Введение. 
Проблема возникновения напряжения 110 В на корпусе системного блока персонального компьютера

Целью написания данного реферата стала проблема возникновения напряжения 110 В на корпусе системного блока персонального компьютера. Рассмотрим правила подключения к питающей сети с точки зрения безопасности человека и компьютера, проблему заземления ПК, электропитание и заземление оборудования в локальных сетях, а также средства улучшения качества электропитания.

Проблемы заземления

Практически каждый блок питания компьютера или иного устройства имеет сетевой фильтр (рис. 1). Конденсаторы этого фильтра предназначены для шунтирования высокочастотных помех питающей сети на землю через провод защитного заземления и трехполюсную вилку и розетку. «Земляной» провод полагается соединять с контуром заземления (закопанным в землю), но допустимо его соединять и с «нулем» силовой сети. Теоретически, с точки зрения помех это хуже, но разница практически ощущается только в особо тяжелых условиях эксплуатации. При занулении необходимо быть уверенным в том, что этот «нуль» не станет фазой, если кто-либо перевернет какую-нибудь вилку питания. Если же «земляной» провод компьютера (или любого другого устройства с трехполюсной вилкой) никуда не подключать, то на корпусе устройства появится напряжение порядка 110 вольт переменного тока (см. рис. 2). Конденсаторы фильтра работают как емкостной делитель напряжения, и поскольку их емкость одинакова, 220 В сети делится пополам.

Рис. 1.

Рис. 2.

Мощность этого «источника» ограничена. Ток короткого замыкания на землю составляет от единиц до десятков миллиампер, причем, чем мощнее блок питания, тем обычно больше емкость конденсаторов фильтра и, следовательно, ток. Такие напряжение и ток опасны для человека, а попасть под его воздействие можно, прикоснувшись одновременно к неокрашенным металлическим частям корпуса компьютера и, например, к батарее отопления. Кроме того, это напряжение является одним из источников разности потенциалов между устройствами, от которой страдают интерфейсные схемы.

При соединении двух устройств (например, компьютера и принтера) интерфейсным кабелем общий провод интерфейсов последовательных и параллельных портов связан со «схемной землей» и корпусом устройства. Если соединяемые устройства надежно заземлены (занулены) через отдельный провод на общий контур (рис. 3), то проблемы разности потенциалов не возникает.

Однако если в качестве заземляющего провода использовать нулевой провод питания при разводке питающей сети с трехполюсными розетками двухпроводным кабелем (этим часто грешат как по незнанию, так и в целях экономии), то на нем будет набегать разность потенциалов, вызванная падением напряжения от протекающего силового тока INUL (рис. 4). А если в эти же розетки включать и электронагревательные приборы, лазерные принтеры или мощные копировальные аппараты, то разность потенциалов и импульсные помехи при включении-выключении питания будут ощутимыми. При этом эквивалентный источник напряжения при относительно невысокой Э. Д. С. ENUL (единицы вольт) будет иметь очень низкое выходное сопротивление, равное сопротивлению участка нулевого провода (доли Ом). И через общий провод интерфейса будет протекать уравнивающий ток IINT.

Рис. 3.

Поскольку обычно сопротивление интерфейсного кабеля выше, чем питающего, через общий провод интерфейса потечет ток, существенно меньший, чем силовой. Но при нарушении контакта в нулевом проводе питания через интерфейсный провод может протекать весь ток,.

Рис. 4.

потребляемый устройством. Он может достигать единиц ампер, и тонкий интерфейсный провод может сгореть. Дальнейший ход событий может иметь достаточно ощутимые материальные последствия. Невыровненные потенциалы корпусов устройств являются и источником помех в интерфейсах. Если оба соединяемых устройства не заземлены, то в случае их питания от одной фазы сети разность потенциалов между ними будет относительно небольшой и вызывается только разбросом емкостей конденсаторов в разных фильтрах. Уравнивающий ток через общий провод интерфейса будет совсем малым, и, следовательно, разность потенциалов между схемными землями устройств (падение напряжения на этом проводе) будет тоже малой. Но остается проблема безопасности человека. Ведь если незаземленные устройства подключены к разным фазам, то эта разность потенциалов между их несоединенными корпусами будет порядка 190 В, при этом уравнивающий ток через интерфейс может достигать десятка миллиампер. Когда все соединения (и разъединения) выполняются при отключенном питании, для интерфейсных схем такая ситуация почти безопасна. Но при коммутациях при включенном питании возможны крупные неприятности. Если контакты общего провода интерфейса соединяются позже (или разъединяются раньше) сигнальных, то разность потенциалов между схемными землями (корпусами устройств) прикладывается к сигнальным цепям, и они, как правило, выгорают. Самый опасный случай для интерфейсных схем-это соединение заземленного устройства с незаземленным (рис. 5), особенно когда заземленное устройство имеет мощный источник питания.

Для устройств, блоки питания которых имеют шнуры с двухполюсной вилкой, эти проблемы тоже могут быть актуальны. Такие блоки питания зачастую тоже имеют сетевой фильтр, но, как правило, с конденсаторами малой емкости (ток короткого замыкания достаточно мал). Весьма коварны сетевые шнуры компьютеров с двухполюсными вилками, которыми подключаются блоки питания с трехполюсным разъемом. Доверчивые пользователи, смело подключающие свои ПК в бытовые розетки (без проблем с толщиной штырьков вилки), могут столкнуться со всем «букетом» проблем незаземленного компьютера, который заземлять (или хотя бы занулять) необходимо.

Локально проблемы заземления решает применение сетевых фильтров типа «Pilot» и им подобных, включенных в трехполюсную розетку с заземлением (занулением). Питание от одного такого фильтра (или их цепочки, связанной трехполюсными вилками и розетками) всех устройств, соединяемых интерфейсами, решает проблему разности потенциалов. Но заземляющие контакты (обжимающие «усики») многих розеток могут не обеспечивать надежного контакта вследствие своей слабой упругости или заусениц в пластмассовом кожухе. Кроме того, эти контакты не любят частого вынимания и вставки вилок, так что обесточивание оборудования по окончании работы лучше выполнять выключателем питания фильтра или общим настенным автоматом. Ради сохранности техники настоятельно рекомендуется отключать питание при подключении и отключении интерфейсных кабелей. Та небольшая разность потенциалов, которая практически исчезнет при соединении устройств общими проводами интерфейсов, может пробить входные или выходные цепи сигнальных линий, если в момент присоединения разъема контакты общего провода соединятся позже сигнальных, а от такой последовательности обычные разъемы не страхуют. К помехам, вызванным разностью потенциалов схемных земель (корпусов) устройств, наиболее чувствительны параллельные порты. Последовательные порты имеют большее значение зоны нечувствительности (пороги ±3 В), еще меньшую чувствительность имеют интерфейсы локальных сетей, где обычно имеется гальваническая развязка сигнальных цепей от схемной земли с допустимым напряжением изоляции порядка 100 В.