Cпособы и средства защиты информации

Заземление технических средств.


Необходимо помнить, что экранирование ТСПИ и соединительных линий эффективно только при правильном их заземлении. Поэтому одним из важнейших условий по защите ТСПИ является правильное заземление этих устройств.

В настоящее время существуют различные типы заземлений. Наиболее часто используются одноточечные, многоточечные и комбинированные (гибридные) схемы [128].

На рис. 2.2 представлена одноточечная последовательная схема заземления.

Эта схема наиболее проста. Однако ей присущ недостаток, связанный с протеканием обратных токов различных цепей по общему участку заземляющей цепи. Вследствие этого возможно появление опасного сигнала в посторонних цепях.

В одноточечной параллельной схеме заземления (рис. 2.3) этого недостатка нет. Однако такая схема требует большого числа протяженных заземляющих проводников, из-за чего может возникнуть проблема с обеспечением малого сопротивления заземления участков цепи. Кроме того, между заземляющими проводниками могут возникать нежелательные связи, которые создают несколько путей заземления для каждого устройства. В результате в системе заземления могут возникнуть уравнительные токи и появиться разность потенциалов между различными устройствами [128].

Многоточечная схема заземления (рис. 2.4) практически свободна от недостатков, присущих одноточечной схеме. В этом случае отдельные устройства и участки корпуса индивидуально заземлены. При проектировании и реализации многоточечной системы заземления необходимо принимать специальные меры для исключения замкнутых контуров [22, 128].

Как правило, одноточечное заземление применяется на низких частотах при небольших размерах заземляемых устройств и расстояниях между ними менее 0,5хl.

На высоких частотах при больших размерах заземляемых устройств и значительных расстояниях между ними используется многоточечная система заземления. В промежуточных случаях эффективна комбинированная (гибридная) система заземления, представляющая собой различные сочетания одноточечной, многоточечной и плавающей заземляющих систем [128].


Заземление технических средств систем информатизации и связи должно быть выполнено в соответствии с определенными правилами.



Рис. 2.2. Одноточечная последовательная схема заземления.





Рис. 2.3. Одноточечная параллельная схеме заземления.



Рис. 2.4. Многоточечная схема заземления

.

Основные требования, предъявляемые к системе заземления, заключаются в следующем [22, 128]:

- система заземления должна включать общий заземлитель, заземляющий кабель, шины и провода, соединяющие заземлитель с объектом;

- сопротивления заземляющих проводников, а также земляных шин должны быть минимальными;

- каждый заземляемый элемент должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали при помощи отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий проводник нескольких заземляемых элементов запрещается;

- в системе заземления должны отсутствовать замкнутые контуры, образованные соединениями или нежелательными связями между сигнальными цепями и корпусами устройств, между корпусами устройств и землей;

- следует избегать использования общих проводников в системах экранирующих заземлений, защитных заземлений и сигнальных цепей;

- качество электрических соединений в системе заземления должно обеспечивать минимальное сопротивление контакта, надежность и механическую прочность контакта в условиях климатических воздействий и вибрации;

- контактные соединения должны исключать возможность образования оксидных пленок на контактирующих поверхностях и связанных с этими пленками нелинейных явлений;

- контактные соединения должны исключать возможность образования гальванических пар для предотвращения коррозии в цепях заземления;

- запрещается использовать в качестве заземляющего устройства нулевые фазы электросетей, металлоконструкции зданий, имеющие соединение с землей, металлические оболочки подземных кабелей, металлические трубы систем отопления, водоснабжения, канализации и т.д.

Сопротивление заземления определяется главным образом сопротивлением растекания тока в земле.


Величину этого сопротивления можно значительно понизить за счет уменьшения переходного сопротивления между заземлителем и почвой путем тщательной очистки перед укладкой поверхности заземлителя и утрамбовкой вокруг него почвы, а также подсыпкой поваренной соли [22,128].

Таким образом, величина сопротивления заземления будет в основном определяться сопротивлением грунта.

Удельное сопротивление различных грунтов (т.е. электрическое сопротивление 1 см3 грунта) зависит от влажности почвы, ее состава, плотности, температуры и т.п.. и колеблется в очень широких пределах (см. табл. 2.3) [128].

Таблица 2.3

Значения удельного сопротивления различных грунтов

Тип грунта

Удельное сопротивление (Ом/см3).

среднее

минимальное

максимальное

Золы, шлаки, соляные отходы

2370

500

7000

Глина, суглинки, сланцы

4060

340

16300

То же с примесями песка

15800

1020

135000

Гравий, песок, камни с небольшим количеством глины или суглинков

94000

59000

458000

Хорошо проводящие грунты теряют свои свойства при отсутствии влаги. Для большинства грунтов 30 % содержания влаги достаточно для обеспечения малого сопротивления. Например, для суглинков удельное сопротивление при влажности 5 % составляет 165000 Ом/см3, а при влажности 30 % - 6 400 Ом/см3

[128].

При промерзании сопротивление грунтов резко возрастает. Например, для суглинков удельное сопротивление при влажности 15 % и температуре 20 °С составляет 7200 Ом/см3, при температуре -5 °С - 79000 Ом/см3, а при температуре -15 °С - 330 000 Ом/см3 [128].

Орошение почвы вокруг заземлителей 2 ... 5 процентным соляным раствором значительно (в 5 ... 10 раз) снижает сопротивление заземления [128].

Учесть все факторы, влияющие на проводимость почвы, аналитическим путем практически невозможно, поэтому при устройстве заземления величину удельного сопротивления грунта в тех местах, где предполагается размещение заземления, определяют опытным путем.



Как правило, измерение сопротивления заземления проводится два раза в год (зимой и летом).

Если заземлитель состоит из металлической пластины радиуса г, расположенной непосредственно у поверхности земли, то сопротивление заземления R3 можно рассчитать по формуле [22]



При увеличении глубины закапывания 1з пластины сопротивление заземления уменьшается и при 1з значительно больше r (13 » r) величина R3

уменьшается в два раза [22].

Довольно часто применяют заземляющее устройство в виде вертикально вбитой трубы. Сопротивление заземления в этом случае определяется формулой [128]



Из формулы видно, что сопротивление заземления зависит в большей степени не от радиуса трубы, а от ее длины. Поэтому при устройстве заземления целесообразнее применять тонкие и длинные трубы (стержни из арматуры).

В табл. 2.4 приведены экспериментально полученные значения сопротивления заземления стержневого заземлителя (Æ15,9 мм, 1 = 1,5 м) для различных грунтов [128].

В качестве одиночных стержневых заземлителей целесообразно использовать медные заземляющие стержни, конструкции которых приведены на рис. 2.5 [128].

Как видно из табл. 2.4 [128], сопротивление простых одиночных заземлителей оказывается достаточно большим. Поэтому такие заземлители находят применение при невысоких требованиях к заземляющим устройствам или при почвах с очень большой проводимостью.



Рис. 2. 5. Типовые стержни заземлителей: 1 - скользящий молот; 2 • подвижный упор; 3 - соединительная медная шина; 4 - головка с фаской; 5-зажим; 6-стержень; 7 - заостренный конец для забивки в грунт.



Рис. 2.6. Комбинированное заземление из стержней и сетки: 1 -поверхность земли; 2 - сетка; 3 - сварное соединение; 4 - зажим;

5 - медный провод (навитой и приваренный); 6 - медный стержень заземления (его верхний конец выступает над поверхностью)

Таблица 2.4

Значения сопротивления заземления стержневого заземлителя (Æ15,9 мм, 1 = 1,5 м) для различных грунтов

Тип грунта

Сопротивление заземления R3, Ом

среднее

минимальное

максимальное

Золы, шлаки, соляные отходы

14

3,5

41

Глина, суглинки, сланцы

24

2

98

То же с примесями песка

93

6

800

Гравий, песок, камни с небольшим количеством глины или суглинков

554

35

2700

<


При повышенных требованиях к величине сопротивления заземления ( сопротивление заземления ТСПИ не должно превышать 4 Ом [114]) применяют многократное заземление, состоящее из ряда одиночных симметрично расположенных заземлителей, соединенных между собой.

На практике наиболее часто в качестве заземлителей применяют:

- стержни из металла, обладающие высокой электропроводностью, погруженные в землю и соединенные с наземными металлоконструкциями средств ТСПИ;

- сеточные заземлители, изготовленные из элементов с высокой электропроводностью и погруженные в землю (служат в качестве дополнения к заземляющим стержням).

На рис. 2.6. приведена схема комбинированного заземления из стержней и сетки [128].

При необходимости устройства высокочастотного заземления нужно учитывать не только геометрические размеры заземлителей, их конструкцию и свойства почвы, но и длину волны высокочастотного излучения. Суммарное высокочастотное сопротивление заземления складывается из высокочастотного сопротивления магистрали заземления Z3 (провода, идущего от заземляемого устройства до поверхности земли) и из высокочастотного сопротивления самого заземлителя Z3

(провода, металлического стержня или листа, находящегося в земле).

Величина заземления в основном определяется не сопротивлением заземления, а сопротивлением заземляющей магистрали. Для уменьшения последнего следует стремиться прежде всего к уменьшению индуктивности заземляющей магистрали, что достигается за счет уменьшения ее длины и изготовления магистрали в виде ленты, обладающей по сравнению с проводом круглого сечения меньшей индуктивностью. В тех случаях, когда индуктивность заземляющей магистрали можно сделать весьма небольшой или использовать ее для получения последовательного резонанса при блокировании излучающих сетей защитными конденсаторами на землю (например, при комплексном подавлении излучения в помещениях), целесообразно значительно уменьшить величину сопротивления заземлителя Z3. Уменьшить величину Z3 можно также многократным заземлением из симметрично расположенных заземлителей [128].



При этом общее сопротивление заземления будет тем меньше, чем дальше друг от друга расположены отдельные заземлители.

При устройстве заземления в качестве заземлителей чаще всего применяются стальные трубы длиной 2 ... 3 м и диаметром 35 ... 50 мм и стальные полосы сечением 50 ... 100 мм [22].

Наиболее пригодными являются трубы, позволяющие достигнуть глубоких и наиболее влажных слоев земли, обладающих наибольшей проводимостью и не подвергающихся высыханию или промерзанию. Однако здесь необходимо учитывать, что с уменьшением сопротивления грунта возрастает коррозия металла. Кроме того, применение таких заземлителей не связано со значительными земляными работами, что неизбежно, например, при выполнении заземления из металлических листов или горизонтально закладываемых в землю металлических лент и проводов [22].

Заземлители следует соединять между собой шинами с помощью сварки. Сечение шин и магистралей заземления по условиям механической прочности и получения достаточной проводимости рекомендуется брать не менее (24 х 4) мм2

[22].

Проводник, соединяющий заземлитель с контуром заземления, должен быть луженым для уменьшения гальванической коррозии, а соединения должны быть защищены от воздействия влаги.

Магистрали заземления вне здания необходимо прокладывать на глубине около 1,5 м, а внутри здания - по стене или специальным каналам таким образом, чтобы их можно было внешне осматривать. Соединяют магистрали с заземлителем только с помощью сварки. К заземляемому устройству ТСПИ магистраль подключают с помощью болтового соединения в одной точке [22].

Для уменьшения сопротивлений контактов наилучшим является постоянное непосредственное соединение металла с металлом, полученное сваркой или пайкой. При соединении под винт необходимо применять шайбы (звездочки или Гровера), обеспечивающие постоянство плотности соединения [128].

При соприкосновении двух металлов в присутствии влаги возникает гальваническая и (или) электрическая коррозия. Гальваническая коррозия является следствием образования гальванического элемента, в котором влага является электролитом.Степень коррозии определяется положением этих металлов в электрическом ряду [128].

Электрическая коррозия может возникнуть при соприкосновении в электролите двух одинаковых металлов. Она определяется наличием локальных электротоков в металле, например, токов в заземлениях силовых цепей [128].

Наиболее эффективным методом защиты от коррозии является применение металлов с малой электрохимической активностью, таких, как олово, свинец, медь. Значительно уменьшить коррозию и обеспечить хороший контакт можно, тщательно изолируя соединения от проникновения влаги.


Содержание раздела