Способы защиты объектов информатизации от утечки информации по техническим каналам: заземление технических средств обработки информации
Хорев Анатолий Анатольевич,
доктор технических наук, профессор Национальный
исследовательский университет «МИЭТ», г.Москва
E-mail: horev@miee.ru
Источник: Журнал «Специальная техника»
В статье рассмотрены вопросы, связанные с заземлением технических средств обработки информации с целью защиты информации от утечки по техническим каналам.
Одним из наиболее опасных технических каналов утечки информации на объектах информатизации является канал утечки информации, возникающий вследствие побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) технических средств обработки информации (ТСОИ). Такой канал утечки информации часто называют электромагнитным [10].
Эффективным способом снижения уровня ПЭМИ является экранирование их источников. При реализации электромагнитного экранирования необходимо заземление экрана источника ПЭМИ, под которым понимается преднамеренное электрическое соединение экрана с заземляющим устройством.
Заземляющее устройство включает за-землитель и заземляющие проводники, соединяющие экран с заземлителем.
Заземлитель - проводящая часть (заземляющий электрод) или совокупность соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду [6].
Часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которой принимается равным нулю, называется зоной нулевого потенциала (относительная земля), а зона земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала - зоной растекания (локальная земля). Поэтому под термином «земля» наиболее часто понимается земля в зоне растекания [6].
Заземление делится на два основных вида по выполняемой роли - рабочее (функциональное) и защитное.
Защитное заземление - заземление, выполняемое в целях электробезопасности, а рабочее заземление - заземление точки или точек токоведущих частей оборудования, выполняемое для обеспечения его работы (не в целях электробезопасности) [6].
Заземление, используемое в целях электромагнитного экранирования, относится к рабочему заземлению, но оно выполняет также функции и защитного заземления.
В большинстве случаев все ТСОИ, установленные на объекте информатизации, заземляются на один общий заземлитель (одноточечная схема заземления). Шина, являющаяся частью заземляющего устройства и предназначенная для присоединения нескольких проводников с целью заземления, называется главной заземляющей шиной [6].
Рис. 1. Одноточечная последовательная схема заземления
В зависимости от способа подключения заземляющих проводников к заземлителю одноточечные схемы заземления подразделяются на последовательные, параллельные и комбинированные.
Одноточечная последовательная схема заземления наиболее проста (рис. 1). Однако ей присущи недостатки, связанные 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) этих недостатков нет. Однако такая схема требует большого числа протяжённых 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.
При использовании одноточечной комбинированной (гибридной) схемы заземления ряд ТСОИ подключается к заземлителю последовательно, а ряд - параллельно (рис. 3).
Такая схема заземления наиболее часто используется на распределённых объектах информатизации: шина заземления прокладывается совместно по одной трассе с линиями электроснабжения. На участке от вводно-распределительного устройства или главного распределительного щита, где расположен главный заземляющий зажим, до щитков на этажах здания схема является параллельной одноточечной (одноточечной «звездой»), а на участке групповых сетей, от щитка до электрической розетки, - последовательной одноточечной.
Рис. 2. Одноточечная параллельная схема заземления
Рис. 3. Одноточечная комбинированная схема заземления
Заземление экранов ТСОИ должно быть выполнено в соответствии с определёнными правилами. Основные требования, предъявляемые к системе рабочего заземления объекта информатизации, заключаются в следующем [1, 2, 6,7, 11]:
- система заземления должна включать заземлитель, шину заземления и заземляющие проводники, соединяющие за-землитель с экранами ТСОИ и их информативных кабелей;
- запрещается использовать в качестве заземляющего устройства провода электросетей (нулевые фазы), металлоконструкции зданий, металлические оболочки подземных кабелей, металлические трубы систем отопления, водоснабжения, канализации;
- главная заземляющая шина должна проходить как можно ближе к ТСОИ и быть соединена с его экраном заземляющим проводником наименьшей длины;
- во избежание несанкционированного доступа к системе рабочего заземления все её элементы должны находиться в пределах контролируемой зоны объекта, при этом заземлитель не должен находиться ближе 10 м от её границы. В случае если это требование не выполняется, должно осуществляться линейное электромагнитное зашумление цепей заземления ТСОИ;
- общее сопротивление заземлителя, заземляющих проводников и шин заземления не должно превышать 4 Ом;
- каждый заземляемый элемент должен быть присоединён к заземлителю или к шине заземления при помощи отдельного проводника (рис. 4). Последовательное включение в заземляющий проводник заземляемых технических средств не допускается (рис. 5);
- следует избегать использования общих проводников в системе рабочего заземления, защитных заземлений и сигнальных цепей;
- в системе заземления должны отсутствовать замкнутые контуры, образованные соединениями или нежелательными связями между сигнальными цепями и корпусами устройств, между корпусами устройств и землёй;
- заземляющие проводники должны иметь покрытие, предохраняющее их от коррозии;
- качество электрических соединений в системе заземления должно обеспечивать минимальное сопротивление контакта, надёжность и механическую прочность контакта в условиях климатических воздействий и вибрации;
- присоединение шины заземления к за-землителю, а также заземляющих проводников к шине заземления должно быть выполнено сваркой или специальными зажимами, а заземляющих проводников к корпусам технических средств - болтовым соединением;
- контактные соединения должны исключать возможность образования гальванических пар для предотвращения коррозии в цепях заземления. На контур рабочего заземления должны быть заземлены не только технические средства обработки иформации ограниченного доступа, но и вспомогательные технические средства и системы (ВТСС), а также посторонние проводники (металлические трубопроводы водопровода и центрального отопления, металлические конструкции внутри здания и т.д.).
Рис. 4. Пример присоединения к главной шине заземления заземляющих проводников
Рис. 5. Неправильно выполненая схема заземления (последовательное
включение в заземляющий проводник нескольких заземляемых устройств)
Неправильно выполненное заземление, например, наличие замкнутых контуров и связей между системами заземления различных технических средств обработки информации, может привести к существенному возрастанию уровня побочных электромагнитных излучений.
Такая ситуация может возникнуть, когда два технических средства обработки информации, заземлённых на рабочий контур заземления, соединены экранированным кабелем, соединяющим корпуса этих устройств (рис. 6). В данном случае по экрану кабеля и заземляющим проводникам начинает протекать некоторая доля наведённого в них информативного сигнала, образуя замкнутый контур, выполняющий функцию «случайной антенны». Совпадение резонансной частоты этой «случайной антенны» с одной из гармоник информативного сигнала может привести к существенному возрастанию уровня побочных электромагнитных излучений.
Поэтому экраны кабелей необходимо заземлять с одной стороны, например, со стороны основного оборудования.
С целью исключения «проникновения» наведённых высокочастотных информативных сигналов из заземляющих проводников рабочего заземления в систему защитного заземления следует применять: изолирующие трансформаторы; источники бесперебойного питания с двойным преобразованием частоты и изолирующим трансформатором; фильтры нижних частот (трансфильтры, суперфильтры) с изолирующим трансформатором. Основным условием применения этого обрудования является отсутствие кондуктивной связи с первичной стороной как по PE, так и по N проводникам.
Одним из основных требований, предъявляемых к рабочему заземлению, используемому в целях электромагнитного экранирования, является требование к сопротивлению заземления, которое не должно превышать 4 Ом.
Под сопротивлением заземления понимается отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с зазем-лителя в землю [6].
Сопротивление заземления определяется главным образом сопротивлением растекания тока в земле и зависит от площади электрического контакта заземлителя (заземляющих электродов) с грунтом и удельного электрического сопротивления грунта, в котором смонтирован этот заземлитель.
Удельное электрическое сопротивление грунта - параметр, определяющий уровень «электропроводности» грунта как проводника. Оно зависит от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нём растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков), температуры и т.п. и колеблется в очень широких пределах (табл. 1) [11].
Рис. 6. Неправильно выполненная схема заземления (замкнутые контуры,
образованные соединениями между корпусами устройств и землёй)
Величину сопротивления грунта можно значительно понизить за счёт уменьшения переходного сопротивления между заземли-телем и почвой путём тщательной очистки перед укладкой поверхности заземлителя и утрамбовкой вокруг него почвы, подсыпкой поваренной соли, а также орошением почвы вокруг заземлителей (орошение почвы вокруг заземлителей 2-5%-ным соляным раствором снижает сопротивление заземления в 5 - 10 раз) [11].
Таблица 1. Значения удельного сопротивления различных грунтов
| Тип грунта | Удельное сопротивление (ρ*), Ом/см3 | ||
|---|---|---|---|
| среднее | минимальное | максимальное | |
| Золы, шлаки, соляные отходы | 2370 | 500 | 7000 |
| Глина, суглинки, сланцы | 4060 | 340 | 16300 |
| Глина, суглинки, сланцы с примесями песка | 15800 | 1020 | 135000 |
| Гравий, песок, камни с небольшим | 94000 | 59000 | 458000 |
Хорошо проводящие грунты теряют свои свойства при отсутствии влаги. Для большинства грунтов 30%-ного содержания влаги достаточно для обеспечения малого сопротивления. Например, для суглинков удельное сопротивление при влажности 5% составляет 165000 Ом/см3, а при влажности 30% - 6400 Ом/см3 [11]. Поэтому везде, где это возможно, заземлители следует помещать довольно глубоко - на уровне грунтовых вод либо на постоянном уровне влаги.
Изменение температуры почвы также значительно влияет на её удельное сопротивление (табл. 2 [9]).
При промерзании сопротивление грунтов резко возрастает. Например, для суглинков удельное сопротивление при влажности 15% и температуре 20оС составляет 72 Ом/см3, при температуре 5оС - 790 Ом/см3, а при температуре -15оС - 3300 Ом/см3 [11].
Таблица 2. Влияние изменения температуры на удельное
сопротивление почвы (для глинистого песка влажностью 15,2%)
| Температура | Удельное сопроти- |
|---|---|
| 20 | 72 |
| 10 | 99 |
| 0 (вода) | 138 |
| 0 (лед) | 300 |
| -5 | 790 |
| - 15 | 3300 |
На практике наиболее часто в качестве заземлителей применяют:
- стержни из металла, обладающие высокой электропроводностью, погружённые в землю и соединённые с шиной заземления;
- сеточные заземлители, изготовленные из элементов с высокой электропроводностью и погружённые в землю (служат в качестве дополнения к заземляющим стержням).
Рис. 7. Типовые стержни заземлителей:
1 - скользящий молот; 2 - подвижный упор;
3 - соединительная медная шина;
4 - головка с фаской; 5 - зажим; 6 - стержень;
7 - заострённый конец для забивки в грунт
В качестве одиночных стержневых за-землителей целесообразно использовать медные заземляющие стержни, конструкции которых приведены на рис. 7, или стальные трубы длиной 2-3 м и диаметром 35-50 мм [11].
Расчёт сопротивлений одиночных заземлителей проводится по формулам, представленным в табл. 3 [1].
Учесть все факторы, влияющие на проводимость почвы, аналитическим путём практически невозможно, поэтому при устройстве заземления величину удельного сопротивления грунта в тех местах, где предполагается размещение заземления, определяют опытным путём.
В табл. 4 приведены экспериментально полученные значения сопротивления заземления стержневого заземлителя (0 15,9 мм, l = 1,5 м) для различных грунтов [11].
Как видно из табл. 4, сопротивление простых одиночных заземлителей оказывается достаточно большим. Поэтому такие зазем-лители находят применение при невысоких требованиях к заземляющим устройствам или при почвах с очень большой проводимостью.
При повышенных требованиях к величине сопротивления заземления применяют многократное заземление, состоящее из ряда одиночных симметрично расположенных за-землителей, соединённых между собой.
Таблица 3. Формулы для расчёта сопротивлений одиночных заземлителей растеканию тока в однородном грунте
| Тип заземлителя | Схема | Формула | Условия применения |
|---|---|---|---|
| Стержневой круглого сечения (трубчатый) |  |  | Для стержневого: l >> d |
| Стержневой круглого сечения (трубчатый) |  |  | Для стержневого: l >> d, ho> 0,5 м |
| Протяжённый в земле (стержень, |  |  | Для стержневого: l >> d, l > 4h |
| Пластинчатый в земле |  |  | 2h0 > a |
На рис. 8 приведена схема комбинированного заземления из стержней и сетки [11].
В быту сложный заземлитель, состоящий из нескольких заземляющих электродов, соединённых друг с другом и смонтированных вокруг объекта по его периметру (контуру), часто называют контуром заземления.
Для расчёта сопротивления сложных заземлителей используется формула [1]
где Rг,Rв - сопротивление вертикального и горизонтального электродов соответственно, Ом;
ηв - коэффициент использования вертикальных электродов группового заземлителя (труб, уголков и т.д.) без учёта влияния полосы связи;
ηг - коэффициент использования горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки и т.д.) группового за-землителя;
n - количество вертикальных электродов.
Значения коэффициентов ηв и ηг приведены в табл. 5 и 6.
Таблица 4. Значения сопротивления заземления стержневого заземлителя
(Ø 15,9 мм, l = 1,5 м) для различных грунтов
| Тип грунта | Сопротивление заземления Rз, 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 |
Таблица 5. Коэффициент использования вертикальных электродов
группового заземлителя (труб, уголков и т.д.) без учёта влияния полосы связи
| Число электродов | Отношение расстояний между электродами к их длине | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Электроды размещены в ряд | Электроды размещены по кругу | |||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | |
| 2 | 0,85 | 0,91 | 0,94 | - | - | - |
| 4 | 0,73 | 0,83 | 0,89 | 0,69 | 0,78 | 0,85 |
| 6 | 0,65 | 0,77 | 0,85 | 0,61 | 0,73 | 0,80 |
| 10 | 0,59 | 0,74 | 0,81 | 0,56 | 0,68 | 0,76 |
| 20 | 0,48 | 0,67 | 0,76 | 0,47 | 0,63 | 0,71 |
| 40 | - | - | - | 0,41 | 0,58 | 0,66 |
Таблица 6. Коэффициент использования горизонтального полосового электрода,
соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки и т.д.) группового заземлителя
| Отношение расстояний между | Число вертикальных электродов | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 4 | 6 | 10 | 20 | 40 | |
| Вертикальные электроды | 0,85 | 0,77 | 0,72 | 0,62 | 0,42 | - |
| 0,94 | 0,80 | 0,84 | 0,75 | 0,56 | - | |
| 0,96 | 0,92 | 0,88 | 0,82 | 0,68 | - | |
| Вертикальные электроды | - | 0,45 | 0,40 | 0,34 | 0,27 | 0,22 |
| - | 0,55 | 0,48 | 0,40 | 0,32 | 0,29 | |
| - | 0,70 | 0,64 | 0,56 | 0,45 | 0,39 | |
Рис. 8. 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)
При необходимости устройства рабочего заземления нужно учитывать не только геометрические размеры
заземлителей, их конструкцию и свойства почвы, но и длину волны высокочастотного излучения. Суммарное высокочастотное сопротивление заземления Zs складывается из высокочастотного сопротивления шины заземления Zm (провода, идущего от заземляемого устройства до поверхности земли) и из высокочастотного сопротивления самого за-землителя Zз (провода, металлического стержня или листа, находящегося в земле).
На практике величина заземления экранов технических средств в основном определяется не сопротивлением заземлителя, а сопротивлением заземляющих проводников. Для уменьшения последнего следует стремиться прежде всего к уменьшению индуктивности заземляющих проводников, что достигается за счёт уменьшения их длины и изготовления шины заземления в виде ленты, обладающей по сравнению с проводом круглого сечения меньшей индуктивностью. В тех случаях, когда индуктивность заземляющей шины можно сделать весьма небольшой или использовать её для получения последовательного резонанса при блокировании излучающих сетей защитными конденсаторами на землю (например, при комплексном подавлении излучения в помещениях), целесообразно уменьшить величину сопротивления заземлителя Zз
Уменьшить величину Zз можно путём применения многократного заземления, состоящего из ряда одиночных симметрично расположенных заземлителей, соединённых между собой. При этом общее сопротивление зазем-лителя будет тем меньше, чем дальше друг от друга расположены отдельные заземлители.
При использовании комбинированного заземлителя в качестве вертикальных электродов используют прутковую сталь диаметром не менее 10 мм или угловую сталь толщиной не менее 4 мм. Горизонтальные электроды используются для гальванического соединения между собой вертикальных электродов, а также самостоятельно. Для этих целей применяют полосовую сталь сечением не менее 48 мм2 и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.
Для установки вертикальных заземлителей роют траншею (рис. 9) [1]. Верхние концы погружённых в землю вертикальных электродов соединяют стальной полосой с помощью сварки. В таких же траншеях прокладывают и горизонтальные электроды.
Рис. 9. Установка стержневого электрода в траншее
Рис. 10. Заземлитель модульно-штыревой системы заземления:
1 - стержень заземления; 2 - муфта соединительная; 3 - наконечник стальной;
4 - муфта монтажная; 5 - головка направляющая для насадки на вибромолот; 6 - зажим
Проводник, соединяющий заземлитель с контуром заземления, должен быть лужёным для уменьшения гальванической коррозии, а соединения должны быть защищены от воздействия влаги.
Шины 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. Шину заземления с заземлителем, как правило, соединяют с помощью сварки в одной точке, а заземляющие проводники подключают к ней с помощью болтового соединения.
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.
При соприкосновении двух металлов в присутствии влаги возникает гальваническая и/или электрическая коррозия. Гальваническая коррозия является следствием образования гальванического элемента, в котором влага служит электролитом. Степень коррозии определяется положением этих металлов в электрическом ряду. Электрическая коррозия может возникнуть при соприкосновении в электролите двух одинаковых металлов. Она определяется наличием локальных электротоков в металле, например, токов в заземлениях силовых цепей [11].
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.
В городских условиях часто существенно ограничена доступная для монтажа зазем-лителя площадь поверхности. В этих условиях используется модульная штыревая система заземления (МШСЗ), которая позволяет осуществить монтаж контура заземления любой конфигурации без применения сварки [3, 9].
Рис. 11. Зависимость коррозии (Q) двух видов стержней от времени (Т)
Рис. 12. Внешний вид вибромолота (а) и насадки на вибромолот (б)
Основу системы составляют стальные штыри небольшой длины, вы-поняющие функцию электродов, соединительные муфты и вспомогательные элементы: стальные наконечники, зажимы для подключения, антикоррозионная токопроводящая паста, изоляционная лента и т.п.
Внешний вид заземлителя в собранном виде представлен на рис. 10 [3, 9].
Вертикальные элементы заземлителей монтируются из стержней длиной 1,2-3 м и диаметром 14,2-17,2 мм. Снаружи каждый стальной стержень по всей длине покрывается методом электрохимического нанесения слоем меди толщиной не менее 250 мкм. Медное покрытие позволяет максимально снизить возможность ржавления металла и продляет срок годности изделий (рис. 11) [9].
Стальной остроконечный наконечник навинчивается на стержень, вертикально вбиваемый в землю. Для различных типов грунта в зависимости от его твёрдости используются различные типы наконечников. Длина наконечников составляет 40-50 мм.
Для соединения стержней между собой применяются муфты, выполненные из латуни. Наращивание заземлителя производится путём присоединения к муфте следующего стержня.
С целью получения постоянной электрической цепи заземляющего вертикального электрода при монтаже на резьбовые соединения наносят всесезонную электропроводящую графитовую смазку. Она защищает от коррозии, и её применение уменьшает на 9-11% сопротивление стыка [9].
Для защиты мест соединения стержней от коррозии используют влагонепроницаемую антикоррозионную полимерно-асмольную или бутиловую клейкую ленту. Она обладает стойкостью к кислотам, щелочам, солям и микроорганизмам, не пропускает воду, водяной пар и газы.
Забивка заземлителей в грунт осуществляется вибромолотом (электромолотком) со специальной насадкой (головкой) вертикального типа (рис. 12) [3]. Головка вкручивается в муфту, а муфта соединяется со стержнем заземления. Размеры головки подбираются таким образом, чтобы ударный импульс передавался непосредственно штырю, минуя соединительную муфту без повреждения верхней резьбовой системы стержня. Чтобы нагрузка от перфоратора шла напрямую вдоль стержня, насадка устанавливается таким образом, чтобы импульс от удара шёл вдоль наконечника по длине стержня.
Рис. 13. Глубинная модульная штыревая система заземления
Рис. 14. Зависимость активного сопротивления стержневого
заземлителя Z диаметром 17,2 мм от глубины его забивания L
Рис. 15. Варианты монтажа заземлителя Galmar с активным сопротивлением 2 Ом:
а) глубинный монтаж (1 вертикальный заземлитель длиной 12 м);
б) обычный монтаж (15 вертикальных заземлителей длиной по 3 м и 42 м
стальной полосы, расположенной на глубине 0,8 м)
Рис. 16. Общий вид системы распределения электроэнергии:
ПС - трансформаторная подстанция; 1 - заземляющее устройство источника питания;
2 - заземляющее устройство электроустановки здания.
Латунные зажимы необходимы для соединения штырей заземления с шиной заземления (рис. 13) [3].
При помощи рассмотренной выше технологии максимальная глубина установки за-землителя, как правило, не превышает 24-30 м. Глубже заземлитель поместить сложно из-за сопротивления грунта, да и увеличение глубины более 20 м практически не влияет на сопротивление заземления (рис. 14) [9].
При глубинном монтаже сопротивление заземлителей практически не зависит от времени года и погоды, что является несомненным преимуществом глубинного монтажа по сравнению с обычным.
Контур заземления, выполненный с помощью модульной штыревой системы, может иметь конфигурацию одноточечного или многоточечного.
Использование глубинного заземления позволяет значительно сократить не только площадь контура заземления, но и количество используемых стержней (рис. 15) [9].
В городских условиях наиболее распространённая система распределения электроэнергии включает в себя электроустановку здания, которая подключена к низковольтной распределительной электрической сети (рис. 16) [8].
Распределительная электрическая сеть, представляющая собой низковольтную электрическую сеть, к которой подключают электроустановки зданий, обычно состоит из понижающей трансформаторной подстанции напряжением 10/0,4 кВ и трёхфазной воздушной или кабельной линии электропередачи, имеющей четыре проводника: три фазных проводника (LI, L2, L3) и совмещённый защитный заземляющий и нейтральный проводник (PEN).
На трансформаторной подстанции проводники линии электропередачи подключены соответственно к трём фазным шинам (LI, L2, L3) и к PEN-шине её распределительного устройства напряжением 0,4 кВ, а в электроустановке здания - к одноимённым вводным зажимам вводно-распределительного или вводного устройства, установленного в здании. Источником питания в рассматриваемой распределительной электрической сети является трансформатор, установленный на подстанции (ПС).
Во всех зданиях линии групповой сети, прокладываемые от групповых и этажных щитков до светильников общего освещения, штепсельных розеток и стационарных электроприёмников, должны выполняться трёх-проводными (фазный - L, нулевой рабочий - N и нулевой защитный - РЕ-проводники). Поэтому на вводе в электроустановку здания PEN-проводник линии электропередачи разделён на нейтральный (N) и защитный (РЕ) проводники.
Такой тип заземления системы называется TN-C-S (под типом заземления системы понимается взаимоотношение заземления разных элементов электрической системы).
Первая буква Т обозначает непосредственное присоединение одной точки токо-ведущих частей источника питания к земле, вторая буква означает характер заземления открытых проводящих частей электроустановки (N - непосредственная связь открытых проводящих частей с точкой заземления источника питания, в системах переменного тока обычно заземляется нейтраль). Последующие буквы - устройство нулевого рабочего и нулевого защитного проводников (С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в одном проводнике; S - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечиваются раздельными проводниками).
Схема заземления TN-C-S обеспечивает отсутствие обратных токов в проводнике РЕ, что снижает уровень ПЭМИ. При эксплуатации необходимо следить за соблюдением назначения проводников PE и N [6, 8].
Сечение PEN-проводников должно быть не менее сечения N-проводников и не менее 10 мм2 по меди и 16 мм2 по алюминию независимо от сечения фазных проводников.
Сечение РЕ-проводников должно равняться сечению фазных при сечении последних до 16 мм2, 16 мм2 при сечении фазных проводников от 16 до 35 мм2 и 50% сечения фазных проводников при больших сечениях.
Сечение РЕ-проводников, не входящих в состав кабеля, должно быть не менее 2,5 мм2
- при наличии механической защиты и 4 мм2
- при её отсутствии.
Однофазные трёхпроводные линии должны иметь сечение нулевых рабочих N-проводников, равное сечению фазных проводников.
Не допускается объединение нулевых рабочих и нулевых защитных проводников различных групповых линий и подключение их под общий контактный зажим.
Подключение электропитания ТСОИ предпочтительно осуществлять от одной фазы или от отдельного щитка. При этом к данной фазе (или щитку) не следует подключать вспомогательные технические средства и системы.
Все заземляющие проводники должны прокладываться изолированными проводами и кабелями. В электрических щитах шины и клеммники РЕ для ТСОИ должны размещаться изолированно от корпусов. Линии РЕ для заземления корпусов ТСОИ должны прокладываться отдельными проводами и кабелями от одного и того же главного заземляющего зажима.
На объектах информатизации наиболее часто в качестве технических средств обработки информации ограниченного доступа используются средства вычислительной техники (СВТ), в которых не предусмотрено болтового соединения заземляющих проводников. Заземление таких средств выполняется через контактные разъёмные соединения электрической розетки 220 В и питающего трехпроводного кабеля. Розетка должна обеспечивать надёжное соединение заземляющих проводников с экраном ТСОИ.
В настоящее время в России широко используются розетки европейского типа (так называемые «евророзетки»). У таких розеток заземляющий контакт имеет форму двух ламе-лей, расположенных на окружности розетки (рис. 17). Диаметр гнезда штепсельного разъёма у «евророзетки» составляет 4,8 мм.
При сдаче в эксплуатацию рабочего заземления объекта информатизации монтажной организацией должна быть представлена следующая документация [1, 3, 6]:
- утверждённая проектная документация;
- план подземных электротехнических коммуникаций;
- исполнительные рабочие схемы электрических соединений;
- акты приёмки скрытых работ;
- технический паспорт заземляющего устройства;
- протоколы приёмо-сдаточных испытаний.
В техническом паспорте заземляющего устройства (ЗУ) рабочего заземления должны быть отражены:
- дата ввода ЗУ в эксплуатацию (дата реконструкции или ремонта ЗУ);
- основные параметры заземлителя (тип, материал, профиль, сечение проводников, их количество, глубина залегания и т.п.);
- удельное сопротивление грунта;
- результаты проверки ЗУ (дата проверки, сопротивление растеканию тока, сопротивление растеканию тока без отходящих коммуникаций, степень коррозии заземлителя, заключение о пригодности ЗУ к эксплуатации);
- результаты проверки связей оборудования объекта с заземлителем (дата проверки, наличие связи оборудования с ЗУ, сопротивление связи между оборудованием по заземлителю, заключение о пригодности заземлителя оборудования к эксплуатации);
- сведения об изменениях после ремонта или реконструкции ЗУ (перечень изменений, вид работ (замена оборудования, ремонт, реконструкция), время проведения работ, организация-исполнитель, отметка о внесении изменений в план-схему ЗУ);
- ведомость дефектов (дата проверки, оборудование, обнаруженные дефекты, устранение дефектов (организация-исполнитель, отметка об устранении дефектов, дата).
К паспорту должна прилагаться план-схема ЗУ (выполненная в масштабе) с указанием мест установки заземлителей, прокладки шин заземления и заземляющих проводников, мест и способа крепления проводников к за-землителю и шине заземления и т.п.
Рис. 17. Внешний вид электророзетки «европейского» типа
Основные технические данные, сведения о результатах проверки, характере ремонтов и изменениях конструкции заземляющего устройства заносятся не только в технический паспорт заземляющего устройства, но и в технический паспорт объекта информатизации.
Для определения технического состояния рабочего заземляющего устройства должны периодически проводиться [1, 6]:
- измерение сопротивления заземляющего устройства не реже 2 раз в год (летом в период наибольшего просыхания грунта и зимой в период наибольшего промерзания грунта);
- выборочная проверка заземляющего устройства осмотром со вскрытием грунта и элементов заземления не реже 1 раза в 12 лет;
- проверка состояния соединений заземляющих проводников с заземляемыми элементами при всех видах технического обслуживания.
Измерение сопротивления заземляющего устройства производится специальным прибором (измерителем сопротивления заземления). Для грубых измерений сопротивления заземления прибор подключают по трёхпроводной схеме (рис. 18), а для точных измерений - по четырёхпроводной схеме (рис. 19) [4, 5].
Рис. 18. Трёхпроводная схема подключения прибора
для измерения сопротивления одиночного заземлителя
Рис. 19. Четырёхпроводная схема подключения прибора
для измерения сопротивления сложного заземлителя
При измерении по трёхпроводной схеме измеренное значение сопротивления заземляющего устройства будет включать в себя сопротивление измерительного кабеля. Подключение по четырёхпроводной схеме позволяет исключить погрешность, вносимую сопротивлением соединительных проводов и контактов.
Для измерения сопротивления заземляющих устройств в грунт забивают дополнительные заземлители: вспомогательный (токовый электрод) Rв и зонд (потенциальный электрод) Rз . Глубина погружения в грунт заземлителей должна быть не менее 0,5 м. Во избежание увеличения переходного сопротивления вспомогательного заземлителя и зонда стержни забивают в грунт резкими ударами, не раскачивая их. Сопротивление вспомогательного заземлителя и зонда не должно превышать 500 Ом [5].
Рис. 20. Щитки заземления с подключённой шиной рабочего заземления
и кабелями дополнительных заземлителей: вспомогательного Rв и зонда Rз
Рис. 21. Трёхпроводная схема подключения прибора для измерения сопротивления
заземления к корпусу ПЭВМ, установленной на объекте информатизации
Вспомогательный заземлитель и зонд обычно выстраивают в одну линию. Минимальное расстояние между ними зависит от выбранной схемы измерения и типа заземлителя (рис. 18 и 19).
При измерении сопротивления заземления одиночного заземлителя расстояние между ним и зондом должно быть не менее 20 м, а при измерении сложного заземлителя - не менее 5 d (но не менее 20 м), где d - диагональ контура заземления. Расстояние между вспомогательным заземлителем и зондом должно быть не менее 20 м [4, 5].
Для удобства измерения сопротивления заземления довольно часто дополнительные измерители устанавливают одновременно с устройством контура рабочего заземления. При этом шину заземления и кабели дополнительных заземлителей выводят на щиток заземления, оборудованный клеммами (зажимами) для подключения измерителя сопротивления заземления (рис. 20).
На практике довольно часто при измерении сопротивления заземления на объектах информатизации ограничиваются только измерением сопротивления заземлителя (контура заземления), не проводя непосредственного измерения сопротивления заземления корпусов технических средств обработки информации. Это может привести к тому, что при исправном контуре заземления сопротивление заземления корпусов технических средств может не соответствовать норме.
Поэтому при измерении сопротивления заземления на объектах информатизации необходимо проводить измерение сопротивления заземления каждого технического средства обработки информации ограниченного доступа, входящего в состав объекта информатизации.
Пример схемы измерения сопротивления заземления корпуса ПЭВМ, установленной на объекте информатизации, приведён на рис. 21.
Периодическое измерение сопротивления заземления технических средств обработки информации, установленных на объекте информатизации, позволит иметь информацию о состоянии системы заземления объекта в целом.
Литература
1. Бухаров А.И., Косенков П.В. Обеспечение электробезопасности в соединениях и частях: учеб. пособие. -М.: МО РФ, 2000. - 472 с.
2. Гавриш В.Ф. Практическое пособие по защите коммерческой тайны. - Симферополь: Таврида, 1994. - 112 с.
3. Заземление. Монтаж модульно-штыревой системы заземления. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.builderclub.com/statyi/inzhenernye-sistemy/zazemleniye-montazh-modulno-shtyrevoy-sistemy-zazemleniya/.
4. Измерители сопротивления заземления ИС - 10 и ИС - 10/1: руководство по эксплуатации. - Ижевск, ЗАО «НПФ «РАДИО - СЕРВИС», 2011. - 33 с.
5. Измеритель сопротивления заземления М-416: паспорт, техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Умань, Б.м., 1974. - 19 с.
6. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Издание седьмое. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.complexdoc.ru/ntdpdf/483658/pravila_ustroistva_ elektroustanovok_ izdanie_7.pdf.
7. Технические методы и средства защиты информации /Ю.Н.Максимов, В.Г.Сонников, В.Г.Петров и др. - СПб.: ООО «Издательство Полигон», 2000. - 320 с.
8. Типы заземления системы. [Электронныйресурс]. - Режим доступа:http://www.grisstroy.ru/component/content/article/691.html.
9. Характеристика системы заземлений Galmar. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.galmar.pl/iframe_vostok.php?menu=2212.
10. Хорев А.А. Техническая защита информации: учеб. пособие для студентов вузов. В 3 т. Т. 1. Технические каналы утечки информации. - М.: НПЦ «Аналитика», 2008. - 436 с.
11. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. В 3-х вып. Вып 2. Внутрисистемные помехи и методы их уменьшения: Сокращ. пер. с англ./Под ред. А.И.Саприга. - М.: Сов. Радио, 1978. - 272 с.
Статья опубликована на сайте: 07.09.2012