12 Jun The Facts and Myths of Isolated Grounding-Part 1
Posted at 11:23hin Grounding/BondingbyiGround
General
Non è raro entrare in un data center o in una sala comunicazioni e individuare una presa arancione montata sulla parete. Chiedi a chiunque di cosa si tratta e generalmente riceverai una risposta come “questa è la nostra alimentazione di emergenza” o “questo è il nostro terreno privo di rumore”. È altrettanto comune, però, ottenere un’alzata di spalle da quella persona quando gli viene chiesto ‘perché’ ne hanno uno. Fino ad oggi, trovo che molti data center e personale di comunicazione non sono a conoscenza che gli standard di telecomunicazione disapprovano loro use…in infatti, Building Industry Consulting Services International (BICSI) specificamente istruire un progettista di distribuzione di comunicazioni per stare lontano da tali schemi di cablaggio nei loro manuali di riferimento.
Perché la messa a terra isolata (IG) è una preoccupazione? Da dove ha avuto origine? E c’è qualche verità in un sistema IG che aiuta i problemi di rumore?
Questo articolo del blog in due parti affronta queste domande e altre, quindi il lettore può essere istruito sul loro uso e, in una certa misura, essere avvisato se sono già impiegati in loco. La prima parte di questo articolo si concentrerà sul rumore elettrico e sulla necessità teorica di IG, nonché sui requisiti di installazione e sulle violazioni della sicurezza che potrebbero sorgere con i metodi di cablaggio scadenti del sistema IG. La seconda parte dell’articolo si concentrerà sui problemi tecnici con IG e la misurazione semplice e veloce per determinare se IG è un problema per voi sul vostro sito.
Da dove cominciare?
Un sistema di messa a terra isolato (IG) è spesso specificato quando vi è una preoccupazione per il rumore elettrico sul sistema di messa a terra dell’apparecchiatura che causa problemi operativi per le apparecchiature elettroniche. Incorporando un sistema IG al contrario di un sistema solidamente radicato (SG), si sarebbe inclini a pensare che qualcosa fosse stato fatto per risolvere potenziali problemi. Sfortunatamente, anche i sistemi IG installati correttamente creano problemi operativi significativi, anche se sono installati secondo i requisiti del National Electrical Code e le pratiche raccomandate dall’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Per capire come installare i sistemi IG e se funzionano davvero, dobbiamo capire il ragionamento per specificare un tale sistema. Ciò richiede uno sguardo attento alla causa e all’effetto del “rumore elettrico”
Che cos’è il “rumore elettrico”?
Il rumore elettrico è un termine generico usato sia dal professionista che dal laico per descrivere un evento che interrompe il funzionamento delle apparecchiature elettroniche. Il termine corretto per questo, però, è la tensione di modo comune. La tensione di modo comune è un segnale indesiderato che si verifica tra i conduttori del circuito e la terra che può imitare i segnali previsti tra i dispositivi, spesso a intervalli errati. In particolare, la tensione di modo comune tra neutro e terra è della massima preoccupazione per i progettisti di alimentazione. Questo perché c’è una mancanza di filtraggio tra questi due punti all’interno dell’alimentazione dell’apparecchiatura. Di conseguenza, un disturbo che viene generato sul lato ca dell’alimentazione (cioè il sistema di messa a terra ca) è comune al lato cc (noto come terra del telaio), da cui il termine modo comune.
Fonti di tensione di modo comune
Quasi tutte le apparecchiature, ad eccezione dell’illuminazione a incandescenza, sono una fonte di tensione di modo comune. Qualsiasi dispositivo che contiene motori dirigerà-coppie correnti di modo comune al conduttore di messa a terra dell’apparecchiatura. Questi includono distributori automatici, fotocopiatrici, stampanti laser, unità di refrigerazione, UPS, ecc.
Gli studi hanno anche dimostrato che le connessioni allentate sui conduttori di messa a terra o neutri dell’apparecchiatura soggetti a vibrazioni meccaniche possono anche causare rumori elettrici di medio livello o aggravare il problema in presenza di una tensione di modo comune esistente. Altre fonti possono indurre una tensione sul circuito di messa a terra tramite interferenze elettromagnetiche (EMI) o interferenze a radiofrequenza (RFI). Antenne radio / TV, rilevatori di movimento, radio a due vie, telefoni cellulari, cercapersone e illuminazione fluorescente provocano questi tipi di disturbi.
Indipendentemente dalla fonte del disturbo, è accettato dallo standard (IEEE) 1100 (Emerald Book) che qualsiasi tensione maggiore di 1 volt tra neutro e massa all’ingresso delle apparecchiature elettroniche causerà probabilmente malfunzionamenti delle apparecchiature.
Come influisce sulle apparecchiature?
Apparecchiature elettroniche comunica sia internamente, e con altri dispositivi, attraverso un impulso digitale che è noto come un bit o una stringa di bit noto come byte. Un bit tipico, mostrato nel disegno 1, assomiglia a quello di un impulso ad onda quadra anche se, realisticamente, la forma d’onda è meno lineare di quanto spesso raffigurato. L’ampiezza di questo impulso varia con la progettazione e l’applicazione dell’apparecchiatura. Tipicamente, la logica transistor-transistor (TTL) e la logica CMOS (Complementary Metal oxide Semiconductor) funzionano a 5 volt. Quando l’impulso è attivo, si dice che sia alla logica 1, o alto, stato. Quando l’impulso non è attivo, viene indicato come Logic 0 o uno stato basso.
Sul bordo iniziale e finale dell’impulso ci sono punti di transizione. Qui, per un breve periodo, l’impulso non è né alla logica 1 né alla logica 0. Se si verifica una tensione casuale di modo comune tra il neutro e la massa dell’apparecchiatura CA nello stesso momento in cui si verificano i punti di transizione, è possibile che il segnale previsto possa essere invertito. Di conseguenza, c’è un bit in meno nel flusso di informazioni che viaggiano verso i circuiti all’interno del dispositivo o verso un dispositivo esterno. Quando ciò si verifica, la circuiteria interna non funzionerà a causa di un errore di parità alla struttura del bit, con conseguente malfunzionamento dell’apparecchiatura.
Vaso di Pandora
Nel 1980, con la presentazione dei loro prodotti di elaborazione dati ad alta velocità, un produttore di apparecchiature stimabile ha iniziato a specificare un design di messa a terra unico chiamato terra isolata. L’intento era quello di richiedere un conduttore di messa a terra di apparecchiature isolate da eseguire al terminale di messa a terra dei recipienti IG orange, che sono progettati per separare il terminale di messa a terra per apparecchiature collegate al cavo dalla cinghia di montaggio della presa stessa. Pertanto, vengono installati DUE motivi di equipaggiamento (e, quindi, da mantenere). L’obiettivo del sistema IG era quello di estendere il riferimento a zero volt (creato dal legame di massa dell’apparecchiatura neutra all’ingresso del servizio elettrico) all’ingresso di massa neutra nella posizione dell’apparecchiatura. L’intento desiderato (e NEC-compliant) dell’IG dovrebbe assomigliare al Disegno 2, sotto.
Nei prossimi anni, altri produttori di apparecchiature hanno specificato lo stesso tipo di sistema di messa a terra. Sfortunatamente, la maggior parte dei produttori di apparecchiature era lassista nei requisiti esatti di un’installazione IG. Alcuni elettricisti hanno dovuto fare affidamento sulla propria interpretazione di come dovrebbe essere installato. A peggiorare le cose, il National Electrical Code e l’IEEE non avevano requisiti per l’installazione di un tale sistema di messa a terra. Di conseguenza, molti siti hanno riscontrato gravi problemi di sicurezza e prestazioni delle apparecchiature a causa dell’installazione impropria del circuito IG. In effetti, molti dei sistemi ancora in uso oggi sono potenziali rischi di sicurezza (scosse elettriche e incendi), fulmini e rischi operativi.
La NFPA viene coinvolta
Nel 1981, una società di Chicago, IL ha subito notevoli danni da incendio che sono stati direttamente attribuiti a un guasto a terra su un sistema IG installato in modo improprio in cui l’installazione fisica impediva di consentire una corrente sufficiente per far scattare l’interruttore. Uno schema di base di questo tipo di cablaggio improprio può essere visto sotto, dove un’asta di terra azionata separatamente viene utilizzata per fare riferimento al bus di messa a terra dell’apparecchiatura isolata in un pannello secondario.
Nel 1984, rispondendo a questo e ad altri incidenti, gli autori del National Electrical Code fornirono i requisiti di installazione per un conduttore di messa a terra di apparecchiature isolate.
Nella versione 2002 del NEC®, la Sezione 250.146 (d) fornisce i requisiti di installazione del sistema IG, ma non guida l’installatore sul fatto che il suo utilizzo sia vantaggioso o meno. In sintesi, il Codice richiede che un conduttore di messa a terra di apparecchiature isolate (dimensione minima per Tabella 250-122) venga eseguito con i conduttori del circuito dal terminale di messa a terra dell’apparecchiatura presso la presa al terminale di messa a terra dell’apparecchiatura presso il sistema o il servizio derivato. Per motivi di sicurezza, è importante notare che il conduttore di messa a terra dell’apparecchiatura IG non può essere eseguito nel proprio condotto o eseguito all’esterno del circuito di derivazione o del condotto di alimentazione. Inoltre, il conduttore di messa a terra dell’apparecchiatura IG non può essere terminato su un’asta di terra solitaria.
Ai fini delle prestazioni delle apparecchiature, l’IEEE raccomanda che il conduttore IG e i conduttori del circuito siano contenuti in un condotto metallico per proteggere da EMI/RFI irradiati. Si consiglia inoltre di fornire un conduttore di messa a terra separato, neutro e per apparecchiature per ogni singolo circuito di derivazione. Tuttavia, questa pratica di cablaggio raccomandata da IEEE è considerata proibitiva dalla maggior parte degli appaltatori elettrici e raramente si incontra sul campo. Ma anche se vengono seguite le pratiche di progettazione richieste e raccomandate, bisogna chiedere….
Un sistema IG funziona davvero?
La risposta breve a questa domanda è “NO”. E, non solo non funziona, gli studi hanno dimostrato che può introdurre problemi in cui non te li aspetteresti. In alcuni casi, i sistemi IG sono noti per peggiorare i problemi di tensione di modo comune or o, in casi estremi, creare tensione di modo comune dove no dovrebbe essere!
Ci sono molte ragioni per cui il sistema IG è inefficace. Ma, nel complesso, considera il fatto che ogni sito è unico. Come tale, la compatibilità elettromagnetica (EMC) tra i dispositivi, per non parlare di ogni circuito di derivazione, può cambiare drasticamente. Per questo motivo, le variabili che causano, prevengono e amplificano i disturbi del rumore elettrico sono ugualmente dinamiche. Nella nostra prossima installazione, affronteremo i problemi tecnici che impediscono a IG di aiutarci. E, se lo stai già usando, discuteremo come puoi testarlo per vedere se sta causando un problema per te with il tutto con un VOM run-of-the-mill?
