А. В. АЛЕЙНИКОВ, О. Ю. МАЯКОВА, А. В. ВОСТРИКОВ
Научный руководитель – С. Н. ПОЛЕССКИЙ, к. т.н., доцент
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЕНИЕ СЕРВЕРНОЙ СТОЙКИ
Показано на примере серверной стойки использование инженерной методики расчета необходимое заземление для безопасного функционирования.
Сервера и компьютеры работают за счет электричества, но как не парадоксально от этого самого электричества их необходимо защищать. Защита происходит путем заземления электронного оборудования. Существует два основных вида заземления – функциональное заземление и защищенное заземление. Качество заземления в основном зависит от площади электрического контакта заземления с грунтом и электрическое сопротивление грунта. В идеале, сопротивление заземления должно стремиться к нулевому значению, но его достичь невозможно, поэтому существуют нормативные величины сопротивления заземления: 0,5, 1, 2, 4, 8, 10, 15, 30, 60 Ом.
Обобщая теоретическую информацию о заземлении можно создать электрическую модель системы. Система заземления состоит из заземляющих электродов, сплошной шины заземления, к которой подсоединяются две шины заземления и подсоединенного оборудования.
Если шины заземления расположены близко, то существует магнитная связь с коэффициентом взаимной индукции M (рис. 1). Каждый участок шины системы заземления имеет индуктивность Lij, сопротивление Rij и помехи Enij. На разных участках шины заземления к ней подсоединено оборудование автоматики, которое поставляет в шину заземления ток помехи In21…In24 и ток цепей питания. Имеется сопротивление между заземляющими электродами RЗемли и ток помехи InЗемли, протекающий по земле.
Оборудование состоит из серверной стойки 19 дюймов и четырех серверов Kraftway Express 100 EL14 мощностью 520 Вт. каждый. Сервера подключаются в функционально заземленные розетки на 16А выдерживающие до 3 кВт. Серверная стойка заземляется защитным заземлением.
Расчет одиночного заземляющего элемента относительно земли производится по формуле: 
, где ρ – удельное сопротивление грунта, L – длина заземлителя, d – диаметр заземлителя, Н - заглубление заземлителя. Расчет сопротивления заземления нескольких электродов выполняется как расчет параллельно соединенных элементов.
|
Рис. 1. Электрическая модель системы заземления |
Необходимое количество заземлителей рассчитывается по формуле: 
, где R0 – сопротивление одиночного электрода, R3 – необходимое заземление, ŋ3 – коэффициент использования.
Теоретические расчеты заземления всегда отличаются от практических результатов из-за использования неизменного оценочного удельного сопротивления грунта, которое никогда не наблюдается практически. Исходя из данных, изложенных выше, сопротивление заземления серверной должно быть не более 1 Ом.
Удельное сопротивление глины в средней полосе: ρ= 52 (Ом*м). L = 3,5 м., Н = 1,5 м., d = 0,05 м. R0 = 13,3 Ом. Расстояние между заземлителями 7м., коэффициент использования заземлителей 0,67 при условии размещения элементов в ряд n = 20. Заземлители соединяются стальной полосой, lп = 140м., b = 40 мм., t=1м. Сопротивление полосы Rп = 0,83Ом.
Общее сопротивление цепи будет R= 0,47 Ом.≤ 1 Ом., что удовлетворяет поставленным перед нами требованиям.
Подводя итог можно сделать вывод, что заземление необходимо для решения трех основных проблем. Оно обеспечивает безопасность людей благодаря заземлению всех металлических частей оборудования. Заземление защищает оборудование снижая эффект электромагнитных наводок и повышает качество передачи сигнала, так как симметрия плюса и минуса может быть достигнута только при неискаженном нуле.
Список литературы
1. Денисенко в системах промышленной автоматизации. Часть 1. - СТА, № 2, 2006 г., с 94-99.
2. ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 3.21
3. Руководство пользователя сервера Kraftway Express 100 EL14, 2007 г.
