В связи с тем, что часть схемы ИБП гальванически не развязана от питающей сети, т.к. ИБП имеет бестрансформаторный вход, то она представляет особую опасность для жизни человека. Поэтому при ремонте ИБП следует строго выполнять следующие общие правила электробезопасности.
Рис. 69. Упрощенные схемы, поясняющие устройство первичной сети в странах СНГ (а) и США (б).
Одним из наиболее опасных путей протекания тока по телу человека является направление рука-ноги, поэтому запрещается ремонтировать ИБП в сырых помещениях или в помещениях с цементными и другими токопроводящими полами! Использование диэлектрического коврика уменьшает вероятность поражения током в этих случаях.
Не менее опасным является путь тока по участку рука-рука. Поэтому запрещается ремонт ИБП вблизи заземленных конструкций (батареи центрального отопления и т.д.). Кроме того, выполнение всех манипуляций на включенном ИБП должно осуществляться только одной рукой! Одежда с длинными рукавами, нарукавниками, инструмент с изолированными ручками уменьшают вероятность поражения электрическим током.
Рис. 70. Один из наиболее часто встречающихся механизмов поражения электрическим током: 1 - настенная сетевая розетка; 2 - вилка сетевого шнура; 3 - розетка сетевого шнура; 4 - входной сетевой разъем ИБП; 5 -металлический корпус ИБП (шасси); 6 - плата с электрической схемой; 7 - осциллограф.
Категорически запрещается производить пайку на включенном ИБП!
Для анализа монтажа, "прозвонки" и замены вышедших из строя элементов необходимо отключать ИБП от питающей сети!
Перед извлечением ИБП из системного модуля компьютера следует обязательно извлекать сетевую вилку из розетки!
Переменные резисторы ИБП (если они имеются в схеме ИБП), связанные с сетевым напряжением, можно регулировать только отвертками с надетыми на них изолирующими трубками!
При демонтаже ИБП необходимо разрядить электролитические конденсаторы, сглаживающие выпрямленное напряжение сети в первичной цепи ИБП!
При сложном ремонте ИБП, требующем работы под напряжением, напряжение сети 220В необходимо подавать на ИБП только через разделительный трансформатор 220/220В с мощностью не менее 150Вт! В противном случае Вы, во-первых, рискуете жизнью при измерениях контрольных напряжений, а во-вторых, работа с заземленным осциллографом в первичной цепи БП приведет к немедленному выходу ИБП из строя!
Первичная цепь ИБП - высоковольтная, поэтому необходимо соблюдать особую осторожность при измерениях!
Примечание. Первичная и вторичная цепи ИБП гальванически развязаны, поэтому при измерении напряжений в этих цепях надо правильно выбирать нулевой потенциал!
Приведем конкретный пример, который наглядно иллюстрирует один из механизмов поражения электрическим током при работе с ИВП.
На рис. 69 показан в упрощенном виде способ подводки напряжения первичной сети к потребителю. Силовой трехфазный трансформатор Т (рис. 69,а) предназначен для трансформации высокого напряжения линий электропередачи в стандартное напряжение 220В, подводимое к потребителю. Он расположен в ближайшей к потребителю трансформаторной подстанции. При этом в СНГ в большинстве случаев применяются четырехпроводные сети с глухозаземленными нейтралями, т.е. нулевой провод такой сети заземлен. В этом и заключается опасность.
При исследовании процессов в цепях первичной стороны ИБП (рис. 70) с помощью осциллографа, ремонтник, естественно, подключает "земляной" конец щупа осциллографа к общему проводу первичной стороны ИБП. При этом, т.к. "земляной" щуп имеет гальваническое соединение с металлическим корпусом осциллографа, то корпус оказывается под потенциалом общего провода первичной стороны схемы ИБП. Поэтому если ремонтник в процессе настройки
касается металлического корпуса осциллографа, а другой рукой или ногой - какой-нибудь "заземленной" конструкции, то создается контур по которому через тело ремонтника и землю протекает ток. В соответствии с рис.70 это происходит в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, когда потенциал фазного провода ниже потенциала нулевого провода. Цепь протекания тока: нулевой провод сети - силовое заземление - земля - заземленная конструкция, которой касается ремонтник - тело ремонтника - корпус осциллографа - "земляной" провод щупа осциллографа - общий провод первичной стороны ИБП - диод D1 моста - фазный провод сети.
При этом наибольшим сопротивлением в этой цепи обладает тело человека.
Поэтому фактически все напряжение фазы приложится именно к нему.
Понятно, что это однозначно приводит к поражению электрическим током, величина которого в основном будет определяться сопротивлением тела человека.
Рис. 71. Использование разделительного трансформатора 220В/220В при ремонте ИБП: 1 - настенная сетевая розетка; 2 - вилка сетевого шнура А; 3 - розетка сетевого шнура А; 4 - входной сетевой разъем разделительного трансформатора (вилка); 5 - металлический корпус (кожух) разделительного трансформатора; 6 - выходной разъем разделительного трансформатора (розетка); 7 - вилка сетевого шнура Б; 8 - розетка сетевого шнура Б; 9 - входной сетевой разъем ИБП; 10 - металлический корпус ИБП (шасси); 11 - плата с электрической схемой; 12 - осциллограф.
Из рис.70 также следует, что если ремонтник заземлит корпус осциллографа, например, соединив его с помощью проводника большого сечения с батареей парового отопления или другой заземленной конструкцией, то он просто-напросто устроит короткое замыкание! Ток КЗ при этом практически ничем не ограничен. Поэтому в первый же отрицательный полупериод сетевого напряжения этот ток выжжет диод D1 выпрямительного моста из-за инерционности предохранителя F, который не успеет среагировать на столь резкое увеличение тока.
Поэтому настоятельно рекомендуется использовать разделительный трансформатор 220/ 220В при манипуляциях под напряжением на первичной стороне ИБП.
Включение такого трансформатора показано на рис. 71. Основная идея использования разделительного трансформатора заключается в том, что такой трансформатор позволяет создать локальную электрическую сеть на рабочем стенде, для которой силовое заземление не является опорным потенциалом. В этом случае путь для протекания тока через тело ремонтника при касании им корпуса осциллографа отсутствует.
При этом необходимо учитывать, что используемый разделительный трансформатор должен обладать соответствующей мощностью, т.к. вся потребляемая нагрузкой ИБП мощность будет передаваться через этот трансформатор.
Если такой трансформатор отсутствует, а необходимость в ремонте имеется, то всегда следует помнить о возможности поражения электрическим током и соблюдать следующие правила:.
• не касаться металлических частей корпуса осциллографа при его настройке;
• не касаться свободной рукой или другими частями тела заземленных конструкций;
• в помещениях с токопроводящими полами обязательно иметь под ногами диэлектрический коврик;
• не заземлять корпус осциллографа.
Рис. 72. Сетевой шнур персонального компьютера:
1 - вилка; 2 - сетевые контактные вилки (штыри); 3 - защитный зануляющий контакт вилки (гнездо и боковые контактные пластины); 4 - гибкий трехпроводный шнур; 5 - розетка; 6 - защитный зануляющий контакт розетки (гнездо); 7 - сетевые контакты розетки (гнезда).
Для полноты информации следует отметить, что в США способ доведения электрической энергии до потребителя несколько отличается.
Понижающий трансформатор подстанции является однофазным, а средняя точка вторичной обмотки заземляется (рис69,б) При этом между каждым из линейных проводов и нейтральным проводом действует переменное напряжение 110В, а между двумя линейными проводами - 220В.
Завершая раздел, посвященный технике безопасности, необходимо остановиться еще на одном важном вопросе. К конструкции ИБП и всего компьютера в целом предъявляются жесткие требования в части электробезопасности. Эта безопасность достигается в современных компьютерах, в основном, с помощью защитного зануления.
В соответствии с определением защитное зануление - это есть преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус или по другим причинам. Как известно, задача защитного зануления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу ИБП и самого компьютера, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус.
Принцип действия защитного зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым проводами сети) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить компьютер от питающей сети. Защитное зануление может эффективно применяться лишь в сетях с глухозаземленной нейтралью, т.к. требует заземления нейтрали источника тока.
Именно с целью осуществления защитного зануления входной сетевой разъем ИБП выполняется трехконтактным. Средний контакт этого разъема имеет электрическое соединение с металлическим нетоковедущим корпусом ИБП. Конструкция сетевого шнура для персонального компьютера, при помощи которого питающее напряжение подводится к ИБП, показана на рис. 72. Этот шнур выполняется как трехпроводный. На одном конце шнура располагается розеточная (гнездовая) часть разъема. Вилочная (штыревая) часть вмонтирована в корпус ИБП. Это сделано не случайно, т.к. если бы в корпусе ИБП была установлена розетка (гнезда), а на конце сетевого
шнура - вилка (штыри), то при отключении этого шнура от ИБП, но при подключенной к сети вилке на другом конце шнура, на вилке, подключаемой к ИБП, действовало бы сетевое напряжение. Вероятность случайного касания штырей вилки намного выше, чем гнезда розетки. Именно поэтому конец сетевого шнура, подключаемый к ИБП, всегда выполняется в виде розетки (гнезда). Этим в значительной мере повышается безопасность работы с сетевым шнуром.
Выходной разъем ИБП, к которому подстыковывается кабель питания дисплея, напротив, выполняется в виде розетки (гнезда), а подключаемый к ИБП конец шнура питания дисплея - в виде вилки (штыри). Делается это из тех же соображений безопасности. Если бы разъем питания дисплея, устанавливаемый на корпусе ИБП, был бы выполнен в виде вилки (штыри), как и входной сетевой разъем, то была бы высока вероятность случайного касания штырей такого разъема при включенном в сеть ИБП. Это привело бы либо к поражению электрическим током, либо к короткому замыканию.
Вернемся теперь к конструкции сетевого шнура. На конце его, подключаемом в питающую сеть, установлена трехполюсная вилка. При этом два полюса ее выполнены в виде штырей и предназначены для подключения к фазному и нулевому проводам сети. Третий полюс выполнен в виде гнезда и двух плоских контактов на торцах этой вилки и предназначен для соединения с зануляющим защитным проводником.
Сетевые настенные розетки для персональных компьютеров также выполняются трехполюсными. При этом встречаются два варианта исполнения:
• розетки с двумя гнездами (нулевой и фазный провода сети) и одним штырем, а также двумя боковыми пружинными контактами. Штырь и оба пружинных контакта имеют электрическое соединение между собой и подключены к зануляющему проводнику;
• розетки второго типа имеют точно такую же конструкцию, но без металлического штыря (т.е. зануляющими являются только боковые пружинные контакты).
Рис. 73. Механизм возникновения короткого замыкания при неправильном подключении зануляющего контакта входного разъема ИБП: а) - правильное подключение; б) - неправильное подключение, КЗ не возникает; в) - неправильное подключение с возникновением КЗ. 1 - настенная сетевая розетка; 2 - вилка сетевого шнура; 3 - розетка сетевого шнура; 4 - входной сетевой разъем ИБП; 5 - металлический корпус ИБП (шасси); 6 - плата с электрической схемой.
Розетки первого типа благодаря наличию штыря допускают единственный вариант подключения к ним вилки сетевого шнура. Розетки второго типа, в которых штырь зануления отсутствует, позволяют подключать вилку сетевого шнура двояко.
Это обстоятельство в некоторых случаях может привести к аварийному режиму короткого замыкания в сети, как результат незнания обслуживающим персоналом назначения и принципа действия защитного зануления.
Пример такого случая представлен на рис. 73.
Как видно из рис.73,а зануляющий и нулевой проводники находятся под общим нулевым потенциалом силового (рабочего) заземления нейтрали.
При подключении вилки сетевого шнура к настенной розетке один из штырей вилки оказывается под потенциалом фазного провода, а другой - под нулевым потенциалом. Под этим же нулевым потенциалом оказываются боковые пружинные контакты и гнездовой контакт вилки сетевого шнура.
Потенциалы фазы и нуля сети по двум проводам подаются на крайние гнезда розетки, подключаемой к сетевому входному разъему ИБП. Потенциал нуля (заземления), кроме того, по отдельному третьему проводу шнура подается на среднее гнездо этой розетки. Средний штырь входного сетевого разъема ИБП, как уже отмечалось выше, имеет электрическое соединение (обычно под винт) с металлическим корпусом ИБП.
Понятно, что поскольку металлический корпус ИБП в нормальном режиме работы не является токоведущим, то через зануляющий проводник (третий провод сетевого шнура) ток не протекает. При возникновении аварийной ситуации, обусловленной замыканием фазного потенциала
на корпус ИБП, возникает короткое замыкание, вызывающее быстрое перегорание плавких вставок сети, либо предохранителя во входной цепи ИБП (в зависимости от места замыкания), и ИБП отключается от питающей сети. В этом случае через зануляющий проводник протекает кратковременный ток короткого замыкания. Прикосновение к корпусу ИБП даже в момент возникновения КЗ не будет опасным, т.к. потенциал корпуса ИБП независимо от режима всегда равен нулю.
Несмотря на то, что нулевой и зануляющий контакты входного сетевого разъема ИБП в процессе работы имеют одинаковый нулевой потенциал, электрически соединять их ни в коем случае нельзя. Если Вам повезет и Вы подключите вилку сетевого шнура к настенной розетке правильно, как это показано на рис.73,6, то ИБП будет нормально работать. Однако в следующий раз Вы можете подключить вилку шнура к настенной розетке по другому (рис. 73, в), и тогда КЗ неизбежно, т.к. на зануляющем проводнике окажется потенциал фазного провода сети. Если сеть выполнена как трехпроводная с изолированной нейтралью, то применять защитное зануление нельзя. В этом случае прибегают к защитному заземлению металлических нетоковедущих частей компьютера.
Поскольку большинство бытовых настенных сетевых розеток в нашей стране не имеют третьего (зануляющего) контакта, то возникает естественный вопрос, а можно ли подключать компьютер к двухполюсной розетке (например, с помощью переходника) без заземления его корпуса? Из всего сказанного выше следует, что при таком подключении ИБП и компьютер будут нормально работать, однако их металлические корпуса не будут иметь гальванической связи с нулевым потенциалом ни силового, ни защитного заземления. Поэтому в случае замыкания фазного провода на корпус, такой ИБП и компьютер, в котором он установлен, будут представлять потенциальную опасность для обслуживающего персонала и пользователей, связанную с возможностью поражения электрическим током.
