Контур заземления это: Заземление электроустановок: виды, правила и технология

Содержание

Контур заземления здания, проект заземления, расчет заземления

Классический пример: контур заземления здания образует группа вертикальных электродов, установленных на небольшой глубине и соединенных между собой горизонтальным проводником. Эти проводники монтируются, как правило, около заземляемого объекта и на небольшом расстоянии относительно друг друга. Традиционно, для того чтобы соорудить заземляющий контур, применяется арматура или стальной уголок длиной порядка 3-х метров, которые вбиваются в грунт кувалдой.

На фото: двухэтажный частный дом загорелся от удара молнии в поселке «Солнечный берег» Иркутского района. Как рассказали в пресс-службе ГУ МЧС России по Иркутской области, возгорание произошло на мансардной крыше дома. Сообщение о пожаре поступило на пульт МЧС 5 июля в 16:55, уже через десять минут приехала первая пожарная машина. Всего в тушении принимали участие три машины и 10 сотрудников МЧС, которым к 17:57 удалось потушить очаг возгорания, а к 7:30 утра 6 июля полностью ликвидировать последствия пожара. По словам пресс-службы, в доме повреждена крыша на площади 300 кв. м, среди людей пострадавших нет.

Естественные заземлители

Расчет заземления зависит от типа и характеристик защищаемого объекта. Однако, для некоторых типов зданий, в том числе для частных домов и коттеджей, представляется вполне возможным воспользоваться естественными заземлителями. Лучшим из них по праву считается любая коммуникация, проводимая в дом с помощью металлических труб, проложенных под землей. Домовладельцам, в распоряжении которых такая подводка есть, в принципе, можно и не организовывать дополнительно контур заземления здания. Пример — водопровод из стальных труб или линия канализации от дома до септика, выполненная из чугуна.

За счет своей протяженности такие коммуникации обычно имеют отличные показатели по величине сопротивления растекания. Особенно хорошо работает именно водопроводная линия. Дело в том, что, во избежание перемерзания труб в зимнее время, такие линии закапывают ниже глубины максимального промерзания грунта в данной местности. А это, в свою очередь, предохраняет систему от роста сопротивления, вызванного как преобразованием грунтовой влаги в лед, так и наоборот — пересыханием почвы.

Естественный контур заземления здания может образовать и арматура бетонного фундамента (пункт 1.8 РД 34). Однако, есть определенные условия: непрерывность электрической связи по арматуре фундамента; учет последствий прохождения токов по преднапряженному бетону.

Искусственный контур заземления здания

Однако, в последние годы коммуникации чрезвычайно редко устраивают с помощью металлических труб в силу недолговечности подобного способа, гораздо чаще для этих целей используют пластиковые трубы. И, в таких случаях, элементы заземления рассчитываются, изготавливаются и устанавливаются специально для данного здания.

Пример самой распространенной конструкции — забитые в грунт металлические стержни. Концы стержней, выступающие из грунта, соединяются в единую электрическую цепь. Надежного контакта, при сборке элементов в единый контур заземления здания, добиваются с помощью электродуговой сварки или устройства резьбовых соединений.

Данный вид конструкции является универсальным, наиболее распространенным, и на нём стоит остановиться подробнее. В чем же его универсальность? Все дело в стержнях — если сопротивление растеканию электрического тока оказывается выше необходимого, контур заземления здания просто наращивают дополнительными элементами. К тому же играет роль чрезвычайная простота в устройстве данного заземления и возможность его монтажа практически из любых подручных материалов.

Основу заземления составляют металлические стержни. Как показывает практика изготовления и эксплуатации заземлителей, основное требование, предъявляемое к ним — возможность забиваться в грунт с помощью обычной кувалды и иметь длину около 1,5 метров. Для таких целей лучше всего подходит стальная дюймовая труба или обрезки строительной арматуры сантиметрового диаметра. Иными словами — то, что осталось на стройплощадке после возведения дома.

На схеме ниже даны минимальные размеры арматуры, применяемые для монтажа заземляющих устройств.

В зависимости от используемого материала (уголок, полоса, круглая сталь) минимальные размеры заземлителей должны быть не меньше:

  • а) полоса 12х4, поперечное сечение площадью не менее 48 мм. кв.;
  • б) уголок с толщиной стенки не менее 4 мм.;
  • в) круглая сталь площадью не менее 10 мм. кв. в поперечном сечении;
  • г) стальная труба с толщиной стенки не менее 3,5 мм.

Длина заземляющего стержня, как говорили уже выше, должна быть не меньше 1.5 – 2 м.

Вся конструкция монтируется на расстоянии около 2 метров от здания. Прутья забиваются в грунт исходя из соотношения их длины, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL, обычно это расстояние составляет около 1,5 метров.

Стержни друг относительно друга забиваются в виде прямой линии или замкнутого контура.

Между концами прутьев прокапывается канавка небольшой глубины и ширины, в которую укладывается стальная проволока или арматура примерно 4 … 6 мм и приваривается или прикручивается с помощью болтов и гаек по очереди к концу каждого стержня. Затем все стержни забиваются глубже, так чтобы соединяющий их контур погрузился в грунт, и вся конструкция засыпается грунтом. На поверхности остается конец ближайшего к зданию стержня для присоединения к заземляющему контуру электропроводки здания.

Где заказать услугу по расчету и монтажу заземления здания?

Заказать услугу, рассчитать стоимость работ или уточнить дополнительную информацию вы можете:

оставив заявку на сайте, через форму обратной связи «Заказать звонок»,

позвонив нам по контактному телефону 8 (495) 669 31 74 

или же написать нам на почту: [email protected]

Будем рады ответить на все интересующие вопросы!

Заземление зданий, контур заземления здания, проект заземления

Цвет провода заземления — желтый с салатовой полосой. Каждый, кто самостоятельно монтировал хоть раз проводку, задавался вопросом: «А зачем, собственно, он нужен?». Так ли важно усложнять конструкцию и нести лишние расходы? С какой целью делается заземление зданий? А если оно, заземление, действительно необходимо, то как смонтировать эту систему правильно, чтобы она выполняла свои функции?

Для чего нужно заземление зданий

Наши далекие предки сталкивались только с проявлениями атмосферного электричества. Но уже тогда люди знали, насколько опасными могут быть разряды молнии и называли их «гневом богов». Раскопки археологов показали, что уже в те далекие времена люди понимали некоторые принципы действия атмосферного электричества и пытались создавать примитивные системы защиты.  Эти находки представляли собой длинные медные прутья, возвышающиеся над зданиями, противоположным концом погруженные в грунт.

Однако с развитием человеческого общества, технологий, электричество прочно вошло в наш быт. И тут же остро встал вопрос о защите человека от поражающих факторов электрического тока, но на этот раз не атмосферного, а «домашнего», сгенерированного машинами, построенными самим же человеком. Решение оказалось лежащим на поверхности.

Действительно, заземление зданий — практически точная копия конструкции громоотвода. Из опасной зоны ток отводится в землю с помощью фидера — металлического стержня, проволоки, кабеля.

С помощью заземления защищают электрические агрегаты, домашние сети, бытовую и промышленную технику. В случаях, когда на объектах электроснабжения случается пожар, насосы пожарных автомобилей и даже ручные стволы (брандспойты), которыми пожарные бойцы тушат пожар, должны быть заземлены с помощью специальных устройств.

Принцип действия системы заземления

Принцип действия системы заземления чрезвычайно прост. В чем состоит поражающая (разрушающая) сила электрического тока? Все начинается с того, что в одном месте при создании особых условий, накапливается очень большое количество отрицательно заряженных частиц — электронов. Но так как все в природе стремится к равновесию, то этот избыток частиц устремляется туда, где их недостаточно. Звучит не очень пугающе, но когда поток электронов мчится к земле от наэлектризованных облаков, они, эти крошечные частицы, умудряются нагревать слои атмосферы до миллиона градусов по Цельсию.

Изобретатели научились пускать этот поток в мирное русло — по электрическим проводам. Проходя через проволоку, электроны заставляют её нагреваться и иногда от перегрева она, проволока, начинает ярко светиться. Поток электронов создает и электромагнитное поле, приводящее в движение роторы мощных моторов.

Но машины иногда выходят из строя и поток электронов, прокладывают свой путь через любой предмет, проводящий электрический ток, иногда подобным проводником становится и тело человека. Таким образом, заземление зданий предназначено для предоставления заряженным частицам, электронам, образно говоря, альтернативного пути — более удобной, с меньшим сопротивлением, дороги к выходу. В результате, большая часть электронов проходит по защитному контуру заземления и уменьшает силу тока, направленного на человеческое тело.

Установка и правильный расчет заземления, молниезащиты — необходимое условие безопасности проживающих в доме.

Заземление зданий. Требования

Если расчет заземления частного дома, как и решение о необходимости его монтажа, полностью лежит на совести владельца, то о производственных зданиях и помещениях, многоквартирных жилых домах этого не скажешь. Так, согласно существующим правилам устройства электроустановок, наличие и характеристики системы заземления зависят не только от напряжения, под которым работают машины, но также и от микроклимата внутри конкретных помещений здания.

Расчет заземления электрооборудования производится на стадии проектирования. Согласно ГОСТ 12.1.030-81, в помещениях, где пользуются переменным током с напряжением 380 В и выше или постоянным более 440 В, устройство заземления или зануления обязательно во всех случаях. При напряжении от 42 В до 380 В переменного тока или от 110 В до 440 В постоянного тока заземление устраивается в случае, если работа в помещении сопряжена с условиями повышенной опасности или особо опасными по ГОСТ 12. 1.013-78.

Обязательному заземлению подлежат и электроустановки, расположенные под открытым небом.

Машины, работающие от электрической сети с напряжением, менее указанных величин, должны быть заземлены только в помещениях с большой влажностью или на производствах, где есть опасность образования газовоздушных или газопылевых взрывоопасных смесей.

Расчет системы заземления

Методика сводится к расчету количества стержней, необходимых для достижения заданных параметров заземления. Для того чтобы сделать подобный расчет, необходимо знать сопротивление одного стержня. Это сопротивление можно измерить или рассчитать.

Замер производится методом, показанным на рисунке ниже.

Сопротивление стержня определяют по формуле R = U / I, где:

  • U — напряжение, измеренное вольтметром, В;
  • I — сила тока, измеренная амперметром, А.

Расчет заземления можно сделать и без замеров, для этого можно воспользоваться достаточно сложной формулой, но универсальной для любых вертикальных заземлителей.

Для расчета с помощью этой формулы необходимы следующие исходные данные:

  • ρ-экв — эквивалентное удельное сопротивление почвы, Ом×м;
  • L — длина стержня, м;
  • d — диаметр стержня, м;
  • Т — расстояние от поверхности грунта до середины заземлителя (геометрическая середина стержня), м.

Таблица 1. Эквивалентное удельное сопротивление почвы – значения, нормированные для известных видов почв.

Грунт

Эквивалентное удельное сопротивление, Ом×м

Климатический коэфициент

При влажности грунта 10-12%

Возможные границы колебания значений

Рекомендовано для расчетов

Ψ1

Ψ2

Ψ3

торф

чернозем

садовая земля

глина

суглинок

мергель, известняк

супесчаный

песчаный

20

200

40

40

100

250

300

700

9 — 53

30 — 60

8 — 70

40 — 150

200 — 300

150 — 400

400 — 2500

20

30

50

60

100

250

300

500

1,4

1,6

2,0

2,0

2,4

1,1

1,32

1,3

1,3

1,5

1,5

1,56

1,0

1,2

1,2

1,2

1,4

1,4

1,2

В таблице: Ψ1— очень влажный грунт, Ψ2 – грунт средней влажности, Ψ3 – сухой грунт.

После того, как стало известно сопротивление одного вертикального стержня, можно рассчитать их необходимое количество, без учета сопротивления горизонтального заземления:

где:

  • Rн — нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющих устройств, Ом;
  • Ψ — сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта, для средней полосы Российской Федерации, может приниматься как 1,7.

Таблица 2. Наибольшее допустимое значение сопротивления заземляющих устройств (согласно ПТЭЭП), в формуле выше обозначено как Rн.

Характеристика электроустановки Удельное сопротивление грунта ρ, Ом·м Сопротивление заземляющего устройства, Ом
Искусственный заземлитель к которому присоединяется нейтрали генераторов и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В:
 660/380 до 100 15
свыше 100 0. 5 х ρ
 380/220 до 100 30
свыше 100 0.3 х ρ
 220/127 до 100 60
свыше 100 0.6 х ρ

Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.

Заглубление горизонтального заземлителя можно найти по формуле:

где:

  • Т – расстояние от поверхности земли до геометрической середины заземлителя, м.;
  • L – длина заземлителя, м;
  • t — минимальное заглубление заземлителя (глубина траншеи), принимается равным 0.7 м.

Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

где:

  • Lг, b – длина и ширина заземлителя;
  • Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя;
  • ηг – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (таблица 3).

Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:

 — в ряд; — по контуру,

где а – расстояние между заземляющими стержнями.

Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

где ηв – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица).

Таблица 3. Коэффициент использования заземлителей.

Коэффициент использования показывает как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни тем общее сопротивление заземляющего контура больше.

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего

Пример расчета

Расчет заземления электрооборудования. Пример — частный дом, используется однофазная электрическая сеть, требуемое сопротивление растеканию не выше 4 Ом. Место расположения — черноземье: эквивалентное удельное сопротивление грунта равно 50 Ом м. Для оборудования системы заземления используются стальные трубы длиной 160 см, диаметром 32 мм.

Расчет одного заземлителя:

Зная сопротивление растеканию, одного заземлителя, нетрудно рассчитать необходимое их количество:

Ответ: 11 заземлителей.

Советы

Сухой грунт — плохой проводник электрического тока, поэтому на песчаных почвах чем глубже забиты заземляющие стержни, тем лучше.

Находясь постоянно во влажной почве, конструкция из тонкого металла очень быстро разрушится в результате коррозии и перестанет выполнять возложенные на нее функции. Поэтому, во влажных грунтах, заземляющие стержни должны быть выполнены из достаточно толстых прокатных материалов.

На фото: заземляющий контур здания выполнен из стальной полосы.

Отличным заземлением может послужить водоносная скважина, если обсадочная труба выполнена из металла.

Если крыша дома выполнена из металлочерепицы (профнастила), ее в обязательном порядке заземляют. Подобная конструкция будет прекрасной молниезащитой здания.

Готовый молниеотвод можно получить, заземлив металлическую мачту телевизионной антенны, если таковая имеется.

Заземление зданий промышленных объектов

Расчет заземления электроподстанции просто необходим, на её территории находится большое количество оборудования, работающего с большим напряжением. Поэтому, практически все оборудование подстанции (трансформаторы, электрические щиты, железобетонные и железные опоры машин, муфты кабелей, кожухи кабельных каналов и размыкателей) заземляется в обязательном порядке.

Сопротивление растекания тока на рассматриваемых объектах не должно превышать 0,5 Ома. Для достижения заданной цифры при устройстве оборудования подстанций по максимуму пользуются естественными заземлителями, такими как трубопроводы подземных кабельных каналов, металлическими опорами электропередач и поддерживают их тросами.

Сопротивление подобных систем рассчитывается по формуле:

где:

  • R тр — сопротивление троса одной опоры ЛЭП, Ом;
  • R оп — сопротивление растеканию тока самой опоры, Ом.

Заземление зданий цехов промышленного предприятия производится в зависимости от наличия и количества установленного в нем оборудования. Сам алгоритм расчета ничем не отличается от рассмотренного выше примера. По рассматриваемой схеме производится и расчет заземления электрических кабелей.

Произвести необходимые расчеты и составить полный пакет документации по заземлению здания Вам помогут квалифицированные специалисты нашей компании.

Как заказать услугу?

Заказать услугу, рассчитать стоимость работ или уточнить дополнительную информацию вы можете:

оставив заявку на сайте, через форму обратной связи «Заказать звонок»,

позвонив нам по контактному телефону 8 (495) 669 31 74 

или же написать нам на почту: [email protected]

Будем рады ответить на все интересующие вопросы!

схемы и размеры контуров, последовательность

Электричество в нашем доме облегчает жизнь и делает её более комфортной, но нельзя забывать, что оно же может стать причиной серьёзных электротравм. Один из способов обезопасить себя -это применять защитное заземление. Кроме того, некоторые современные электроприборы, например, микроволновые печи, газовые котлы, системные блоки домашних компьютеров, нуждаются в заземлении для обеспечения их нормальной работы (уменьшение помех, снижение уровня вредного излучения).

Очень редко можно встретить частный дом или дачу, в которых используется заземление. Перед владельцами такого жилья встаёт выбор, нанять рабочих или сделать заземление самостоятельно. Для сети 220 В (380в) решить эту задачу достаточно просто. Поэтому, если у вас есть желание физически поработать, нет необходимости покупать дорогостоящие комплекты готовых заземлителей или нанимать организации для выполнения этих работ.

В процессе изготовления понадобится выполнение небольшого количества сварочных работ, если с этим трудностей не возникает, остаётся приобрести металлоизделия и приниматься за работу.

Защитное заземление

Большинство наших сетей оборудовано глухозаземленной нейтралью, проще говоря, нулевой провод в розетке на электростанции соединён с землёй. Ещё провод заземляется в дополнительных точках, например, на столбах линий электропередач. К сожалению, электросети сильно изношены, и это заземление оставляет желать лучшего.

Теперь представим ситуацию, когда из-за повреждённой изоляции напряжение попало на корпус прибора. Если прикоснуться к прибору, ток начнёт течь через тело человека к земле. Принято считать, что тело человека имеет сопротивление около 1 тыс. Ом, увеличивает эту величину резиновая подошва обуви, сухой коврик на полу и т. д. Чем меньше эта величина, тем сильнее будет ощущаться воздействие тока на организм.

Если присутствует заземление, ток с повреждённого устройства потечёт на землю по нему. Если в этом случае человек касается корпуса прибора, то его тело становится параллельно подключённым к заземляющему проводнику. Сопротивление последнего намного меньше сопротивления тела, поэтому большая часть тока будет течь по пути наименьшего сопротивления, а человек максимум ощутит лёгкое пощипывание и избежит получения тяжёлых электротравм.

Для того чтобы схема работала так, как описано выше, система заземления должна иметь определённое сопротивление:

  • для сети напряжением 380В — не более 2 Ом;
  • для сети напряжением 220В — не более 4 Ом.

Требования к конструкции устройства заземления частного дома с сетью 380 В более высокие, поэтому такой контур можно использовать и для сети 220 В. При построении отличаются они только тем, что для 380 В применяются заземляющие проводники большего сечения, а элементы конструкции выполнены из более толстого металла. Поэтому нет необходимости отдельно рассматривать, как сделать контур заземления 380 В и 220 В. Рассмотрим изготовление заземления для 380 В.

Элементы и материалы

Устройство заземления состоит из трёх элементов.

  1. Вертикальные заземлители — металлические элементы, которые забиваются вглубь грунта, Предпочтительно их изготавливать из толстостенной трубы диаметром не менее 32 мм или из уголка шириной от 40 мм.
  2. Горизонтальные элементы, которые соединяют все вертикальные элементы в одну цепь. Лучше всего для этих целей подойдёт металлическая полоса 40×4 мм, но можно использовать уголок или прут диаметром от 16 мм.
  3. Шина заземления — металлический проводник, идущий от заземлителей к распределительному щиту или к защищаемому оборудованию. Для этих целей можно применять полосу 40×4 мм. В целях экономии и для удобства выполнения изгибов и поворотов допустимо применение прута диаметром 10 мм. Заводить в дом или в распределительный щит металлическую полосу достаточно трудно. Для облегчения этой процедуры поступают так. Доводят шину заземления до наружной стены дома. На конце приваривают болт с резьбой м10 или м12, с помощью которого присоединяют медный провод сечением не менее 6 мм2. Дальше этот проводник заводят в щит.

Чем больше сечение применяемых металлических элементов, тем лучше токи растекаются на землю, а следовательно, лучше работает весь контур заземления. Кроме того, толстый метал будет дольше разрушаться коррозией, поэтому при прочих равных условиях следует выбирать металл потолще.

Электропроводность у калёного металлопроката ниже, чем у обычной стали, по этой причине не следует применять арматуру, швеллер и подобные им элементы металлоконструкций.

Схемы и размеры

Схема контура заземления частного дома — это способ расположения и соединения вертикальных заземлителей. Если вы делаете заземление 380 вольт на дом, схема выполнения может быть разной, но основных две.

  1. Замкнутая — контур выполняется в виде геометрической фигуры. В углы забивают вертикальные штыри, которые соединяют горизонтальными элементами, образуя стороны выбранной фигуры. Чаще всего контур изготавливают в виде равностороннего треугольника. Длина стороны 2.5−3 метра. Глубина погружения вертикальных стержней около трёх метров. В случае необходимости размер стороны треугольника можно уменьшить до 1.2 метра.
  2. Линейная — контур имеет вид прямой или изогнутой линии. Вертикальные штыри забивают на расстоянии 2.5−3 метра друг от друга и соединяют их последовательно горизонтальными элементами.

Размеры контура заземления для частного дома, приведённые выше, подходят для большинства случаев, но их можно изменять в зависимости от конкретных условий. Например, если на вашем участке грунтовые воды расположены близко, то длина вертикальных заземлителей может быть уменьшена до метра.

Если невозможно углубить заземлители до необходимого уровня, или на участке сухая песчаная почва, может возникнуть ситуация, когда готовое заземление обладает большим сопротивлением и не выполняет свои функции. В этом случае необходимо увеличивать число вертикальных штырей. Например, если уже есть треугольный контур, нужно отступить от него три метра и вбить стержень, который соединяется с треугольником металлической полосой. Получается совмещение замкнутой и линейной схем построения. Можно сделать два треугольника и соединить их между собой. Так поступать до тех пор, пока сопротивление контура не опустится до необходимой величины.

Выбор места

Заземляющее устройство располагается не ближе одного метра от дома.

Хорошо, если в выбранном месте земля никогда не пересыхает, например, участок земли с северной стороны дома, низина и так далее.

Не следует забывать и о мерах предосторожности, нужно ограничить посещение места с контуром заземления животными и людьми. Для этого заземление нужно расположить там, где исключено нахождение людей, или огородить его.

Перед началом земляных работ убедитесь, что под землёй не проложены трубопроводы и кабели.

Проверка заземления

Методика измерения сопротивления заземления отличается от измерения обычного сопротивления, поэтому для таких целей используют специальные приборы. Если у вас такого прибора нет, вы можете проверить свой контур практическим методом.

Понадобится патрон с лампой накаливания мощностью не менее 100 Вт. Один провод от патрона лампы подключают к фазному контакту розетки, а второй — к шине заземления. Если лампа светит так же, как и при обычном подключении к сети, контур работает правильно. В идеале напряжение на лампе в обоих случаях должно быть одинаковым.

В случае когда лампа светит тускло или не горит вовсе, необходимо проверить места сварки металла и соединения проводов. Если соединения в норме, необходимо увеличивать контур заземления.

Последовательность выполнения работ

  1. Делаем разметку. Отмечаем места расположения вертикальных заземлителей, расположение горизонтальных перемычек и путь, по которому к дому будет проходить заземляющая шина.
  2. Можно приступать к земляным работам. Все элементы контура должны располагаться под поверхностью грунта, желательно ниже уровня промерзания, поэтому глубина должна быть не менее пятидесяти сантиметров. Ширину траншеи нужно выбрать такой, чтобы обеспечить удобство выполнения сварочных работ и процедуры заглубления заземлителей.
  3. Подготавливаем метал. Нарезаем заготовки для вертикальных заземлителей и заостряем один из концов. На другом конце желательно приварить площадку — это уменьшит расклепывание металла и облегчит работу. Нарезать сразу и горизонтальные перемычки не следует, так как при забивании штыри могут уйти в стороны, и практические длины перемычек могут отличаться от расчётных. Для защиты металла от коррозии можно покрыть его специальными составами, которые сохраняют электропроводность стали. Применять обычные лакокрасочные материалы нельзя.
  4. Забиваем штыри. Длина штырей около трёх метров, поэтому в начале этой процедуры может понадобиться стремянка. Забивать можно обычной кувалдой или использовать мощный отбойный молоток. После заглубления верхний край штырей будет деформирован, и его лучше подрезать до ровной части — это облегчит сварочные работы. Заглублять штыри нужно настолько, чтобы после подрезки они были выше дна траншеи примерно на 10 см.
  5. Нарезаем метал для горизонтальных элементов контура и приступаем к сварочным работам. Обваривать следует сплошным швом высокого качества. Если вы не можете этого сделать, пригласите специалиста, так как очень важно обеспечить качественный и надёжный контакт между всеми элементами контура.
  6. Если шина заземления ведётся только к дому, то её следует довести до стены и поднять. Этот конец должен выступать над поверхностью земли сантиметров на двадцать. На конце привариваем болт для подключения заземляющего провода.
  7. Делаем проверку работоспособности контура заземления.
  8. Если контур прошёл проверку, траншею можно закапывать.

Защитное зануление

Некоторые люди для экономии или по незнанию вместо защитного заземления используют в частном доме зануление. Схема последнего применяется на предприятиях при использовании промышленного оборудования. Основное назначение зануления — это защита оборудования от короткого замыкания. Поэтому применение его в частном доме нецелесообразно, и оно никак не может заменить защитное заземление.

Не стоит экономить на своей безопасности. Сделать заземление для 220 В в частном доме своими руками несложно. Все необходимые инструменты есть в наличии у каждого хозяина.

Если проводка в вашем доме выполнена двухжильными проводами, то провода для подключения заземляющего проводника нет. Решить эту проблему можно без замены проводки следующим способом. Розетки в доме заменяются с обычных на розетки с заземлением, а заземляющий провод ведут по наружной поверхности стены, можно его спрятать под плинтусом или в декоративный пластмассовый короб.

Для безопасной эксплуатации мощных электроприборов, особенно расположенных во влажных помещениях (бойлер, стиральная машина), применения заземляющего контакта в розетке недостаточно. Корпусы таких приборов нужно соединить медными жилами напрямую с заземляющей шиной. Для этого на корпусе есть специальный болт, помеченный значком заземления.

Элементы заземлителя выполнены из чёрного металла, который под действием коррозии будет постепенно разрушаться, и в какой-то момент заземление перестанет выполнять свои функции. Чтобы не пропустить этот момент, необходимо периодически проверять работоспособность контура и при необходимости восстанавливать его. Поэтому нелишним будет зарисовать план расположения всех элементов.

Общие сведения о контурах заземления - Рекомендации по применению


Контуры заземления могут быть настоящей помехой в системах сбора данных HVAC, потому что их трудно обнаружить. В большинстве случаев они не причиняют вреда, но могут вызвать непредсказуемые проблемы спустя годы после установки!

Что такое контур заземления?

Контур заземления образуется, когда между клеммами «заземления» на двух или более единицах оборудования имеется более одного токопроводящего пути. Проводящая петля образует большую рамочную антенну, которая легко улавливает токи помех.Чем больше петля, тем больше помех; если вы используете стальной каркас здания в качестве земли, петля может быть такой же большой, как и все здание. Сопротивление в проводах заземления превращает токи помех в колебания напряжения в системе заземления. Земля больше не стабильна; поэтому сигналы, которые вы пытаетесь измерить и которые относятся к этой земле, также нестабильны и неточны.

Наземные символы
Наземная мифология

Универсальная концепция, которой преподают в технических школах и инженерных колледжах, заключается в том, что «земля» всегда имеет нулевое напряжение, может бесконечно поглощать электрический ток и мгновенно безвредно рассеивать ток.Однако идеальная почва - это лабораторная абстракция, которой не существует в реальном мире.

Настоящее заземление - это проводник, поэтому между всеми точками заземления существует определенное сопротивление электрическому току. Это сопротивление может изменяться в зависимости от влажности, температуры, подключенного оборудования и многих других переменных. Сопротивление всегда может позволить электрическому напряжению существовать на нем. Сильные токи, проходящие через землю, вызовут падение напряжения в заземляющих проводниках, и потребуется время, чтобы рассеяться.

Департамент сельскохозяйственной инженерии Университета штата Мичиган измерил сопротивление заземления на входах в электрические сети и обнаружил, что на территории здания может изменяться напряжение до 2 вольт. Фактически, Национальный электротехнический кодекс (NEC) допускает изменение заземления на 2,5% от напряжения параллельной цепи или на 3 вольта RMS для цепи 120 В переменного тока (см. «Ссылки» ниже для получения дополнительной информации об исследовании штата Мичиган и NEC. код).

Понимание того, что идеального заземления не существует в реальном мире, является первым шагом к устранению помех контура заземления, когда они возникают.Если вы помните, что каждое заземление в здании имеет разный и произвольный «нулевой» потенциал, то вы можете разработать надлежащие системы заземления.

Если основания такие порочные, зачем вообще заземление?

Земля нужна по двум причинам: безопасность и безопасность.

Статья 250 NEC устанавливает, что изолированные вторичные обмотки понижающих силовых распределительных трансформаторов должны быть заземлены на входе в здание. Земля представляет собой медный стержень, вбитый как минимум на 8 футов в землю.NEC требует, чтобы стальной каркас, водопроводные трубы и другие крупные металлические предметы были соединены с землей входа в здание. Если изоляция провода выходит из строя или провод случайно отсоединяется и соприкасается с металлическим предметом, большие токи короткого замыкания текут от распределительного трансформатора на землю. Эти чрезмерные токи открывают плавкие предохранители и автоматические выключатели, предотвращая нахождение оборудования под более высоким потенциалом, чем ближайшая раковина или строительная конструкция. Если заземление в распределительном щитке по какой-либо причине отключается, то заземление входа питания здания на трансформаторе обеспечивает протекание чрезмерного тока короткого замыкания, размыкая предохранители и автоматические выключатели.Защита здания от огня и находящихся в нем людей от поражения электрическим током является основной функцией системы заземления распределения электроэнергии.

Вторая проблема безопасности заключается в поддержании оборудования в пределах его нормального рабочего диапазона напряжения. Большинство современных прямых цифровых контроллеров (DDC) будут работать правильно без заземления где-либо. Единственная загвоздка в том, что незаземленное оборудование может накапливать большие статические заряды из-за утечки изоляции. Первый человек, который подходит и касается оборудования, испытывает ужасный шок.Если статический заряд становится достаточно высоким, он разряжается до ближайшего проводника с более низким потенциалом. Мгновенные токи разряда могут достигать нескольких тысяч ампер и разрушать электронные компоненты системы. Заземление системы позволяет зарядам рассеиваться без повреждений.

Помехи сигналам от контуров заземления

Контуры заземления позволяют электрическим и магнитным помехам создавать источники напряжения шума. Эти источники напряжения добавляют к измеряемому сигналу и неотличимы от правильного сигнала.Контроллер, не зная, что он считывает неправильное значение, выполняет неправильное управляющее действие. Это может создать неудобные условия для пассажиров. Он также может приводить в движение механическое оборудование, вызывая преждевременный износ оборудования.

Помехи сигналам от магнитной индукции

Основными источниками этих шумовых проблем являются магнитная индукция и дисбаланс грунта.

Любая петля из проводящего материала образует однооборотный трансформатор, если присутствует магнитное поле, и магнитные поля возможны везде, где используется напряжение переменного тока.Магнитные поля создаются переменным напряжением, текущим по проводу, двигателями или люминесцентными лампами. В цепях очень низкого уровня оборванные провода, движущиеся в магнитном поле земли, могут даже вызвать проблемы. Магнитное поле заставляет ток течь в петле из проводящего материала, а сопротивление петли создает напряжение из этого тока.

Чем сильнее магнитное поле или чем выше частота магнитного поля, тем сильнее протекает ток. Закон Ома гласит, что ток, умноженный на сопротивление, равен напряжению.Таким образом, чем больше ток, тем больше источник шума напряжения.

На левом рисунке ниже показан контур заземления под действием магнитного поля. Магнитное поле заставляет электрический ток течь в контуре заземления. Сопротивление контура преобразует ток в источник напряжения между входом заземления контроллера и клеммой заземления датчика, как показано на правом рисунке ниже.

Контур заземления в магнитном поле (вверху слева) и напряжение датчика и напряжение контура заземления (вверху справа)

Помехи сигналам из-за дисбаланса грунта

Электрические нагрузки могут варьироваться в зависимости от здания, создавая различные токи в системе заземления.Если в системе заземления протекает большой ток и датчик помещается в цепь с заземлением, которая также имеет контур заземления, то к сигналу добавляется разница напряжений между двумя точками заземления.
На рисунке ниже слева показан источник тока повреждения, подающий ток в систему заземления. Если, как в исследовании штата Мичиган, напряжение в системе заземления составляет два вольта, то к сигналу датчика добавляется напряжение повреждения в два вольта, как показано на рисунке ниже справа.

Дисбаланс заземления (слева), напряжение датчика и напряжение контура заземления
Закрытие

Контуры заземления могут сделать лучшую систему управления неэффективной. Если вы считаете, что контуры заземления могут вызывать проблемы с вашей системой HVAC / R, позвоните представителю BAPI или загрузите примечание по применению BAPI: Избегайте контуров заземления с нашего веб-сайта по адресу www.bapihvac.com

Список литературы

ANSI / NFPA 70, Национальный электротехнический кодекс 2002 - Национальная ассоциация противопожарной защиты
Стратегии строительства для минимизации паразитного напряжения на молочных фермах, Университет штата Мичиган
Генри Отт, Методы снижения шума в электронных системах, 2-е издание, Wiley and Sons, Нью-Йорк, Нью-Йорк , 1988

Michigan State Univ.Исследование и код NEC

Департамент сельскохозяйственной инженерии Мичиганского государственного университета измерил сопротивление заземления на входах в электрические сети и обнаружил:
«Если заземляющий стержень сервисной панели вбить на 8 футов во влажную землю, которая не является настоящим песком, сопротивление между заземляющим стержнем и землей может быть всего 20 Ом. Предположим, что когда в здании используется питание, одна десятая ампер тока нейтрали течет на землю через заземляющий стержень. Основной электрический закон, называемый законом Ома, гласит, что ток, умноженный на сопротивление, равен напряжению.Умножение тока заземляющего стержня (0,1 ампера) на сопротивление заземляющего стержня (20 Ом) дает 2 вольта. Если один щуп вольтметра касается заземляющего стержня, а другой щуп вольтметра вдавливается в землю настолько далеко от заземляющего стержня, насколько дотянут провода, измеритель покажет примерно 2 вольта ».

Код NEC

Национальный электротехнический кодекс (NEC) также не помогает решить эту проблему. Статья 250 NEC требует, чтобы ответвительные цепи заземлялись до ближайшего местного заземления в здании, где бы в здании ни находились панели ответвлений.Цифры в статье 250 показывают заземление на строительную сталь. Как указано в статье штата Мичиган, «территория» здания может варьироваться в зависимости от их измерений на величину до 2 вольт. Статья 647.4 (D) NEC (статья 647 называется «Чувствительное электронное оборудование») позволяет заземлению изменяться на 2,5% от напряжения параллельной цепи или на 3 вольта RMS для цепи 120 В переменного тока.


Версия для печати в формате pdf

контур заземления (электричество) Википедия

Эта статья посвящена неправильной электрической конфигурации, обычно известной как «контур заземления».Для неконтролируемого вращения самолета во время движения по земле см. Контур заземления (авиация).

В электрической системе контур заземления или контур заземления возникает, когда две точки цепи должны иметь одинаковый опорный потенциал земли, но вместо этого имеют различный потенциал между ними. [1] Это может быть вызвано, например, в сигнальной цепи, относящейся к земле, если в земле протекает достаточно тока, чтобы вызвать падение напряжения и привести к тому, что две точки заземления будут иметь разные потенциалы.

Контуры заземления являются основной причиной шума, гула и помех в аудио, видео и компьютерных системах. Практика электромонтажа, защищающая от контуров заземления, включает обеспечение того, чтобы все уязвимые сигнальные цепи были привязаны к одной точке как заземление. Использование дифференциальных соединений может обеспечить отказ от помех, вызванных землей. Удаление заземляющих подключений к оборудованию с целью устранения контуров заземления также устраняет защиту, которую призвано обеспечить защитное заземление.

Описание []

Замкнутый контур заземления возникает из-за соединения электрического оборудования между собой, в результате чего имеется несколько путей к земле, поэтому образуется замкнутый проводящий контур. Типичным примером являются два элемента электрооборудования, A и B, каждый из которых подключен к сетевой розетке трехжильным кабелем и вилкой, содержащей провод защитного заземления, в соответствии с обычными правилами техники безопасности и практикой. Это становится проблемой только тогда, когда один или несколько сигнальных кабелей подключаются между A и B для передачи данных или аудиосигналов от одного к другому.Экран кабеля данных обычно подключается к заземленному шасси оборудования как A, так и B, образуя замкнутый контур с заземляющими проводниками шнуров питания, которые соединены через заземляющий провод здания. Это контур заземления.

Вблизи электропроводки всегда будут магнитные поля рассеяния, колеблющиеся с частотой 50 или 60 герц. Эти окружающие магнитные поля, проходящие через контур заземления, будут индуцировать ток в контуре за счет электромагнитной индукции.Фактически, контур заземления действует как одновитковая вторичная обмотка трансформатора, причем первичная обмотка является суммой всех проводников с током поблизости. Величина индуцированного тока будет зависеть от величины ближайших электрических токов и их близости. Наличие мощного оборудования, такого как промышленные двигатели или трансформаторы, может увеличить помехи. Поскольку провод заземления обычно имеет очень низкое сопротивление, часто ниже одного Ом, даже слабые магнитные поля могут индуцировать значительные токи.

Поскольку заземляющий провод сигнального кабеля, соединяющий две части оборудования A и B, является частью пути сигнала кабеля, переменный ток заземления, протекающий через кабель, может вносить электрические помехи в сигнал. Индуцированный переменный ток, протекающий через сопротивление проводника заземления кабеля, вызовет небольшое падение напряжения переменного тока на земле кабеля. Это добавляется к сигналу, подаваемому на вход следующего каскада. В звуковом оборудовании, таком как звуковые системы, помехи с частотой 50 или 60 Гц могут быть слышны в динамиках в виде гула.В видеосистеме это может вызвать "снежный" шум на экране или проблемы с синхронизацией. В компьютерных кабелях это может вызвать замедление или сбои передачи данных.

Типовой контур []

Упрощенная схема, иллюстрирующая контур заземления.

На принципиальной схеме показан простой контур заземления. Две цепи имеют общий путь к земле. Этот путь имеет сопротивление RG {\ displaystyle \ scriptstyle R_ {G}}. В идеале заземляющий провод не должен иметь сопротивления (RG = 0 {\ displaystyle \ scriptstyle R_ {G} \; = \; 0}), не давая падения напряжения на нем, VG = 0 {\ displaystyle \ scriptstyle V_ {G} = 0}, сохраняя в точке соединения между цепями постоянный потенциал земли.В этом случае на выходе схемы 2 будет просто Vout = V2 {\ displaystyle \ scriptstyle V _ {\ text {out}} = V_ {2}}.

Однако, если RG ≠ 0 {\ displaystyle \ scriptstyle R_ {G} \ neq 0}, он и R1 {\ displaystyle \ scriptstyle R_ {1}} вместе образуют делитель напряжения. В результате, если ток I1 {\ displaystyle \ scriptstyle I_ {1}} протекает через RG {\ displaystyle \ scriptstyle R_ {G}} из цепи 1, падение напряжения VG = I1RG {\ displaystyle \ scriptstyle V_ {G} \; = \; I_ {1} R_ {G}} через RG {\ displaystyle \ scriptstyle R_ {G}} происходит, и соединение с землей обеих цепей больше не имеет фактического потенциала земли.Это напряжение на заземляющем проводе подается на цепь 2 и добавляется к выходу:

Vout = V2 − VG = V2 − RGRG + R1V1. {\ Displaystyle V _ {\ text {out}} = V_ {2} -V_ {G} = V_ {2} - {\ frac {R_ {G}} {R_ {G} + R_ {1}}} V_ {1}. \,}

Таким образом, две цепи больше не изолированы друг от друга, и цепь 1 может создавать помехи на выходе цепи 2. Если цепь 2 Это аудиосистема, и в цепи 1 протекают большие переменные токи, помехи могут быть слышны в динамиках в виде гула с частотой 50 или 60 Гц.Кроме того, обе цепи имеют напряжение VG {\ displaystyle \ scriptstyle V_ {G}} на своих заземленных частях, которые могут подвергаться контакту, что может представлять опасность поражения электрическим током. Это верно, даже если контур 2 выключен.

Хотя они чаще всего встречаются в заземляющих проводниках электрического оборудования, контуры заземления могут возникать там, где две или более цепей имеют общий путь тока, если протекает достаточно тока, чтобы вызвать значительное падение напряжения вдоль проводника.

Общие контуры заземления []

Обычный тип контура заземления возникает из-за неисправных соединений между электронными компонентами, такими как лабораторное или студийное оборудование, или домашние компоненты аудио, видео и компьютерных систем.Это создает непреднамеренные замкнутые контуры в цепи заземления, что может позволить паразитному переменному току 50/60 Гц течь через заземляющие проводники сигнальных кабелей. [2] [3] [4] [5] Падения напряжения в системе заземления, вызванные этими токами, добавляются к тракту сигнала, создавая шум и гул на выходе. Петли могут включать в себя систему заземления электропроводки здания, когда более одного компонента заземлено через защитное заземление (третий провод) в их шнурах питания.

Токи заземления в сигнальных кабелях []

Рис. 1: Типовой сигнальный кабель S между электронными компонентами, с током I , протекающим через проводник экрана.

Шум заземления - это электронный шум в проводах или шинах заземления электронной схемы. В аудио, радио и цифровом оборудовании это представляет собой нежелательное состояние, поскольку шум может попасть на путь прохождения сигнала устройства, проявляясь как помехи на выходе. Как и другие типы электронного шума, он может проявляться в аудиооборудовании как гул, шипение, искажение или другой нежелательный звук в динамиках, в аналоговом видеооборудовании как снег на экране, а в цифровых схемах и системах управления как неустойчивый или неисправный работа или сбой компьютера.

Симптомы контура заземления, шума заземления и гудения в электрическом оборудовании вызываются током, протекающим в земле или проводе экрана кабеля. На фиг.1 показан сигнальный кабель S , соединяющий два электронных компонента, включая типичный драйвер линии и усилители приемника (треугольники) . [4] Кабель имеет заземляющий или экранированный провод, который подсоединяется к заземлению шасси каждого компонента. Управляющий усилитель в компоненте 1 (слева) подает сигнал В 1 между сигнальным проводом и проводом заземления кабеля.На конечном конце (справа) сигнальный и заземляющий проводники подключены к дифференциальному усилителю. Это создает входной сигнал для компонента 2 путем вычитания напряжения экрана из напряжения сигнала для устранения синфазного шума, воспринимаемого кабелем.

V2 = VS2-VG2 {\ displaystyle V_ {2} = V _ {\ text {S2}} - V _ {\ text {G2}} \,}

Если ток I от отдельного источника течет через заземляющий провод сопротивление R проводника создаст падение напряжения вдоль заземления кабеля IR , поэтому конечный конец заземляющего проводника будет иметь потенциал, отличный от исходного.

VG2 = VG1 − IR {\ displaystyle V _ {\ text {G2}} = V _ {\ text {G1}} - IR \,}

Поскольку дифференциальный усилитель имеет высокий импеданс, в сигнальном проводе течет небольшой ток. , поэтому на нем нет падения напряжения: VS2 = VS1 {\ displaystyle V _ {\ text {S2}} = V _ {\ text {S1}} \,} Напряжение заземления последовательно с напряжением сигнала В. 1 и добавляет к нему

V2 = VS1- (VG1-IR) {\ displaystyle V_ {2} = V _ {\ text {S1}} - (V _ {\ text {G1}} - IR) \,}
V2 = V1 + IR {\ displaystyle V_ {2} = V_ {1} + IR \,}

Если I - это переменный ток, это может привести к добавлению шума в тракт прохождения сигнала в компоненте 2.Фактически, ток заземления «обманывает» компонент, заставляя его думать, что он находится на пути прохождения сигнала.

Источники заземляющего тока []

На схемах справа показан типичный контур заземления, вызванный сигнальным кабелем S , соединяющим два заземленных электронных компонента C1 и C2 . Петля состоит из заземляющего проводника сигнального кабеля, который через металлическое шасси компонентов соединен с заземляющими проводами P в трехпроводных шнурах питания, которые вставляются в заземляющие розетки, которые подключаются через заземляющий провод здания система G .

Такие петли на пути заземления могут вызывать токи в заземлении сигнального кабеля двумя основными механизмами:

  • Токи контура заземления могут быть индуцированы паразитными магнитными полями переменного тока [4] [6] (B, зеленый) , которые всегда присутствуют вокруг электропроводки переменного тока. Контур заземления представляет собой контур из токопроводящего провода, который может иметь большую площадь в несколько квадратных метров. Согласно закону индукции Фарадея, любой изменяющийся во времени магнитный поток, проходящий через петлю, индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) в петле, вызывая протекание переменного тока.Петля действует как закороченная одновитковая «обмотка трансформатора»; любой магнитный поток переменного тока от близлежащих трансформаторов, электродвигателей или просто соседней силовой проводки будет индуцировать токи переменного тока в контуре за счет индукции. В общем, чем больше площадь, охватываемая петлей, тем больше магнитный поток, проходящий через нее, и тем больше будут индуцированные токи. Поскольку его сопротивление очень низкое, часто менее 1 Ом, наведенные токи могут быть большими.
  • Ток контура заземления, вызванный токами утечки в системе заземления здания от прибора A .Другим менее распространенным источником токов контура заземления, особенно в высокомощном оборудовании, является утечка тока с «горячей» стороны линии электропередачи в систему заземления. [2] [7] В дополнение к резистивной утечке ток также может быть индуцирован через низкоомную емкостную или индуктивную связь. Потенциал земли на разных выходах может отличаться от 10 до 20 вольт [3] из-за падений напряжения из-за этих токов. На схеме показан ток утечки от такого устройства, как электродвигатель A , протекающий через систему заземления здания G к нейтральному проводу в точке заземления электросети на сервисной панели.Контур заземления между компонентами C1 и C2 создает второй параллельный путь для тока. [7] Ток разделяется, причем часть тока проходит через компонент C1 , сигнальный кабель S, заземляющий провод, C2 и обратно через розетку в систему заземления G . Падение переменного напряжения на заземляющем проводе кабеля от этого тока вызывает шум или помехи в компоненте C2 . [7]

Решения []

Решение проблемы шума контура заземления состоит в разрыве контура заземления или ином предотвращении протекания тока.На диаграммах показано несколько использованных решений.

  • Сгруппируйте кабели, входящие в контур заземления, в жгут или «змейку». [2] Контур заземления все еще существует, но две стороны контура находятся близко друг к другу, поэтому паразитные магнитные поля индуцируют одинаковые токи с обеих сторон, которые компенсируются.
  • Сделайте разрыв в проводе экрана сигнального кабеля. [4] Разрыв должен происходить со стороны нагрузки. Это часто называют «подъемом грунта». Это самое простое решение; он оставляет токи земли, чтобы течь через другое плечо петли.Некоторые современные компоненты аудиосистемы имеют на входах переключатели заземления, которые отключают заземление. Одна проблема с этим решением заключается в том, что если другой путь заземления к компоненту будет удален, он оставит компонент незаземленным, «плавающим». Блуждающие токи утечки вызовут очень громкий гул на выходе, что может повредить динамики.
  • Вставьте небольшой резистор примерно 10 Ом в проводник экрана кабеля со стороны нагрузки. [4] Это достаточно велико, чтобы уменьшить токи, индуцированные магнитным полем, но достаточно мало, чтобы обеспечить заземление компонента, если другой путь заземления удален, предотвращая громкий шум, упомянутый выше.Он имеет недостаток в высокочастотных системах, где он приводит к рассогласованию импеданса и утечке сигнала на экран, где он может излучать, создавая радиопомехи, или, симметрично через тот же механизм, внешние сигналы или шум могут приниматься экраном и смешанный с желаемым сигналом.
  • Используйте в кабеле изолирующий трансформатор контура заземления. [3] [4] Это считается лучшим решением, так как оно разрывает соединение постоянного тока между компонентами при прохождении дифференциального сигнала по линии.Даже если один или оба компонента незаземлены (плавающие), шум не будет. Лучшие изолирующие трансформаторы имеют заземленные экраны между двумя наборами обмоток. Оптоизоляторы могут выполнять ту же задачу для цифровых линий. Трансформатор обычно вносит некоторые искажения в частотную характеристику. Необходимо использовать изолятор, специально разработанный для соответствующего диапазона частот.
  • В схемах, производящих высокочастотный шум, таких как компоненты компьютеров, ферритовые дроссели устанавливаются вокруг кабелей непосредственно перед подключением к следующему устройству (например,г., компьютер). Они имеют высокий импеданс только на высоких частотах, поэтому они эффективно подавляют радиочастотный и цифровой шум, но мало влияют на шум 50/60 Гц.
  • Укрепите экран сигнального кабеля, соединяющего C1 и C2, подключив толстый медный проводник параллельно экрану. Это снижает сопротивление экрана и, следовательно, амплитуду нежелательного сигнала.
  • Техника, используемая в студиях звукозаписи, состоит в том, чтобы соединить все металлическое шасси с помощью толстых проводов, таких как медная полоса, а затем подключить к системе заземляющих проводов здания в одной точке ; это называется «одноточечным заземлением».Однако в домашних системах обычно несколько компонентов заземляются через их 3-проводные шнуры питания, что приводит к многоточечному заземлению.

Опасная техника, которую иногда используют любители, - это разрыв «третьего провода» заземляющего проводника P в одном из шнуров питания компонента путем удаления контакта заземления на вилке или использования адаптера заземления «мошенника». Это создает опасность поражения электрическим током, если один из компонентов останется незаземленным. [3] [4]

Сбалансированные линии []

Более комплексным решением является использование оборудования, в котором используются симметричные сигнальные линии.Шум заземления может попасть на путь прохождения сигнала только в несимметричной линии, в которой заземляющий или экранирующий проводник служит одной стороной пути прохождения сигнала. В симметричном кабеле сигнал передается в виде дифференциального сигнала по паре проводов, ни один из которых не заземлен. Любой шум от системы заземления, наведенный в сигнальных линиях, является синфазным сигналом, идентичным в обоих проводах. Поскольку линейный приемник на стороне назначения реагирует только на дифференциальные сигналы, разница в напряжении между двумя линиями, синфазный шум компенсируется.Таким образом, эти системы очень невосприимчивы к электрическим шумам, включая шум земли. В профессиональном и научном оборудовании часто используются сбалансированные кабели.

История []

Причины возникновения контуров заземления были досконально изучены на протяжении более полувека, и тем не менее они по-прежнему являются очень распространенной проблемой, когда несколько компонентов соединяются кабелями. Основная причина этого - неизбежный конфликт между двумя различными функциями системы заземления: уменьшение электронного шума и предотвращение поражения электрическим током.С точки зрения шума, предпочтительнее иметь «одноточечное заземление», при котором система подсоединяется к заземляющему проводу здания только в одной точке. Однако национальные электрические нормы часто требуют, чтобы все компоненты, работающие на переменном токе, имели заземление с помощью третьего провода; С точки зрения безопасности предпочтительно, чтобы каждый компонент переменного тока был заземлен. Тем не менее, несколько заземляющих соединений создают контуры заземления, когда компоненты соединяются сигнальными кабелями, как показано ниже.

В низкочастотных звуковых и измерительных системах []

Если, например, домашняя система Hi-Fi имеет заземленный проигрыватель винила и заземленный предусилитель, подключенные тонким экранированным кабелем (или кабелями в стереосистеме) с помощью фонокорректоров, поперечное сечение меди в экране (экранах) кабеля вероятно, будет меньше, чем у проводов защитного заземления проигрывателя и предусилителя.Таким образом, когда в контуре индуцируется ток, на сигнальном заземлении будет падение напряжения. Это непосредственно добавляется к полезному сигналу и приводит к нежелательному гудению. Например, если в контуре заземления индуцируется ток I {\ displaystyle I}, равный 1 мА на местной частоте питания, а сопротивление R {\ displaystyle R} экрана сигнального кабеля составляет 100 миллиом, падение напряжения будет быть V = I⋅R {\ displaystyle V = I \ cdot R} = 100 микровольт. Это значительная часть выходного напряжения звукоснимателя с подвижной катушкой, и в результате будет получен действительно неприятный гул.

На практике этого обычно не происходит, потому что звукосниматель, являющийся индуктивным источником напряжения, не должен иметь подключения к металлической конструкции проигрывателя, и поэтому сигнальное заземление изолировано от шасси или защитного заземления на этом конце линии связи. Таким образом, нет токовой петли и проблем с гудением непосредственно из-за заземления.

В более сложной ситуации, такой как системы звукоусиления, системы громкоговорящей связи, усилители музыкальных инструментов, оборудование студий звукозаписи и студий вещания, в элементах оборудования с питанием от переменного тока имеется множество источников сигнала, которые поступают на многие входы для других элементов оборудования.Небрежное соединение практически гарантировано приведет к проблемам с гудением. Невежественные или неопытные люди во многих случаях пытались решить эти проблемы, удаляя провод защитного заземления на некоторых элементах оборудования, чтобы нарушить контуры заземления. Это привело ко многим несчастным случаям со смертельным исходом, когда какой-либо элемент оборудования имеет пробой изоляции, единственный путь к заземлению - через аудиосвязь, и кто-то отключает его, подвергая себя воздействию чего-либо вплоть до полного напряжения питания.Практика «снятия» защитных оснований является незаконной [ цитата необходима ] в странах, где действуют надлежащие правила электробезопасности, и в некоторых случаях может привести к уголовному преследованию.

Следовательно, решение проблем, связанных с "гудением", должно выполняться в сигнальных соединениях, и это делается двумя основными способами, которые можно комбинировать.

Изоляция []

Изоляция - это самый быстрый, бесшумный и надежный метод решения "гудящих" проблем. Сигнал изолируется небольшим трансформатором, так что каждое оборудование источника и получателя сохраняет свои собственные соединения защитного заземления, но на пути прохождения сигнала нет сквозных соединений между ними.Изолируя все несимметричные соединения трансформатором, мы можем соединить несимметричные соединения с симметричными соединениями и, таким образом, решить проблему "гула". В аналоговых приложениях, таких как аудио, физические ограничения трансформаторов вызывают некоторое ухудшение сигнала, ограничивая полосу пропускания и добавляя некоторые искажения.

Симметричное соединение []

Это превращает паразитные помехи из-за тока контура заземления в синфазные помехи, в то время как сигнал является дифференциальным, что позволяет разделить их в месте назначения с помощью цепей, имеющих высокий коэффициент подавления синфазного сигнала.У каждого выходного сигнала есть аналог в противофазе, поэтому есть две сигнальные линии, часто называемые горячей и холодной, несущие равные и противоположные напряжения, и каждый вход является дифференциальным, реагируя на разность потенциалов между горячим и холодным проводами, а не их индивидуальные напряжения относительно земли. Существуют специальные полупроводниковые выходные драйверы и линейные приемники, позволяющие реализовать эту систему с небольшим количеством компонентов. Как правило, они обеспечивают лучшую общую производительность, чем трансформаторы, и, вероятно, стоят меньше, но все же относительно дороги, поскольку кремниевые «микросхемы» обязательно содержат ряд очень точно согласованных резисторов.Такой уровень согласования для получения высокого коэффициента подавления синфазного сигнала не может быть реально получен с помощью схем с дискретными компонентами.

В связи с растущей тенденцией к цифровой обработке и передаче аудиосигналов, все более полезными становятся все виды изоляции с помощью небольших импульсных трансформаторов, оптопар или волоконной оптики. Стандартные протоколы, такие как S / PDIF, AES3 или TOSLINK, доступны в относительно недорогом оборудовании и обеспечивают полную изоляцию, поэтому не возникает необходимости в контурах заземления, особенно при подключении между аудиосистемами и компьютерами.

В измерительных системах широко распространено использование дифференциальных входов с высоким коэффициентом подавления синфазного сигнала, чтобы минимизировать влияние наведенных сигналов переменного тока на измеряемый параметр. Также возможно введение узких режекторных фильтров на промышленной частоте и ее более низких гармониках; однако это невозможно сделать в аудиосистемах из-за нежелательного звукового воздействия на полезный сигнал.

В аналоговых видеосистемах []

В аналоговом видео гул от сети можно увидеть в виде полос гула (полосы немного разной яркости), перемещающихся по экрану вертикально вверх.Это часто наблюдается с видеопроекторами, в которых корпус устройства отображения заземлен с помощью трехконтактной вилки, а другие компоненты имеют плавающее заземление, подключенное к коаксиальному кабелю CATV. В этой ситуации видеокабель заземляется одним концом проектора к домашней электросети, а другим концом - к заземлению кабельного телевидения, вызывая ток через кабель, который искажает изображение. Эта проблема не может быть решена с помощью простого изолирующего трансформатора в подаче видео, поскольку видеосигнал имеет чистую составляющую постоянного тока, которая изменяется.Вместо этого изоляцию необходимо поставить в канал CATV RF. Внутренняя конструкция коробки CATV должна была это предусматривать.

Проблемы контура заземления телевизионного коаксиального кабеля могут повлиять на любые подключенные аудиоустройства, такие как приемник. Даже если все аудио и видео оборудование, например, в системе домашнего кинотеатра, подключено к одной и той же розетке и, таким образом, все имеют одно и то же заземление, коаксиальный кабель, входящий в телевизор, иногда заземляется кабельной компанией на другой точки, чем электрическое заземление дома, создавая контур заземления и вызывая нежелательный гул в электросети в динамиках системы.Опять же, эта проблема полностью связана с неправильной конструкцией оборудования.

В цифровых и радиочастотных системах []

В цифровых системах, которые обычно передают данные последовательно (RS232, RS485, USB, FireWire, DVI, HDMI и т. Д.), Напряжение сигнала часто намного превышает наведенную частоту переменного тока на экранах соединительного кабеля, но возникают различные проблемы. Из перечисленных протоколов только RS232 является несимметричным с заземлением, но это большой сигнал, обычно + и - 12 В, все остальные дифференциальные.Проще говоря, большая проблема с дифференциальными протоколами заключается в том, что из-за небольшого несоответствия емкости между горячим и холодным проводами и землей или слегка несогласованных колебаний горячего и холодного напряжения или синхронизации фронтов токи в горячих и холодных проводах будут неравными, а также на экран сигнала будет подано напряжение, которое вызовет циркулирующий ток на частоте сигнала и его гармониках, распространяющийся, возможно, до многих ГГц. Разница в величинах сигнального тока между горячим и холодным проводниками будет пытаться протекать, например, от проводника защитного заземления элемента A обратно к общему заземлению в здании и обратно по проводнику защитного заземления элемента B.Это может привести к появлению большой площади контура и вызвать значительное излучение, нарушив нормы электромагнитной совместимости и создавая помехи для другого оборудования.

В результате теоремы взаимности тот же контур будет действовать как приемник высокочастотного шума, и он будет снова подключен к сигнальным цепям, что может вызвать серьезное искажение сигнала и потерю данных. Например, на видеосвязи это может вызвать видимый шум на дисплее или полностью не работать. В приложении для обработки данных.например, между компьютером и его сетевым хранилищем, это может вызвать очень серьезную потерю данных.

«Лекарство» от этих проблем отличается от лечения низкочастотных проблем и проблем с заземлением звука. Например, в случае Ethernet 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T, где потоки данных закодированы в манчестерском коде, чтобы избежать любого содержания постоянного тока, замыкание заземления, которое может возникнуть в большинстве установок, можно избежать за счет использования сигнала разделительные трансформаторы, часто встроенные в корпус стационарного разъема RJ45.

Многие другие протоколы разрывают контур заземления на скорости передачи данных, устанавливая небольшие ферритовые сердечники вокруг соединительных кабелей рядом с каждым концом и / или внутри границы оборудования. Они образуют синфазный дроссель, который предотвращает несбалансированный ток, не влияя на дифференциальный сигнал. Этот метод в равной степени применим для коаксиальных межсоединений, и многие видеокамеры имеют ферритовые сердечники, установленные на некоторых из их вспомогательных кабелей, таких как зарядка постоянным током и внешний аудиовход, чтобы прервать высокочастотный ток, если пользователь случайно создает контур заземления при подключении внешнего оборудование.

ВЧ-кабели, обычно коаксиальные, также часто оснащены ферритовым сердечником, часто довольно большим тороидом, через который кабель можно намотать, возможно, 10 раз, чтобы добавить полезную величину синфазной индуктивности.

Там, где не требуется передавать энергию, только цифровые данные, использование волоконной оптики может устранить многие проблемы контура заземления, а иногда и проблемы безопасности, но есть практические ограничения. Тем не менее, оптические изоляторы или оптопары часто используются для обеспечения изоляции контура заземления, а часто и для безопасной изоляции и предотвращения распространения неисправности.

Внутренние контуры заземления в оборудовании []

Обычно это вызвано плохой конструкцией. Если на печатной плате используется технология смешанных сигналов, например аналоговые, цифровые и, возможно, радиочастотные, высококвалифицированному инженеру обычно необходимо указать схему того, где заземления должны быть соединены. Обычно цифровая секция имеет свою собственную заземляющую пластину для получения необходимого заземления с низкой индуктивностью и предотвращения отскока земли, который может вызвать серьезную цифровую неисправность.Но ток цифрового заземления не должен проходить через аналоговую систему заземления, где падение напряжения из-за конечного импеданса заземления может привести к появлению шума в аналоговых цепях. Цепи фазовой автоподстройки частоты особенно уязвимы, потому что контур петлевого фильтра ГУН работает с субмикровольтными сигналами, когда контур заблокирован, и любое нарушение вызовет дрожание частоты и возможную потерю синхронизации.

Как правило, аналоговая и цифровая части схемы находятся в отдельных частях печатной платы, с их собственными заземляющими поверхностями, и они связаны вместе в тщательно выбранной точке звезды.Если используются аналого-цифровые преобразователи (АЦП), точка звезды может находиться на клеммах заземления АЦП или очень близко к ним.

Дифференциальная передача сигналов, оптическая изоляция или изоляция трансформатора или волоконно-оптические линии связи также используются в печатных платах в крайних случаях.

В схемотехнике []

Земля и контуры заземления также важны в схемотехнике. Во многих схемах, большие тока могут существовать через плоскость земли, что приводит к разности напряжений опорного заземления в различных частях схемы, что приводит к гулу и другим проблемы.Следует использовать несколько методов, чтобы избежать контуров заземления и, в противном случае, гарантировать хорошее заземление:

  • Внешний экран и экраны всех разъемов должны быть подключены.
    • Если блок питания не изолирован, это внешнее заземление шасси должно быть подключено к заземляющей пластине печатной платы только в одной точке; это позволяет избежать большого тока через заземляющую пластину печатной платы.
    • Если конструкция представляет собой изолированный источник питания, это внешнее заземление должно быть подключено к заземляющей поверхности печатной платы через высоковольтный конденсатор, например, 2200 пФ при 2 кВ.
    • Если разъемы установлены на печатной плате, внешний периметр печатной платы должен содержать полоску меди, соединяющуюся с экранами разъемов. Между этой полосой и основной заземляющей пластиной цепи должен быть разрыв меди. Их следует соединять только в одной точке. Таким образом, если между экранами разъемов есть большой ток, он не пройдет через заземляющую поверхность схемы.
  • Для распределения земли следует использовать звездообразную топологию, избегая петель.
  • Устройства большой мощности следует размещать как можно ближе к источнику питания, а устройства с низким уровнем мощности можно размещать дальше от него.
  • Сигналы по возможности должны быть дифференциальными.
  • Изолированные источники питания требуют тщательной проверки на паразитную, компонентную или внутреннюю емкость плоскости питания печатной платы, которая может позволить переменному току, присутствующему на входном питании или разъемах, пройти в заземляющую поверхность или на любой другой внутренний сигнал. AC может найти обратный путь к своему источнику через сигнал ввода-вывода. a b c Этот тип часто называют «муфтой общего сопротивления», Ballou 2008 Handbook for Sound Engineers, 4th Ed. , стр. 1198–1200
  • Внешние ссылки []

    Эта статья включает материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Управления общих служб: «Федеральный стандарт 1037C».

    Как исправить контур заземления CCTV

    Контур заземления CCTV очень утомляет, и многим установщикам трудно рано или поздно столкнуться с этой проблемой в своей карьере.

    Если вы ищете способ исправить контур заземления видеонаблюдения, не ищите дальше, потому что в этой статье я объясню, как определить и устранить эту проблему.

    Что такое контур заземления CCTV?

    «Заземляющий контур » - это тип помех, который создает горизонтальные полосы, катящиеся по экрану системы видеонаблюдения, как показано на рисунке ниже.

    Для реального сценария это немного сложно, но для понимания представим, что технический специалист использует мультиметр и помещает один тестовый датчик на корпус камеры, а другой тестовый датчик в корпус DVR, если есть напряжение между двумя точками он может создать электрическую петлю, которая циркулирует по коаксиальному кабелю между устройствами.

    В идеальном случае этого напряжения не должно быть, поэтому убедитесь, что вы можете устранить его, используя методы, описанные в этой статье.

    Что вызывает контур заземления CCTV?

    В установке идеально, чтобы устройства были заземлены в одной точке, как показано на рисунке ниже, чтобы между ними не было разницы напряжений и, следовательно, не возникало контура заземления.

    В этом первом сценарии три устройства (D1, D2 и D3) заземлены в общую точку, но между ними нет прямой связи, все идеально.

    В этом втором сценарии устройства (D1, D2 и D3) соединены вместе (например, с помощью коаксиального кабеля) и заземлены в 3 точках (A1, A2 и A3).

    Если, например, между устройствами D1 и D2 есть напряжение, коаксиальный кабель создаст петлю, которая будет циркулировать между A1 -> D1 -> D2 -> A2. Такой же процесс может происходить между D2 и D3.

    Как устранить контур заземления видеонаблюдения?

    Чтобы избежать проблем, связанных с помехами контура заземления, лучший метод - заземлить все элементы в одной точке, чтобы между ними не было разности потенциалов (напряжения).См. Пример на иллюстрации ниже:

    Другие методы устранения контура заземления

    Есть несколько простых и других более сложных способов устранения помех, вот несколько советов о том, что вы можете сделать при установке:

    Изоляция камеры

    Когда камера установлена ​​в некоторых В зданиях может быть проводимость заземления, и это может вызвать проблему с контуром заземления, один из способов решения этой проблемы - поместить кусок изоляционного материала, например, дерева или пластика, между кронштейном и стеной, как показано на рисунке ниже

    Ситуация такого типа может возникнуть при установке на металлических опорах или зданиях, таких как металлические конструкции, которые ведут себя как земля.Помните, что если обе стороны заземлены, это может вызвать замыкание на землю.

    Расстояние между электрическими кабелями

    Во время установки отделите коаксиальные кабели на расстоянии не менее 30 см (сантиметров) от электрических кабелей, чтобы избежать электромагнитных помех.

    В некоторых случаях, когда это невозможно, попробуйте использовать качественные коаксиальные кабели с максимально возможной оплеткой, чтобы избежать помех, которые могут быть вызваны электрическими кабелями.

    Инверсия вилки (для источника питания 24 В перем. Тока)

    Еще один интересный прием, используемый установщиками, - это перевернуть контакты розетки, соединяющие источник питания.

    Вращение вилки и установка перевернутых контактов может устранить влияние помех, но только в случае использования источника питания 24 В переменного тока он не будет работать с источником питания 12 В постоянного тока

    Изолятор контура заземления CCTV

    Вы также можете найти изоляторы контура заземления, которые могут решить вашу проблему.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *