Контурное заземление это: Ржавое контурное заземление, каковы последствия | Лампа Эксперт

Содержание

Ржавое контурное заземление, каковы последствия | Лампа Эксперт

Заземление — это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством (ПУЭ 1.7.28), являющимся совокупностью заземления / заземлителей и заземляющих проводников (ПУЭ 1.7.19). Состоит из одного или нескольких электродов любого профиля (штырь, уголок, полоса, труба, квадратный профиль) и конструкции (контура) находящейся в грунте, через который в него стекает электрический ток от электроустановки. Главной задачей самого понятия заземления является защита человека от поражения электричеством (как током, так и самим напряжением), а принцип действия заключается в том, что если прикоснуться к прибору пробитому на корпус человек не получит удар током, так как весь ток должен уйти из розетки в землю по заземляющему проводнику с низким сопротивлением.

К примеру: человек сопротивлением около 1000 Ом, коснулся стиральной машины, по металлическому корпусу которой циркулирует ток из-за пробоя на корпус (ток замыкания на землю) или потери изолирующих свойств проводников тока внутри, если заземление исправно и соответствует всем нормам (не более 30 Ом), ток не пойдет через человека, а побежит через проводник с наименьшим сопротивлением.

Основной моделью для заземления своего дома или небольшого строения является контур в виде равнобедренного треугольника из полосы или уголков (ПУЭ 1.17.117), соединенных с 3 электродами при помощи сварки, где расстояние между ними такое же, как и длина самих электродов. Это очень старый способ, который появился ещё в первом издании ПУЭ 1949 года и отлично подходит по простоте монтажа, стоимости и сбалансированной конструкции. Даже если одна из сторон, присоединённых полосой к электроду отсоединится, то есть ещё вторая и контур не разорвется. Никто вам ничего не скажет, если контур будет в виде квадрата или прямоугольника вокруг вашего дома, только понадобится больше электродов и самого контура. Главное чтобы он соответствовал общим нормам заземления для частных домов с подключением к электросети 380/220 вольт при использовании системы TN-C-S (ПУЭ 1.7.103), а сопротивление заземления (сопротивление растеканию электрического тока) было равным следующим значениям: с проведенным газом и котлом в доме — не более 15 Ом, без газа и газового оборудования — не более 30 Ом.

контур заземления треугольник

контур заземления треугольник

заземление треугольником

заземление треугольником

Но даже у проверенного временем и закрепленном в нормативных документах способе есть свои недостатки. Главный из них — это срок службы электродов 5-15 лет (особенно в грунтах с близко расположенными к поверхности грунтовыми водами) из-за материалов, разрешенных для монтажа (черная углеродистая сталь) и подверженных быстрой коррозии, которая разрушает металл.

Пример коррозии с последующим разрушением металла и разрывом контура. 

Пример коррозии с последующим разрушением металла и разрывом контура. 

Для увеличения срока службы применяют следующие правила:

1. Перед началом работ нужно узнать о том какой грунт находится на месте монтажа и как высоко располагаются грунтовые воды. Если грунтовые воды (болотистая местность) на уровне не ниже 3 метров от поверхности, а грунт с переизбытком соли, каменистый или песчаный, то лучше рассмотреть другие способы монтажа, например «модульное заземление».

таблица удельного сопротивления грунтов

таблица удельного сопротивления грунтов

2. Все сварные швы должны быть обработаны слоем битума или антикоррозийной краской, потому что они соединяют конструкцию, являюсь самым слабым местом.

3. Хотя бы раз в 3 года проводить раскопку и визуальный осмотр всего контура или электродов на предмет коррозии и отгнивших металлических соединений, если есть такая возможность.

4. Слоем краски или битума покрывать только наружную часть контура, торчащую из земли.

5. Вызывать специалиста с прибором для проверки контура снаружи и в самом доме вместе со всем оборудованием, а также калибровки удельного сопротивления. 

Важно! Все что находится под слоем грунта красить запрещено (кроме сварочных швов), иначе это приведет к плохому контакту и увеличению удельного сопротивления, из-за чего само устройство не будет правильно работать. 

Всё правила для увеличения срока службы, о которых было сказано ранее, выполняются тольо через большой промежуток времени, но что можно сделать своими руками и без дорогостоящих приборов в любое время. По этому поводу есть несколько советов для проверки полного обрыва и плохой работы контура:

6. Определение при помощи мультиметра. На включенном вводном автомате коснуться одним щупом фазы, а вторым нулевой шины в щитке. Прибор должен быть в режиме измерения переменного напряжения, на приборе должна высветиться величина 220 вольт. Далее щуп с нулевой шины переводим на шину заземления, прибор должен показывать напряжение отличное от нулевого, если цифр нет, значит контур  заземления в неисправном состоянии.

7. Определение при помощи «контрольки». Есть ещё аналогичный способ, на случай отсутствия мультиметра. Берем «контрольную лампочку» с проводами вместо щупов и проверяем ноль и землю. На ноле и на земле лампочка должна ярко или немного тускло светится, а если не горит или свечение слабое, значит контур заземления в плохом состоянии.

Контрольная лампочка со щупами.

Контрольная лампочка со щупами.

8. Если к проверяемой цепи подключено УЗО, то во время проверочных действий оно может сработать и это означает, что заземляющий контур работоспособен.

О неисправном контуре заземления могут свидетельствовать следующие косвенные признаки:

9. Бьётся током стиральная машина, водонагревательный бойлер, микроволновка или другой прибор с металлическим корпусом и деталями.

10. Слышится шум в колонках, когда играет музыкальный центр.

Вот вся главная информация для понимания работы, правильного монтажа и проверки контура заземления для частного дома. Будьте внимательны при монтаже и соблюдайте технику безопасности.

Монтаж контура заземления в доме

Монтаж контура заземления в загородном доме

В любом  загородном доме, коттедже есть электричество, следовательно, существует возможность поражения электрическим током. Чтобы избежать такой неприятности, все электроприборы должны быть заземлены. В частных домах в отличии многоквартирных, можно сделать заземление самому и в результате достичь безопасности своей семьи.

Подготовка материала для монтажа контура заземления в загородном доме

Для заземляющих электродов, чаще всего используют сталь, в виду ее сравнительно дешевой стоимости, хотя наилучшим вариантом является электрод из меди или обмедненной стали. Одним из важнейших показателей, при выборе электрода – это площадь сечения. При применении прямоугольного профиля или уголка площадь сечения должна быть от 150 квадратных миллиметров. Стальная труба должна быть минимальным диаметром 32 мм, не менее 3,5мм с толщиной стенок. Заземляющий электрод должен быть длиной от 2 метров. На заземлителях не должно быть никаких покрытий, мешающих контакту заземления с грунтом.

подготовка к заземлению в загородном доме

Монтаж контура заземления на участке дома

Для устройства заземления используем три электрода вбитых в землю равносторонним треугольником, со стороной не менее длины заземляющего электрода. То есть, при длине электрода равной 2 м. расстояние между сторонами треугольника должно быть не менее 2м. Перед монтажом электродов проводятся подготовительные работы. Готовим три ямы — равносторонний треугольник, на глубину приблизительно 50-60 см и прокапываем между ними траншею той же глубины. Концы электродов желательно заострить. С помощью кувалды электроды забиваем по углам треугольника. Если твердый грунт, то иногда требуется приложить значительные усилия, для достижения желаемого результата.

земельная подготовка к прокладке контура заземления

Далее производим соединение электродов между собой. Лучше всего для этого подойдет стальная полоса 40X4. Только сваркой выполняются соединения стальных деталей, можно применить болтовое соединение, но сварка самый надежный вариант. Далее стальная полоса прокладывается до места ввода в дом и выводится над землей, затем заземление соединяют с заземляющим проводником, для этого к полосе приваривают болт 8 или 10 мм.

контур заземления для загородного дома

Соединение контура заземления с вводным распределительным щитом

Теперь необходимо соединить заземление с нашим распределительным щитком. Соединение с распределительным щитком заземления, производится с помощью заземляющего проводника. Если для этого используется медный провод, то его сечение должно быть не меньше 6 квадратных миллиметров, идеальным вариантом, будет медный провод сечением 10мм. Если провод алюминиевый, то должно сечение проводника быть не менее 16 мм.

заземление в загородном доме — электрощит

В принципе заземление готово. Для большей уверенности желательно проверить его сопротивление, которое не должно быть больше 4 ом. В противном случае увеличиваем количество электродов до 4 – 5 чтобы быть уверенным, что все будет работать надежно и безотказно.
В настоящее время, для обеспечения полной защиты, вместе с заземлением можно использовать устройство защитного (УЗО), что практически дает сто процентную гарантию защиты.

В загородном доме применяют несколько отличающихся друг от друга систем заземления. Самые распространенные системы: TN-C-S  и TT. Система ТТ, это «чистое» заземление, то есть проводники — нулевое рабочее заземление и защитное заземление не совмещаются, впрочем как и в системе TN-S. Только в системе  TN-S проводник заземления прокладывается непосредственно от ТП. В системе TN-C-S нулевой рабочий пришедший от ТП расщепляют и часто делают повторное заземление, а иногда обходятся без повторного. Как бы  ни делали заземление в согласии с ПУЭ или без, такая автоматика как УЗО, ограничители перенапряжения, ограничители напряжения никогда лишними не окажутся но будут надежно охранять загородный дом.

Надежное заземление в загородном доме

Основные понятия о проводнике РЕN

От столба в дом приходят два провода, один L-фаза, другой называется PEN-совмещенный провод нейтрали и защитного заземления. Питание приходит от трансформаторной подстанции (ТП). На подстанции защитное заземление соединено с нейтралью, PE + N = PEN .

система TN-C-S (проводник pen)

 Как происходит расщепление проводника PEN?

Что нужно чтобы у нас в доме было сделано правильное расщепление? В щитовой  ставим медную шину, затем делаем свое собственное заземление — контур заземления, обычно это металлические штыри метра полтора, два — забиваем их в землю. Далее, сваркой хорошенько обвариваем по периметру профиль со штырями.

Затем, от контура заземления заводим на шину РЕN заземляющий проводник. От шины PEN ставим перемычку на следующую установленную шину, которая теперь будет называться РЕ, а шина PEN изживает себя и превращается в шину под именем N. Теперь в доме не два, а три проводника. Так мы расщепили проводник PEN.

расщепление проводника pen

Повторное заземление в загородном доме – расщепление проводника PEN

Повторим, от подстанции у нас проводник PEN идет совмещенный. Затем, мы проложили контурное заземление в загородном доме. При наличии заземления проводник расщепляем, теперь на одной шине N – нейтраль, а на другой РЕ – защитное заземление. Так мы получили в доме три проводника; L-фаза, N-нейтраль, PE-заземление, в результате получилось защитное заземление.

Контурное заземление – расщепление проводника PEN. Видео

Помимо традиционного заземления, которое делают с помощью уголка,  существует альтернативный метод заземления — модульно-штыревое.

Оцените качество статьи:

Как заземлить устройство?

Для заземляющего устройства ПУЭ рекомендуют в первую очередь использовать естественные заземлители, т.е. приложенные в земле стальные трубы водопроводов, артезианских скважин, погруженные в землю стальные каркасы зданий и сооружений. Запрещается использовать в качестве естественных заземлителей металлические трубопроводы горючих жидкостей или газов.

Для надежности заземляющего устройства необходимо заземляемое электрооборудование соединить с естественными заземлителями не менее двумя отдельными проводниками, присоединенными в двух различных местах. Это присоединение ывполняется сваркой, а для труб с помощью стальных хомутов, стянутых болтами.

В качестве заземляющих проводников используется стальная проволока катанка) или стальная полоса. Искусственные заземлители (электроды) могут быть выполнены из стальных стержней круглого сечения Ø 12-14 мм, длиной 5 м или профиля (уголок), или стальных труб (из отходов), погруженных в грунт на достаточную глубину.

В настоящее время широко применяются стальные стержни диаметром 10-12 мм, погружаемые в грунт на большую глубину (до 12 м) методом «ввинчивания».

По условиям достаточной механической прочности наименьшее поперечное сечение заземляющих стальных проводников должно отвечать требованиям ПУЭ. Например, круглые стальные проводники, прокладываемые внутри зданий, должны иметь диаметр не менее 5 мм, а в наружных устройствах и при прокладке в земле – не менее 6 мм.

По расположению заземлителей относительно заземляемого оборудования различают заземления выносное и контурное. При выносном заземлении (рис. 5.9, а) заземлители размещаются в стороне от заземляемого электрооборудования, и в этом случае корпуса его находятся вне зоны растекания токов в земле с заземлителей. Следовательно, при  выносном заземлении человек, стоящий на земле и качающийся корпуса электрооборудования с поврежденной изоляцией, оказывается под полным напряжением корпуса относительно земли и защитное действие такого заземления обусловлено только достаточно малым его сопротивлением.

При контурном заземлении (рис. 5.9, б) заземлители располагаются вокруг заземляемого оборудования, вблизи его. При этом (из-за небольшого расстояния между заземлителями) внутри контура любая точка поверхности грунта имеет значительный потенциал в случае повреждения изоляции и замыкания на какой-либо из корпусов заземленного оборудования, а между разными точками внутри контура разность потенциалов будет незначительна. Следовательно, напряжение прикосновения для человека, находящегося внутри контура заземляющего устройства, будет весьма малым по сравнению с напряжением относительно земли. По той же причине внутри контура этого заземляющего устройства будет незначительная величина шагового напряжения. Часто внутри контура в грунте, помимо вертикальных стержней, прокладывают горизонтальные стальные шины, выравнивающие его внутренние электрические потенциалы. Как правило, контурное заземляющее устройство выполняется на открытых электроподстанциях, где установлено электрооборудование (трансформаторы, выключатели, разъединители и др.

), работающее в сетях с большими токами замыкания на землю (110 кВ и выше). Стержни из угловой профильной стали или обрезки водогазопроводных труб погружают в грунт на глубину 2-3 м от дна котлована 9траншй0 глубиной 0,8 м (рис. 5.10). Верхние концы погруженных в землю стержней соединяют методом варки стальными полосами от которых выводится наружу магистральный (стальной) провод.

Заземляющую магистраль прокладывают в помещении в виде замкнутого контура, расположенного внизу вдоль стен. Вводы в помещение от очагов заземления или от наружного контура для присоединения к внутренней магистрали  делают в нескольких местах, что обеспечивает надежную связь заземлителей и заземляющей сети. К внутренним заземляющим магистралям присоединяют ответвления, идущие к заземляемому обрудованию. Не допускается заземление отдельных элементов оборудования последовательно путем установки перемычек между ними, так как при этом отсоединение одного из них (например, при ремонте) вызовет отсоединение остальных действующих элементов электрооборудования.

К каждому заземляемому объекту должно идти отдельное ответвление от заземляющей магистрали, как это показано на рис 5.9. Все соединения между собой элементов заземляющего устройства выполняются сваркой внахлестку, а присоединение их к корпусам оборудования – с помощью болтов или сваркой. Открытые заземляющие проводники окрашиваются в черный цвет.

В качестве заземляющих проводников можно использовать стальные трубы (в них, например, прокладываются фазные провода), но в местах соединения труб соединительные муфты приваривают к трубам или в стыках труб приваривают стальные перемычки, обеспечивающие надежный контакт.

При приемке заземляющего устройства в эксплуатацию должны быть предъявлены исполненные подземные работы по укладке в грунт заземлителей и заземляющих проводников и  протоколы испытаний заземляющего устройства.

Заземляющее устройство, находящееся в эксплуатации, должно иметь паспорт, содержащий электрическую схему заземления, основные технические и расчетные величины, данные результатов осмотров, испытаний и ремонтов, отражать все изменения, внесенные в его схему и конструкцию.

Периодически в процессе эксплуатации заземляющего устройства производится его внешний осмотр. Для цеховых электроустановок ежегодно измеряется сопротивление заземляющего устройства.


Расчет защитного заземления

В технической литературе часто рассказывается про заземление и зануление. Действительно, вопрос о заземлении в домах и квартирах встал в нашей стране относительно недавно. Еще когда бригады коммунистов электрифицировали страну,  в деревенские домики подводили только фазу и ноль. Про провод заземления умалчивали. Во-первых, экономили алюминий как стратегический металл для самолетов, а во-вторых, мало кого заботили проблемы с защитой населения от поражения электрическим током, а в-третьих, не думали о заземлении как о эффективной мере защиты людей. Прошло достаточно времени, чтобы исчезли коммунисты, а вместе с ними и распалась страна, в которой они правили, но памятники, оставшиеся после них, все еще стоят. Памятники стоят, а дома разрушаются.

В нашим домах заземлены только трубы водопровода, канализации и газопровода, а также поэтажные щитки. При этом трубы газопровода для заземления не подходят из-за взрывчатого газа, который по ним летит. Трубы канализации для заземления также использовать нельзя. Хоть канализация сплошь из чугуна, но стыки чугунных труб заделаны цементом, который является плохим проводником. Трубы водопровода вроде как являются неплохим заземлением, но нужно учитывать, что трубы прокладывают не в земле, а в слое изоляции в специальных каналах. Самое надежное заземление – от распределительного этажного щита.

На предприятиях все изначально делали грамотно и заземляли все, что можно.  Кроме заземления на предприятиях используется зануление. Многие ошибочно считают, что зануление — это проводок в розетке от нулевого провода к заземляющему контакту. Понятия «заземление» и «зануление» тесно связаны с понятием нейтрали.

Нейтраль – точка схождения трех фаз через обмотки в трансформаторе, соединенных звездой.

Если эту точку соединить с заземлителями, то образуется глухозаземленная нейтраль трансформатора, и общую систему называют заземленной. Если к этой точке приварить шину и соединить ее со всеми приборам и аппаратам, то оборудование окажется заземленным.

Если нейтраль соединить с нулевой шиной (без заземлителей), то образуется изолированная нейтраль трансформатора, и общую систему называют зануленной. Если эту шину соединить со всеми приборами и аппаратами, то оборудование окажется зануленным.

Идея в том, что по заземленному или зануленному проводнику течет ток только при перекосе фаз, но это для трансформатора и при аварийных режимах работы. Нельзя выбирать — занулять или заземлять оборудование. Это сделано уже на подстанции. Обычно используется глухозаземленная нейтраль.

Если к примеру обмотка двигателя стиральной машины разрушилась и появилось сопротивление между корпусом и обмоткой, то на корпусе стиральной машины будет потенциал, который можно обнаружить индикаторной отверткой. Если машина не заземлена, то при касании корпуса потенциал машины станет потенциалом вашей руки, а т.к. ванная, где находится машина, является помещением особо опасным с точки зрения поражения током и следовательно пол является токопроводящим, нога приобретет нулевой потенциал и значит вы получите удар напряжением, пропорциональным потенциалу руки. Если машину заземлить, то в теории сработает автоматический выключатель защиты. Если машину занулить, то потенциал растечется вокруг всей машины и при касании потенциалы руки и ноги будут одинаковыми. Только надо учитывать, что ток растекается вокруг и при шагании ноги оказываются под разными потенциалами. И, конечно, можно получить удар напряжением.

Критерии применения заземления

Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.

Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В переменного тока – трёхфазные трехпроводные с глухозаземленной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли; двухпроводные сети постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока; в сетях выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.

Заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках при напряжении 42 В и выше переменного тока, 110 В и выше постоянного тока; при любых напряжениях во взрывоопасных помещениях.

В зависимости от места размещения заземлителей относительно заземляющего оборудования различают два типа заземляющего устройств — выносное и контурное.

При выносном заземляющем устройстве заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование.

При контурном заземляющем устройстве электроды заземлителя размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки.

В открытых электроустановках корпуса присоединяют непосредственно к заземлителю проводами. В зданиях прокладывается магистраль заземления, к которой присоединяют заземляющие провода. Магистраль заземления соединяют с заземлителем не менее чем в двух местах.

В качестве заземлителей в первую очередь следует использовать естественные заземлители в виде проложенных под землёй металлических коммуникаций (за исключением трубопроводов для горючих и взрывчатых веществ, труб теплотрасс), металлических конструкций зданий, соединённых с землёй, свинцовых оболочек кабелей, обсадных труб артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.д.

В качестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединённых с заземляющим устройством подстанций или распределительным устройством с помощью грозозащитных тросов линий.

Если сопротивление естественных заземлителей Rз удовлетворяет требуемым нормам, то устройство искусственных заземлителей не требуется. Но это можно только измерить. Посчитать сопротивление естественных заземлителей нельзя.

Когда естественные заземлители отсутствуют или использование их не даёт нужных результатов, применяют  искусственные заземлители — стержни из угловой стали размером 50Х50, 60Х60, 75Х75 мм с толщиной стенки не менее 4 мм, длиной 2,5 — 3 м; стальные трубы диаметром 50—60 мм, длиной 2,5 — 3 м с толщиной стенки не менее 3,5 мм; прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.

Заземлители забивают в ряд или по контуру на такую глубину, при которой от верхнего конца заземлителя до поверхности земли остаётся 0,5 — 0,8 м. Расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не менее 2,5—3 м.

Для соединения вертикальных заземлителей между собой применяют стальные полосы толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 кв.мм  или стальной провод диаметром не менее 6 мм. Полосы (горизонтальные заземлители) соединяют с вертикальными заземлителями сваркой. Место сварки обмазывается битумом для влагоизоляции.

Магистрали заземления внутри зданий с электроустановками напряжением до 1000 В выполняют стальной полосой сечением не менее 100 кв.мм или сталью круглого сечения той же проводимости. Ответвления от магистрали к электроустановкам выполняют стальной полосой сечением не менее 24 кв.мм или круглой сталью диаметром не менее 5 мм.

Нормируемые сопротивления заземляющих устройств приведены в табл.1.

Таблица 1. Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В

Наибольшие допустимые значения Rз, Ом

Характеристика электроустановок

Rз < 0,5

Для электроустановок напряжением выше 1000В и расчётным током замыкания на землю Iз < 500А

Rз = 250 / Iз < 10

Для электроустановок напряжением выше 1000В и расчётным током замыкания на землю Iз < 500А

Rз = 125 / Iз < 10

При условии, что заземляющее устройство является общим для злектроустановок напряжением до и выше 1000 В и расчётном токе замыкания на землю Iз < 500

Rз < 2

В электроустановках напряжением 660/380 В

Rз < 4

В электроустановках напряжением 380/220 В

Rз < 8

В электроустановках напряжением 220/127 В

Расчётные токи замыкания на землю принимают по данным энергосистемы либо путём расчётов. В принципе, при строительстве коттеджа ток замыкания на землю не нужен. Это вопрос заземления подстанции.

Расчёт заземления методом коэффициентов использования производится следующим образом.

1. В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое сопротивление заземления Rз по таблице 1.

2. Определяют путём замера, расчётом или на основе данных по работающим аналогичным заземлительным устройствам возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей Rе.

3. Если Rе<Rз, то устройство искусственного заземления не требуется. Если Rе>Rз, то необходимо устройство искусственного заземления.

4. Определяют удельное сопротивление грунта ρ из таблицы 2. При производстве расчётов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземлителя (таблица 3).

Таблица 2. Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды p, Ом•м

Наименование грунта

Удельное сопротивление, Ом•м

Песок

700

Супесок

300

Суглинок

100

Глина

40

Садовая земля

40

Глина (слой 7-10 м) или гравий

70

Мергель, известняк, крупный песок с валунами

1000-2000

Скалы, валуны

2000-4000

Чернозём

20

Торф

20

Речная вода (на равнинах)

10-100

Морская вода

0,2-1

Примерное распределение государств СНГ по климатическим зонам:

1 зона: Архангельская, Кировская, Омская, Иркутская области, Коми, Урал;

2 зона: Ленинградская и Вологодская области, центральная часть России, центральные области Казахстана, южная часть Карелии.

3 зона: Латвия, Эстония, Литва, Беларусь, южные области Казахстана; Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская и Ростовская области.

4 зона: Азербайджан, Грузия, Армения, Узбекистан, Таджикистан, Киргизия, Туркмения (кроме горных районов), Ставропольский край, Молдова.

Таблица 3. Признаки климатических зон и значения коэффициента Кс

Данные, характеризующие климатические зоны и тип применяемых заземляющих электродов

Климатические зоны СНГ

1

2

3

4

Климатические признаки зон:

средняя многолетняя низшая температура (январь), °С

от -20 до -15

от -14 до -10

от -10 до 0

от 0 до +5

средняя многолетняя высшая температура (июль), °С

от +16 до +18

от +18 до +22

от +22 до +24

от +24 до +26

среднегодовое количество осадков, мм

~400

~500

~500

~300-500

продолжительность замерзания вод, дн

190-170

150

100

0

Значение коэффициента Кс при применении стержневых электродов длиной 2 — 3 м и глубине заложения их вершины 0,5 — 0,8 м

1,8-2

1,5-1,8

1,4-1,6

1,2-1,4

Значение коэффициента К’с при применении протяжённых электродов и глубине заложения их вершины 0,8 м

4,5-7,0

3,5-4,5

2,0-2,5

1,5-2,0

Значение коэффициента Кс при длине 5 м и глубине заложения вершины 0,7-0,8 м

1,35

1,25

1,15

1,1

5. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя — стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле:

Таблица 4. Коэффициенты использования Мв вертикальных электродов из труб, уголков или стержней, размещённых в ряд без учёта влияния полосы связи

Отношение расстояния между электродами к их длине: а/l

Число электродов Мв

Мв

1

2

0,84-0,87

3

0,76-0,80

5

0,67-0,72

10

0,56-0,62

15

0,51-0,56

20

0,47-0,50

2

2

0,90-0,92

3

0,85-0,88

5

0,79-0,83

10

0,72-0,77

15

0,66-0,73

20

0,65-0,70

3

2

0,93-0,95

3

0,90-0,92

5

0,85-0,88

10

0,79-0,83

15

0,76-0,80

20

0,74-0,79

Таблица 5. Коэффициенты использования Мв вертикальных электродов из труб, уголков или стержней, размещённых по контуру без учёта влияния полосы связи

Отношение расстояния
между электродами к их длине а/l

Число электродов Мв

Мв

1

4

0,66-0,72

6

0,58-0,65

10

0,52-0,58

20

0,44-0,50

40

0,38-0,44

60

0,36-0,42

100

0,33-0,39

2

4

0,76-0,80

6

0,71-0,75

10

0,66-0,71

20

0,61-0,66

40

0,55-0,61

60

0,52-0,58

100

0,49-0,55

3

4

0,84-0,86

6

0,78-0,82

10

0,74-0,78

20

0,68-0,73

40

0,64-0,69

60

0,62-0,67

100

0,59-0,65

6. При устройстве простых заземлителей в виде короткого ряда вертикальных стержней расчёт на этом можно закончить и не определить проводимость соединяющей полосы, поскольку длина её относительно невелика (в этом случае фактически сопротивление заземляющего устройства будет несколько завышено). В итоге общая формула для расчета сопротивления вертикальных заземлителей выглядит так

где

р — Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды, Ом•м, таблица 2

КС — Признаки климатических зон и значения коэффициента, таблица 3.

L – длина вертикального заземлителя, м

d – диаметр вертикального заземлителя, м

t’ – длина от поверхности земли до середины вертикального заземлителя, м

Мв – коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл.4, 5). Предварительное количество вертикальных заземлителей для определения Мв можно принять равным Мв=rв/Rз

а – расстояние между вертикальными заземлителями (обычно отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине принимают равным а/l=1;2;3)

Rз – Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В  , таблица 1

при этом  l>d,  t0>0,5 м;

для уголка с шириной полки b получают d=0,95b.

Для горизонтальных заземлителей расчет ведется тем же методом коэффициента использования

1. Определяют сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя. Для круглого стержневого сечения:

Таблица 6. Коэффициенты использования Мг горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов в ряд.

Отношение расстояния между электродами к длине a/l

Мг при числе электродов в ряд

4

5

8

10

20

30

50

65

1

0,77

0,7

0,67

0,62

0,42

0,31

0,2

0,2

2

0,89

0,9

0,79

0,75

0,56

0,46

0,4

0,34

3

0,92

0,9

0,85

0,82

0,68

0,58

0,5

0,47

Таблица 7. Коэффициент использования Мг горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов по контуру.

Отношение расстояния между электродами к длине a/l

Мг при числе электродов в контуре заземления

4

5

8

10

20

30

50

70

100

1

0,45

0,4

0,36

0,34

0,27

0,24

0,21

0,2

0,19

2

0,55

0,48

0,43

0,4

0,32

0,3

0,28

0,26

0,24

3

0,65

0,64

0,6

0,56

0,45

0,41

0,37

0,35

0,33

где

р — приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды, Ом•м, таблица 2

КС — признаки климатических зон и значения коэффициента, таблица 3.

L – длина горизонтального заземлителя, м

d – диаметр горизонтального заземлителя, м

t’ – длина от поверхности земли до середины горизонтального заземлителя, м

Мв—коэффициент использования горизонтальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл. 6, 7).

а – расстояние между горизонтальными заземлителями (обычно отношение расстояния между горизонтальными заземлителями к их длине принимают равным а/l=1;2;3)

Rз – Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В, таблица 1

Здесь l>d, l>>4t’. Для полосы шириной b получают d=0,5b.

Пример 1

Рассчитать заземляющее устройство заводской подстанции 35/10 кВ, находящейся во второй климатической зоне. Сети 35 и 10 кВ работают с незаземленной нейтралью. На стороне 35 кВ Iз=8А, на стороне 10 кВ  Iз=19А. Собственные нужды подстанции получают питание от трансформатора 10/0,4 кВ с заземленной нейтралью на стороне 0,4 кВ, естественных заземлителей нет. Удельное сопротивление грунта при нормальной влажности p=62 Ом*м. Электрооборудования подстанции занимает площадь 18*8 кв.м.

Решение

Прикинем количество вертикальных электродов 10 шт. по таблице 5, Мв=0,58.

Найдем количество вертикальных электродов

Если Nв<10, все хорошо и можно принимать Nв=9 электродов.

Если Nв>10,  нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

Прикинем количество горизонтальных электродов 50 шт. по таблице 6, Мг=0,2.

Если Nг<50, все хорошо и можно принимать Nг=49 электродов.

Если Nг>50, то нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

Пример 2

Рассчитать заземляющее устройство коттеджа в Беларуси. Коттедж стоит на глинистой почве, следовательно удельное сопротивление грунта p=40 Ом*м. Для заземления используется арматура диаметром 12 мм и длиной 2 метра.

Решение

По таблице 1 – Rз=4

По таблице 2 – р=40 Ом*м

По таблице 3 – Кс=1,6

Электроды будут размещаться в ряд, поэтому по таблице 4 прикинем количество вертикальных электродов, например 10 шт. Мв=0,62
Глубина забивания всех электродов от поверхности земли – 0,7 метра, плюс к этому половина длины двухметрового электрода и следовательно t’=1,7 метра.

Найдем количество вертикальных электродов

Если Nв>10, то нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

По таблице 4 прикинем количество вертикальных электродов, итого 15 шт. Мв=0,56

Если Nв<15, все хорошо и можно принимать Nв=14 электродов.

Пойдем другим путем и из штырей сварим каркас, закопав его на 0,8 метра под землю. Так получаются горизонтальные заземлители.

По таблице 1 – Rз=4

По таблице 2 – р=40 Ом*м

По таблице 3 – Кс=1,6

Глубина забивания всех электродов от поверхности земли – 0,7 метра, плюс к этому половина длины двухметрового электрода и следовательно t’=1,7 метра

Прикинем количество горизонтальных электродов, например 30 шт. по таблице 6, Мг=0,24

Если Nг>30, то нужно увеличить Мг, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

По таблице 6 прикинем количество горизонтальных электродов, например 50 шт. Мг=0,21

Если Nг<10, все хорошо и можно принимать Nг=37 электродов.

 

Заземление учитывает свойство Земли проводить электричество. Электроды для заземления делают обычно из стали. Сталь со временем ржавеет и разрушается, и заземление пропадает. Процесс этот необратим, но можно использовать стальные стержни, покрытые цинком. Цинк тоже металл, но он плохо подвержен ржавлению до тех пор, пока слой цинка есть. Когда со временем цинк вымывается или стирается механическими способами, например, при забивании электродов в твердую почву камни могут ободрать покрытие, тогда скорость коррозии увеличится вдвое. Иногда используют специальные электроды с покрытием из меди.

Стержни для заземления можно брать те, которые использовались как арматура для бетона фундамента. Красить или покрывать смолистыми составами их нельзя – смола выступит как изолятор и заземления не будет вообще. Чем длиннее стержни, тем меньше их понадобится для заземления, но тем труднее их забить в почву. Поэтому вначале нужно выкопать траншею глубиной 1 метр. Забить в траншею кусок арматуры, предварительно заточенный, чтобы он выглядывал из дна траншеи не более 20 сантиметров. Следом через 2 метра забивают следующую арматуру и так далее по расчету. Следом на дно траншеи кладут арматуру и приваривают ее ко всем забитым штырям. Место сварки необходимо обмазать битумом для влагоизоляции. Это делается потому, что арматуру толщиной 12 миллиметров будет гнить в земле очень долго, а вот место сварки по площади относительно небольшое, но самое ответственное.

После забивания всех электродов можно провести эксперимент. Из дома вытягиваем удлинитель. Источник напряжения должен приходить со столба от подстанции. Использовать для проверки автономный источник типа генератора нельзя – не будет замкнутой цепи. На удлинителе находим фазу и подключаем один провод от лампочки, а вторым проводом прикасаемся к обваренным электродам. Если лампочка светится, то измеряем напряжение между фазным проводом и заземленными электродами, напряжение должно быть 220 В, а вот светиться лампочка должна достаточно ярко. Также можно измерить ток через лампочку в 100 Вт. Если ток примерно 0,45 А, все в порядке, но если ток значительно меньше – следует добавить заземляющих стержней.

Нужно добиться нормального свечения лампочки и тока в пределах нормы. После этого места сварки заливают битумом и выводят кусок арматуры из траншеи, прикрепив его к дому. После этого траншею можно засыпать. Выведенный кусок арматуры нужно приварить к электрическому распределительному щиту в коттедже. От щита уже развести медными кабелями все точки.

Заземление

Защитное заземление

Опасность поражения электрическим током и его воздействие на нетоковедущие контакты

Электротравмы возникают при попадании человека под действие напряжения или при прикосновении к токопроводящему участку, потенциал которого отличается от потенциала земли. Так же опасность поражения током возможна при прикосновении к двум точкам в электроустанвке с различными потенциалами. Статистика говорит, что в производстве на электротравмы приходится 0,5 – 1 % всех случаев, при этом смертельные случаи составляют 20 – 40% от общего числа поражений электрическим током. Чаще всего смертельное поражение происходит в оборудовании с питанием от 127 до 380 Вольт. Опасность поражения электрическим током заключается в том, что организм человека не в состоянии дистанционно определить наличие и силы тока, а его защитная реакция проявляется только уже под воздействием на тело электрического тока, когда речь уже идет о непосредственном поражении. Во время протекания тока он вызывает непроизвольные сокращения мышц, в том числе и органов, жизненно важных для человека, что нарушает их нормальную жизнедеятельность. Дополнительную опасность несут в себе электроустановки повышенного напряжения выше 1000В., где опасность поражения заключается в приближении к токопроводящим шинам и удара током электрической дуги.

Во время протекания тока через организм человека, происходит нагрев тканей, ожоги (термическое воздействие), разложение жидкостей, крови (электролитическое), нарушение обменных процессов в организме, мышечный спазм (биологическое).

При протекании через организм токов 0,6 – 1,5 мА переменной частоты 50 Гц или 5 – 7 мА постоянного тока человек начинает ощущать их воздействие. Когда неотпускающий ток начинает вызывать судорожные сокращения мышц, его значение составляет: 10 – 15 мА для переменного значения и 50 – 80 мА для постоянного. При значении переменного тока в 100мА 50Гц и постоянного тока в 300мА начинается фибрилляция сердца (сбой его ритма работы).

Для электронных устройств попадание электрического тока на нетоковедущие части (к примеру, корпус), либо на питающие или информационные линии с другим потенциалом (короткое замыкание), приводит к гарантированному выходу устройства из строя. Причем в зависимости от величины напряжения и площади замыкания степень выгорания электронных деталей экспотенциальна. Другим, не менее опасным фактором влияния постороннего напряжения на нетоковедущие элементы является статическое электричество. Статический заряд, приходящий на плату с электронными компонентами, даже приложенный к корпусу, способен полностью вывести ее основные элементы из строя. Чаще всего страдает основной управляющий процессор. В современной электронике выход из строя процессора, припаянного к плате BGA монтажом (когда контакты располагаются непосредственно под чипом), ведет к полной замене модуля из-за высокой сложности и технологичности ремонта, либо отсутствия в свободной продаже запасных радиозапчастей. Хорошим примером может служить попадание молнии, либо подключение телевизионного выхода видеокарты к телевизору на «горячую», ведущее к выгоранию видеопроцессора карты из-за разности потенциалов, подключение спутникового конвертера (головки) при вставленном кабеле во включенный спутниковый ресивер, ведущее к выгоранию последнего, ремонт электроники без заземляющего браслета. Так же на практике довольно часто встречается ситуация, когда корпус системного блока начинает бить током. Это происходит из-за конструкции его блока питания. При высыхании одного из 2-х сетевых электролитов происходит изменение потенциала средней точки, которая через развязывающие конденсаторы находится на корпусе компьютера. Примеров может быть огромное множество. Уберечь себя и электронику от нежелательного воздействия посторонних электрических токов помогает заземление.

Защитное заземление

Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей оборудования, которое может оказаться под напряжением, с землей или ее эквивалентом. Такая мера защиты является наиболее эффективной мерой защиты электронного и электрооборудования, которое может запитываться от промышленной сети до 1000 вольт. Его функциональное назначение заключается в снижении напряжения прикосновения либо в приложенном неконтролируемом потенциале извне. При этом за счет минимально возможного сопротивления заземления, стремящегося в идеале к 0, происходит выравнивание потенциалов оказавшихся под действием напряжения устройства и земли. В результате ток протекает по наименьшему сопротивлению заземления непосредственно в землю, защищая при этом заземляемый объект и человека в том числе. В установках с напряжением питания выше 1000 В. и большими токами, проходящими через заземление, должна быть предусмотрена токовая автоматически разрывающая питающую цепь защита, позволяющая отключить поврежденный участок. В этом случае пробоя питающей фазы на корпус речь идет об однофазном коротком замыкании.

Существуют правила устройства электроустановок (ПУЭ), согласно которым, при напряжении переменного тока 380 В., а так же постоянного тока 400 В. и выше, защитное заземление должно применяться в обязательном исполнении во всех электроустановках. Если оборудование применяется в особо опасных помещениях, то заземлению подлежат электроприборы с необходимым питанием для сети переменного тока от 42 В. и выше, для сети постоянного тока от 110 В. То же правило соответствует применению заземления во взрывоопасных установках.

Защитному заземлению подлежат любые нетоковедущие части, на которые теоретически возможен пробой изоляции, наведение статического напряжения, или попадание токов извне. Кроме того, защитные металлические гофры кабельных силовых трасс во избежание пробоя проводов и попадания напряжения на себя также необходимо заземлять.

Правилами ПУЭ не регламентируется заземление электрических шкафов и электрооборудования, если оно установлено на металлических конструкциях с заземлением, либо имеющих надежный электрический контакт металлических частей с землей. В качестве заземлителя в этом случае может выступать арматура, оттяжки, кронштейны и т.д.

Конструкция заземления и заземляющих устройств

К заземляющим устройствам относят совокупность заземлителей, которыми могут выступать металлические проводники или группы проводников, соединенных между собой и грунтом. В зависимости от расположения заземляющих устройств по отношению к заземляемому оборудованию заземление может быть выносным (сосредоточенным) или контурным (распределенным).

Выносные заземлители

В случае применения выносных заземлителей их располагают сосредоточенно на равном расстоянии от общей заземляющей шины, как и заземляемое оборудование. На рисунке выносного заземления представлено: 1 – заземлители, 2 – заземляющие проводники, 3 –заземляемое оборудование. Заземлители расположены на удаленном расстоянии от оборудования для предотвращения растекания тока на устройства и появления контурных заземляющих токов.

В данной схеме при прикосновении человека к корпусу оборудования, на котором появится напряжение, через его тело пройдет ток значительно меньший по отношению к его величине, которая пройдет через заземляющие шины к заземлителям. Причем, чем меньше сопротивление шины и заземлителей, тем ниже будет величина тока через человека. Учитывая эти факторы, стоит отметить, что выносное заземление обеспечивает достаточную безопасность человека до тех пор, пока напряжение на оборудовании не превысит некоторой пороговой величины. Если на корпусе оборудования появятся токи большой величины (токи короткого замыкания), то часть из них пройдут через тело человека, что чревато электрическим ударом. Для предотвращения этой ситуации применяют контурное заземление.

Заземлители контурного заземления

Данный вид заземления обусловлен размещением заземлителей по всему периметру или внутри площадки, где расположено заземляемое оборудование. Все заземлители между собой соединены электрической связью. В случае замыкания на корпус происходит стекание тока в землю по ближайшему заземлителю, где самая большая разность потенциалов. Если рассматривать напряжение на всей территории площадки, то в отличие от применения выносного заземления его величина будет значительно меньше. Данное напряжение называется шаговым. Если человек одной рукой или другой частью тела прикоснется к устройству, а другой частью тела прикоснется к заземлителю, при этом он будет расположен между заземлителями, то через его тело протечет, в случае замыкания, значительный ток. В то же время напряжение над заземлителем (под ногами человека ток весь уходит в землю) будет практически рано 0.

Вокруг площадки напряжение шага будет весьма значительным, поэтому для его рассеивания в земле, если рядом расположены узкие проходы или проезд транспорта, закапывают металлические шины. Эти шины не соединены с заземляющим устройством и между собой. В этом случае распределение потенциала по земле происходит равномерно, а напряжение шага значительно уменьшается.

Типы заземлителей

Заземлители разделяются на искусственные и естественные. Искусственные заземлители устанавливаются ручным способом и производятся из металлоконструкций. Естественные заземлители несут в себе производственные и строительные электропроводящие конструкции и коммуникации (железные трубы, арматура фундамента). Главное условие – их хороший контакт с землей. Нельзя использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы горючих газов или жидкостей (газо- и нефтепроводы). Для оптимальной защиты устройств применяют естественное заземление в первую очередь.

Искусственное заземление изготовляют из стали.

По себестоимости дешевле всего такое заземление можно изготовить из электродов, вертикально вкопанных в землю. Все электроды должны быть соединены между собой. Вертикальные электроды выполняют из стержней с диаметром 10 – 14 мм. и длиной не менее 5 метров. Так же можно применить уголки. Для горизонтальной связи применяют полосу из стали сечением 4 х 12мм., либо прутки с диаметром не менее 1см. Заземляющие проводники с заземлителями для минимального сопротивления должны быть соединены сваркой, а с заземляемым оборудованием также сваркой или с помощью болтового соединения.

На рисунке слева представлены:
а – вертикальный электрод в грунте,
б – сварное соединение заземлителей с заземляющими проводниками,
в – сварные соединения заземляющих проводников.

Как мы уже упоминали – чем ниже сопротивление заземления, тем меньший ток пройдет через человека, поэтому очень важен фактор минимизации сопротивления заземляющего устройства. Суммарное сопротивление заземления зависит от суммы всех сопротивлений при протекании тока от устройства к земле. Сопротивление заземления состоит из сопротивления материалов и сварных соединений.

Ниже мы приведем данные сопротивления заземления, при условии напряжения на заземляющем устройстве не более 10 кВ. Если напряжение на заземляющем устройстве превышает 5 кВ, то необходимо предусмотреть меры по защите и изоляции кабелей связи, проходящих по земле.>Применение заземления в быту

Разговор о применении заземления в бытовых помещениях возникает, когда
— есть необходимость прикасания человеком к металлоконструкциям здания и одновременно к металлизированному корпусу радиоэлектронного оборудования,
— наличие сырости в помещении, либо влажности более 75% (пример: обязательно заземление электропечи в бане или сауне),
— пол помещения выполнен из металла, либо любого другого токопроводящего материала.

Для осуществления заземления металлического оборудования, у которого есть опасность оказаться под напряжением достаточно применение медного неизолированного провода с сечением не менее 4 кв. см. от устройства к заземлителю, либо контурной заземляющей шине из стали или металла с низким сопротивлением. Физическое осуществление заземления происходит с помощью варки или болтового соединения в хорошо доступном и просматриваемом месте. Если применяется соединение болтом, то необходимо заранее предусмотреть защитные меры места соединения от коррозирования (регламентируется для помещений с повышенной влажностью). В случае применения защитного заземления или зануления в бытовых розетках в качестве третьего заземляющего контакта, прокладка заземляющего провода должна производиться укладкой в стене с последующим оштукатуриванием. При этом не допускаются перекрестия заземляющих проводов с питающей линией (все провода должны идти параллельно).

Нельзя осуществлять последовательное заземление металлических корпусов единой шиной от одной единицы к другой, так как есть опасность возникновения контурных токов. Так же не допускается использовать единое заземление на устройства, если они питаются от разных линий электропередач.

Применение заземления при работе с электроникой

Бытовое заземление в современных жилищах сегодня является неотъемлемой частью электрической разводки. Для защиты потребителей и безопасной их эксплуатации применяют розетки и переноски с дополнительным контактом заземляющей нейтрали, маркирующийся буквой N.

В целях защиты слаботочных радиоэлектронных цепей во время ремонта, сборки и наладки устройств следует применять специальные заземляющие браслеты. Со стороны заземлителя браслет с помощью захватного устройства крепится к заземляющей шине, другая сторона выполнена в виде гибкой ткани с наличием металлизированной контактной площадки. Контактная площадки должна плотно соприкасаться с кожным покровом человека. Как правило, браслет одевают на запястье. Заземляющий браслет так же называют антистатическим.

Помимо основных средств борьбы со статическим электричеством существуют и дополнительные меры: антистатическая одежда в виде халатов и обуви, специальные пакеты (их можно встретить при покупке компьютерных материнских плат или жестких дисков), специализированная мебель и т.д.

Серия заземления контуров заземления, часть 6

Заземление_Петли_Заземление_Серия_ (Часть_6) .pdf

Выписка:

[0m: 4s] Привет, я Джош Блум, добро пожаловать в еще один видеоролик из образовательной серии RSP Supply. Если вы обнаружите, что эти видео полезны для вас, это, безусловно, поможет нам, если вы поставите нам большой палец и подпишетесь на наш канал.
[0m: 15s] В сегодняшнем видео мы продолжим серию разговоров об электрическом заземлении.
[0m: 21s] В нашем последнем видео мы говорили о заземляющих проводниках и любом токе, который может существовать в этих проводниках.
[0m: 27s] Если вы еще не видели это видео или какие-либо другие видео из этой серии, мы свяжем их в описании ниже. В рамках этого видео мы хотим поговорить о контурах заземления. В частности, мы хотим поговорить о том, что такое контуры заземления и как они формируются.
[0m: 44s] Мы надеемся, что к концу этого видео вы лучше поймете эту тему, а также то, как избежать контуров заземления в ваших электрических системах, а также то, что вы можете сделать в случае возникновения контуров заземления. .Согласно стандартам I triple E, в электрической системе контур заземления или контур заземления возникает, когда две точки цепи, обе из которых должны находиться под опорным потенциалом земли, имеют потенциал между собой. Это означает, что две разные точки в электрической цепи должны иметь один и тот же потенциал, но на самом деле или другой электрический потенциал, что приведет к протеканию тока между ними. Этот ток будет проходить через любые проводники, имеющиеся в цепи.
[1м: 32с] Этот непреднамеренный ток вызывает проблемы во многих электрических системах, и именно поэтому мы стараемся избегать контуров заземления везде, где это возможно.
[1 м: 41 с] Контуры заземления могут вызывать множество проблем, таких как электрические помехи или помехи во многих различных сигналах, которые передаются к или от различных компонентов в электрических системах. При работе с высоким напряжением или током на разных частотах нередко можно увидеть, что разные точки заземления в системе имеют разный потенциал друг от друга.
[2 м: 6 с] Когда это оборудование относится к земле в двух разных точках на объекте, это может создать устойчивый контур заземления, или, другими словами, сценарий, при котором между двумя точками постоянно течет ток.

[2м: 23с] Важно, чтобы при установке различных электрических систем были предприняты шаги, чтобы избежать подобных проблем.
[2 м: 32 с] Контуры заземления особенно распространены в сигнальных цепях.
[2 м: 36 с] Чтобы помочь избежать контуров заземления, рекомендуется убедиться, что все цепи, особенно сигнальные цепи, связаны с землей в одной точке.

[2м: 47с] Также может быть эффективным удаление заземляющих соединений на различных частях оборудования в системе.Затем соедините эти части оборудования и используйте одну точку заземления, которая может помочь уменьшить количество петель заземления. Однако убедитесь, что при удалении этих типов соединений вы применяете правильные методы заземления, чтобы убедиться, что у них все еще есть путь к заземлению через одну точку.

[3м: 14с] Если при планировании и проектировании электрической системы предпринять надлежащие шаги, в большинстве случаев можно избежать контуров заземления.
[3 м: 23 с] При поиске и устранении неисправностей, связанных с электричеством и контурами заземления, в большинстве случаев их можно очень легко исправить, если вы понимаете, что может вызвать контур заземления, а также понимаете различные решения, которые могут потребоваться для устранения проблемы.
[3м: 38с] Полную линейку оборудования для заземления и тысячи других товаров можно найти на веб-сайте. Для получения дополнительной информации или других обучающих видеороликов посетите RSPSupply.com, лучший в Интернете источник промышленного оборудования. Также не забывайте: ставьте лайки и подписывайтесь.

Контур заземления (электричество)

Контур заземления или контур заземления, участвуя в заземлении, называемом контуром заземления, находится в электронике и звучит замкнутым с контуром заземляющего соединения электрической проводки или проводки при токах низкочастотного шума из-за импеданса (сопротивление> 0) контура и путь сигнала нежелательного падения напряжения сгенерировано.Таким образом, к полезному сигналу добавляется сигнал помехи. Помехи могут передаваться по общему импедансу с цепью помех или индуктивно за счет связи магнитного поля в цепи использования. Эффект проявляется в звуке в виде раздражающего жужжащего звука, часто в два раза превышающего частоту сети электропитания, который затем можно подключить к обычному выпрямителю (мост Греца или выпрямитель).

  • 4.1 Как избежать петли
  • 4.2 снижение уравнивающих токов
  • 4.3 Уменьшение помех
  • 4.4 Уменьшение сопротивления части шлейфа
  • 4.5 Отделение пути прохождения сигнала от контура
  • 4.6 Цифровые и оптические соединения

Вхождение

Сигнал помехи может выражаться, например, в звуковом оборудовании как нежелательный раздражающий жужжащий шум.Для энкодеров и датчиков искажают осциллограммы или сигналы низкочастотного шума.

В зависимости от причины шума сигнал содержит частоту сети (50 или 60 Гц) и более или менее высокую долю ее гармоник или гармоник. Это были четные гармоники (в Европе 150 Гц, 250 Гц и т. Д.) И (например, с участием сетевых выпрямителей) и даже гармоники (в Европе 100 Гц, 300 Гц и т. Д.). Часто сеточную частоту практически не слышно даже в аудиосистемах, так как она находится на нижней границе частотного диапазона AF.

(DC) трамвайные провода и их линии питания и железные дороги могут вызывать помехи магнитных полей с частотой 300 Гц, в результате чего подстанция выпрямляет трехфазное питание (пульсирующий ток).

Причины

Передача электрических сигналов, аналоговых или цифровых, требует совместной передачи базового или опорного потенциала. Это для симметричных сигналов другого провода (аналоговый телефон: от a до b) или асимметричных сигналов, так называемой массы.Не равны опорному потенциалу, который должен быть подключен к оборудованию, сигнал неисправности выдается на уровне опорной разности потенциалов.

Если вы подключаете, например, массу двух устройств через экран кабеля и массу устройства одновременно через защитные контакты розеток (класс защиты I), это приводит к замкнутой цепи (на картинке выделено желтым цветом. ), который на всех переменных магнитных источниках (трансформаторах акты источников питания, электродвигателей, индукторов и др.) окружающей среды как закороченная вторичная обмотка трансформатора.

Ток, протекающий через заземляющее соединение, генерируется через сопротивление заземляющего соединения (сопротивление контактного провода). Опорный потенциал приемника на эту мощность отличается от опорного потенциала передатчика. применяется к принятому сигналу как сигнал помехи.

Контуры заземления возникают без подключения к защитному проводнику, например в металлических шкафах.Даже там они могут вызвать помехи, если заземление выполняется несколько раз и разными способами, или даже заземленные антенны и телефонные кабели подключаются многократно.

Большие уравнивающие токи могут протекать, в частности, между разными точками соединения защитного заземления (разные цепи в бытовых установках) или между ними и заземленной антенной или системой кабельного телевидения.

Кроме того, в защитном проводнике между зданиями протекают переменные и постоянные токи в миллиамперном диапазоне.

Средство передачи дифференциального сигнала с помощью двух проводов, подключенных к заземлению оборудования нет, или самое большее в одном месте (принцип аналогового телефона).

Примеры

Видео и звук

Отдельное звуковое оборудование (усилитель, микшер, а также компьютеры) часто заземляют на землю и имеют соединение защитного проводника с землей сигнала. Другое заземление через сигнальный кабель затем приводит к замкнутому контуру заземления и вызывает помехи.Между различными соединениями заземления (например, антенным кабелем и защитным проводом) возникают переходные токи из-за незначительной разницы потенциалов заземления. Они вызывают падение напряжения на заземляющих соединениях сигнального заземления. Эти падения напряжения складываются непосредственно в полезный сигнал (NF) или вызывают в катушках ферритовых фильтров амплитудную модуляцию телевизионного сигнала (амплитудно-модулированного). Во втором случае это вызвано текущими горизонтальными полосами изображения, которые также могут иметь пропущенную строчную синхронизацию, когда синхроимпульсы теряются из-за насыщения ферритов.

Аудиоустройства (внутренние)

Контуры заземления в аудиоаппаратуре вызваны неправильной конструкцией: точки масс входных разъемов и другие точки внутренней цепи соединены несколькими способами друг с другом или даже с защитным проводником, в данном случае так и есть. Часто ток питания протекает в секции выпрямления общего заземления. Это приводит к гудению — в зависимости от причины частоты сети или удвоенной частоты сети и ее гармоник.

Компьютерная сеть

В частности, старые асимметричные стандарты электронной передачи данных (RS-232, параллельный порт, 10BASE2) имеют проблемы с контурами заземления. В основном с защитным заземлением (заземление, класс защиты I) предусмотрено компьютерное оборудование, нанесенное вместе с внешними проводниками экранированного кабеля между контурами заземления устройств, которые могут мешать передаче данных. Сегодняшние сетевые соединения на большие расстояния содержат развязывающие трансформаторы (Ethernet «Magnetics»).В кабеле USB используется дифференциальная передача сигнала, чтобы уменьшить возможные помехи, связанные с расходами, связанными с рабочим напряжением и заземлением, а также контурами заземления экрана.

Датчики

В машинах и оборудовании контуры заземления часто возникают в датчиках, подключенных через коаксиальный кабель, если они оба подключены в различных точках на заземляющем проводе оборудования или к шасси машины. Устраните дифференциальные, плавающие входы (см. Передачу псевдодифференциального сигнала) или подключите экран только на одном конце кабельного соединения.

Платы, материнские платы, импульсные блоки питания

К печатным платам и электромонтажным устройствам предъявляются два взаимно противоречащих требования:

  • Возможные низкоиндукционные соединения для тренировочного заземления (заземляющий слой)
  • Исключение контуров заземления путем заземления нейтрали

Эти взаимоисключающие претензии обрабатываются по-разному в зависимости от модуля или устройства:

  • Для материнских плат и часто даже с импульсными блоками питания с использованием закрытой поверхности земли в качестве отдельного слоя (Layer)
  • Если аналоговые и цифровые сигналы на смешанных, используются отдельные плоскости заземления, которые соединены вместе только в одной точке
  • В низкочастотных устройствах (усилителях) можно применить заземление практически нейтралью и, при желании, занять участки заземляющей поверхности, через которые не могут проходить большие токи (выходы выпрямителя).

Телефонное и коммуникационное оборудование

Эксперименты XIX века, когда телефонные звонки неуравновешивались (то есть с одной линией и с Землей в качестве контрапункта) для передачи, оставались ограниченными на несколько километров — были слишком большие помехи. Так что в первую очередь в коммуникационных технологиях было признано, что передача сигналов на большие расстояния возможна только в том случае, если в качестве второй линии передается не только опорный сигнал, но и эта масса не затрагивается и не используется другими сигналами.Получен принцип передачи дифференциального сигнала. См. Также Сбалансированная передача сигнала.

Контрмеры

Как избежать петли

Средством защиты контуров заземления защитного проводника может быть так называемая защитная изоляция. Поэтому многие аудиоустройства изолированы и даже в металлических корпусах не имеют соединения с защитным проводом. Заземление между устройствами выполняется только в виде экрана сигнальных линий.Однако, когда устройства подключаются через несколько сигнальных путей заземления, здесь также могут возникать контуры заземления.

Поэтому сбалансированная передача сигнала используется, в частности, в профессиональном звуковом оборудовании. Таким образом, любые токи выравнивания потенциалов не влияют на полезный сигнал, и различия в уровне заземления сигналов между различными устройствами не вызывают проблем. Масса будет иметь только экранирующий эффект; Падения напряжения на нее не доходят до сигнала.Часто в аудиосистемы также вставляются обменники. Характеризуется подключением массового сигнала отдельно.

Аудиотехнические устройства будут оснащены так называемым переключателем заземления. Таким образом, соединение между заземляющим контактом устройства и сигнальной землей может быть разделено в устройстве. Таким образом, возможно существующий контур заземления может быть отделен, хотя это может привести к недостаткам, связанным с нечувствительностью к радиочастотным помехам и другим емкостным помехам.Хорошим решением может быть конденсатор (около 0,1 мкФ) между сигнальной землей устройства и его защитным проводником / корпусом: конденсатор по сравнению с пульсирующим током имеет высокое сопротивление, но также обеспечивает экранирующий эффект корпуса относительно высокочастотные помехи.

Предпосылкой для этих двух мер (выключатель заземления или конденсатор) является так называемое безопасное разделение между частями, несущими сетевое напряжение, с одной стороны, и звуковыми сигналами как низковольтными передающими частями, с другой: устройства должны соответствовать требованиям дополнительной безопасности. -низкое напряжение (PELV — Protective Extra Low Voltage) соответствует.

Разделение заземляющих соединений может быть выполнено путем прерывания защитных контактов сетевого подключения устройств, однако: Здесь срабатывает защита (защитное заземление), что может привести к возникновению опасного напряжения на корпусах устройства в случае ошибки.

См. Также: функциональное заземление

Уменьшите переходные токи

Часто используются устройства, сигнальная земля которых соединяется с защитным проводом (антенные или кабельные системы, компьютеры), поэтому контуры заземления неизбежны.Здесь часто помогают заземлитель, разделительный трансформатор или оптические методы передачи данных. Для высокочастотных и низкочастотных шумовых полезных сигналов, например, на воздушных линиях, может быть достаточно электрического разрыва внешнего и внутреннего проводников или даже внешнего проводника антенной линии с использованием конденсатора. Затем высокочастотные информационные сигналы передаются емкостным образом. Для низкочастотного шума контур заземления разрывается. Такие промежуточные соединители иногда называют фильтрами тока оболочки, но они уменьшают только низкочастотные токи оболочки.

Уменьшение помех

Обычно замкнутая площадь сигнальных линий остается низкой за счет использования кабелей витой пары или коаксиальных кабелей. Помехи в контурах заземления могут быть устранены за счет уменьшения замкнутой площади (параллельная или даже скрученная прокладка сигнальных кабелей отдельно от силовых кабелей). В особых случаях гул компенсировать удается закладкой восьмерки.

Источник помех не может быть устранен часто, однако в случае трансформаторов или дросселей воздействие может быть уменьшено, например, путем изменения их положения.Магнитное экранирование вокруг источника также может помочь, но оно является дорогостоящим для низкочастотных магнитных полей и поэтому обычно встречается только в магнитофонах или проигрывателях.

Трансформаторы с тороидальным сердечником с равномерной обмоткой имеют самые незначительные паразитные магнитные поля из всех конструкций трансформаторов.

Уменьшение сопротивления участка петли

Вращающийся шумовой ток контура заземления влияет на полезный сигнал, поскольку он, по крайней мере частично, протекает по той же проводке, что и полезный сигнал.Как правило, он затем перетекает в соединение сигнальных масс двух устройств. Поскольку сигнальная земля является опорной точкой для передачи полезного сигнала от одного устройства к другому, каждое различие опорной точки между устройствами будет действовать как внешняя помеха. Таким образом, если эти контрольные точки будут по возможности равны, циркулирующие шумовые токи будут иметь меньшее влияние на полезный сигнал.

Поэтому предпочтительно, чтобы заземляющее соединение между устройствами имело как можно более низкое сопротивление.Это может быть достигнуто (высокое поперечное сечение экранов, низкое переходное сопротивление контакта) или высокое за счет дополнительных заземляющих соединений, поперечное сечение кабелей и разъемов с небольшим сопротивлением. Некоторые устройства имеют винты этой дополнительной массы. Затем, пока все еще сохраняется балансирующий ток, получается (или, возможно, увеличивается), но падение напряжения смещается в области контура, вызывая отсутствие сигнала заземления.

Отделение пути прохождения сигнала от контура

Лучшие результаты могут быть получены, если помехи не проходят через сигнальную землю.Около экрана кабеля тогда протекают, хотя, возможно, помехи, сигнальное заземление, но управляется отдельно внутри этого экрана. Обязательным условием является гальваническая изоляция сигнального заземления от заземления экрана, как вилка измерительного прибора в телекоммуникационных сетях. Оба подключены по максимуму в одной точке.

Это эквивалентно передаче сбалансированного сигнала, здесь не требуется заземление сигнала — сигнал представляет собой дифференциальное напряжение между двумя противоположно фазированными сигналами.Кроме того, в этом решении выделяются также емкостные связи — они действуют одинаково на обе противофазные сигнальные линии и не влияют на дифференциальное напряжение.

Цифровые и оптические соединения

Цифровые соединения, в которых аудиосигналы передаются в виде пакетов с двоичным кодированием, устраняют проблему контуров заземления, поскольку на принимающей стороне цифровые сигналы должны декодироваться, а (аналоговая) составляющая пульсаций не учитывается.S, используемый для цифровой передачи / стандарт PDIF, предоставляет различные типы кабелей. При этом соединения или разъем коаксиального кабеля плохо изолированы на стороне приемника, что не позволяет повлиять на аналоговые части обработки сигнала. Полное лекарство от оптического кабеля TOSLINK. Эти оптоволоконные кабели не электропроводны и не подвержены влиянию магнитных или электрических полей. Недостатками являются продуманный преобразователь оптических сигналов.

О КОНТУРАХ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Что такое контур заземления?

Контур заземления — это замкнутая цепь заземляющих проводов с низким сопротивлением, не имеющая нагрузки для замедления. текущий поток.Он действует как рамочная антенна, которая улавливает гул линии электропередач и другие электромагнитные помехи. включая радиосигналы.

Как контур заземления улавливает шум?

Источник электромагнитных волн индуцирует ток в контуре заземления посредством электромагнитного индукция. Поскольку петля представляет собой цепь из проводников с низким сопротивлением, может индуцироваться очень большой ток. от очень слабого электромагнитного поля.

Почему контур заземления вызывает шум в сигнальных линиях, когда ток течет в земле линии?

На самом деле это не так.Ток, протекающий по линиям заземления, создает потенциал земли на одном или нескольких ИЗМЕНЕНИЯ устройств относительно потенциала земли на других устройствах. Сигнал, идущий от одного из этих устройства к другому тогда воспринимается принимающим устройством как имеющий наложенный на землю дифференциал на него.

Значит, контур заземления действительно заставляет устройство думать, что гудение находится в сигнальной линии?

Совершенно верно. Поскольку заземление должно быть опорным, устройство сравнивает сигнал линия на землю, чтобы получить сигнал.Он видит гул напряжения между сигнальной линией и землей линия, поэтому он думает, что это часть сигнала.

Почему другие кабели не улавливают гудение?

Токи, индуцируемые как в экране, так и в центральном проводе, идентичны до тех пор, пока не будет достигнуто заземление. петли не существует. На рисунке A гудение появляется как на сигнальной линии, так и на экране, поэтому устройство НЕ видит это как часть сигнала.

Почему иногда у меня есть контуры заземления, а иногда нет?

Это зависит от КАЖДОГО заземления каждого устройства, включая защитное заземление линии электропередачи.Смотреть на рисунке A: сигнальная линия соединяет землю между двумя устройствами, но только принимающий устройство имеет защитное заземление в шнуре питания. Вместо этого передающее устройство имеет двойную изоляцию. В Рисунок B, оба устройства имеют заземление в своих шнурах питания. Экран сигнального кабеля, плюс два шнура питания, завершите контур заземления.

Так что, следует ли мне удалить защитное заземление или использовать переходник с 3 на 2 контакта, чтобы сломать защитное заземление. земля?

НЕТ! НИКОГДА не прерывайте заземление устройства, для которого оно предназначено.

Вы рискуете своей жизнью или жизнями других людей. Все, что нужно, — это пролитый кокс в устройство, а кто-то тост! Намного лучше разобраться с контурами заземления в сигнальных линиях.

Так как же избавиться от контуров заземления?

Есть несколько методов:

  1. Самый быстрый метод — разрезать экран одного сигнального кабеля в петле со стороны нагрузки. Это показано на рисунке D. Это заставляет обратный ток заземления течь через другую половину бывший контур заземления.У этого есть недостаток, так как кабель больше нельзя использовать ни для чего другого. кроме разрыва контуров заземления. Обязательно пометьте это как таковое.

    Есть еще одна серьезная проблема. Отсоединение любого другого кабеля, входящего в бывший контур заземления теперь будет издавать очень ГРОМКИЙ гул, поскольку одно устройство становится полностью незаземленным. Это может задуть динамики или уши.

  2. Вы также можете сделать комплект коротких кабелей прерывателя контура заземления с отсоединением экрана один конец.Поместите по одному штекеру и по одному гнезду на каждый кабель и вставляйте его в кабельную трассу каждые место, где вы найдете контур заземления. Но будьте осторожны, потому что отключение других кабелей может привести к громкий гул.
  3. Уловка лучше — вставить резистор 10 Ом в заземляющую ножку, вместо того, чтобы просто разрезать экран, как на рисунке C. Это предотвращает появление громкого гула, если один из других кабелей в первом контур заземления отключен. Резистор также можно вставить в короткий кабель прерывателя контура заземления для та же цель.

    Резистор работает, понижая ток контура заземления. Огромные токи не могут течь, и поэтому гул не индуцируется. Но если более одного кабеля в шлейфе есть резистор, то слабый гул может возникают из-за отсутствия надежного заземления.

  4. Группирование кабелей контура заземления в виде змейки предотвращает гудение, даже если контур заземления все еще существуют. Это связано с тем, что сборка обеих ветвей петли в один кабель приводит к тому, что обе ветви имеют равные но индуцированные токи противоположные.Токи нейтрализуют друг друга.
  5. Точно так же вы можете связать кабели в контуре заземления вместе с кабельными стяжками, если они такой же длины.
  6. Лучший способ разорвать контур заземления — использовать изолирующий трансформатор контура заземления, как в иллюстрация E. Это пропускает сигнал и сохраняет все заземленным, но не проходит через контур заземления. токи вообще. Отключение других кабелей также не вызывает шума.

Как распознать контур заземления?

Ищите любое место, где сигнальные кабели образуют круг, или где сигнальные кабели и линии безопасности основания образуют круг.См. Вторую панель справа.

Могут ли другие кабели также образовывать контуры заземления?

Да. Компьютерные и цифровые аудиокабели могут стать частью контуров заземления. Иногда компьютер монитор может образовывать путь. MIDI обычно невосприимчив к контурам заземления, потому что связь оптоизолированный. Но если MIDI-устройство получает питание от MIDI-отправляющего устройства, земля изоляция потеряна.

Я также видел контуры заземления в постоянной проводке, приводящие к сбою цифровой системы управления сценическим освещением. сходить с ума.И все эти заземляющие соединения должны были быть там по электрическому кодексу, так что лекарства не было!

Ссылки:

«Найдите любое место, где сигнальные кабели образуют круг, или где сигнальные кабели и линии электропередач. основания безопасности образуют круг «.

«Лучший способ разорвать контур заземления — использовать изолирующий трансформатор контура заземления».


Причины и способы устранения контура заземления:

A — Контура заземления отсутствует, поскольку одно устройство имеет двойную изоляцию.

B — Контур заземления через защитное заземление вызывает гудение.

C — Размыкание контура заземления с резистором 10 Ом.

D — Разрыв экрана для устранения контура заземления.

E — Изолирующий трансформатор контура заземления.


Ситуации наземного контура:

Вверху: контуры заземления часто появляются в петлях эффектов и вставках.

Средний: при выборе нескольких мониторов часто образуются контуры заземления.Здесь более чем образуется один контур заземления.

Внизу: контур заземления также может формироваться через компьютер.

Разрыв контуров заземления с функциональной изоляцией для уменьшения ошибок передачи данных

В этой статье объясняется, как возникают контуры заземления, и обсуждается, как гальваническая изоляция использовалась для их устранения.

Передача данных на большие расстояния чревата потенциальными проблемами. Контур заземления может быть источником помех, которые могут вызвать напряжение шума между заземлениями на обоих концах передачи.Если это напряжение достаточно велико, это может вызвать ошибки данных на приемнике. В этой статье объясняется, как возникают контуры заземления, и обсуждается, как гальваническая развязка использовалась для их устранения. Контуры заземления обсуждаются в контексте USB в этой статье, но другие интерфейсы, такие как RS-232, RS-485 и CAN, также чувствительны к контурам заземления (см. AN-375, AN-740, AN-770). . Хотя это обсуждение сосредоточено на разрыве контуров заземления как мотивации для изоляции этих интерфейсов, есть и другие важные соображения, такие как безопасность оператора и защита электроники, которые требуют изоляции.Более подробно они описаны в Ott, AN-375, AN-740, AN-770 и AN-727 (см. Раздел «Ссылки»).

Контуры заземления — это, как следует из их названия, физический контур в схеме заземления системы, возникающий в результате нескольких путей заземления между контурами. Эти пути заземления могут действовать как большая рамочная антенна, которая улавливает шум из окружающей среды, вызывая токи в системе заземления. Магнитное поле 50/60 Гц от сети переменного тока является обычным источником шума, который улавливается контурами заземления.Аналогично, распределенная система заземления может также позволить шуму напряжения заземления от источников в одном месте вызвать протекание заземляющих токов в контуре заземления. Поскольку заземление имеет низкий импеданс, шумовые токи часто бывают большими. Шум в сотнях милливольт может вызвать протекание тока через контур заземления.

На рисунке 1 показан пример того, как помехи контура заземления могут возникать в общем тракте передачи данных. Устройство №1 подает несимметричный сигнал, который принимает Устройство №2.Сигнальная линия заземлена на любом устройстве. Например, заземление может быть экраном коаксиального кабеля. Между заземляющими устройствами устройств имеется второй путь с низким сопротивлением через заземления их источников питания. Эти два заземляющих соединения создают большую петлю, которая улавливает шумовое напряжение от магнитного поля расположенного поблизости источника помех. Эти помехи ухудшают сигнал, воспринимаемый устройством №2, и затрудняют передачу.

Рис. 1. Помехи от контура заземления в общем тракте передачи данных.

В то время как разработчики должны быть осторожны, чтобы избежать петель, используя одно место заземления, для некоторых интерфейсов требуется заземление между их приемопередатчиками. Это заземление необходимо разорвать, сохраняя при этом поток информации от передатчика к приемнику. Другими словами, два устройства должны быть гальванически изолированы.

Одним из возможных методов разрыва цепи заземления является использование оптопары, как показано на рисунке 2. Устройство №1 управляет светодиодом оптопары, который возбуждает ток в фототранзисторе.Заземление через кабель удалено, что предотвращает протекание шумовых токов между устройством №1 и устройством №2, и информация передается в виде света.

Рисунок 2.

Этот подход имеет ограничения, поскольку производительность и сложность интерфейса возрастают. Интерфейсы с оптической изоляцией могут стать сложными, дорогими и потребовать значительного места на плате. Оптопары имеют значительные задержки распространения, что делает их полезными только для низкоскоростных сигналов.Рассеивание мощности в светодиодах и подтягивающем резисторе может стать значительным при использовании нескольких оптопар. Технология цифровой развязки может использоваться для разрыва контуров заземления без ущерба для производительности интерфейса и относительно небольшого количества компонентов в простых схемах приложений. Цифровые изоляторы — это неоптические изоляторы, в которых используются ИС интерфейса CMOS для передачи информации через емкостную или магнитную связь (Ott).

Соединение двух устройств с питанием от переменного тока с помощью кабеля USB может вызвать контур заземления, который нарушит связь по шине.Обмен данными по USB осуществляется по одной двунаправленной дифференциальной паре (сигналы D + и D- на рисунке 3). Хост-устройство управляет шиной и взаимодействует с периферийным устройством. Направленность пакетов данных устанавливается через протокол USB, а не через управляющие сигналы. Хост-устройство обеспечивает питание и заземление периферийного устройства. Это заземление в кабеле USB и заземление хоста и периферийного устройства образуют контур заземления, который может вызвать перемещение потенциала земли периферийного устройства относительно хоста и привести к ненадежной связи (см. AN-375, AN-727).

Рисунок 3.

Изоляция USB-порта для устранения заземления кабеля по своей сути является сложной задачей, поскольку отсутствуют управляющие сигналы, указывающие, передаются ли данные в нисходящем (на периферийное устройство) или восходящем (на хост) потоке. Без доступа к внутренним сигналам механизма последовательного интерфейса (SIE), управляющего шиной, единственный способ определить направленность данных — это транзакции шины. Сигналы SIE могут быть недоступны, потому что SIE часто интегрируется в процессоры.

Есть несколько возможных подходов к изоляции USB. Например, проблемы изоляции D + и D- можно избежать, используя внешний SIE, который управляется последовательным интерфейсом с однонаправленными сигналами, такими как SPI. SPI однонаправлен, поэтому его легче изолировать. Рисунок 4 иллюстрирует этот подход. Задержка распространения оптронов сильно ограничит скорость изолированного SPI, поэтому используется четырехканальный цифровой изолятор. Внешний USB-контроллер передает данные из своих буферов, которые заполняются через интерфейс SPI.Хотя внешний SIE будет передавать данные на самой быстрой скорости передачи данных периферийного устройства, эффективная скорость передачи данных по шине ограничена способностью контроллера сохранять буферы SIE полными. В этом случае задержка распространения цифрового изолятора может быть узким местом. Этот подход является дорогостоящим с точки зрения места на плате из-за внешнего SIE и может потребовать модификации драйверов периферийного устройства.

Рисунок 4.

Более простой подход — напрямую изолировать линии D + и D− с помощью однокристального изолятора USB ADuM3160, как показано на рисунке 5.Этот цифровой изолятор не требует модификации драйверов хоста или периферийных устройств. Его внутренняя логика определяет направленность D + и D− по протоколу USB и соответственно активирует и деактивирует драйверы. Изолирующий барьер на 2,5 кВ разделяет заземляющее соединение через USB-кабель, что в противном случае могло бы вызвать контур заземления (Кантрелл).

Рисунок 5.

Простое аппаратное моделирование контура заземления было разработано для иллюстрации рисков контуров заземления при проводной связи и эффективности гальванической развязки при размыкании контуров заземления.Тестовая установка создавала контур заземления с подключениями через USB-кабель и источники питания USB-концентратора и периферийного устройства, которыми управлял ноутбук. Эта установка соединяла сигнал 60 Гц, полученный из линии электропередачи переменного тока, с линией заземления с трансформатором. Это было аналогично магнитному полю от линий электропередачи, вызывающему шум в контуре заземления, поскольку он основан на том же источнике шума. Переменное последовательное сопротивление позволяло регулировать ток через контур заземления. Наблюдалось напряжение от земли концентратора до земли периферийного устройства, и ток через контур заземления увеличивался до тех пор, пока не нарушалась связь с концентратором.Два разных периферийных устройства постоянно теряли связь с концентратором и ноутбуком, когда их земля повышалась до более чем 1 В (среднеквадратичное значение) над землей концентратора из-за имитации тока контура заземления. Изоляция порта концентратора USB-изолятором ADuM3160 и заземления через USB-кабель и предотвращение протекания трансформаторного тока. Это эффективно восстановило связь между ПК и любым периферийным устройством и демонстрирует, как можно использовать цифровую изоляцию для предотвращения контуров заземления.

Таким образом, контуры заземления могут быть проблематичными при проводной связи. Множественные заземляющие соединения между устройствами создают петлю, которая может улавливать помехи от близлежащих магнитных полей переменного тока. Кроме того, если есть разница в потенциале земли, которая может иметь место на больших расстояниях, это будет способствовать току шума контура заземления. Любой из них может вызвать ошибки данных. USB — это пример интерфейса, который может страдать от помех от контура заземления и который нелегко изолировать с помощью дискретных цифровых изоляторов.Аппаратное моделирование контура заземления дало реальный пример того, как контуры заземления могут повлиять на интерфейс USB, и как изолятор USB, ADuM3160, исправил ситуацию. Другие интерфейсы, помимо USB, также могут испытывать проблемы из-за контуров заземления. Ресурсы о том, как изолировать эти интерфейсы, и дополнительную информацию о цифровой изоляции можно найти на сайте www.analog.com/iCoupler.

использованная литература

Замечания по применению AN-375. Семейство ADM2xxL для связи RS-232 . Analog Devices, Inc., май 1994 г.

Замечания по применению AN-727. iCoupler ® Изоляция в приложениях RS-485 . Analog Devices, Inc., июнь 2004 г.

Замечания по применению AN-770. iCoupler ® Изоляция в приложениях CAN-шины . Analog Devices, Inc., март 2005 г.

Отт, Генри. Методы шумоподавления в электронных системах. Второе издание. Wiley-Interscience. 1988.

Turtle Tough | Как бороться с заземляющими петлями | Поиск и устранение неисправностей


Были ли у вас проблемы с системой управления технологическим процессом и электрическими приборами?
Источником могут быть контуры заземления.Что это?

Потенциально вредная петля, образующаяся, когда две или более точек в электрической системе, обычно имеющих потенциал земли, соединены токопроводящей дорожкой, так что одна или обе точки не имеют одинакового потенциала земли ». Нежелательные контуры заземления могут вызвать неточные показания датчика, отрицательно влияя на сигналы приборов.

Контур заземления существует, когда цепь подключена к заземлению в двух или более точках. Поскольку потенциал земли меняется от точки к точке, два или более соединения с землей вызывают протекание токов.Если ток течет по сигнальному проводу, в результате получается зашумленный сигнал смещения.

Классическим признаком контура заземления является датчик, который правильно считывает данные в буферах, но дает показания с большой ошибкой при помещении в технологическую жидкость. При типичном технологическом измерении датчик pH подключается через технологическую жидкость и трубопровод к заземлению. Если схема в анализаторе pH подключается ко второму заземлению, ток будет течь через электрод сравнения.Напряжение, пропорциональное току и сопротивлению электрода, возникает на электроде сравнения. Поскольку напряжение идет последовательно с напряжениями других элементов, ток контура заземления приводит к тому, что показание pH существенно отличается от ожидаемого значения. Токи, создаваемые контурами заземления, часто нестабильны, поэтому показания pH, на которые влияют контуры заземления, часто бывают зашумленными.

Проверка контура заземления

Если система приборов начинает работать странно или беспорядочно, убедитесь, что вы устранили все непредусмотренные заземляющие соединения.Или если ваши показания колеблются, когда вы касаетесь кабеля или перемещаете датчик. Это может произойти, когда вы добавляете или меняете двигатель или мешалку. Любая электрическая деталь, с которой работают — может нарушить баланс и требует повторной проверки.

Используйте следующую процедуру для проверки контуров заземления:

  1. Извлеките датчик pH из технологической жидкости.
  2. Откалибруйте датчик в буферах. Убедитесь, что нет прямого электрического соединения между контейнером, содержащим буфер, и технологической жидкостью или трубопроводом.
  3. Зачистите концы толстого провода.
  4. Подсоедините один конец провода к технологическому трубопроводу или, лучше, поместите его в технологическую жидкость. Другой конец провода поместите в емкость с буфером и датчиком. Провод обеспечивает электрическое соединение между технологическим процессом и датчиком

Если показание pH изменилось или стало шумным после подключения, значит, существует контур заземления. Если никаких симптомов не наблюдается, петли заземления, вероятно, не существует.

Наличие контуров заземления — это не просто то, что искажает показания, но, скорее, то, что также поляризует и повреждает датчик. Поляризация датчика может привести к ошибочным показаниям даже после удаления из контура заземления. Поляризация может со временем рассеяться, чтобы вернуться к более нормальному отклику, хотя из-за этого может потребоваться повторная калибровка. Со временем наличие контура заземления, в котором установлен датчик, полностью нарушит чувствительность датчика и приведет к преждевременному выходу из строя.Эта ситуация требует немедленных корректирующих действий.

Что дальше?

  • Намного легче избежать контуров заземления во время установки и планирования проекта, чем диагностировать и устранять их в полевых условиях после установки.

  • Часто не на одной и той же земле и часто разделены расстоянием

  • Не всегда только в контуре 4-20 мА

  • Учитывать неизолированный RS-485 сигнальных проводов

  • Учитывать неизолированные земли питания / выходной мощности на входе

  • Потенциалы земли НЕ равны

  • RGND вызвано несколькими факторами, такими как:

Итак, если вы не можете устранить условия для контуров заземления, каков ваш следующий шаг? Вы можете использовать изоляторы сигналов.Эти устройства прерывают гальванический путь (непрерывность постоянного тока) между всеми заземлениями, позволяя аналоговому сигналу распространяться по контуру. Изолятор также может устранить электрические помехи при непрерывности переменного тока (синфазное напряжение). Есть несколько способов сделать это, но независимо от выбранного вами метода изоляции изолятор должен обеспечивать изоляцию входа, выхода и питания. Если у вас нет этой трехсторонней развязки, может возникнуть дополнительный контур заземления между источником питания изолятора и входным и / или выходным сигналом процесса.

Прекращение заземления в будущем

Чтобы свести к минимуму опасность введения этих контуров в сложную сеть, следует использовать специальную шину заземления контрольно-измерительной системы и подключить к ней заземление от общего сигнала, заземления шкафа и заземления источника переменного тока КИПиА. Автобус привязан к земле через строительную площадку и решетку растительного грунта. Но это может быть намного сложнее, чем кажется. Например, у вас редко будет только один цикл инструментовки.Фактически, у вас могут быть сотни или даже тысячи. Многие из них упакованы вместе в шкафы контрольно-измерительной системы, поставляемые поставщиками. Как правило, они содержат общую шину сигнала постоянного тока и общую шину источника питания. Производитель обычно связывает эти шины вместе в шкафах на главной шине заземления. Заземление шкафа — это защитное заземление, которое защищает оборудование и персонал от случайного поражения электрическим током. Он также обеспечивает прямую линию отвода статических зарядов или электромагнитных помех (EMI), которые могут повлиять на шкафы.Это заземление шкафа остается отделенным от заземления сигнала постоянного тока до тех пор, пока оно не будет подключено к главной шине заземления.

Заземление переменного тока — это одноточечное заземление системы питания переменного тока. Это заземление подключается к заземлению на главном изолирующем трансформаторе переменного тока. Он также заканчивается в одной точке сети заземления предприятия (обычно это заземляющий электрод).

По всем вопросам, связанным с анализом экстремальных жидкостей, обращайтесь к нам по телефону

Загрузить

Что такое контур заземления?

Контур заземления — это в основном то, что происходит, когда два отдельных устройства (A и B) подключаются к земле разными путями, а затем также подключаются друг к другу другим путем, образуя контур.Когда создается контур заземления, ток может течь в непредвиденных направлениях. Ток может течь на землю через собственный путь заземления устройства или может сначала течь к другому устройству, прежде чем попасть на землю из-за разницы электрических потенциалов между устройствами. Этот непреднамеренный ток вызывает передачу шума системы или помех на соседние устройства.

Эффекты контуров заземления

Контуры заземления очень заметны на звуковом оборудовании, так как они могут вызывать гудящие или жужжащие звуки, которые, как правило, нежелательны в аудиосигнале.

Одним из примеров возникновения петли заземления является простая установка портативного компьютера и динамика с питанием от переменного тока. Когда динамик используется портативным компьютером, подключенным через аудиокабель, когда ноутбук и динамик подключены к сети переменного тока, динамик может издавать жужжащий звук. Эта проблема может быть решена отключением зарядного устройства ноутбука от сети, что разрывает контур заземления. Этот сценарий может произойти, а может и не произойти, в зависимости от заземления вашего дома или учреждения.

Другими эффектами контуров заземления являются помехи при передаче данных, радиочастотные помехи и шум источника питания.

Решения для контуров заземления

Если вы случайно столкнетесь с контуром заземления на своих устройствах, не беспокойтесь. Контуры заземления легко устранить, если вы их поймете.

1. Используйте одну вилку переменного тока

Большинство проблем контура заземления можно устранить, просто подключив устройства к одному источнику переменного тока с таким же заземлением.Таким образом вы уменьшите разницу в электрических потенциалах между заземлением устройств.

2. Подъемник на землю

Один из самых простых способов устранить контур заземления — это отрезать путь заземления от одного устройства к другому. Тем самым он разрывает петлю, созданную в земле. Большинство аудиоустройств в настоящее время имеют выключатель заземления, так что можно легко отрезать путь заземления от одного устройства. Если переключатели заземления недоступны, вы можете просто сломать или отсоединить заземляющий экран на одном конце кабелей, используемых между устройствами.

3. Изолирующий преобразователь звука

Это устройство вставляется вдоль аудиотракта. Он содержит трансформатор, который изолирует звуковую землю и сигнал между источником и выходом. Обычно используется трансформатор 1: 1, но можно использовать и другие трансформаторы для повышения уровня выходного сигнала.

4. Изолирующий трансформатор питания

Вы также можете устранить контур заземления, изолировав прямое соединение устройства с землей переменного тока с помощью изолирующего трансформатора питания.Он похож на изолирующий трансформатор звука, но изоляция вставлена ​​на стороне питания, а не на стороне аудиовыхода.

ССЫЛКИ:

Контуры заземления USB — Duet3D

  • Когда компьютер подключен к сети, имеется соединение между заземляющим контактом сетевой вилки и заземляющим контактом на разъеме USB. Когда вы используете ноутбук с подключенным к нему сетевым зарядным устройством, это обычно также происходит.
  • Когда вы запитываете Duet от источника питания 12 В или 24 В, обычно снова возникает соединение между заземляющим контактом сетевой вилки и отрицательным выходом блока питания.Это всегда относится к источникам питания ATX и может относиться к другим источникам питания — или вы могли добавить это соединение самостоятельно из соображений безопасности.
  • Отрицательный вход VIN на Duet подключается к заземляющему контакту USB-разъема.
  • Когда вы подключаете USB-кабель, кабель соединяет заземляющий контакт USB-разъема на печатной плате с заземляющим контактом USB-разъема на плате. Дуэт, завершающий петлю.
  • USB-кабель и заземление сети образуют альтернативный путь прохождения тока между Duet и отрицательным выходом источника питания.Если соединение между отрицательной клеммой клеммной колодки VIN Duet и отрицательным выходом источника питания слабое, то будет использоваться этот альтернативный путь. Кабель USB нагревается, и вы рискуете повредить порты USB на ПК и Duet.
  • Если соединения заземления источников питания Duet и ПК имеют разные потенциалы, например, из-за неисправности сети или из-за того, что другое оборудование, подключенное к сети, имеет значительный ток заземления, большой ток будет течь через USB провод заземления кабеля.
  • Другие устройства, питаемые от сети, могут создавать переходные процессы заземления. Они будут проходить через USB-кабель и могут вызвать перезагрузку Duet или другие нарушения нормальной работы.
  • Не подключайте принтер к ПК через USB, если в этом нет необходимости. У всех дуэтов есть соединения Ethernet или WiFi, поэтому USB обычно используется только при отладке.
  • Если вам действительно необходимо использовать USB-соединение, подключите ПК и блок питания Duet и ничего другого либо к двойной сетевой розетке, либо от отдельного сетевого распределительного блока.
  • Убедитесь, что очень уверен, что кабель между источником питания и отрицательной клеммой VIN на Duet рассчитан на соответствующий ток и надежен на обоих концах. Убедитесь, что винты клеммной колодки VIN на Duet остаются затянутыми.
  • Пропустите USB-кабель несколько раз через ферритовое кольцо, или используйте USB-кабель с уже установленным ферритовым кольцом, или купите разрезную ферритовую бусину и закрепите ее над проводом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *