(2) Зашунтируйте концы кабеля, участвующего в контуре заземления, эффективно соединив оборудование на каждом конце кабеля с одним и тем же SRG. Это значительно снижает влияние шумового тока на путь проводника сигнала, обеспечивая множество параллельных путей для его протекания через SRG с низким импедансом.

Тем не менее, полезный сигнал по-прежнему остается относительно равномерно разделенным между двумя сигнальными проводниками на кабеле и не поступает в SRG. Это происходит из-за того, что взаимно связанные поля от тесно связанных питающих и обратных проводников в кабеле и для сигнала действуют так, что этот путь имеет гораздо более низкий импеданс для прохождения сигнальных токов, чем SRG.

Мы рекомендуем правильно спроектировать и внедрить систему заземления объекта, чтобы избежать ее нежелательного вмешательства в работу оборудования. Такой подход может также устранить необходимость рассмотрения модификаций оборудования и проведения дорогостоящих диагностических мероприятий, поскольку большинство проблем, связанных с синфазным шумом, устраняется в сигнальных цепях. Правильно установленный SRG вместе с хорошей практикой соединения является рекомендуемым методом минимизации проблем с синфазным шумом, поэтому в таких случаях он становится первой линией защиты.

Хотя может быть правдой, что конструкция на основе SRG такого типа является одновременно консервативной и несколько более дорогостоящей (первоначально), чем другие широко используемые методы проводки, наш опыт ясно показывает, что использование подхода SRG дает превосходные и, в конечном итоге, более высокие затраты. -эффективные результаты за счет отсутствия последующих операционных проблем. Другими словами, консервативный проект с использованием SRG стоит немного дороже, но позволяет избежать множества очень сложных и потенциально дорогостоящих проблем после того, как работа будет сделана.

Как правило, в сложных системах с взаимосвязанными проводниками данных и сигналов невозможно избежать всех контуров заземления.

Некоторые подходы, которые можно использовать для предотвращения вредного воздействия таких контуров заземления, включают:

Точка № 1

Где возможно, сгруппируйте взаимосвязанное электронное оборудование в зоне, обслуживаемой единой эталонной сеткой сигналов (SRG). Если взаимосвязанное оборудование расположено в отдельных, но смежных помещениях, то общая опорная сетка сигналов должна обслуживать все помещения.

Точка #2

Эффективно прикрепите каждую раму/корпус взаимосвязанного оборудования к SRG. Таким образом, SRG действует как равномерно распределенная опорная земля, поддерживающая полезно низкий импеданс в очень широком диапазоне частот. Обычно от постоянного тока до нескольких десятков МГц, например.

Пункт № 3

Если рабочая зона существует и ее ПК подключены к сети, держите все оборудование рабочей зоны (например, ЦП, монитор, принтер, внешний модем и т. д.) тесно сгруппированными и получающими питание от рабочего места. участок выделенной ответвленной сети. Если для питания рабочей зоны требуется использовать более одной ответвленной цепи, убедитесь, что обе питаются от одного и того же щита. Избегайте подключения какого-либо другого оборудования к ответвленным цепям, используемым оборудованием рабочей зоны.

Точка #4

Используйте оптоволоконные пути для каналов передачи данных. Лучшим, но и самым дорогим решением является использование волоконно-оптических кабелей для всех цепей передачи данных, поскольку в таких цепях не может быть контуров заземления (или проблем с импульсным током).

Однако из-за увеличения начальной стоимости и дополнительной сложности использование цепей оптоволоконного кабеля обычно (и, к сожалению) рассматривается как крайняя мера. Вместо этого его следует рассматривать как важную первую стратегию, позволяющую избежать проблем, решение которых в конечном итоге может стоить дороже.

Точка #5

Используйте оптоизоляторы, которые могут обеспечить изоляцию в несколько кВ для пути передачи данных, на котором они используются. Они доступны в качестве дополнительных преобразователей протоколов передачи данных для наиболее популярных форм схем передачи данных.

Это очень полезный вариант модернизации для цепей передачи данных, подверженных воздействию скачков напряжения и контуров заземления. В этих цепях также рекомендуется применять устройства защиты от перенапряжения (SPD), если требуется защита от более высоких напряжений, связанных с большими токами.

Пункт #6

Другие формы преобразователей протоколов могут применяться к стандартным формам сигнальных цепей, чтобы сделать их менее восприимчивыми к синфазным помехам на заземляющих проводниках, связанных с сигнальным трактом. Например, переход с RS-232 на RS-422 или RS-485 и т. д. следует рассматривать в особо шумных условиях.

Точка #7

Улучшите экранирование кабелей передачи данных. Поместите кабели в хорошо и часто заземленные металлические кабелепроводы или аналогичные кабельные каналы.

Пункт № 8

Следуйте рекомендациям по установке сигнальных кабелей стандарта IEEE Std. 1100, Рекомендуемая практика для питания и заземления чувствительного электронного оборудования.

Оборудование, соединенное сигнальными кабелями данных и расположенное на разных этажах или на большом расстоянии друг от друга в здании, может оказаться неспособным эффективно использовать некоторые или все вышеперечисленные решения, за исключением тех, которые связаны с оптической изоляцией и некоторыми методами преобразования протоколов. Это происходит из-за того, что оконечное оборудование для сигнальных кабелей, скорее всего, питается от разных ответвлений, щитов и даже отдельно выведенных систем переменного тока. Следовательно, эталоны заземления соответствующего оборудования, вероятно, будут иметь разный потенциал, по крайней мере, некоторое время.

В то время как наилучшее решение в описанной выше ситуации включает либо оптоволокно, либо методы оптоизоляции, часто можно добиться хорошей производительности, предоставив каждому из отдельных местоположений SRG, а затем соединив SRG с большим расстоянием друг от друга и несколькими заземляющие/соединяющие проводники, металлические кабельные лотки со сплошным дном, кабельные каналы или кабелепроводы, содержащие сигнальные кабели данных.

Примером использования широко расставленных заземляющих/соединяющих проводников для соединения двух областей SRG является наличие конструкционной строительной стали и ее использование в этой роли.

Поскольку колонны из конструкционной стали устанавливаются на стандартных расстояниях в данном здании, эти колонны обычно можно использовать для этой цели. Большое расстояние необходимо, поскольку задействованные проводники являются индукторами, и взаимная индуктивность между такими проводниками, которые не расположены далеко друг от друга, довольно высока. Это приводит к тому, что несколько близко расположенных проводников выглядят как один индуктор, а не как параллельные индуктивности, которые демонстрируют более низкое общее реактивное сопротивление между элементами, для соединения которых они используются.

Кроме того, каждая из вышеперечисленных отделенных областей оборудования, содержащих SRG, должна питаться переменным током от локально установленного изолирующего трансформатора, указанного SRG, а не от щитов и фидеров от какого-либо удаленно расположенного источника питания.

Наконец, поскольку отдельные зоны в здании подвержены большой разности потенциалов из-за токов разряда молнии и некоторых видов замыканий на землю в системе переменного тока, концы сигнальных кабелей всегда должны быть оборудованы устройствами защиты от перенапряжения (УЗП).

Проблемы с заземлением? Поделитесь с нами.

Артикул: erico

Если вам понравилась эта статья, подпишитесь на наш канал YouTube для видеоуроков по ПЛК и SCADA.

Вы также можете подписаться на нас в Facebook и Twitter, чтобы получать ежедневные обновления.

Читать далее:

• Важность системы заземления
• Что такое датчик заземления?
• Заземление нейтрали в энергосистеме
• Потенциал шага и касания в земле
• Методы определения неисправности кабеля

Будьте первыми, кто получит эксклюзивный контент прямо на вашу электронную почту.

Обещаем не спамить. Вы можете отписаться в любое время.

Неверный адрес электронной почты

WTF Являются ли контуры заземления? | Хакадей

• автор:
Боб Баддели

Эти волшебные существа появляются из ниоткуда и поджаривают вашу электронику или раздражают ваши уши. Понимание их, несомненно, сэкономит вам деньги и нервы. В двух словах, контур заземления — это то, что происходит, когда два отдельных устройства (A и B) подключаются к земле отдельно, а затем также соединяются друг с другом через какой-либо кабель связи с землей, создавая петлю. Это обеспечивает два отдельных пути к земле (B может проходить через свое собственное соединение с землей или может проходить через землю кабеля к A, а затем к земле A), а это означает, что ток может начать течь непредвиденным образом. Это особенно заметно в аналоговых AV-установках, где результатом является звуковой шум или видимые полосы на изображении, но иногда это также является причиной необъяснимых отказов оборудования.

Одним из примеров является ваше кабельное телевидение. Это аналоговый сигнал, который приходит в ваш дом и заземляется в одном месте, обычно за пределами вашего дома. Кабель протягивается к вашему развлекательному центру, где он подключается к ресиверу, заземленному в другом месте. Это создает петлю и из-за электромагнитной индукции, связанной со всеми видами сигналов переменного тока вокруг, блуждающий ток , который затем просачивается через различные цепи. Другой способ представить это как половину трансформатора; это один цикл, и большая часть этого цикла составляет рядом с  к проводу под напряжением здания с постоянно меняющимся током. Нередки случаи, когда в звуковом оборудовании слышен гул частотой 50 или 60 Гц из-за влияния контуров заземления.

Теперь, когда вы эксперт, решить проблему (или полностью избежать ее) довольно просто. Самый верный способ — разрезать петлю, что означает удаление кабеля или замену его чем-то, что не является проводом. Вы можете переключиться на беспроводную связь, такую ​​как Bluetooth или WiFi. Некоторые проводные протоколы используют дифференциальные сигналы вместо несимметричной, поэтому нет необходимости в общем заземлении для эталона. Переместите вилки так, чтобы они были подключены к одной и той же розетке, чтобы ваша петля была как можно меньше.

Когда дело доходит до вашего осциллографа, вполне вероятно, что в какой-то момент вы захотите проверить что-то, что питается от сети, и тогда вы получите совершенно другой вид контура заземления. Если ваша вещь на батарейках, здесь нет никакой опасности; сойти с ума, потому что нет возможности создать контур заземления. Если он подключен к стене, но через изолированный источник питания (что-то с двумя контактами и изолирующим трансформатором), все еще в порядке, потому что все еще нет пути для контура заземления, но вы можете увидеть некоторый шум от грязного питания. .

Но если он подключен к сети и имеет контакт заземления (даже косвенно, например, устройство, питаемое от USB через блок питания компьютера), существует вероятность создания контура заземления, поскольку вы подключаете свой заземленный прицел к другому заземленное устройство через пробник. Зажим заземления на зонде подключается прямо к контакту заземления, а заземление всех зондов соединено друг с другом, а эти контакты заземления подключены к заземлению на вашем устройстве. Если это неясно, лучше резюмировать так: «все ваши заземления уже подключены друг к другу и относятся к одному и тому же проводу — заземляющему контакту». Когда вы подключаете зажим заземления к тестируемому устройству, вы создаете контур заземления, который добавит шум к вашим измерениям и, возможно, повредит осциллограф.

Если вы ошибетесь и прикрепите заземляющий зажим к чему-то, что на самом деле не заземлено, у вас возникнут всевозможные проблемы, так как устройство теперь закорочено на землю через ваш пробник, который быстро самоуничтожится. Тестирование устройств с заземляющим контактом требует особой осторожности, чтобы не допустить подключения элементов с разными потенциалами.

Подводя итог: земля — это не просто земля. Для целей измерения шума лучше всего, чтобы каждое устройство имело один и только один путь к одной точке заземления. Когда есть два или более пути к земле, они могут образовывать петлю, которая улавливает все виды электрических и магнитных помех окружающей среды. Починить заземляющий контур так же просто, как разорвать его, но для этого вы должны хорошо представлять себе все заземляющие пути в игре. Какой самый сложный контур заземления вы когда-либо видели? Мы упускаем какие-то хорошие решения?

Понимание контуров заземления – Рекомендации по применению

Контуры заземления могут создавать серьезные неудобства в системах сбора данных HVAC, поскольку их трудно обнаружить. В большинстве случаев они не причиняют вреда, но могут вызвать непредсказуемые проблемы спустя годы после установки!

Что такое контур заземления?

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

Мифология заземления

Универсальная концепция, которой учат в технических школах и инженерных колледжах, заключается в том, что «земля» всегда имеет нулевое напряжение, может бесконечно поглощать электрический ток и безвредно рассеивать его мгновенно. Однако идеальное основание является лабораторной абстракцией и не существует в реальном мире.

Настоящие земли являются проводниками, поэтому между всеми точками заземления существует определенное сопротивление электрическому току. Это сопротивление может меняться в зависимости от влажности, температуры, подключенного оборудования и многих других переменных. Сопротивление всегда может позволить электрическому напряжению существовать на нем. Большие токи, протекающие через заземление, вызовут падение напряжения в заземляющих проводниках, и для их рассеивания потребуется время.

Департамент сельскохозяйственной инженерии Мичиганского государственного университета измерил сопротивление заземления на входах в систему электроснабжения и обнаружил, что значения сопротивления земли могут различаться до 2 вольт. Фактически, Национальный электрический кодекс (NEC) допускает изменение заземления на величину до 2,5 % от напряжения ответвленной цепи или 3 вольта RMS для цепи 120 В переменного тока (см. «Ссылки» ниже для получения дополнительной информации об исследовании штата Мичиган и NEC код).

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

Если земля такая плохая, зачем вообще земля?

Основание необходимо по двум причинам: безопасность и безопасность.

В статье 250 NEC указано, что изолированные вторичные обмотки понижающих распределительных трансформаторов должны быть заземлены на входе в здание. Земля представляет собой медный стержень, вбитый в землю не менее чем на 8 футов. NEC требует, чтобы каркас из конструкционной стали, водопроводные трубы и другие крупные металлические объекты были соединены с площадкой входа в здание. Если изоляция провода повреждена или провод непреднамеренно отсоединился и коснется металлического предмета, от силового распределительного трансформатора на землю потекут большие токи короткого замыкания. Эти чрезмерные токи размыкают предохранители и автоматические выключатели, не позволяя оборудованию находиться под более высоким потенциалом, чем ближайшая раковина или строительная конструкция. Если заземление в распределительном щите по какой-либо причине отключается, то заземление входа питания в здание на трансформаторе обеспечивает протекание чрезмерного тока короткого замыкания, размыкание предохранителей и автоматических выключателей. Защита здания от пожара и защиты находящихся в нем людей от поражения электрическим током является основной функцией системы заземления распределения электроэнергии.

Вторая проблема безопасности — поддерживать оборудование в пределах нормального диапазона рабочего напряжения. Большинство современных контроллеров с прямым цифровым управлением (DDC) будут работать без заземления где бы то ни было. Единственная загвоздка в том, что незаземленное оборудование может накапливать большие статические заряды из-за утечки изоляции. Первый человек, который подойдет и прикоснется к оборудованию, получит очень неприятный шок. Если статический заряд становится достаточно высоким, он разряжается на ближайший проводник с более низким потенциалом. Мгновенные разрядные токи могут достигать нескольких тысяч ампер и разрушать электронные компоненты системы. Заземление системы позволяет рассеять заряды без повреждений.

Помехи сигналам от контуров заземления

Контуры заземления позволяют электрическим и магнитным помехам создавать источники шумового напряжения. Эти источники напряжения добавляются к измеряемому сигналу и неотличимы от правильного сигнала. Контроллер, не зная, что он считывает неправильное значение, выполняет неправильное управляющее действие. Это может привести к некомфортным условиям для жильцов. Это также может привести к колебаниям механического оборудования, что приведет к преждевременному износу оборудования.

Помехи сигналам из-за магнитной индукции

Основными источниками этих проблем с шумом являются магнитная индукция и дисбаланс грунта.

Любая петля из проводящего материала образует одновитковый трансформатор, если присутствует магнитное поле, а магнитные поля возможны везде, где используется переменное напряжение. Магнитные поля создаются переменным напряжением, текущим по проводу, двигателями или флуоресцентными лампами. В цепях очень низкого уровня болтающиеся провода, движущиеся в магнитном поле земли, могут даже вызвать проблемы. Магнитное поле вызывает протекание тока в петле из проводящего материала, а сопротивление петли создает напряжение из этого протекающего тока.

Чем интенсивнее магнитные поля или чем выше частота магнитных полей, тем больше течет ток. Закон Ома гласит, что ток, умноженный на сопротивление, равен напряжению. Таким образом, чем больше ток, тем больше источник шума напряжения.

На левом рисунке ниже показан контур заземления под воздействием магнитного поля. Магнитное поле вызывает протекание электрического тока в контуре заземления. Сопротивление контура преобразует поток тока в источник напряжения между входом заземления контроллера и клеммой заземления датчика, как показано на правом рисунке ниже.

Помехи сигналам из-за дисбаланса заземления

Электрические нагрузки могут различаться в разных зданиях, что приводит к возникновению различных токов в системе заземления. Если в системе заземления протекает большой ток, а датчик помещен в цепь с заземлением, которая также имеет контур заземления, то к сигналу будет добавлена ​​разница напряжений между двумя точками заземления.
На рисунке ниже слева показан источник тока короткого замыкания, подающий ток в систему заземления. Если, как в исследовании штата Мичиган, напряжение в системе заземления составляет два вольта, то к сигналу датчика добавляется напряжение неисправности в два вольта, как показано на рисунке ниже справа.

Закрытие

Контур заземления может сделать самую лучшую систему управления неэффективной. Если вы считаете, что контуры заземления могут быть причиной проблемы с вашей системой HVAC/R, позвоните своему представителю BAPI или загрузите Примечание по применению BAPI: Избегайте контуров заземления с нашего веб-сайта www.bapihvac.com

Ссылки

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

Michigan State Univ. Исследование и код NEC

Департамент сельскохозяйственной инженерии Мичиганского государственного университета измерил сопротивление заземления на входах в систему электроснабжения и обнаружил:
«Если заземляющий стержень панели обслуживания вбит на 8 футов во влажную землю, которая не является настоящим песком, сопротивление между этим заземляющий стержень и земля могут быть всего 20 Ом. Предположим, что когда в здании используется электроэнергия, одна десятая ампера тока нейтрали течет на землю через заземляющий стержень. Основной электрический закон, называемый законом Ома, гласит, что ток, умноженный на сопротивление, равен напряжению. Умножение тока заземляющего стержня (0,1 ампера) на сопротивление заземляющего стержня (20 Ом) дает 2 вольта.