE, но имеет дополнительную возможность ступенчатой стабилизации при длительных проседаниях входного напряжения с помощью бустера (обычно посредством перекоммутации первичных обмоток входного трансформатора). К этому классу относятся Smart и Matrix UPS фирмы APC.

ON-LINE UPS обладают наилучшими характеристиками, в них нагрузка получает питание всегда от инвертора. Инвертор получает постоянное напряжение от сетевого выпрямителя или аккумулятора, схема обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения при питании как от сети, так и от аккумулятора. Для данной структуры естественна гальваническая развязка входа и выхода и отсутствие переходных процессов на выходе при переключении на резервное питание. К этому классу относятся UPS серии Prestige фирмы EXIDE.

На какие параметры UPS следует обращать внимание?

Для любых UPS существенно качество инвертора (коэффициент гармоник выходного напряжения у лучших моделей не превышает 3%), у простейших моделей (Back UPS фирмы APC) генерируется меандр, сглаживаемый фильтром нижних частот.

Порог переключения на резервное питание влияет на срок эксплуатации батарей, однако его снижение в UPS OFF-LINE, облегчая режим батарей ухудшает стабильность выходного напряжения.

Время работы от резервного источника, зависящее от емкости, степени заряда батареи и величины нагрузки, должно обеспечивать закрытие файл-сервера для предотвращения потери данных.

Важным параметром является возможность "холодного" запуска (при заряженных батареях, но отсутствии входного напряжения). Если блок не имеет такой возможности, то с ним в критический момент, возможно, придется идти "прикуривать" к действующей питающей сети (а за счет батарей UPS весьма тяжелы).

Что происходит при пропадании сетевого напряжения?

При переключении на резервное питание UPS обычно подает звуковой сигнал. Для защиты данных он должен иметь возможность оповещать сервер о грядущем отключении питания. Сигнал может подаваться аппаратным прерыванием (например, через плату Novell DCB), через специальную плату сопряжения с PC или разъем PS/2 Mouse (как варианты у Smart UPS), через COM-порт или встроенный в UPS адаптер ЛВС. Два последних варианта более универсальны и обеспечивают двунаправленный обмен развернутой управляющей и диагностической информацией.

При восстановлении питания повторное включение UPS может быть ручным или автоматическим.

Что необходимо для защиты сервера NetWare от пропадания питания?

Кроме подключения питания сервера к UPS, время автономной работы которого всегда ограничено, необходимо обеспечить подачу сигнала о пропадании питания.

На сервере, защищаемом UPS, должна загружаться программная поддержка, обеспечивающая, как минимум, оповещение пользователей о переходе на резервное питание и инициирующая закрытие сервера, если время провала питания превышает установленный порог. При этом в NetWare сохранность файлов, защищенных TTS, обеспечивается автоматическим откатом незавершенных транзакций, поскольку принудительное закрытие сервера начинается с разрыва соединений с клиентами. К сожалению, пока отсутствует стандартный универсальный способ "мягкого" закрытия всех приложений рабочей станции, использующих ресурсы закрываемого сервера. Особо ответственные приложения следует запускать на станциях, также питаемых через UPS.

Что обеспечивает модуль UPS.NLM?

Стандартный модуль UPS.NLM обеспечивает простейшую связь UPS с сервером для оповещения пользователей и закрытия сервера при пропадании питания. При загрузке модуля возможно указание типа подключения (DCB, EDCB, STANDALONE, KEYCARD, MOUSE, OTHER), адреса порта, времени (в минутах) возможной работы сети от батарей и времени подзарядки после работы от батарей. Команда UPS STATUS выводит на экран информацию о состоянии питающей сети, батареи, о заданном и оставшемся времени работы от батареи и о необходимом времени зарядки, о состоянии питания сервера ("норма" или время до закрытия при питании от батареи). Команда UPS TIME позволяет изменить установки времени работы от батареи (DISCHARGE) и подзарядки (RECHARGE).

Какие возможности может предоставлять специализированное ПО UPS?

Современные модели UPS имеют в своем составе микроконтроллер, который в совокупности со специализированным ПО серверов и станций, поставляемым для конкретных моделей, может предоставлять широкий спектр услуг, в зависимости от интерфейса связи UPS с системой.

Телеметрия. Информация о состоянии питающей сети, батареи и других узлов, температуре внутри UPS, величине нагрузки и т. д. передается в систему сбора, обработки и отображения информации. Система может прогнозировать время работы от батарей и соответственно корректировать задержку закрытия сервера.

Телеуправление. Двунаправленный интерфейс с UPS обеспечивает подачу управляющих команд - отключение, запуск диагностических тестов и т. д.

Планирование включения и выключения. Администратор может задать график работы сервера, указывая время включения и отключения питания на каждый день недели. Программа при наступлении времени отключения посылает предупреждение всем клиентам, через некоторое время инициирует закрытие сервера и программирует UPS на отключение питания через определенный интервал времени и повторное включение в заданное время. После отключения по команде, UPS переходит в режим ожидания и своим внутренним таймером отсчитывает время до включения. В заданное время UPS включает питание нагрузки, сервер автоматически загружается и следующее запланированное отключение произойдет по инициативе программы, работающей на сервере.

Возможности взаимодействия по сети оператора с UPS определяются его ПО. Популярный PowerChute ("парашют") для Smart UPS фирмы APC, OnliNet Basic для UPS фирмы EXIDE, обеспечивают вышеперечисленные функции для различных ОС, они вполне удовлетворительны для систем с одним UPS. В системах с более сложным питанием желательно использовать более "сетевые" варианты ПО, обеспечивающие централизованное управление сетями UPS. Для UPS фирмы EXIDE это OnliNet Network, OnliNet NVX и др.

Как защитить коммуникационное оборудование от пропадания питания?

Для обеспечения бесперебойности работы сети все коммуникационные устройства, естественно, должны иметь бесперебойное питание. Для таких элементов сети, как хабы, концентраторы, маршрутизаторы и т. д., обычно невозможно запустить программную поддержку конкретного UPS. В этом случае питающий их UPS должен обеспечить резервное питание на время до аварийного закрытия сервера, для того чтобы можно было успеть аккуратно завершить работу приложений.

Весьма полезным свойством внутреннего ПО UPS (или специального адаптера, подключающего один или несколько UPS с интерфейсом RS-232 к среде передачи локальной сети) является поддержка протокола SNMP. Это обеспечивает централизованное управление UPS, питающих коммуникационное оборудование.

Как связать UPS с операционной системой NetWare?

Для полноценного использования UPS его необходимо подключить к какому-либо интерфейсу сервера и установить соответствующую программную поддержку. Варианты подключения зависят от модели UPS и возможностей сервера.

Для популярных UPS фирмы APC возможно подключение через специальную плату (UPS Board), порт PS/2-Mouse или COM-порт. Первые два способа позволяют для Back и Smart UPS использовать штатный модуль NetWare UPS.NLM (PS/2-Mouse гарантированно работает только на серверах PS/2). Более интересный вариант - COM-порт, для его использования необходим пакет PowerChute plus и соединительный кабель (все это входит в поставку PowerChute plus). Для Smart UPS пакет PowerChute plus кроме предупреждений и закрытия сервера обеспечивает планирование включения-отключения питания, диагностику и плановое тестирование UPS, непрерывное наблюдение за напряжением сети, ведение журнала состояния питающей сети.