Факти і міфи про нейтральний дроті
У першій частині статті, присвяченій побудові високочастотних схем на операційних підсилювачах, розглядаються характеристики ОУ, важливі з точки зору високочастотної техніки.
У звичайному офісному настінної розетки є три дроти - живить, нейтральний і заземлення. Всьому офісного обладнання для роботи потрібні тільки живить і нейтральний дроти. Третій, або заземлення, провід підключений до відкритих металевих частин обладнання. Всередині будівлі заземлюючі проводи всіх електричних розеток з'єднуються один з одним і контактують з водопровідною системою. В результаті відкриті металеві частини всього електрообладнання з'єднані один з одним і з відкритими металевими конструкціями. Схема внутрішньої електропроводки представлена на малюнку 1.
Мал. 1. трипровідні система
Трипровідна система в тому вигляді, в якому її представляє користувач, насправді походить від трифазної розводки п'ятипровідні системи, в якій використовуються три дроти живлення, один нейтральний провід і один - заземлення. У звичайній трехпроводной розетки використовується тільки один з трьох проводів під напругою.
У Північній Америці мінікомп'ютери часто використовуються для забезпечення харчування номіналом в 208 В в трехпроводной системі, в якій є два дроти живлення і один заземлювальний (нейтральний провід не використовується). У цьому випадку два дроти під напругою є силовими. В Європі звичайна трехпроводная розетка симетрична - контакти нейтрального проводу і дроти під напругою можна поміняти місцями, повернувши вилку.
У Північній Америці велика частина плутанини щодо заземлюючого проводу викликана його визначенням, даним в Національному електротехнічному кодексі США. В цьому кодексі заземлення розетки називається заземлюючим провідником, тоді як нейтральний контакт - заземленим. Невелика різниця між цим визначеннями привела до помилкового використання одного терміна замість іншого.
Головна помилка полягає в тому, що пов'язані з заземлювальним провідником проблеми, наприклад перешкоди на «землі», невірно приписують заземленному провіднику. В результаті споживачі іноді набувають обладнання для захисту по харчуванню, не призначене для вирішення цього завдання.
Найбільш типовий приклад цієї помилки - покупка додаткового розв'язує трансформатора, щоб з його допомогою усунути перешкоди на земляний шині. Розв'язуючи трансформатори зовсім не здатні впоратися з цим завданням. Їх часто представляють як пристрої, що забезпечують «ізольовану землю». Вони ізолюють нейтральний або заземлений провідник, але не вирішують задачу з заземлювальним провідником, яка є основною причиною проблем з харчуванням.
Це лінія харчування, яка починається від панелі переривника ланцюга і йде до критичному навантаженні (critical load), причому інші навантаження до неї не підключено. Зазвичай переривник ланцюга забезпечує харчування через кілька розеток. У виділеній лінії єдиний переривник ланцюга живить захищену навантаження тільки через одну розетку. У виділеній лінії три наступних переваги.
По-перше, захищена навантаження не відчуває перепадів вхідної напруги в проводці будівлі через сусідніх навантажень, підключених до цієї ж ланцюга. У виділеній лінії перепади відсутні, оскільки сусідні навантаження не використовують ту ж проводку.
По-друге, захищена навантаження не схильна до перепадів напруги заземлюючого проводу, викликаних міжсистемними (inter-system) перешкодами через погане заземлення від сусідніх навантажень.
По-третє, захищена навантаження не схильна до потенційної небезпеки збою роботи переривника ланцюга через несправну роботи інших навантажень, оскільки вони відсутні.
Якщо для харчування критичного навантаження використовується ДБЖ, не потрібно управління напругою і переривник ланцюга для захисту виділеної лінії. Її здатність зменшити міжсистемні перешкоди через погане заземлення не в змозі заповнити ДБЖ або будь-яке інше пристрій регулювання потужності. Тільки правильне з'єднання між комп'ютерним обладнанням може вирішити задачу зниження цих перешкод.
Існує наступний ряд міфів щодо нейтрального проводу.
Міф: для роботи комп'ютерів потрібно з'єднання за допомогою «чистого» нейтрального проводу
Багато комп'ютерів не використовують нейтрального проводу! Великі сервери і маршрутизатори не мають нейтрального підключення, отримуючи електроживлення від двох проводів під напругою.
У Європі в більшості країн обладнання підключається до мережі живлення за допомогою нейтрального проводу, але вилка влаштована таким чином, що після її повороту змінюється розташування дроти під напругою. Таким чином, при підключенні комп'ютера до мережі живлення не має значення, який із вхідних проводів підключається до нейтрального контакту розетки, а який - до того, який під напругою.
Міф: нейтральний провід використовується в деякому роді як опорний для логічних ланцюгів комп'ютера
Всі організації, які проводять тести на безпеку виробів, наприклад UL і TUV, стверджують, що таке підключення не дозволено. Потрібно дотримати відстань, по крайней мере, в 0,5 см між будь-логічної ланцюгом і нейтральним проводом або проводом харчування.
Міф: комп'ютера не загрожує небезпека з боку нейтрального проводу, на відміну від проводу під напругою
Міжнародні правила безпеки офісного обладнання (включаючи IEC 950 і UL 1950) забороняють по-різному ставитися до цих проводах. Правила стверджують, що кожен з них несе потенційну небезпеку, і тому забороняється підключати ці дроти до логічних ланцюгів. Слід мати у своєму розпорядженні їх на певному безпечній відстані. Більш того, перевірка схеми комутації будь-якого комп'ютерного обладнання ясно показує, що вхідний провід живлення і нейтральний провід підключаються до одних і тих же ланцюгах однаковими способами і є взаємозамінними.
Цей міф не набув поширення в Європі, оскільки кожен користувач має можливість переконатися в тому, що євровилку можна включити будь-яким з двох способів.
Міф: проблеми із заземленням можна вирішити за допомогою розв'язує трансформатора
Міжнародні правила безпеки офісного обладнання (включаючи IEC 950 і UL 1950) дозволяють використовувати розв'язує трансформатор тільки для гальванічної розв'язки від мережі. Необхідно, щоб всі пристрої були підключені до земляного проводу (заземлені). Оскільки ланцюга комп'ютера, включаючи ланцюги передачі даних, підключені до заземлення, а не до проводу під напругою, що розв'язує трансформатор, будь стабілізатор напруги або ІБП з розв'язуючим трансформатором жодним чином не дозволяють вирішити задачу заземлення комп'ютера.
Міф: шум на нейтральному проводі проникає в комп'ютерні ланцюга
Міжнародні правила безпеки офісного обладнання (включаючи IEC 950 і UL 1950) забороняють з'єднання між мережею та комп'ютерними ланцюгами. Однак ненавмисна зв'язок може встановитися в результаті наведення, наприклад радіоперешкод. В результаті такого зв'язку перешкоди від нейтрального проводу нічим не відрізняються від перешкод з боку проводу живлення. Довжини хвиль цих електромагнітних завад можна порівняти або менше фізичного розміру комп'ютера або мережі і відповідають частотам в десятки мегагерц. Усунення таких перешкод досягається за допомогою РЧ-фільтрів для придушення синфазного шуму.
Міф: призначення виділеної лінії полягає у вирішенні проблем, пов'язаних з нейтральним проводом
Як вже було сказано, призначення виділеної лінії не пов'язане з нейтральним проводом.
По-перше, виділена лінія забезпечує можливість того, що інші навантаження не використовують ті ж самі два дроти живлення. Інші навантаження можуть викликати перепади напруги в проводці будівлі, за допомогою якої забезпечується харчування критичного навантаження. Виділена лінія дозволяє знизити перепади напруги живлення, усуваючи ефект, який в той же час впливає на інші паралельно підключені пристрої.
По-друге, при використанні виділеної лінії інші навантаження не підключаються до того ж заземлення. Вони можуть наводити перешкоди через загальне заземлення, приводячи до того, що напруга на критичному навантаженні відрізняється від напруги на панелі переривника ланцюга. Це явище, зване міжсистемними перешкодами через погане заземлення, може призвести до припинення передачі даних і навіть до поломки обладнання. Виділена лінія дозволяє знизити перешкоди на захищається обладнанні, усуваючи ефект, в той же час впливає на інші паралельно підключені пристрої.
Міф: розв'язує трансформатор виконує ту ж функцію, що і виділена лінія
Розв'язує трансформатор не керує вхідний ланцюгом і тому не забезпечує виконання тієї головної функції, яку несе виділена лінія. Цей трансформатор відповідно до правил безпеки не повинен переривати ланцюг заземлення. Таким чином, трансформатор не забезпечує зниження міжсистемних перешкод через погане заземлення, що виконує виділена лінія.
Розв'язує трансформатор забезпечує захист від перепадів напруги, що робить виділена лінія. Він усуває всі перешкоди між нейтральним і заземлюючим проводом. Велику частину цього шуму виділена лінія НЕ усуває, оскільки його причиною є не інші навантаження, а РЧ-наводки, що не залежать від типу лінії. Таким чином, функціональне призначення виділеної лінії і розв'язує трансформатора різні.
Міф: синфазних шум викликаний поганим заземленням
Синфазних шум - це шум між проводом харчування і заземленням. Проблеми із заземленням виникають в обчислювальних системах тільки тоді, коли два окремих заземлених пристрої з'єднуються один з одним через лінії передачі даних. Правильна назва «проблем із заземленням» - «міжсистемні перешкоди через погане заземлення». Синфазних шум і перешкоди через погане заземлення - різні явища, які абсолютно по-різному позначаються на роботі обладнання і усуваються за допомогою різних типів пристроїв захисту по харчуванню.
Принципове призначення системи живлення в тому, щоб виключити ураження електричним струмом користувача, який одночасно торкається до відкритих металевих поверхонь двох окремих пристроїв.
Небезпека ураження струмом виникає тоді, коли дві окремі металеві поверхні знаходяться під різною напругою. Найбільш часто це відбувається, коли провід або ланцюг під напругою випадково контактують з відкритою металевою частиною обладнання.
Причина, по якій один з силових проводів називається нейтральним, полягає в тому, що він приєднується безпосередньо до заземлення будівлі на панелі переривника ланцюга. Таким чином, він безпосередньо пов'язаний із заземленням (третім проводом). По суті, два дроти з трьох наявних в настінній розетці насправді є заземленими проводами, причому один з них використовується для передачі струму, а інший підключений тільки до відкритих металевих частин обладнання. Заземлений провід живлення називається нейтральним тому, що він не становить небезпеки, тоді як провід під напругою - представляє.
Заземлення нейтрального проводу не пов'язане з роботою електрообладнання, але його необхідно встановити для дотримання правил безпеки. Щоб зменшити ймовірність ураження електричним струмом, слід забезпечити заходи з автоматичного відключення електричного кола при випадковому контакті оголеного металу деталі з проводом або з ланцюгом під напругою. Це здійснюється за допомогою наступного дотепного методу.
Кожну електричний ланцюг захищає автоматичний вимикач. Його призначення в тому, щоб запобігти перегріву проводки будівлі в результаті надмірних навантажень. Однак в трехпроводной системі переривник ланцюга забезпечує іншу важливу функцію щодо забезпечення безпеки. Якщо провід або ланцюг під напругою випадково контактує з металевою частиною обладнання, виникає небезпека ураження користувача струмом. Однак якщо відкриті частини заземлені, провід під напругою заземлюється. Нічого незвичайного в цьому немає, крім того факту, що другий провід живлення - нейтральний - теж підключений до заземлення на панелі переривника ланцюга. Отже, при такій загрозі безпеки заземлений провід стає навантаженням. Через низький опору по ньому при випадковому контакті починає протікати дуже великий струм, що в свою чергу змушує переривник ланцюга відключити харчування дроти під напругою. Отже, трехпроводная система при сигналі про загрозу безпеці починає працювати в режимі надлишку струму, і це призводить до автоматичного усунення загрози за допомогою переривника. Таким чином, він використовується не тільки як пристрій, що захищає від надлишку струму, але і в якості захисту від ураження струмом.
Існує безліч міфів і неправильних уявлень щодо ролі нейтрального проводу. Насправді нейтральний провід та провід живлення взаємозамінні на рівні захищеного обладнання. Вірне розуміння питань, пов'язаних з нейтральним проводом, дозволяє правильно експлуатувати системи електроживлення.