Современные информационные технологии. Информационная безопасность

Бурук Светлана Игоревна

Славутичский филиал Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт»

Защита информационного оборудования от импульсных перенапряжений и помех

Одним из основных требований при проектировании и эксплуатации телекоммуникационного, компьютерного оборудования и оборудования систем связи является его защита от импульсных перенапряжений и помех.

Международной Электротехнической Комиссией (МЭК) разработан стандарт МЭК-62305 «Защита от удара молнии» состоящий из пяти отдельных частей, в котором изложены принципы защиты от импульсных перенапряжений.

Требования, изложенные в МЭК-62305, формируют так называемую «Зоновую концепцию защиты», основными принципами которой являются:

- применение электрически связанных между собой и системой заземления строительных конструкций, образующих экранирующую среду для уменьшения влияния внешних электромагнитных воздействий внутри защищаемого объекта (клеть Фарадея);

- наличие системы рабочего, защитного и функционального (информационного) заземления и уравнивания потенциалов;

- деление объекта на условные защитные зоны и применение устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП);

- соблюдение правил размещения защищаемого оборудования и подключенных к нему коммуникаций относительно другого оборудования, способных оказывать опасное воздействие или вызывать наводки.

Наиболее сложная система защиты должна создаваться для объектов с воздушным вводом электропитания, находящихся на открытой местности, имеющих в своем составе высоко расположенные элементы конструкции, в которые возможен прямой удар молнии (ПУМ). К таким объектам так же относятся промышленные предприятия, объекты связи с антенно-мачтовыми сооружениями, коттеджи в сельской местности и т.п.

В городских условиях удар молнии наиболее вероятен в трубы промышленных предприятий, линии электропередач, телевизионные вышки или отдельно стоящие высокие здания, особенно с установленными антеннами базовых станций сотовой или радиорелейной связи, а так же другого высокотехнологичного оборудования типа Wi-Fi и т.д.

Токи молний могут воздействовать на телекоммуникационное оборудование объекта при попадании молнии в систему молниезащиты или находящиеся в непосредственной близости здания, сооружения или деревья. Наиболее частыми являются случаи вторичных воздействий при ударе молнии в удаленные объекты, связанные коммуникациями с защищаемым объектом, при межоблачных разрядах, вызывающих возникновение импульсных токов больших величин в металлических элементах конструкций и коммуникациях.

Железобетонные конструкции зданий, выполняющие функцию естественного заземляющего устройства и имеющие электрическое соединение с системой уравнивания потенциалов, достаточно хорошо экранируют находящееся внутри телекоммуникационное оборудование от электромагнитных воздействий (клеть Фарадея), отводя опасную часть тока молнии при прямом попадании в объект на землю.

Стандарт МЭК 62305-1 «Защита от удара молнии. Часть 1. Основные принципы» определяет зоны молниезащиты с точки зрения прямого и косвенного воздействия молнии:

Зона 0А: Зона внешней среды объекта, все точки которой могут подвергаться воздействию прямого удара молнии (иметь непосредственный контакт с каналом молнии) и возникающего при этом электромагнитного поля.

Зона 0В: Зона внешней среды объекта, точки которой не подвергаются воздействию прямого удара молнии (ПУМ), так как находятся в пространстве, защищенном системой внешней молниезащиты.

Однако в данной зоне имеется воздействие неослабленного электромагнитного поля которое как правило и выводит из строя современное телекоммуникационное оборудование.

Зона 1: Внутренняя зона объекта, точки которой не подвергаются воздействию прямого удара молнии. В этой зоне токи во всех токопроводящих частях имеют значительно меньшее значение по сравнению с зонами 0А и 0В. Электромагнитное поле также снижено за счет экранирующих свойств конструкций.

Последующие зоны (Зона 2, 3 и т.д.). Если требуется дальнейшее снижение импульсов тока или электромагнитного поля в местах размещения чувствительного оборудования (серверные, кроссовые, АТС, т. то необходимо предусматривать последующие зоны защиты. Критерий защиты для последующих зон определяется общими требованиями по ограничению внешних воздействий, влияющих на защищаемую систему.

Разделение объекта на условные зоны позволяет на практике эффективно решать вопросы защиты сетей электропитания до 1000 В, линий связи, передачи данных, компьютерных сетей и других коммуникаций, входящих в объект с помощью применения устройств защиты от импульсных перенапряжений.

Для гарантированной защиты объекта от перенапряжений, возникающих при стекании токов молнии на заземляющее устройство или при «приходе» волны перенапряжения по питающей сети в случае далекого удара молнии, «Зоновой концепцией защиты» предусмотрена трехступенчатая схема включения защитных устройств.

Основные классы устройств защиты от перенапряжений для низковольтных электрических сетей, методики их испытаний и принципы применения приведены в следующих стандартах МЭК.

Согласно требований данных стандартов, устройства защиты от перенапряжений, в зависимости от места установки и способности пропускать через себя различные импульсные токи, делятся на следующие классы: I, II, III.

Исходя из оценки риска прямого удара молнии или наводок от удаленного разряда, необходимо выбрать тип применяемых защитных устройств и схему их установки.

I - Предназначены для защиты от прямых ударов молнии в систему молниезащиты здания (объекта) или воздушную линию электропередач (ЛЭП). Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Нормируются импульсным током I_imp с формой волны 10/350 мкс.

II - Предназначены для защиты токораспределительной сети объекта от коммутационных помех или как вторая ступень защиты при ударе молнии. Устанавливаются в электрические распределительные щиты. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс.

III - Предназначены для защиты потребителей от остаточных бросков напряжений, защиты от дифференциальных (несимметричных) перенапряжений, фильтрации высокочастотных помех. Устанавливаются непосредственно возле потребителя. Могут иметь самую разнообразную конструкцию.

В качестве элементной базы для создания УЗИП, как правило, используют разрядники различных типов и оксидно-цинковые варисторы.

При выборе защитных устройств на разрядниках или оксидно-цинковых варисторах необходимо обращать внимание на следующие параметры:

1. Номинальное рабочее напряжение (Un).

2. Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение защитного устройства (максимальное рабочее напряжение) (Uc) .

3. Классификационное напряжение.

4. Импульсный ток (Iimp).

5. Номинальный разрядный ток (In) .

6. Максимальный разрядный ток (Imax).

7. Сопровождающий ток (If). (Параметр для УЗИП на основе разрядников).

8. Уровень защиты (Up) .

9. Время срабатывания.

Существует ряд других параметров, которые тоже учитываются при выборе устройств защиты от перенапряжения: ток утечки (для варисторов), максимальная энергия, выделяемая на варисторе, ток срабатывания предохранителей.

Система внутренней молниезащиты для электропитающей сети до 1000 В, состоящая из разного типа устройств защиты от импульсных перенапряжений, должна быть способна осуществить отвод грозовых токов или их большей части без повреждения самих защитных устройств. Для определения величины тока, проходящего через УЗИП первой ступени защиты в случае прямого удара молнии в здание, защищённое системой внешней молниезащиты, рекомендуется исходить из конфигурации системы заземления и уравнивания потенциалов здания, а также подведенных к нему коммуникаций.

Отдельным и немаловажным пунктом в организации защиты телекоммуникационного, компьютерного оборудования, оборудования связи и другого высокотехнологичного оборудования является создание соответствующего контура заземления.

Если создание рабочих и защитных контуров заземления как правило широко освещается в нормативной документации, то создание отдельных функциональных (информационных) контуров заземления в нормативной литературе описывается мало.

Основным требованием к созданию таких контуров заземления является условия устойчивого безаварийного функционирования данного оборудования, которые предоставляет производитель данного оборудования.

Как правило, данные контура создаются отдельно от основных рабочих или защитных контуров зданий и сооружений, на расстоянии 20 метров друг от друга. Для создания такого рода заземлителей используют омеднённые наборные стержни, вбиваемые в грунт на достаточно большую глубину (глубинный заземлитель). Сопротивление растеканию такого рода заземлителя току промышленной частоты выбирается из ряда 4, 2, 1 и 0,5 Ом. Устойчивость к сезонным колебаниям сопротивления зависит от удельного сопротивления грунта.

Выбор типов защитных устройств для телекоммуникационного, компьютерного оборудования и оборудования связи

1) В качестве первой ступени защиты рекомендуется устанавливать грозовые угольные или газонаполненные разрядники соответствующих характеристик.

2) В качестве второй ступени защиты используются устройства на базе газонаполненных металлокерамических разрядников или варисторов.

3) В качестве третьей ступени защиты используются УЗИП с максимальным импульсным током 6-10 кА формы 8/20 мкс и уровнем защиты (Up) менее 1,5 кВ. Могут применяться комбинированные устройства, включающие в себя дополнительно помехоподавляющий фильтр в диапазоне частот 0,15–30 МГц.

В случае применения устройств защитного отключения (УЗО) устройства защиты от импульсных перенапряжений первого и второго класса должны быть включены до УЗО (по ходу энергии). Таким образом, их срабатывание не вызовет ложного отключения УЗО. Устройства защиты третьего класса должны быть установлены после УЗО (по ходу энергии), но при этом должны использоваться УЗО класса «S» (селективные) с временной задержкой срабатывания от импульсных помех.

В конце статьи необходимо отметить, что при измерениях, производимых на защищаемом объекте, когда методикой измерений предусматриваются испытания высокими напряжениями (например, проверка сопротивления изоляции проводов) необходимо отключать защитные устройства от защищаемого оборудования. Несоблюдение этого правила приведет к искажению результатов измерения или, в худшем случае, к выходу из строя устройств защиты от импульсных перенапряжений.