Контур заземления схема: Как правильно сделать контур заземления своими руками

Как правильно сделать контур заземления своими руками

  1. Контур заземления в частном доме. Требования.
  2. Как измерить контур заземления?
  3. Заземление в частном доме. Схема контура заземления.
  4. Как сделать контур заземления?
  5. Создание контура заземления своими руками.

Многие не знают, как правильно сделать контур заземления в частном доме своими руками, поэтому сейчас мы постараемся ответить на наиболее распространенные вопросы по этой теме. Нормативы ПУЭ и ГОСТа для защитного устройства от удара молнии предписывают создание специального отвода, с помощью которого можно оградить себя от пагубных последствий грозы.

Контур заземления в частном доме. Требования

Чаще всего под напряжением оказывается корпус электрического прибора. И даже небольшое соприкосновение с ним может привести к определенному риску получить ожог или удар током.

Заземление предполагает соединение различных частей электротехнических устройств с контуром заземления. При скачке напряжения, оно будет перенаправлено в землю, благодаря чему человек защищен от опасности поражения током.

Требования к контуру заземления в частном доме довольно жесткие. Он не должен проходить на расстоянии ближе одного метра от жилого здания. Процедуру нужно согласовать с государственными службами. Это требуется ввиду того, что при установке заземляющего устройства есть риск наткнуться на коммуникации, проходящие под землей. Предварительное согласование избавит от риска повреждения существующих систем и избавит от бюрократических проблем в случае проверки.

Контур изготавливают из стали разной формы:

  1. Круглая сталь. Ее диаметр не должен быть менее 14 мм, в противном случае контур будет проблематично вогнать в землю.
  2. Стальной уголок. Размер прибора не меньше чем 40*40*5.
  3. Стальные штыри с заостренным концом. Наиболее оптимальный вариант, т.к. вход в землю в данном случае выполняется максимально быстро и удобно.

Сам контур включает в себя внутреннюю и наружную подсистемы. Их объединение происходит в распределительном щитке, который располагается непосредственно в помещении.

Ключевой параметр, который характеризует заземление – это сопротивление растекания. Именно от него зависит, насколько быстро и просто ток преодолеет дистанцию от электроприбора до земли. На этот процесс влияет глубина закладки стержней, специфика грунта (в частности, его влажность), используемый в конструкции металл. Штыри необходимо забивать на глубину от 60 до 100 см, чтобы в случае морозов они не вышли из строя.

Как измерить контур заземления?

Наиболее оптимальное место, где располагается контур – это северная сторона частного дома. Как правило, именно там чаще всего наблюдается наиболее высокая влажность, что способствует минимальному сопротивлению растекания. Правильно измерить контур заземления, как того хотят многие, довольно сложно, поэтому потребуется внимательность. Применяйте точные современные измерители, поскольку даже небольшие погрешности способны отразиться на общей безопасности здания.

Не следует выносить контур слишком далеко. Это не только помешает прокладке коммуникаций в будущем, но и увеличит площадь проводимых работ сейчас.

Предпочтительно, чтобы точный расчет проводился профессионалами. Сделать это неспециалисту весьма проблематично, ведь необходимо учитывать коэффициенты, получаемые с помощью предварительных расчетов, проведенных с учетом всех необходимых параметров. Лучше обратиться к опытным специалистам компании «Алеф-Эм», которые грамотно все рассчитают и обеспечат максимальную эффективность конструкции. Поэтому если вы не знаете, как измерить сопротивление контура заземления, то лучшим выходом будет обращение к грамотным специалистам, которые эффективно и быстро выполнят весь комплекс работ.

Заземление в частном доме. Схема контура заземления

Заземление в частном доме можно осуществить двумя способами – замкнутым и линейным. Оба варианта пользуются успехом, на окончательный выбор влияют площадь участка, финансовые возможности человека и время. Определять схему контура заземления лучше, предварительно проконсультировавшись с профессионалом.

Замкнутая цепь в виде треугольника. Это более простой вариант, который менее энергозатратен. Потребуется вырыть одну яму, где и разместиться такой вариант заземления.

Его преимуществом будут надежность и стабильная работа, в том числе и при больших нагрузках. Даже в случае повреждения металлической перемычки система все равно останется стабильной.

Второй вариант – линейная схема. При ней штыри располагаются в ряд, последовательно друг за другом. Однако есть один существенный недостаток: если повредится первое звено, то вся система полностью выйдет из строя. Несмотря на это, линейная схема пользуется не меньшей популярностью среди пользователей.

Подробнее об этом можно узнать в статье «Заземление зданий. Устройство контура заземления в доме».

Кроме того, можно попробовать создать специфический вариант оформления в виде овала или квадрата. Они также популярны среди пользователей, но при их обустройстве необходимо учитывать специфику участка. Например, если околодомовая площадь небольшая, такие варианты не подойдут, ведь Вы просто не сможете их вместить на территории маленького участка.

Расположение защиты по всему периметру обойдется гораздо дороже. Заземлять таким образом более эффективно, поскольку удается обеспечить безопасность всей площади возле дома. Если у вас недостаточно для этого средств, можно установить линейный контур и со временем наращивать его.

Как сделать контур заземления?

После того, как выбор схемы подключения и места установки завершен, следует приступать к монтажным работам. Следует рассматривать специфику почвы, а также погодные условия. На участке, который был выбран, не должны проходить другие коммуникации. Не знаете, какие инструменты собрать перед тем, как сделать контур заземления? Для этого понадобятся:

  1. Сварочный аппарат.
  2. Перфоратор.
  3. Болгарка.
  4. Гаечные ключи.
  5. Молоток или кувалда (последняя более желательна, т.к. штыри придется вбивать глубоко).

При замкнутом монтаже потребуется вырыть траншею в виде равностороннего треугольника. Не забудьте сделать и дорожку к дому от одной из вершин. Она должна быть на глубине не менее 50 см. В каждую из трех вершин забиваются штыри. К тем частям стержней, которые находятся на поверхности, начинают приварку металлосвязи. Полученный заземлитель соединяют с домом с помощью специальной полосы или проводника.

Все жилы и контуры тщательно зачищаются. Для того чтобы сделать конструкцию еще более эффективной, устанавливаются стальные полосы. Они дают лучшие результаты за счет того, что площадь соприкосновения с землей у них весьма значительна. Из-за этого повышается проводимость тока, т.е. скорость выполнения операций.

Сложность заключается в том, что стальная полоса труднее укладывается в грунт. Она монтируется отдельными кусками, которые впоследствии соединяются между собой. При этом возможна только сварка участков цепи, что делает конструкцию гораздо более надежной. Места сварки обрабатывают специальной краской. Даже через несколько лет активной эксплуатации на ней не будет видимых внешних повреждений и не потребуется замена. Подключение к заземленной шине осуществляется через особые зажимы, расположенные на корпусе.

Для создания качественной конструкции не рекомендуется использовать болты. Они очень быстро окисляются и контур заземления теряет свою эффективность.

Как сделать контур заземления в частном доме легко и без особых хлопот? Изначально проверьте, насколько почва восприимчива к материалу конструкции. Глубина расположения штырей также должна быть разумной, слишком глубоко размещать их не следует.

О пользе установки таких устройств больше читайте в статье: «Нужно ли заземление в частном доме».

Методика установки и расчета будет зависеть и от силы сопротивления. Контур заземления в частном доме своими руками легче правильно выполнить, если помнить, что напряжение бывает 220 В и 380 В. В первом случае сила сопротивления равняется 30 Ом, во втором – 10. Кроме того, необходимо учитывать и качество проводника. Сила напрямую коррелирует с удельным сопротивлением почвы.

Создание контура заземления своими руками

Сделать контур заземления своими руками гораздо проще, если проводка отвечает всем современным требованиям. Ее плохое качество станет преградой на пути выполнения работ. Замена отдельных участков будет эффективна ненадолго, для большей эффективности и надежности требуется комплексная прокладка новой проводки.

Если на данный момент нет возможности поменять ее полностью, то следует взять новые элементы:

  • выключатели;
  • розетки;
  • распределительные коробки.

Однако не следует изменять их расположение при осуществлении монтажных работ. Провода заземления обязаны располагаться в распределительных коробках, а проводник всегда должен быть под контролем.

На установке конструкции не следует экономить. Одного забитого штыря будет явно недостаточно, чтобы работа была стабильной и эффективной. Если жилищные условия и земля позволяют, то для большей надежности лучше закопать на территории участка сразу два треугольника.

Также не следует применять металл, имеющий специально упрочненную поверхность. Это одна из наиболее распространенных ошибок, когда выполняется контур заземления своими руками.

О том, почему важно измерять все показатели, читайте в статье «Сопротивление контура заземления – как и зачем его измерять».

Дача или частный дом – это те строения, где обеспечить свою безопасность должен каждый. От перепадов напряжения не застрахована ни одна система, но можно уберечь себя от опасных последствий. Компания «Алеф-Эм» уже давно находится на данном сегменте рынка и предлагает индивидуальный подход к каждой проблеме. Опытные специалисты выполняют все работы согласно инструкции и требованиям безопасности, для достижения долгосрочного результата используется новейшее сертифицированное оборудование. Все работы выполняются на должном уровне, а их качество проверяется с помощью мультиметра и омметра. Точное измерение позволит определить качество проделанных работ и в случае необходимости подкорректировать изменения.

Специалисты компании не только обеспечат вашу безопасность, но и дадут советы по эксплуатации конструкции, которые позволят продлить срок ее использования. Не знаете, как сделать контур заземления в частном доме? Обращайтесь к профессионалам, которые всегда готовы предложить нужный вариант.

Наши специалисты быстро и правильно измеряют все показатели в загородных домах, ведь в этом деле важна точность и достоверность. Измеряя и фиксируя данные о проводах и электродах, опытные сотрудники поэтапно выполнят весь комплекс процедур и смогут выбрать самый рациональный метод. Какие бы значения ни были у напряжения, пользователи всегда могут чувствовать себя спокойно. Специалисты не зря руководствуются правилом, что главное – это безопасность. Желание обустраивать собственный быт похвально, но если самостоятельно что-либо не получается, а инструкции не помогают, лучше заручиться помощью профессионалов. Вы можете заказать бесплатную консультацию у наших специалистов.

Заказать бесплатную консультацию по заземлению дома

Как сделать контур заземления. Контур заземления своими руками. Детальная инструкция по монтажу контура заземления с приведением формул и таблиц расчета.Информационный строительный сайт |

Давно прошло то время, когда наличие защитного заземления было  прерогативой исключительно промышленных предприятий. С ростом количества бытовой техники в нашем жилище,  защитное  заземление стало  непременным атрибутом  любого частного дома.   И это неудивительно.  Любое  нарушение в изоляции  электроприборов  способно привести к  весьма серьезным последствиям для обитателей дома. 

 

Лучший способ обезопасить себя – оборудовать заземление.  Нет необходимости привлекать к устройству контура заземления дома профессионалов.  С этой задачей вполне справится любой желающий. Главное – терпение и внимательность во время работы.

 

Предназначение и устройство контура заземления

Защитное заземление представляет собой  соединение между  токоведущими частями электроустановок и землей, выполненное преднамеренно.

При  нормальной работе электроприборов  их корпус не находится под напряжением. Работать с такими приборами безопасно. К сожалению, чем больше приборов, тем выше вероятность  выхода какого-либо из них из строя. Малейшее повреждение изоляционного слоя – и корпус прибора окажется под напряжением. Прикасаться к подобному прибору смертельно опасно.

Именно  такие ситуации и предотвращает  защитное заземление.  Всем известно, что электрический ток течет в сторону с наименьшим сопротивлением. Наличие контура  заземления в частном доме с низким  значением сопротивления – залог того, что ток направится в землю.

Самый распространенный вариант контура заземления  представляет собой  электроды, заглубленные в грунт. Они соединены между собой в виде замкнутого контура определенной формы. Нередко используется треугольная форма контура. Возможно выполнение контура заземления вдоль периметра здания.  Среди основных критериев выбора формы контура выделяют удобство его монтажа и  размеры территории, используемой  для его  устройства. Контур заземления присоединяют к  электрощиту при помощи специального кабеля заземления.

Оптимальным расстоянием между домом и контуром заземления считается  5 м. При этом расстояние ближе 1 м и дальше 10 м считается недопустимым.

Совет: минимальная глубина расположения контура заземления – 0,8 м. Контур, размещенный в границах промерзания почвы, зимой не работает.

Электроды заглубляются в почву на 1,5 – 3 м. Выбор глубины для каждого отдельного случая зависит от  структуры грунта и его влажности. Чем больше насыщен грунт водой, тем меньше  заглубляют электроды.

Материалы, необходимые  для монтажа контура заземления

Как правило контур заземления  делают из подручных материалов. Заземляющим электродом  способен послужить  любой стержень, выполненный из черного металла.  Выбор весьма широк. Главный критерий – удобство при забивании в грунт. В основном используются стальные уголки. Возможно использование арматуры  гладкой структуры, труб, двутавра. Единственное требование – сечение металла от 1,5 см2.

Для определения количества необходимых электродов, расчеты применяются крайне редко. В основном используют опытный путь. Самое распространенное количество электродов – три. Таким образом, получается контур заземления треугольной формы. Вершинами треугольника служат электроды. Расстояние между соседними электродами менее 1,2 м недопустимо. Его рассчитывают исходя из сопротивления грунта. Соединение электродов между собой осуществляется с помощью полос металла. Подобная полоса служит и для соединения контура с распределительным.

Перед монтажем контура заземления обязательно проконсультируйтесь с квалифицированным электриком, проживающем в этом же районе. Подобный специалист из опыта знает как сделать  контур заземления, идеально подходящий для  данного района:

  • каково должно быть расстояние от здания до контура;
  • каково должно быть расстояние между соседними электродами;
  • количество необходимых электродов;
  • глубина, на которую следует забить электроды;
  • глубина, на которой  следует расположить контур.

Неоспоримым преимуществом самодельной системы заземления является ее низкая цена.

Необязательно делать контур заземления только из  подручных материалов. В продаже появились специальные готовые системы заземления.

Комплект модульных систем заземления состоит из следующего:

  • стержни, изготовленные из высококачественной стали и покрытые медью.  Длина  стержней составляет около 1,5 м, диаметр – 0,14 м.  Каждый стержень снабжен нарезкой омедненной резьбы;
  • латунные муфты для соединения элементов контура заземления;
  • наконечники. Способствуют облегчению забивания стержня в грунт. Крепятся к стержню при помощи резьбы. Существуют наконечники нескольких видов. Предназначены для различных типов грунта;
  • зажимы для присоединения горизонтальных элементов к вертикальным;
  • антикоррозийная паста для обработки всех элементов системы заземления.

Преимущества модульных систем заземления:

  1. Стержни, изготовленные из нержавеющей стали и покрытые медью, менее подвержены коррозии.
  2. Нет необходимости в сварочных работах.
  3. Нет необходимости в специальном оборудовании при монтаже.
  4. Экономия площади. Для оборудования всей системы достаточно 1 м2.
  5. Долговечность.

Расчет заземления

Какой бы вариант системы заземления ни был выбран, обязательным этапом является предварительные расчеты параметров  заземления. Обычно заземление выполняют опытным путем. Этот способ поможет избежать множества сложных расчетов.

Алгоритм  монтажа контура заземления в данном случае следующий:

  • Строим на расстоянии 5 м от дома контур заземления треугольной формы. Длину электродов берем 3 м, расстояние между ними 2 м. Используем стержни из металла.
  • Соединяем электроды между собой.
  • Производим замер  сопротивления контура заземления. Для измерения сопротивления используем специальный прибор – омметр. Максимально допустимое сопротивление контура заземления  составляет 10 Ом. Оптимальное значение — 4 Ом. Сравниваем полученный результат  с оптимальным значением.

  • При несоответствии полученного  значения сопротивления оптимальному,  добавляем в контур еще один электрод.
  • Соединяем  все электроды в новый контур.
  • Вновь измеряем сопротивление контура.
  • Повторяем указанные выше процедуры до тех пор, пока не добьемся значения сопротивления контура  4 Ом.

Существует возможность определить количество необходимых электродов и длину горизонтального заземлителя при помощи расчетов:

  • При наличии на участке однородного грунта, определяем сопротивление одного электрода, используя формулу 1:

Для определения значения  удельного сопротивления грунта используйте таблицу 1.

При наличии на участке неоднородного грунта определим сопротивление одного электрода по формуле 2:

При этом значения сезонного климатического  коэффициента приведены в таблице 2:

По формуле 3 определим необходимое количество электродов без учета сопротивления горизонтального заземлителя:

Для определения нормируемого сопротивления заземления воспользуемся таблицей 3:

Определим  сопротивление  горизонтального заземлителя по формуле 4:

При этом для определения длины заземлителя используем формулу 5:

Рассчитаем сопротивление электродов с учетом сопротивления горизонтального заземлителя по формуле 6:

Определим окончательное количество электродов, необходимых для устройства контура заземления:

Для определения коэффициента спроса вертикальных заземлителей воспользуемся таблицей 4:

Окончательное значение количества электродов, полученное в результате приведенных выше расчетов, округляем до большего целого. Каким методом воспользоваться – опытным либо расчетным – личное дело каждого. Выбирайте любой, исходя из собственных предпочтений.

Как сделать контур заземления своими руками

После проведения всех предварительных расчетов и подготовки необходимых материалов приступаем непосредственно к  монтажу контура заземления.

Совет: лучшее время для монтажа контура  заземления – лето. И не только из-за того, что в теплое время года легче производить земляные работы.  Дело в том, что в сухом грунте  сопротивление  больше. Добившись оптимального значения сопротивления  в засушливую погоду, не стоит беспокоиться об ухудшении этого показателя в дальнейшем. Напротив, с увеличением влажности почвы сопротивление снизится.

Рассмотрим основные этапы монтажа  треугольного контура заземления, схема которого представлена на рисунке.

  • На расстоянии порядка 5 м от дома в удобном месте  выройте траншею в виде равностороннего треугольника. Глубина траншеи около 1 м, ширина – 0,5 м. Длина стороны треугольника должна соответствовать выполненным ранее расчетам. От любого угла к  распределительному щитку дома прокопайте траншею.

  • Вбейте в каждую из вершин треугольника  электроды. Концы электродов предварительно заострите при помощи болгарки.
  • При очень твердом грунте предварительно пробурите  скважины под электроды. Вставив в скважину электрод,  засыпьте ее смесью грунта и соли.
  • Не погружайте электрод в грунт полностью, оставьте верхушку над землей.
  • Соедините между собой электроды стальной  полосой, шириной не менее 40 и толщиной не менее 5 мм. Для крепления  электродов и полосы используйте сварку.
  • Соедините один из электродов с  распределительным щитком, проложив в ранее подготовленной траншее идентичную  стальную полосу.
  • Соедините полосу и  распределительный щиток при помощи 10 мм болта. Обязательно приварите болт к щитку.
  • Следующим этапом является измерение контура заземления. Для измерения воспользуйтесь омметром.
  • Если результат измерений соответствует оптимальному значению сопротивления – контур заземления смонтирован правильно. Можно приступать к закапыванию траншей.
  • Если же при измерении контура заземления выяснится, что сопротивление превышает нормативное значение – добавьте еще один электрод.
  • Для закапывания траншеи используйте исключительно однородный грунт. Наличие примесей щебня  и строительного мусора недопустимо.
  • Контур заземления готов.

Монтаж контура заземления своими руками + фото

Иногда у многих людей появляется необходимость сделать контур заземления. Наверное, каждый человек слышал как про контур заземления, но не знают, как это сделать. В этой статье мы с вами рассмотрим, как выполнить монтаж контура заземления, чтобы он соответствовал всем требованиям и нормативам.

Если изучить нормативные документы тогда следует помнить, что если у вас установлена система TN вам потребуется выполнить повторное заземление. Для этого необходимо разделить PEN проводник. В правилах ПУЭ указано, что в качестве заземления могут выступать естественные заземлители. Лучше всего сделать отдельный контур заземления.

Что такое контур заземления?

Сопротивление контура заземления на сегодняшний день не нормируется. Например, в ТКП контур повторного заземления необходимо выполнять двумя вертикальными электродами, длина которых должна составлять 5 метров. На самом деле контур может иметь любую конфигурацию. В качестве вертикального электрода также может выступать и круг с диаметром 16 мм.

Также контур заземления может выполняться с помощью уголка. Площадь поперечного сечения может составлять до 100 кв.мм. Наименьшие размеры заземлителей мы привели в таблице. Система уравнивания потенциалов поможет обезопасить ваш дом.

Если вы планируете провести монтаж контура заземления в агрессивной среде, тогда вам следует знать что его можно выполнить с помощью медных или оцинкованных заземлителей.

Монтаж контура заземления

У многих людей контур заземления ассоциируется с контуром в виде треугольника.

На фото в качестве вертикального электрода применяют специальные уголки, которые необходимо обварить с помощью стальной полосы. Стальная полоса должна укладываться только ребром. Глубина заложения полосы может составлять от 0.5 до 0.6 метров.

Иногда вертикальные электроды можно располагать в один ряд. Расстояние между этими электродами должно составлять 1 метр. Система заземления TT может выполняться с помощью этого контура заземления.

Чем больше сопротивление почвы, тем больше должно быть электродов. Забивать эти электроды необходимо на глубину в 3 метра. Контур заземления должен располагаться на расстоянии не менее одного метра. Чтобы контур был защищен от коррозии, все сварочные соединения необходимо покрасить. По дому стальную полосу прокладывать неудобно. Именно поэтому вы можете использовать медный провод сечение, которого составляет не менее 10 мм.

Рекомендуем прочесть: как выполнить заземление гаража.

Контур заземления — требования, виды и монтаж

Система подачи электроэнергии соединяется через распределительный щит с внутренней проводкой помещений. В процессе эксплуатации вполне возможно возникновение неисправностей и аварийных ситуаций, приводящих к токовым утечкам. В связи с этим в каждом доме выполняются защитные мероприятия, среди которых важную роль играет контур заземления, устанавливаемый отдельно или совместно с устройствами защитного отключения. Данные системы монтируются в соответствии с ПУЭ, защищая людей и оборудование от поражающего действия электротока.

Общие сведения о заземляющем контуре

Стандартный контур заземления представляет собой комплекс металлических конструкций, размещенных в земле, на определенных расстояниях между собой и незначительном удалении от защищаемого объекта.

Данная схема выполняет следующие функции:

  • Защищают людей от поражения электротоком, а приборы и оборудование – от перепадов напряжения.
  • За счет сопротивления не дают энергии бесконтрольно растекаться в окружающей среде.
  • Обеспечивают защиту от последствий ударов молнии.

Если требуется сделать наружный контур заземления в этом случае большинство конструкций изготавливается из стальных труб, уголков, гладких прутков и других профильных материалов. Длина каждого элемента не превышает 3 метров. Они забиваются кувалдой в твердый грунт, засыпаются землей и утрамбовываются. Нежелательно использовать бетон, поскольку в дальнейшем ремонт таких конструкций будет невозможен.

Забитые электроды соединяются между собой тонкой стальной полосой, толщиной не менее 4 мм. Крепления осуществляются сваркой или болтовыми соединениями. Далее конструкция соединяется специальным заземляющим кабелем со всеми приборами, находящимися в доме, в первую очередь с высоким потреблением нагрузки. Для повышения качества работы системы нередко на объекте дополнительно устраивается внутренний контур заземления.

Данные для расчетов конструкции можно получить путем проведения необходимых исследований. В соответствии с типом и характером грунта определяется глубина залегания электродов, их количество и другие параметры. Выбирается наиболее подходящий материал для изготовления конструктивных элементов. Идеальными вариантами под контур заземляемого объекта считаются глинистые грунты, суглинки и черноземы.

Запрещается устанавливать заземление в каменистых или скальных грунтах, поскольку они являются проводниками тока и обладают низким сопротивлением.

Требования ПУЭ к контуру заземления

Прежде чем проектировать и на практике осуществлять устройство контура заземления, следует внимательно изучить требования ПУЭ по данному вопросу. Это позволит избежать ошибок, качественно выполнить соединения и подключения, соблюдая все нормативы и стандарты. Изучив нормативную документацию, вполне возможно самостоятельно изготовить внешний контур заземления, при наличии теоретических знаний и практических навыков.

В соответствии с ПУЭ, каждый выход из здания должен иметь повторный контур заземления. Для этих целей рекомендуется воспользоваться естественными заземлителями из числа расположенных рядом металлических и железобетонных конструкций. Большая часть их поверхности должна контактировать с грунтом. Если контур заземления дома соединяется с конструкциями, расположенными в условиях агрессивной среды, они должны быть защищены специальным покрытием.

Правилами определяются и те элементы, которые не могут служить контуром заземления. В первую очередь, это изделия из железобетона, находящиеся под напряжением, трубопроводы для транспортировки горючих веществ, трубы канализации и отопления. Если без естественных заземлителей никак не обойтись, необходимо выполнить предварительные расчеты и решить, как правильно сделать выбор той или иной конструкции, после чего выбирается наиболее оптимальная схема подключения.

При возведении новых зданий применяются искусственные заземляющие контуры, монтируемые в процессе строительства. Данный способ заземления используется чаще всего, поскольку на местах не всегда имеется возможность воспользоваться естественными факторами. Следует учитывать и сопротивление грунтов, непосредственно влияющее на работоспособность систем, в том числе и на контур заземления ТП.

Если почва постоянно влажная, то ее сопротивление всегда будет ниже допустимого уровня. Эти и другие параметры нужно брать во внимание при расчетах и разработке конструкции заземляющего контура.

Типы и конструкции заземления

В частных домах требования ПУЭ допускают использование различных типов заземлений. В конструкцию обычного контура входят вертикальные электроды и одна горизонтальная перемычка. Все элементы должны быть одного размера и с круглым сечением в разрезе. Обычно они изготавливаются из толстой арматуры, труб или стальных прутьев.

Классической фигурой является контур заземления с конфигурацией треугольник, состоящий из арматурных прутьев в количестве 3 штук, размером 2 метра и более. Чем больше расстояние между прутками, тем эффективнее будет работать система. Минимальная дистанция составляет 1,5 м.

После того как электроды забиты в грунт, они соединяются между собой. На каждую сторону устанавливается отдельная полоса, закрепляемая на одной и той же высоте. Это и есть медные или стальные горизонтальные заземлители устанавливаемые на верхнюю часть штырей.

Место для установки контура в частном доме выбирается там, куда люди заходят очень редко. Предпочтение отдается северной стороне, которая плохо освещается и способствует сохранению в почве большого количества влаги. Расстояние от контура до стены дома должно быть не менее 1 метра.

В другом варианте заземление имеет конструкцию глубинного типа. В нем практически отсутствуют минусы, характерные для обычного способа, поскольку используется модульно-штыревая система. Весь комплект для сборки, сделанный на заводе, в техническом плане подтверждается сертификатом. Основным преимуществом данных систем является их соответствие нормативам, они отличаются повышенным сроком службы – от 30 лет и выше.

Электрический заряд стабильно растекается, независимо от погодных условий. Глубина залегания электродов достигает 30 метров, обеспечивая качество и надежность заземления, а вся собранная схема не требует постоянных проверок.

Инструменты и материалы

Для расчета материалов проводятся необходимые измерения, после чего составляется подробная схема контура с привязкой к конкретному зданию.

Затем нужно подготовить инструменты. Обязательно понадобится лопата, кувалда, набор гаечных ключей, перфоратор, болгарка с отрезными кругами, сварочный аппарат с электродами, измерительные приборы для замеров тока, напряжения и сопротивления.

Перечень материалов состоит из следующих наименований:

  • Стальные уголки для электродов с полками 50х50 или 60х60 мм, длиной от 2 метров и выше. Технические требования ПУЭ допускают использование вместо них стальных труб в качестве заземлителя, диаметром не ниже 32 мм. Средняя толщина стенок составляет 3-4 мм и более.
  • Материалы для горизонтальных заземлителей в количестве 3 металлических полос. Длина соответствует размеру стороны треугольника, толщина – 4-6 мм, ширина – от 4 до 6 см.
  • Соединительная полоса из нержавеющей стали, соединяющая заземляющий контур с крыльцом здания. Размеры сечения составляют 40х4 или 50х5 мм.
  • Медный токопровод, сечением не менее 6-7 мм2.
  • Набор болтов М8, М10.

Технические характеристики проводников выбираются по специальным таблицам. Их размеры должны быть не меньше указанных, все отклонения допускаются только в большую сторону.

Монтажные работы

После того как было определено место установки заземляющего контура, составлен чертеж, выполнены все расчеты и подготовительные работы, можно приступать к непосредственному монтажу конструкций и решать, как сделать контур заземления в данных условиях.

Вначале нужно выкопать траншею глубиной от 70 до 100 см. В вершинах треугольника с помощью кувалды забиваются уголки, обеспечивающие первоначальное сопротивление системы. Средняя глубина забивки составляет 2-3 м. Если грунт слишком твердый и электроды в него входят плохо, необходимо использовать специальный бур, высверлить отверстия и уже в них вставить заземлители.

Перед монтажом концы металлических электродов рекомендуется заострить, чтобы они легче входили в грунт. Штыри не нужно забивать полностью в землю, над ее поверхностью должно оставаться примерно 30 см для крепления. Далее горизонтальные и вертикальные части свариваются между собой, и вся конструкция подключается к металлической полосе, которая, в свою очередь, соединяется с заземляющим проводником.

Затем этот заземлительный провод соединяется с шиной, установленной в распределительном щитке. В местах соединений производится обработка антикоррозийными составами.

Проверка заземляющего контура

После решения, как сделать контур заземления, следует проверить работоспособность полученной конструкции. Проверка начинается с мест соединений. С этой целью выполняется простукивание молотком сварных швов, а болтовые соединения проверяются гаечными ключами.

Для замеров сопротивления привлекаются квалифицированные специалисты, которые составляют акт по итогам проверки. В системе ТТ этот показатель должен быть низким, а в системе TN-C-S, наоборот, с более высоким значением.

Если нет возможностей для официальной проверки, она легко делается своими силами. В этом случае следует выяснить, смогут ли бытовые приборы нормально работать при токе, максимальном для установленного автоматического выключателя. С этой целью используется специальная схема, когда берется переносная розетка, от которой один провод подключается к фазе, а второй – к заземляющему контуру.

После этого в розетку включается заданная нагрузка мощностью в пределах 2 кВт. Если она работает устойчиво, а падение напряжения между фазным и заземляющим проводником не превышает 10В, значит заземление хорошее, выполняет требования ПУЭ и свои функции в полном объеме. Данная операция требует осторожности и соблюдения мер электробезопасности, особенно в местах непосредственного расположения защитного контура.

Как правильно сделать заземление в частном доме по схеме контура


Грамотно продуманный заземляющий контур – характерный признак высококачественной и продуманной системы энергообеспечения. Его конструкция довольно примитивна, а вот практическая польза – бесценна. Для самостоятельного изготовления системы нужно совсем мало усилий, а правильное исполнение станет гарантией ее многолетней эксплуатации и вашей безопасности.

Вопрос №1: а нужно ли заземление в частном доме или коттедже?

 


Многие домовладельцы продолжают игнорировать элементарные правила электробезопасности. Аргументация таких лиц удивляет: раньше никто не делал заземляющих мероприятий, и ничего страшного не произошло. Во-первых, прежде не было такого количества бытовых приборов, во-вторых, появились документы, например, ПУЭ, в которых изложены основные требования по электробезопасности.

Пользуясь сетью, которая не имеет защиты от воздействия электротока, жители рискуют попасть в опасную для жизни ситуацию, даже если проводка в деревянном жилище выполнена безукоризненно. Изучая вопрос, нужно ли заземление в частном доме, следует отметить функции, которые оно выполняет:

  • Предохранение человека от поражения электрическим напряжением при касании к неисправному бытовому прибору.
  • Снижение уровня магнитных помех высокочастотного диапазона, излучаемых электрической сетью и бытовыми устройствами.
  • Обеспечение безопасной работы приборов, работающих в условиях повышенной влажности (бойлеры, стиральные машины и т.п.).
  • Снижение порога электромагнитного излучения сети, которое негативно влияет на самочувствие человека.

Нужно отметить, что защитный контур представляет собой неотъемлемый компонент системы молниезащиты. Также возможно его применение в конструкциях, отвечающих за недопущение импульсного перенапряжения.

Где разместить контур?

Чтобы заземление частного дома, сделанное своими руками, работало эффективно, важно определить месторасположение для установки заземляющих электродов, т.е. определить схему контура. Поскольку их длина довольно внушительна, то есть риск повреждения трасс коммуникаций. Поэтому в этом случае есть смысл ознакомиться с планами их прокладки в горадминистрации. Кроме этого существует несколько правил, которые не стоит отвергать:

  • Устанавливая место расположения электродов, обратите внимание на характеристики грунта. Если есть возможность ознакомиться с геоморфологическими отчетами местности, то для монтажа нужно выбирать как можно низкие точки верхнего водоупора.
  • Исследовать уровень нахождения грунтовых вод и отношение длины погружаемых электродов к нему. При наличии на даче, гараже или в доме вентилируемого подвала – воспользоваться этим фактом в полной мере и устроить контур на дне погреба.
  • Размещать детали контура следует не ближе 1 метра от фундамента.

В коттеджном строительстве в основном применяется система защиты TT, когда контур заземления изготовлен в индивидуальном порядке, а не от подстанции, как в TN-S-C. Такая конструкция весьма устойчива к повреждениям, но требует использования УЗО, без которого защита от поражения электротоком неэффективна.

 

Какие схемы контуров заземления для частного дома можно изготовить своими руками: ищем решение

На нынешний день свою практичность доказали две конструкции заземлителей:

  1. Замкнутого типа – система собрана в виде треугольника из металлических элементов. Основное преимущество заключается в надежности, поврежденная перемычка между электродами не влияет на работоспособность системы – она будет функционировать с другой стороны.
  2. Линейного типа – штыри устанавливаются в одну линию и соединяются последовательно металлической полосой. Недостаток в том, что повреждение перемычки влечет выход из строя всей системы.

Домовладельцам, интересующимся, как правильно сделать эффективное заземление в частном доме, специалисты рекомендуют делать систему по схеме «треугольник». Так как по сути, объем монтажных работ не отличается от линейного типа, но эффективность замкнутой системы делает ее предпочтительнее. Кроме этого, возможен и собственный вариант в виде квадрата или овала.

Сопротивление грунтов и методика расчета электродов

Передача потенциала в землю осуществляется по всей плоскости металлических электродов через частицы почвы и грунтовые воды. Такой принцип работает как при питающем напряжении 220 Вольт, так и в системах на 380 Вольт трехфазного типа. При сооружении конструкции учитываются многие факторы: от пористости грунта до уровня шероховатости металла.

За основу расчета сопротивления протеканию тока через электроды берутся таблицы удельного сопротивления почв и геоморфологиеский профиль. Профессионалы пользуются трудами Карякина Р.Н. «Нормы устройства сетей заземления», где предоставлены все данные для вычисления многих параметров. На практике подробный расчет редко когда выполняется. Нужных результатов добиваются методом увеличения длины электродов или же их числа.

В большинстве случаев применяются профили из стали с сечением не менее 80 мм², для «нержавейки» показатель чуть меньше – 60-70 мм². Для изготовления своими руками любых схем заземления в частном доме нужно применять угловую сталь, двутавр или тавр. Главное, чтобы сечение электрода не имело замкнутой формы и контактировало бы с грунтом всеми сторонами.

 

Инструмент и материалы

Для выполнения работ по организации заземляющего контура в загородном доме понадобится следующий инструмент:

  • Болгарка.
  • Кувалда 7-10 кг.
  • Штыковая лопата.
  • Комплект гаечных ключей.
  • Сварочный аппарат и электроды.
  • Битум или антикоррозийная краска.
  • Сварочная маска и рабочие рукавицы.

Конструкция контура построена на принципе равнобедренного треугольника, со сторонами 1,2 м. Чтобы контур заземления соответствовал техническим нормам, следует применить следующие материалы:

  • Уголки из металла 50х50 и длиной не менее 2 метров. Возможно приобретение комплектов из омедненной стали, например, Elmast.
  • Три полосы из металла 40х4 и длиной не менее 1,2 м, а также металлическая полоса с такими же параметрами, но длиной от места залегания контура до фундамента с загибом.
  • Медный провод сечением не менее 6 мм² для соединения ЗШ с электрическим щитом.
  • Болт М8 или М10.

Важно! Заземляющая линия должна увеличиваться в сечении по направлению от щита к контуру. Например, если от щитка идет 6 мм², то полоса должна быть минимально 10 мм², а электроды – не менее 20 мм².

Как правильно сделать заземление замкнутого типа в частном доме без помощи специалистов?

После этапа подготовительных работ наступает очередь монтажа. На первый взгляд, обычная задача забить заземлители в грунт может, как минимум, обернуться испорченным металлопрокатом. И все это по причине незнания технологии процесса.

Электроды перед забивкой важно грамотно заточить. Электромонтажники, которые имеют опыт, уже знают, как правильно сделать защитное заземление в частном доме — они рекомендуют делать острие со скосами 30-35°. От его края нужно отступить 40-45 мм и сделать спуск порядка 45-50°. Швеллер, двутавр или тавр могут иметь несколько скосов, прутья рекомендуется острить ковкой. Дальнейший процесс можно наблюдать на видео, он заключается в выполнении следующих переходов:

  • С помощью штыковой лопаты выкопать равностороннюю треугольную траншею со сторонами 1,2 метра, а также ров по направлению к строению для прокладки заземляющей шины. Глубина траншеи 50-70 см.
  • Для удобства забивки по углам треугольника можно пробурить лунки глубиной до 50 см.
  • При помощи кувалды или перфоратора с насадкой забить электроды, оставив над поверхностью дна канавы 20-30 см.
  • При помощи электросварки хорошо приварить металлические полосы к выступающим частям заземлителей.
  • Уложить полосу, соединяющую угол контура и фундамент строения, предварительно выгнув ее по профилю.
  • Приварить заземляющую шину к углу треугольника. Со стороны дома на полосу приварить болт для крепления медного провода.
  • Обработать места сварки антикоррозийной краской или битумом. Дать просохнуть краске и закопать канаву.

Проверка параметров заземляющего контура

Завершающей стадией в организации системы принято считать измерение сопротивления готового контура, ведь качественная защита нужна не только при использовании городской линии, но и при подключении резервного генератора электропитания. Этот этап укажет, насколько правильно сделано защитное заземление в частном доме, не допущены ли какие ошибки при монтаже.  Определить сопротивление можно несколькими способами:

  • При помощи электролампы на 220 Вольт, подключив один контакт к фазе, а другой – к заземляющей шине. Ярко горящая лампочка указывает на качественно работающую систему, тускло горящая – заставляет проверить надежность сварных швов.
  • При помощи грунтового мегаомметра, который измеряет сопротивление между элементами контура и контрольными электродами, забитыми в грунт на глубину в 15 и 20 метрах от заземления на глубину 50 см.
  • При помощи тестера в состоянии измерителя напряжения. Значения измерений «фаза-ноль» и «фаза-земля» не должны иметь значительной разницы (не более 10 единиц).

Как такового, обслуживания система защиты не требует, достаточно не допускать проведения земляных работ в районе контура и увлажнять вовремя грунт. Попадание агрессивных веществ также не допустимо, поскольку они сокращают срок службы конструкции до 2-3 лет.

 

 



Общие сведения о контурах заземления — рекомендации по применению


Заземляющие контуры 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.

Наземные символы
Наземная мифология

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

Настоящие земли являются проводниками, поэтому существует определенное сопротивление электрическому току между всеми точками заземления. 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 варьироваться 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 можете спроектировать подходящие системы заземления.

Если земля такая плохая, зачем вообще земля?

Основание необходимо по двум причинам: безопасность и безопасность.

Статья 250 NEC определяет, 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 близлежащая 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 заключается в поддержании оборудования в нормальном диапазоне 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 заземления.

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.

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

 

Помехи сигналам из-за дисбаланса грунта

Электрические нагрузки могут варьироваться в зависимости от здания, 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 внизу 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.

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

Контуры заземления могут сделать самую лучшую систему управления неэффективной. Если вы считаете, что контуры заземления могут вызывать проблемы с вашей системой HVAC/R, позвоните своему представителю BAPI или загрузите Примечание по применению BAPI: Избегайте контуров заземления с нашего веб-сайта по адресу 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 снижения шума в электронных системах, 2-е издание, Wiley and Sons, NY, NY , 1988

Университет штата Мичиган.Исследование и код NEC

Департамент сельскохозяйственной инженерии Мичиганского государственного университета измерил сопротивление заземления на входах в систему электроснабжения и обнаружил:
«Если заземляющий стержень сервисной панели погрузить на 8 футов во влажную землю, которая не является настоящим песком, сопротивление между этим заземляющим стержнем и землей может быть не ниже 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. Если один щуп вольтметра коснется заземляющего стержня, а другой щуп вольтметра воткнут в землю настолько далеко от заземляющего стержня, на сколько дотянутся выводы, то счетчик покажет приблизительно 2 вольта».

Код NEC

Национальный электротехнический кодекс (NEC) также не помогает решить проблему. Статья 250 NEC требует, чтобы параллельные цепи были заземлены до ближайшего местного заземления здания, где бы в здании ни находились панели ответвлений.Цифры в статье 250 показывают заземление на строительную сталь. Как указано в статье штата Мичиган, «земли» зданий могут различаться в зависимости от их измерений на величину до 2 вольт. Статья 647.4 (D) NEC (статья 647 озаглавлена ​​«Чувствительное электронное оборудование») допускает колебания заземления до 2,5% от напряжения ответвленной цепи или до 3 вольт RMS для цепи 120 В переменного тока.


PDF-версия для печати данного руководства по применению

Различные процедуры по предотвращению образования контуров заземления — рекомендации по применению


Заземляющие контуры в проводке датчика HVAC могут быть настоящей неприятностью, поскольку их трудно обнаружить.В большинстве случаев они не причиняют вреда, но могут вызвать непредсказуемые проблемы спустя годы после установки.

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. Это делает заземление системы нестабильным, а поскольку сигналы, которые вы пытаетесь измерить, также привязаны к этому заземлению, эти сигналы становятся нестабильными и неточными.

В следующих пяти примерах показаны способы, с помощью которых можно избежать или свести к минимуму влияние контуров заземления в ваших установках.

1. НЕ РАЗДЕЛЯЙТЕ ОСНОВАНИЯ

Провода заземления от датчика не должны использоваться совместно с любым другим датчиком или силовой нагрузкой (см. рис. 1 и 2).Когда заземляющий провод используется совместно двумя датчиками, ток от первого датчика будет мешать сигналу второго датчика.

Рис. 1: На приведенной выше правильной схеме каждый датчик имеет собственное заземление контроллера. Рис. 2: На приведенной выше неправильной схеме два датчика подключены к одной и той же земле контроллера.
2. МИНИМИЗАЦИЯ ПЛОЩАДИ КОНТУРА С ПОМОЩЬЮ ВИТОЙ ПАРЫ

Потенциал помех от контура заземления можно значительно снизить, уменьшив площадь контура проводников между датчиком и контроллером.Самый простой и эффективный способ уменьшить площадь петли — это использовать витую пару, которая работает по схеме подавления. Каждый поворот действует как небольшая рамочная антенна, но после следующего поворота петля меняется на противоположную, поэтому помехи от второй петли компенсируют помехи от первой.

3. НЕ ЗАЗЕМЛЯЙТЕ ДИСТАНЦИОННЫЕ ДАТЧИКИ

Если датчик расположен на расстоянии более одного дюйма от контроллера, заземляйте датчик только на клемму заземления на контроллере, связанную с используемым аналоговым входом (см. рис. 3 и 4).Не заземляйте удаленный датчик на строительную сталь или на заземление системы питания в точке удаленного монтажа. Если корпус датчика необходимо заземлить в целях безопасности, изолируйте корпус от датчика и заземлите каждый отдельно.

Рис. 3: На приведенной выше правильной схеме удаленный датчик заземлен только на землю контроллера. Рис. 4: На приведенной выше неправильной схеме датчик заземлен в удаленной точке заземления, а также на заземление контроллера
4. ИСПОЛЬЗУЙТЕ ЭКРАНИРОВАННЫЙ ПРОВОД, ЗАЗЕМЛЕННЫЙ ТОЛЬКО НА КОНТРОЛЛЕРЕ

В условиях очень сильных электрических помех может потребоваться использование экранированного кабеля (см. рис. 5 и 6).Экран предотвращает проникновение электрических полей в провод. Экран должен быть заземлен только со стороны контроллера. Если экран заземлен с обоих концов, возникнет контур заземления.

Рис. 5: На приведенной выше правильной схеме экранированный провод заземлен только на землю контроллера. Рис. 6: На приведенной выше неправильной схеме экранированный провод заземлен в удаленной точке монтажа, а также на землю контроллера.
5. РАЗМЕЩАЙТЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ КАК МОЖНО БЛИЖЕ К КОНТРОЛЛЕРУ

Вспомогательные источники питания, используемые для питания трехпроводных датчиков, должны располагаться как можно ближе к контроллеру (см.7). В идеале вспомогательный источник питания должен быть заземлен через контроллер.

Примечание. Многие контроллеры имеют постоянное напряжение для управления передатчиками. Если на вашем контроллере есть это напряжение постоянного тока, и удаленный датчик не перегружает источник питания контроллера, вам может не понадобиться внешний источник питания, показанный на рис. 7.

Рис. 7: На приведенной выше схеме показан вспомогательный источник питания, расположенный как можно ближе к контроллеру и заземленный через контроллер.

 

Если вам нужна более подробная информация о контурах заземления, позвоните своему представителю BAPI или ознакомьтесь с примечаниями по применению BAPI: «Понимание контуров заземления» на этом веб-сайте

.

Ссылки
ANSI/NFPA 70, National Electric Code 2002 – Национальная ассоциация противопожарной защиты
СТРАТЕГИИ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ МИНИМИЗАЦИИ Блуждающего напряжения на молочных фермах, Университет штата Мичиган
Генри Отт, Методы снижения шума в электронных системах, 2-е издание, Wiley and Sons, NY , Нью-Йорк, 1988


PDF-версия для печати данного руководства по применению

Основы контура заземления

Что такое контур заземления?

Контур заземления возникает, когда более одного пути заземления между двумя единицами оборудования. дублирующие наземные пути образуют эквивалент рамочной антенны, которая очень эффективно улавливает помехи токи. Сопротивление свинца трансформируется эти токи в колебания напряжения. Как следствие контура заземления наведенные напряжения, заземление в система перестала быть стабильной потенциал, поэтому сигналы опережают шум. Шум становится частью программы сигнал.

Контур заземления — это обычные условия проводки, когда ток заземления может проходить более чем по одному пути, чтобы вернуться к заземляющему электроду на СЕРВИСНОЙ ПАНЕЛИ.Все компьютеры с питанием от переменного тока подключены друг к другу через заземляющий провод в общей проводке здания. Компьютеры также могут быть соединены кабелями передачи данных. Поэтому компьютеры часто соединяются друг с другом более чем одним путем. Когда существует многолучевое соединение между компьютерными цепями, получающееся в результате устройство известно как «контур заземления». Всякий раз, когда существует контур заземления, существует вероятность повреждения от ВНУТРИСИСТЕМНОГО ЗЕМЛЯНОГО ШУМА.

Контур заземления в силовом или видеосигнале возникает, когда некоторые компоненты одна и та же система получает питание от другой земли, чем другие компоненты, или потенциал земли между двумя частями оборудования не идентичный.

Обычно разность потенциалов в заземлении вызывает протекание тока. в межсоединениях. Это, в свою очередь, модулирует входной сигнал схемы и обрабатывается как любой другой сигнал, подаваемый через обычный входы. Вот пример ситуации, когда два наземных оборудования соединены между собой заземлением сигнального провода и проводом заземления сети. В этом случае по проводу течет ток 1А. что вызывает разницу в напряжении 0,1 В между этими двумя устройствами. точки заземления.

Поскольку существует разница в напряжении между оборудованием, сигнал в межблочном проводе видит, что разница добавляется к сигналу. Это можно услышать как жужжание в проводе, потому что переменный ток привести к тому, что разность потенциалов этих потенциалов земли также будет напряжение переменного тока. Это одна из причин того шума 50 Гц или 60 Гц, который вы слышите. в аудиосигнале (или видеть в видеосигнале раздражающие горизонтальные полосы).

Другой проблемой является ток, протекающий по заземляющему проводу сигнального кабеля.Этот ток проходит по кабелю и через оборудование. Из то, как текущие анализы плохо спроектированы, это может вызвать много шума к оборудованию или другим проблемам (например, зависанию компьютера). Многие дизайнеры считают, что земля шлифуется, и не оптимизируют их конструкция для устранения их чувствительности к шуму грунта. Если вы являетесь разработчиком продукта, помните, что нужно позаботиться о контуре заземления. ток не вызывает проблем в вашем оборудовании, проектируя правильная схема заземления внутри оборудования.

Почему возникает проблема с контуром заземления?

Контур заземления является распространенной проблемой при подключении нескольких аудиовизуальных системные компоненты вместе, есть хорошее изменение сделать неприятный земляные петли. Проблемы с контуром заземления являются одной из наиболее распространенных проблем с шумом. в аудиосистемах. Типичным признаком проблемы контура заземления является слышен 50 Гц или 60 Гц (зависит от частоты сетевого напряжения, используемого в вашей страны) шум в звуке. Наиболее распространенная ситуация, когда вы сталкиваетесь с проблемами контура заземления, это когда ваш система включает в себя оборудование, подключенное к заземленной электрической розетке и антенная сеть или оборудование, подключенное к разным заземленным розеткам вокруг комнаты.

Все подключено к единому заземлению, которое обычно подключается к все контакты заземления во всех розетках в одной комнате. Затем антенная сеть также заземлен в той же точке заземления. Обычно это нормально, поскольку заземление соединено друг с другом только звездообразно от центрального заземляющего провода (ведущего к реальной Земле через заземляющий кабель или металлическая труба) кабели заземления проходят через силовые кабели в оборудование.

Как только вы примете во внимание, что часть вашего оборудования связана с экранированный кабель, вполне вероятно, что вы столкнетесь с некоторыми проблемами.Вполне возможно, что токи могут течь от одной части оборудования в кабель заземления, в другой элемент оборудования, затем обратно в первый элемент по экранированному аудиокабелю. Эта проволочная петля также может улавливать помехи от близлежащих магнитных полей и радиопередатчиков.

В результате нежелательный сигнал будет усиливаться до тех пор, пока не исчезнет. слышен и явно нежелателен. Даже перепады напряжения ниже более 1 мВ может вызвать раздражающий гудящий звук в вашей аудиосистеме.

Проблема со звуковым шумом, исходящим от вашей аудиосистемы, когда другие электронные компоненты (холодильник, кулер для воды и т.) может быть результатом загрязненного заземляющего/нейтрального проводника в проводке кондиционера и контур заземления в вашей аудиосистеме. Этот может произойти при включении определенного типа устройств. Обычно их мощность поставки нелинейны и выбрасывают мусор обратно на нейтраль и/или заземляющие проводники. Обычно сетевые кондиционеры или устройства ИБП не подходят. все, что поможет решить эту проблему.

Распространенные причины проблем с компьютерной системой

Много раз, когда пользователь думает, что его система «плохая» или «испортилась», неисправность имеет электрическую или магнитную природу.Проблемы с монитором очень часто вызваны близлежащими магнитными полями, гармоники нейтрального провода или кондуктивные/передаваемые электрические помехи. Периодические зависания компьютеров очень часто вызваны заземляющая петля, электрическое явление, которое иногда проявляется себя, когда система и ее периферийные устройства неправильно подключены к различных электрических цепей. Многие даже не знают, если их стена розетка правильно подключена и заземлена, что абсолютно необходимо для компьютера и периферийных устройств для надежной и безопасной работы.

Вы исключили контуры заземления в своей компьютерной системе? Контуры заземления могут вызвать проблемы с подключением к локальной сети, если они не правильно подключен. Контур заземления, вызванный соединением RS-232 на другой компьютер может привести к зависанию компьютера.

Если контур заземления не является проблемой

Контур заземления не вызывает проблем, если выполняются все следующие условия. правда:

  • Ни один из проводов в петле не несет тока
  • Петля не подвергается воздействию внешних изменяющихся магнитных полей
  • Рядом нет радиопомех

Если по каким-либо проводам течет ток, разность потенциалов, из-за которой ток течет и по другим проводам что вызывает проблемы.Петля также будет действовать как катушка и снимать ток с меняющегося магнитного поля. поля вокруг него. Проводная петля также действует как антенна, принимающая радио. сигналы.

О какой величине проблемы разности потенциалов земли мы говорим?

В литературе говорится об синфазном шуме от 1 до 2 вольт в «хорошо заземленных» установках и более 20 вольт в «плохо заземленных» установках. В литературе также говорится о токе, измеренном на главной сервисное заземление (в большом здании) в пересчете на Ампер.

Откуда эта разница тока и напряжения?

Утечки тока конденсаторов между горячей и землей и между нейтралью и землей, в течение Например, основные фильтры вызывают ток в заземляющих проводах (и контурах заземления). Ток утечки обычно измеряется в миллиамперах (обычно меньше чем 1 мА в компьютерном оборудовании) на одно оборудование. Когда вы суммируете, может быть, сотни из такого оборудования вы можете легко получить ампер.

Емкость между линией и землей больших нагревателей и двигателей, для Например, может быть намного больше, чем емкость конденсаторов фильтра.Токи от этого источника обычно порядка 1 ампера (а не 0,1 А или 10 А)

Даже очень маленькое наведенное напряжение может вызвать очень большой ток в проводнике. петля заземляющего проводника, потому что сопротивление (и индуктивность) очень низкий. Эти токи действительно могут составлять десятки ампер. Индукция тока может быть вызвана, например, кабелями, по которым текут большие токи. и от трансформаторов.

Что могут сделать эти заземляющие токи и перепады напряжения?

Небольшие перепады напряжения просто вызывают добавление шума к сигналам.Это может вызвать гудение в аудио, помехи в видеосигналах. и ошибки передачи в компьютерные сети.

Более высокие токи могут вызвать более серьезные проблемы, такие как искрение в соединениях, повреждает оборудование и сожженную проводку. Мой собственный опыт в этой области ограничен к искрящим соединителям, нагревательным кабелям и поврежденным платам последовательного порта компьютера. Я читал о сгоревших сигнальных кабелях и дымящихся компьютерах из-за перепады заземления и вызванные ими большие токи.Так что будьте предупреждены об этой потенциальной проблеме и не делайте никаких глупых установок.


Томи Энгдаль <[электронная почта защищена]>

контуров заземления. Какое точное определение контура заземления? Всегда ли в контуре заземления есть планета Земля последовательно?

Контур заземления — это физически достаточно большая электрическая петля, чтобы захватить

  • электромагнитное излучение или
  • динамическое магнитное поле или
  • динамическое электрическое поле,

и соединить его в той или иной форме (обычно с помощью связанного потока) со схемой, которая является частью указанного контура.

Для захвата не обязательно использовать заземляющий слой, заземляющий провод/дорожку или заземление, но когда это происходит, мы называем это заземляющим контуром.

Чем больше площадь внутри петли, тем более выражен эффект. Длина петли часто играет роль, потому что небольшое расстояние между проводниками петли может образовать большую площадь, если длина проводящих путей достаточно велика. Это помогает держать проводящие пути близко друг к другу и скручивать пары проводов, которые могут образовывать петли, чтобы максимально уменьшить площадь захвата.

Часто одна часть шлейфа образуется, как на вашем чертеже, между разрозненным оборудованием, по их линиям питания, по общей массе каких-либо сигнальных проводов между ними, или заземлению шасси. Тогда мы говорим, что петля замыкается через заземление или, в некоторых случаях, через землю.

Этот случай проиллюстрирован здесь:

Когда заземление питания или земля задействованы в качестве пути петли, площадь петли, как правило, велика, поэтому этот тип петли наиболее известен.

Чтобы было ясно, заземление заземляющего слоя только в одной точке не образует петлю через землю. Кроме того, контур заземления не должен проходить через землю, чтобы вызвать хаос.

Источник помех может находиться рядом, например, местный провод, излучающий конденсатор, дорожки печатной платы с аналоговыми/цифровыми сигналами и т. д., или далеко, например, АМ-радиостанция, линия электропередач и т. д.

Иногда мы считаем любую причину гудения или жужжания от посторонних источников контуром заземления, но для этих эффектов необязательно требуется контур.Выступающие проводники (например, тело человека) также могут работать как антенны и улавливать нежелательные сигналы.

Контур заземления не следует путать с неустойчивой пластиной заземления .

Когда достаточно большой ток проходит через заземляющую пластину/дорожку или какой-либо другой заземляющий проводник, это может привести к возникновению напряжения на этой плоскости. В частях схемы, где земля используется в качестве эталона сигнализации, флуктуации потенциала земли наблюдаются как шум, добавляемый к сигналу.

Обратите внимание на нестабильное заземление с обеих сторон, если через землю (или, что то же самое, плоскость заземления) течет ток. Масса или земля для левой цепи может иметь потенциал, отличный от земли правой цепи. И если эта разница изменяется во времени (импульсы, циклы и т. д.), то она будет проявляться в виде помех, гудения, шума и т. д. в сигнале, проходящем между ними.

Вероятно, это тоже можно назвать петлей, потому что нестабильность вызвана петлевым током.Но почти все токи зацикливаются (исключения составляют пусковые и электростатические разряды). Я думаю, что полезно рассматривать захват петель и общую проводимость как отдельные явления.

Заземление в форме звезды направлено на то, чтобы избежать этой причины помех, избегая общих путей тока.

Для смягчения последствий можно использовать дифференциальную сигнализацию, избегая заземления в качестве опорного сигнала. Обратите внимание, что дифференциальная схема справа не требует заземления в качестве эталона.Любой отскок земли не влияет на сигнал. Еще одним преимуществом дифференциальной передачи сигналов является жесткий контроль импеданса вдоль дорожки или провода, но это отдельная мотивация, которая обычно применяется к высокочастотным сигналам.

Изображения с https://www.soundandvision.com/content/sub-hum и https://www.youtube.com/watch?v=PACur_GcTJ0 и https://www.myomron.com/index.php?action =kb&article=1581 и https://community.naimaudio.com/t/star-earthing-and-hydra-power-cables/9631/2 и https://www.loopslooth.com/Ground%20loop%20-examples.html

Контуры заземления — документация ODrive 0.0, документация

Изоляция

Чтобы исправить это, необходимо разорвать контур заземления. Этого можно достичь, изолировав источники питания (без общего V-) и подключив сигнальную землю между RPi и ODrive. Примером этого является один ODrive, подключенный к батарее, и устройство, такое как RPi, подключенное к источнику питания или другой батарее. Если используется более одного ODrive и они имеют общий источник питания, у вас снова есть контур заземления.

Лучший способ исправить это — изолировать соединение для передачи данных между RPi и ODrive(ами). На приведенной ниже схеме показано, где должен располагаться изолятор.

При изоляции соединения для передачи данных (будь то GPIO, USB или UART) контур заземления разрывается. Изоляция может быть достигнута с помощью изолятора USB или изолятора сигналов для соединений GPIO.

Вот несколько примеров USB-изоляторов:

Это универсальные устройства. Если Aliexpress не подходит для вас, вы, вероятно, можете найти их в вашем регионе у другого поставщика.В США эти типы изоляторов доступны на Amazon и Ebay.

Для соединений GPIO, таких как UART, Step/dir, PWM и т. д., вы можете использовать изоляторы сигналов, такие как ISO7762F от Texas Instruments. Имейте в виду, что в изоляторах есть ограничение скорости. Такие устройства, как оптопары, могут быть слишком медленными для соединений UART или шага/направления. Проверьте техпаспорт!

Ограничение тока

Если изоляторы не подходят, вы можете использовать последовательные резисторы, чтобы ограничить ток инжекции до безопасного уровня.Поместите резистор на принимающей стороне всех подключений к контактам ODrive GPIO или от них. 4,7 кОм — хорошее значение, но подойдет любое сопротивление от 3,3 кОм до 10 кОм. Последовательные резисторы обеспечивают некоторую защиту для ODrive, но проблема контура заземления все еще может привести к тому, что GPIO будут подтягиваться к высокому или низкому уровню в течение коротких периодов времени. ODrive и другое ваше устройство, скорее всего, будут в безопасности, но связь может быть прервана.

Например, для UART вы должны разместить резистор рядом с выводом RX ODrive, а другой — рядом с выводом RX другого устройства (например, Arduino).Это позволяет управляющей стороне, контактам TX, адекватно управлять емкостью шины.

EETimes — Электрический шум и меры по его снижению

//php echo do_shortcode(‘[Responsevoice_button voice=»US English Male» buttontext=»Listen to Post»]’) ?>

Получите скидку 15% на «Практическое заземление, соединение, экранирование и защиту от перенапряжения», сделав заказ на сайте www.elsevierdirect.com и используя код предложения 92839.

[Часть 1 начинается с определения электрического шума, изучения причин его возникновения и поиска способов оценки его воздействия.]

8.7 Контур заземления как причина шума
Как мы видели в предыдущих главах, два различных оборудования с кабелем связи между ними и каждая из панелей, подключенных к местной точке заземления, образуют контур заземления, который может вызывать шум токи в кабеле связи. Типичная электрическая система здания с несколькими точками заземления показана на рис. 8.16. Обратите внимание, как каждая панель/оборудование в системе распределения подключено к земле в ближайшей удобной точке системы заземления здания.

Обратите внимание на то, как два блока чувствительного оборудования (показаны в правом верхнем углу схемы как устройства EDP) подключены к точкам заземления A и B, а собственный импеданс системы заземления показан между ними. Между устройствами EDP проложен коммуникационный кабель, концы экрана которого соединены с корпусом панели EDP. Любой блуждающий ток в системе заземления между точками A и B вызовет шумовое напряжение между точками A и B, что, в свою очередь, может привести к возникновению тока через экран кабеля, который может передаться как шум через проводники кабеля связи.

Рисунок 8.16 Заземляющие соединения в системах распределения электроэнергии здания, вызывающие контуры заземления

На рис. 8.17 показано, как шум может возникать в системе электроснабжения. В этом случае обмотка двигателя HVAC действует как емкость между электрической системой и заземленным корпусом двигателя. Всякий раз, когда двигатель запускается, эта емкость посылает импульс тока через изоляцию в корпус двигателя, который заземляется через металлический кабелепровод, по которому проходят кабели, ведущие к двигателю.Случайные соединения заземления между этим кабелепроводом и другими заземленными металлическими частями действуют как контур заземления и создают разность потенциалов между шкафами между двумя чувствительными устройствами (блоки EDP 1 и 2). Это может привести к попаданию шумовых импульсов в кабель последовательной передачи данных, соединяющий две системы, что приведет к ошибкам данных.

Рисунок 8.17 Запуск двигателя HVAC вызывает шум из-за контуров заземления

8.8 Способы проникновения шума в сигнальный кабель и его контроль
Электрический шум возникает или передается в сигнальную кабельную систему следующими путями:

  • Гальванический (прямой электрический контакт)
  • Электростатическая муфта
  • Электромагнитная индукция
  • Радиочастотные помехи (RFI).

Если два сигнальных канала в одном кабеле передачи данных используют один и тот же опорный проводник сигнала (общий обратный путь), падение напряжения, вызванное сигналом одного канала в опорном проводнике, может проявиться как шум в другом канале и вызвать помехи. Это называется гальваническим шумом.

Электростатический шум — это шум, который передается через различные емкости, присутствующие в системе, например, между проводами внутри кабеля, между силовыми и сигнальными кабелями, между проводами на землю (как мы видели в примере с двигателем HVAC) или между двумя обмотками трансформатора. .Эти емкости представляют собой пути с низким импедансом, когда присутствуют шумовые напряжения высокой частоты. Таким образом, шум может перескакивать через явно непроводящие пути и создавать помехи в цепях сигнал/данные.

Электромагнитные помехи (ЭМП) возникают, когда силовые линии сильного магнитного поля, создаваемого силовым проводником, пересекают другие близлежащие проводники и вызывают появление на них индуцированных напряжений. Когда в процессе электромагнитных помех участвуют сигнальные кабели, это вызывает шум в сигнальных цепях.Это усугубляется, когда в системе присутствуют гармонические токи. Гармоники более высокого порядка имеют гораздо более высокие частоты, чем обычная волна переменного тока, и приводят к помехам, особенно в цепях связи. Радиочастотные помехи связаны с наложением шума через радиочастотные помехи. Сейчас мы опишем их более подробно.

8.8.1 Гальваническая связь (или связь по общему импедансу)
В ситуациях, когда две или более электрических цепей имеют общие проводники, между различными цепями может возникнуть некоторая связь, оказывающая вредное воздействие на подключенные цепи.По сути, это означает, что сигнальный ток из одной цепи проходит обратно по общему проводнику, что приводит к возникновению напряжения ошибки на обратной шине, которое влияет на все остальные сигналы. Напряжение ошибки возникает из-за емкости, индуктивности и сопротивления обратного провода. Эта ситуация показана на рис. 8.18.

Рисунок 8.18 Импедансная связь

Очевидно, что самый быстрый способ уменьшить влияние импедансной связи — минимизировать импеданс обратного провода.Лучшее решение — использовать симметричную схему с отдельными возвратами для каждого отдельного сигнала, показанную на рис. 8.19.

Рис. 8.19

8.8.2 Электростатическая или емкостная связь
Эта форма связи пропорциональна емкости между источником шума и сигнальными проводами. Величина помех зависит от скорости изменения шумового напряжения и емкости между шумовой цепью и сигнальной цепью.

На рис. 8.20 шумовое напряжение подается на сигнальные провода связи через два конденсатора C 1 и C 2 , и шумовое напряжение создается на сопротивлениях в цепи. Величина шумового (или ошибочного) напряжения в сигнальных проводах пропорциональна:

  • Инверсия расстояния шумового напряжения от каждого из сигнальных проводов
  • Длина (и, следовательно, импеданс) сигнальных проводов, в которые наводится шум
  • Амплитуда (или сила) шумового напряжения
  • Частота шумового напряжения.

Рисунок 8.20 Электростатическая муфта

Существует четыре метода уменьшения шума, вызванного электростатической связью. Они есть:

  1. Экранирование сигнальных проводов
  2. Удаление от источника шума
  3. Уменьшение амплитуды шумового напряжения (и, возможно, частоты)
  4. Скрутка сигнальных проводов.

На рис. 8.21 показана ситуация, возникающая при установке электростатического экрана вокруг сигнальных проводов.Токи, генерируемые шумовыми напряжениями, предпочитают течь по пути экрана с более низким импедансом, а не по сигнальным проводам. Если один из сигнальных проводов и экран соединены с землей в одной точке, что обеспечивает одинаковый потенциал экрана и сигнальных проводов, то между сигнальными проводами и экраном протекает уменьшенный сигнальный ток.

Рисунок 8.21 Экран для минимизации электростатической связи

Примечание: Экран должен быть изготовлен из материала с низким сопротивлением, такого как алюминий или медь.Для неплотно сплетенного медного экрана (85% покрытия оплеткой) коэффициент экранирования составляет примерно 100 раз или 20 дБ, то есть C 3 и C 4 составляют примерно 1/100 C 1 или C 2 . Для низкоомного многослойного экрана этот коэффициент экранирования может составлять 35 дБ или 3000 раз.

Скручивание сигнальных проводов обеспечивает небольшое улучшение напряжения наведенного шума, обеспечивая более близкое значение C 1 и C 2 ; таким образом гарантируя, что любые шумовые напряжения, наведенные в сигнальных проводах, имеют тенденцию компенсировать друг друга.

Примечание: Предоставление экрана производителем кабеля гарантирует, что емкость между экраном и проводами равна по величине (таким образом исключаются любые шумовые напряжения за счет подавления).

8.8.3 Магнитная или индуктивная связь
Зависит от скорости изменения тока помех и взаимной индуктивности между системой помех и сигнальными проводами. Выражаясь несколько иначе, степень шума, вызванного магнитной связью, будет зависеть от:

  • Величина шумового тока
  • Частота шумового тока
  • Зона, огражденная сигнальными проводами (через которые магнитный поток шумового тока пересекается)
  • Инверсия расстояния от источника мешающего шума до сигнальных проводов.

Эффект магнитной связи показан на рис. 8.22.

Рисунок 8.22 Магнитная муфта

Самый простой способ уменьшить шумовое напряжение, вызванное магнитной связью, — скрутить сигнальные проводники. Это приводит к снижению шума из-за меньшей площади каждого контура. Это означает меньший магнитный поток, пересекающий контур, и, следовательно, меньшее напряжение наведенного шума.

Кроме того, шумовое напряжение, индуцируемое в каждом контуре, стремится нейтрализовать шумовое напряжение следующего последовательного контура.Следовательно, четное количество контуров будет иметь тенденцию к тому, чтобы шумовые напряжения компенсировали друг друга. Предполагается, что шумовое напряжение индуцируется с одинаковой величиной в каждом сигнальном проводе из-за скручивания проводов, что обеспечивает одинаковое расстояние от шумового напряжения (см. рис. 8.23).

Рисунок 8.23 ​​ Скручивание проводов для уменьшения магнитной связи

Второй подход заключается в использовании магнитного экрана вокруг сигнальных проводов (см. Рисунок 8.24). Магнитный поток, создаваемый шумовыми токами, индуцирует небольшие вихревые токи в магнитном экране. Затем эти вихревые токи создают магнитный поток Ø1, противоположный исходному потоку Ø2. Это означает, что меньший поток (Ø2 – Ø1) достигает нашей цепи!

Рисунок 8.24 Использование магнитного экрана для уменьшения магнитной связи

Примечание. Магнитный экран не требует заземления. Он работает просто своим присутствием. Из стали с высокой магнитной проницаемостью получаются лучшие магнитные экраны для специальных применений.Однако труба из оцинкованной стали представляет собой весьма эффективную защиту.

8.8.4 Радиочастотное излучение
Шумовые напряжения, вызванные электростатической и индуктивной связью (рассмотренные выше), являются проявлением эффекта ближнего поля, то есть электромагнитного излучения вблизи источника шума. Такого рода помехи часто трудно устранить, и они требуют пристального внимания к заземлению соседней электрической цепи, а заземление эффективно только для цепей, находящихся в непосредственной близости от электромагнитного излучения.Эффектами электромагнитного излучения можно пренебречь, если напряженность поля не превышает 1 В/м. Это можно рассчитать по формуле:

Напряженность поля = (0,173√мощность)/расстояние

где напряженность поля выражается в вольтах на метр, мощность в киловаттах, а расстояние в километрах.

Двумя наиболее часто используемыми механизмами для минимизации электромагнитного излучения являются:

  1. Собственное экранирование (железо)
  2. Конденсаторы для шунтирования шумовых напряжений на землю.

Любые не полностью экранированные проводники будут выступать в качестве приемной антенны для радиосигнала, поэтому следует позаботиться о хорошем экранировании любой оголенной проводки.

8.9 Подробнее об экранировании
Важно, чтобы электростатическое экранирование было заземлено только в одной точке. Более чем одна точка заземления вызовет блуждающие токи. Экран должен быть изолирован, чтобы предотвратить непреднамеренный контакт с несколькими точками, которые ведут себя как точки заземления, что приводит к циркулирующим токам.Экран ни в коем случае нельзя оставлять плавающим, потому что это приведет к возникновению емкостной связи, что сделает экран бесполезным.

Двумя полезными методами изоляции одной цепи от другой являются использование оптоизоляции, как показано на рис. 8.25, и трансформаторной связи, как показано на рис. 8.26.

Рисунок 8.25 Оптоизоляция двух цепей

Рисунок 8.26 Трансформаторная муфта

Хотя оптоизоляция действительно изолирует одну цепь от другой, она не предотвращает передачу шума или помех от одной цепи к другой.

Трансформаторная связь может быть предпочтительнее оптической развязки, когда в одной цепи присутствуют очень высокоскоростные переходные процессы. Существует некоторая емкостная связь между светодиодом и базой транзистора, которая в оптроне может позволить этим типам переходных процессов проникать из одной цепи в другую. Это не относится к трансформаторной связи.

8.9.1 Хорошие коэффициенты экранирования
Использование какого-либо материала с низким сопротивлением, покрывающего сигнальные проводники, считается хорошей практикой экранирования для уменьшения электростатической связи.При сравнении экранирования без защиты это снижение может варьироваться от медной оплетки (85% покрытия), которая обеспечивает коэффициент шумоподавления 100:1, до алюминиевой майларовой ленты с заземляющим проводом с коэффициентом 6000:1.

Скручивание проводов для уменьшения индуктивной связи снижает шум (по сравнению с отсутствием скручивания) в соотношении от 14: 1 (для четырехдюймовой свивки) до 141: 1 (для однодюймовой свивки). Для сравнения, размещение параллельных (нескрученных) проводов в стальном кабелепроводе дает снижение уровня шума только на 22:1.

В очень чувствительных цепях с высоким уровнем магнитной и электростатической связи подход заключается в использовании коаксиальных кабелей. Кабель с двойным экраном может дать хорошие результаты для очень чувствительных цепей.

Примечание: При двойном экранировании внешний экран можно заземлить в нескольких точках, чтобы свести к минимуму циркуляционные радиочастотные петли. Это расстояние должно быть установлено с интервалом менее 1/8 длины волны радиочастотного шума.

8.9.2 Кабельные каналы или кабелепроводы в качестве магнитного экрана
Они полезны для обеспечения определенного уровня ослабления электрических и магнитных полей. Эти цифры действительны для частоты 60 Гц для магнитных полей и 100 кГц для электрических полей. Типичными факторами скрининга являются:

8.9.3 Расстояние между кабелями как средство уменьшения шума
В ситуациях, когда имеется большое количество кабелей с разными уровнями напряжения и тока, в стандарте IEEE 518–1982 разработан полезный набор таблиц, указывающих разделительные расстояния для различные классы кабелей.Существует четыре уровня классификации восприимчивости кабелей. Восприимчивость в этом контексте понимается как показатель того, насколько хорошо сигнальная схема может различать нежелательный шум и требуемый сигнал. Из этого следует, что физический стандарт передачи данных, такой как RS-232E, будет иметь высокую восприимчивость, а кабель переменного тока 1000 В, 200 А имеет низкую восприимчивость.

Вкратце четыре уровня восприимчивости, определенные стандартом IEEE 518-1982:

  1. Уровень 1 – высокий: Определяется как аналоговые сигналы менее 50 В и цифровые сигналы менее 15 В.Сюда входят цифровые логические шины и телефонные цепи. Кабели передачи данных попадают в эту категорию.
  2. Уровень 2 – средний: В эту категорию входят аналоговые сигналы напряжением более 50 В и коммутационные цепи.
  3. Уровень 3 – низкий: Сюда входят коммутационные сигналы выше 50 В и аналоговые сигналы выше 50 В. В эту категорию также входят токи менее 20 А.
  4. Уровень 4 – мощность: Сюда входят напряжения в диапазоне 0″1000 В и токи в диапазоне 20–800 А.Это относится как к цепям переменного, так и постоянного тока.

IEEE 518 также предусматривает три различные ситуации при расчете необходимого разноса между различными уровнями восприимчивости. При рассмотрении конкретного случая, когда один кабель является кабелем с высокой восприимчивостью, а другой кабель имеет различную восприимчивость, требуемое разделяющее расстояние будет варьироваться следующим образом:

Цифры приблизительны, так как исходный стандарт указан в дюймах.

Несколько слов нужно сказать о конструкции лотков и водоводов.Предполагается, что лотки изготовлены из металла и надежно заземлены с полной непрерывностью по всей длине лотка. Лотки также должны быть полностью закрыты, чтобы исключить возможность того, что какая-либо область останется незащищенной.

Вкратце, гальванических помех можно легко избежать, воздерживаясь от использования общего эталонного проводника сигнала, другими словами, сохраняя два сигнальных канала гальванически разделенными, чтобы не возникало помех.

Электромагнитную индукцию можно минимизировать несколькими способами.Один из способов — поместить источник электромагнитного потока в металлический корпус, магнитный экран. Такой экран препятствует выходу потока магнитного потока за его периферию, чтобы он не мешал внешним проводникам. Подобный экран вокруг приемника электромагнитных помех может уменьшить шум, не позволяя линиям потока проникать внутрь корпуса, а проходить вдоль плоскости его поверхности.

Физическое разделение между источником шума и приемником также уменьшит магнитную связь и, следовательно, помехи.Скручивание сигнальных проводников — еще один способ уменьшить электромагнитные помехи. Полярность наведенного напряжения будет меняться при каждом скручивании по длине сигнального кабеля, что нейтрализует шумовое напряжение. Такие кабели называются витыми парами.

Электростатические помехи можно предотвратить или, по крайней мере, свести к минимуму с помощью экранов. Экран обычно изготавливается из материала с высокой проводимостью, такого как медь, и размещается на пути соединения.

Примером может служить экран, который размещается вокруг сигнального проводника.Когда шумовое напряжение пытается пройти через емкость, разделяющую два проводника, скажем, силовой и сигнальный (фактически через изоляцию проводников), оно сталкивается с проводящим экраном, который соединен с землей. В результате шум отводится на землю через экран, а не проходит по пути с более высоким импедансом к другому проводнику. Если экран не изготовлен из материала с высокой проводимостью, протекание отведенного тока через экран может вызвать локальное повышение напряжения в экране, что может вызвать протекание части шумового тока через емкость между экраном и вторым проводник.

8.9.4 Оптические кабели
Наилучший метод, конечно, использовать сигнальные кабели оптического типа, которые невосприимчивы ко всем формам электрических помех. Их использование очень распространено в кабелях связи и в сетевых проводниках для систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), используемых в крупных электроустановках, где шумы присущи окружающей среде. Большинство промышленных систем управления, таких как распределенные системы управления в энергетике и различных отраслях обрабатывающей промышленности, предпочитают использовать оптоволоконные проводники в качестве магистрали данных.

Все эти методы регулярно применяются на практике в качестве мер по снижению шума. Мы обсудим один из важных компонентов, используемых в системах распределения электроэнергии для чувствительного оборудования, а именно, экранированный изолирующий трансформатор.

Далее в части 3: Экранированный изолирующий трансформатор, предотвращение контура заземления, использование изолированных заземляющих розеток, эталонные сети с нулевым сигналом и гармоники в электрических системах.

Напечатано с разрешения Butterworth Heinemann, подразделения Elsevier.Авторские права 2004 г. «Практическое заземление, соединение, экранирование и защита от перенапряжений» Г. Виджаярагхавана, Марка Брауна и Малкольма Барнса. Для получения дополнительной информации об этом и других подобных книгах посетите сайт www.elsevierdirect.com.

Ссылки по теме:
Электрические помехи и их снижение. Часть 1. Определение, категории и измерение шума
Заземление системы управления. Часть 1. Методы одноточечного заземления | Часть 2. Проводка заземления, заземление экрана и заземление источника питания
Миф о нейтральном проводе
Заземление: защита электрических устройств от грозовых разрядов — Часть 1 | Часть 2

Минимизация шума, создаваемого сервоусилителем
Методы повышения целостности сигнала операционного усилителя в низкоуровневых сенсорных приложениях — Часть 1 | Часть 2

АНАЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ, АВТОМОБИЛЬНАЯ ТЕХНИКА, КОМПЬЮТЕРЫ И ПЕРИФЕРИЯ, РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ, ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО, УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ, ПОЛИТИКА, РОБОТОТЕХНИКА, СЕРВЕРЫ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, ТРАНСПОРТ

Электрический шум и его снижение. Часть 2. Контуры заземления, передача шума и экранирование

Получите скидку 15% на «Практическое заземление, соединение, экранирование и защиту от перенапряжения», сделав заказ на сайте www.elsevierdirect.com и используя код предложения 92839.

[Часть 1 начинается с определения электрического шума, изучения причин его возникновения и поиска способов оценки его воздействия.]

8.7 Контур заземления как причина шума
Как мы видели в предыдущих главах, два различных оборудования с кабелем связи между ними и каждой из панелей, подключенных к местной точке заземления, образуют контур заземления, что может привести к шумовые токи в кабеле связи.Типичная электрическая система здания с несколькими точками заземления показана на рис. 8.16. Обратите внимание, как каждая панель/оборудование в системе распределения подключено к земле в ближайшей удобной точке системы заземления здания.

Обратите внимание на то, как два блока чувствительного оборудования (показанные в правом верхнем углу схемы как устройства EDP) подключены к точкам заземления A и B, а собственное сопротивление системы заземления показано между ними. Между устройствами EDP проложен коммуникационный кабель, концы экрана которого соединены с корпусом панели EDP.Любой блуждающий ток в системе заземления между точками A и B вызовет шумовое напряжение между точками A и B, что, в свою очередь, может привести к возникновению тока через экран кабеля, который может передаться как шум через проводники кабеля связи.

Рисунок 8.16 Заземляющие соединения в системах распределения электроэнергии здания, вызывающие контуры заземления

На рис. 8.17 показано, как шум может возникать в системе электроснабжения. В этом случае обмотка двигателя HVAC действует как емкость между электрической системой и заземленным корпусом двигателя.Всякий раз, когда двигатель запускается, эта емкость посылает импульс тока через изоляцию в корпус двигателя, который заземляется через металлический кабелепровод, по которому проходят кабели, ведущие к двигателю. Случайные соединения заземления между этим кабелепроводом и другими заземленными металлическими частями действуют как контур заземления и создают разность потенциалов между шкафами между двумя чувствительными устройствами (блоки EDP 1 и 2). Это может привести к попаданию шумовых импульсов в кабель последовательной передачи данных, соединяющий две системы, что приведет к ошибкам данных.

Рисунок 8.17 Запуск двигателя HVAC вызывает шум из-за контуров заземления

8.8 Способы проникновения шума в сигнальный кабель и его контроль
Электрический шум возникает или передается в сигнальную кабельную систему следующими путями:

  • Гальванический (прямой электрический контакт)
  • Электростатическая муфта
  • Электромагнитная индукция
  • Радиочастотные помехи (RFI).

Если два сигнальных канала в одном кабеле передачи данных используют один и тот же опорный проводник сигнала (общий обратный путь), падение напряжения, вызванное сигналом одного канала в опорном проводнике, может проявиться в виде шума в другом канале и вызвать помехи. Это называется гальваническим шумом.

Электростатический шум — это шум, который передается через различные емкости, присутствующие в системе, например, между проводами в кабеле, между силовыми и сигнальными кабелями, между проводами на землю (как мы видели в примере с двигателем HVAC) или между двумя обмотками электродвигателя. трансформатор.Эти емкости представляют собой пути с низким импедансом, когда присутствуют шумовые напряжения высокой частоты. Таким образом, шум может перескакивать через явно непроводящие пути и создавать помехи в цепях сигнал/данные.

Электромагнитные помехи (ЭМП) возникают, когда силовые линии сильного магнитного поля, создаваемого силовым проводником, пересекают другие близлежащие проводники и вызывают появление на них индуцированных напряжений. Когда в процессе электромагнитных помех участвуют сигнальные кабели, это вызывает шум в сигнальных цепях.Это усугубляется, когда в системе присутствуют гармонические токи. Гармоники более высокого порядка имеют гораздо более высокие частоты, чем обычная волна переменного тока, и приводят к помехам, особенно в цепях связи. Радиочастотные помехи связаны с наложением шума через радиочастотные помехи. Сейчас мы опишем их более подробно.

8.8.1 Гальваническая связь (или связь по общему импедансу)
В ситуациях, когда две или более электрических цепей имеют общие проводники, между различными цепями может возникнуть некоторая связь, оказывающая вредное воздействие на подключенные цепи.По сути, это означает, что сигнальный ток из одной цепи проходит обратно по общему проводнику, что приводит к возникновению напряжения ошибки на обратной шине, которое влияет на все остальные сигналы. Напряжение ошибки возникает из-за емкости, индуктивности и сопротивления обратного провода. Эта ситуация показана на рис. 8.18.

Рисунок 8.18 Импедансная связь

Очевидно, что самый быстрый способ уменьшить влияние импедансной связи — минимизировать импеданс обратного провода.Лучшее решение — использовать симметричную схему с отдельными возвратами для каждого отдельного сигнала, показанную на рис. 8.19.

Рис. 8.19

8.8.2 Электростатическая или емкостная связь
Эта форма связи пропорциональна емкости между источником шума и сигнальными проводами. Величина помех зависит от скорости изменения шумового напряжения и емкости между шумовой цепью и сигнальной цепью.

На рис. 8.20 шумовое напряжение подается в сигнальные провода связи через два конденсатора C 1 и C 2 , и шумовое напряжение создается на сопротивлениях в цепи. Величина шумового (или ошибочного) напряжения в сигнальных проводах пропорциональна:

  • Инверсия расстояния шумового напряжения от каждого из сигнальных проводов
  • Длина (и, следовательно, импеданс) сигнальных проводов, в которые наводится шум
  • Амплитуда (или сила) шумового напряжения
  • Частота шумового напряжения.

Рисунок 8.20 Электростатическая муфта

Существует четыре метода уменьшения шума, вызванного электростатической связью. Они:

  1. Экранирование сигнальных проводов
  2. Отделение от источника шума
  3. Уменьшение амплитуды шумового напряжения (и, возможно, частоты)
  4. Скрутка сигнальных проводов.

На рис. 8.21 показана ситуация, возникающая при установке электростатического экрана вокруг сигнальных проводов.Токи, генерируемые шумовыми напряжениями, предпочитают течь по пути экрана с более низким импедансом, а не по сигнальным проводам. Если один из сигнальных проводов и экран соединены с землей в одной точке, что обеспечивает одинаковый потенциал экрана и сигнальных проводов, то между сигнальными проводами и экраном протекает уменьшенный сигнальный ток.

Рисунок 8.21 Экран для минимизации электростатической связи

Примечание: Экран должен быть изготовлен из материала с низким сопротивлением, такого как алюминий или медь.Для неплотно сплетенного медного экрана (85% покрытия оплеткой) коэффициент экранирования составляет примерно 100 раз или 20 дБ, то есть C 3 и C 4 составляют примерно 1/100 C 1 или C 2 . Для низкоомного многослойного экрана этот коэффициент экранирования может составлять 35 дБ или 3000 раз.

Скручивание сигнальных проводов обеспечивает небольшое улучшение напряжения наведенного шума за счет более близкого значения C 1 и C 2 ; таким образом гарантируя, что любые шумовые напряжения, наведенные в сигнальных проводах, имеют тенденцию компенсировать друг друга.

Примечание: Предоставление экрана производителем кабеля гарантирует, что емкость между экраном и проводами равна по величине (таким образом исключаются любые шумовые напряжения за счет подавления).

8.8.3 Магнитная или индуктивная связь
Зависит от скорости изменения тока помех и взаимной индуктивности между системой помех и сигнальными проводами. Выражаясь несколько иначе, степень шума, вызванного магнитной связью, будет зависеть от:

  • Величина шумового тока
  • Частота шумового тока
  • Участок, огражденный сигнальными проводами (через который пересекается магнитный поток шумового тока)
  • Инверсия расстояния от источника мешающего шума до сигнальных проводов.

Эффект магнитной связи показан на рис. 8.22.

Рисунок 8.22 Магнитная муфта

Самый простой способ уменьшить шумовое напряжение, вызванное магнитной связью, — скрутить сигнальные проводники. Это приводит к снижению шума из-за меньшей площади каждого контура. Это означает меньший магнитный поток, пересекающий контур, и, следовательно, меньшее напряжение наведенного шума.

Кроме того, шумовое напряжение, индуцируемое в каждом контуре, стремится нейтрализовать шумовое напряжение следующего последовательного контура.Следовательно, четное количество контуров будет иметь тенденцию к тому, чтобы шумовые напряжения компенсировали друг друга. Предполагается, что шумовое напряжение индуцируется с одинаковой величиной в каждом сигнальном проводе из-за скручивания проводов, что обеспечивает одинаковое расстояние от шумового напряжения (см. рис. 8.23).

Рисунок 8.23 ​​ Скручивание проводов для уменьшения магнитной связи

Второй подход заключается в использовании магнитного экрана вокруг сигнальных проводов (см. Рисунок 8.24). Магнитный поток, создаваемый шумовыми токами, индуцирует небольшие вихревые токи в магнитном экране. Затем эти вихревые токи создают магнитный поток Ø1, противоположный исходному потоку Ø2. Это означает, что меньший поток (Ø2 – Ø1) достигает нашей цепи!

Рисунок 8.24 Использование магнитного экрана для уменьшения магнитной связи

Примечание. Магнитный экран не требует заземления. Он работает просто своим присутствием. Из стали с высокой магнитной проницаемостью получаются лучшие магнитные экраны для специальных применений.Однако труба из оцинкованной стали представляет собой весьма эффективную защиту.

8.8.4 Радиочастотное излучение
Шумовые напряжения, вызванные электростатической и индуктивной связью (рассмотренные выше), являются проявлением эффекта ближнего поля, то есть электромагнитного излучения вблизи источника шума. Такого рода помехи часто трудно устранить, и они требуют пристального внимания к заземлению соседней электрической цепи, а заземление эффективно только для цепей, находящихся в непосредственной близости от электромагнитного излучения.Эффектами электромагнитного излучения можно пренебречь, если напряженность поля не превышает 1 В/м. Это можно рассчитать по формуле:

Напряженность поля = (0,173√мощность)/расстояние

, где напряженность поля указана в вольтах на метр, мощность — в киловаттах, а расстояние — в километрах.

Двумя наиболее часто используемыми механизмами минимизации электромагнитного излучения являются:

  1. Собственное экранирование (железо)
  2. Конденсаторы для шунтирования шумовых напряжений на землю.

Любые не полностью экранированные проводники будут выступать в качестве приемной антенны для радиосигнала, поэтому следует позаботиться о хорошем экранировании любой оголенной проводки.

8.9 Подробнее об экранировании
Важно, чтобы электростатический экран был заземлен только в одной точке. Более чем одна точка заземления вызовет блуждающие токи. Экран должен быть изолирован, чтобы предотвратить непреднамеренный контакт с несколькими точками, которые ведут себя как точки заземления, что приводит к циркулирующим токам. Экран ни в коем случае нельзя оставлять плавающим, потому что это приведет к возникновению емкостной связи, что сделает экран бесполезным.

Двумя полезными методами изоляции одной цепи от другой являются использование оптоизоляции, как показано на рис. 8.25, и трансформаторную связь, как показано на рис. 8.26.

Рисунок 8.25 Оптоизоляция двух цепей

Рисунок 8.26 Трансформаторная муфта

Хотя оптоизоляция изолирует одну цепь от другой, она не предотвращает передачу шума или помех от одной цепи к другой.

Трансформаторная связь может быть предпочтительнее оптической развязки, когда в одной цепи присутствуют очень высокоскоростные переходные процессы.Существует некоторая емкостная связь между светодиодом и базой транзистора, которая в оптроне может позволить этим типам переходных процессов проникать из одной цепи в другую. Это не относится к трансформаторной связи.

8.9.1 Хорошие показатели эффективности экранирования
Использование некоторого вида материала с низким сопротивлением, покрывающего сигнальные проводники, считается хорошей практикой экранирования для уменьшения электростатической связи. При сравнении экранирования без защиты это снижение может варьироваться от медной оплетки (85% покрытия), которая обеспечивает коэффициент шумоподавления 100:1, до алюминиевой майларовой ленты с заземляющим проводом с коэффициентом 6000:1.

Скручивание проводов для уменьшения индуктивной связи снижает шум (по сравнению с отсутствием скручивания) в диапазоне от 14:1 (для четырехдюймовой свивки) до 141:1 (для однодюймовой свивки). Для сравнения, размещение параллельных (нескрученных) проводов в стальном кабелепроводе дает снижение уровня шума только на 22:1.

В очень чувствительных цепях с высоким уровнем магнитной и электростатической связи подход заключается в использовании коаксиальных кабелей. Кабель с двойным экраном может дать хорошие результаты для очень чувствительных цепей.

Примечание: При двойном экранировании внешний экран можно заземлить в нескольких точках, чтобы свести к минимуму циркулирующие радиочастотные петли. Это расстояние должно быть установлено с интервалом менее 1/8 длины волны радиочастотного шума.

8.9.2 Кабельные каналы или кабельные каналы в качестве магнитного экрана
Они полезны для обеспечения определенного уровня ослабления электрических и магнитных полей. Эти цифры действительны для частоты 60 Гц для магнитных полей и 100 кГц для электрических полей.Типичные факторы скрининга:

  • Для алюминиевого кабелепровода длиной 5 см (2 дюйма) и толщиной 0,154 дюйма
    – Магнитные поля 1,5:1
    – Электрические поля 8000:1
  • Труба из оцинкованной стали (5 см (2 дюйма), толщина стенки 0,154 дюйма)
    – Магнитные поля 40:1
    – Электрические поля 2000:1

8.9.3 Расстояние между кабелями как средство снижения шума
В ситуациях, когда имеется большое количество кабелей с разными уровнями напряжения и тока, в стандарте IEEE 518–1982 разработан полезный набор таблиц, указывающих расстояние между кабелями для различные классы кабелей.Существует четыре уровня классификации восприимчивости кабелей. Восприимчивость в этом контексте понимается как показатель того, насколько хорошо сигнальная схема может различать нежелательный шум и требуемый сигнал. Из этого следует, что физический стандарт передачи данных, такой как RS-232E, будет иметь высокую восприимчивость, а кабель переменного тока 1000 В, 200 А имеет низкую восприимчивость.

Кратко четыре уровня восприимчивости, определенные стандартом IEEE 518-1982:

  1. Уровень 1 – высокий: Определяется как аналоговые сигналы менее 50 В и цифровые сигналы менее 15 В.Сюда входят цифровые логические шины и телефонные цепи. Кабели передачи данных попадают в эту категорию.
  2. Уровень 2 – средний: В эту категорию входят аналоговые сигналы напряжением более 50 В и коммутационные цепи.
  3. Уровень 3 – низкий: Сюда входят коммутационные сигналы выше 50 В и аналоговые сигналы выше 50 В. В эту категорию также входят токи менее 20 А.
  4. Уровень 4 – мощность: Сюда входят напряжения в диапазоне 0″1000 В и токи в диапазоне 20–800 А.Это относится как к цепям переменного, так и постоянного тока.

IEEE 518 также предусматривает три различные ситуации при расчете требуемого разделительного расстояния между различными уровнями восприимчивости. При рассмотрении конкретного случая, когда один кабель является кабелем с высокой восприимчивостью, а другой кабель имеет различную восприимчивость, требуемое разделяющее расстояние будет варьироваться следующим образом:

  • Оба кабеля находятся в отдельном лотке
    – от уровня 1 до уровня 2 – 30 мм
    – от уровня 1 до уровня 3 – 160 мм
    – от уровня 1 до уровня 4 – 670 мм
  • Один кабель находится в лотке, а другой в кабелепроводе
    – от уровня 1 до уровня 2 – 30 мм
    – от уровня 1 до уровня 3 – 110 мм
    – от уровня 1 до уровня 4 – 460 мм
  • Оба кабеля находятся в отдельном кабелепроводе
    – от уровня 1 до уровня 2 – 30 мм
    – от уровня 1 до уровня 3 – 80 мм
    – от уровня 1 до уровня 4 – 310 мм.

Цифры приблизительны, так как исходный стандарт указан в дюймах.

Несколько слов нужно сказать о конструкции лотков и желобов. Предполагается, что лотки изготовлены из металла и надежно заземлены с полной непрерывностью по всей длине лотка. Лотки также должны быть полностью закрыты, чтобы исключить возможность того, что какая-либо область останется незащищенной.

Вкратце, гальванических помех можно легко избежать, воздерживаясь от использования общего эталонного проводника сигнала, другими словами, сохраняя два сигнальных канала гальванически разделенными, чтобы не возникало помех.

Электромагнитную индукцию можно минимизировать несколькими способами. Один из способов — поместить источник электромагнитного потока в металлический корпус, магнитный экран. Такой экран препятствует выходу потока магнитного потока за его периферию, чтобы он не мешал внешним проводникам. Подобный экран вокруг приемника электромагнитных помех может уменьшить шум, не позволяя линиям потока проникать внутрь корпуса, а проходить вдоль плоскости его поверхности.

Физическое разделение между источником шума и приемником также уменьшит магнитную связь и, следовательно, помехи.Скручивание сигнальных проводников — еще один способ уменьшить электромагнитные помехи. Полярность наведенного напряжения будет меняться при каждом скручивании по длине сигнального кабеля, что нейтрализует шумовое напряжение. Такие кабели называются витыми парами.

Электростатические помехи можно предотвратить или, по крайней мере, свести к минимуму с помощью экранов. Экран обычно изготавливается из материала с высокой проводимостью, такого как медь, и размещается на пути соединения.

Примером может служить экран, который размещается вокруг сигнального проводника.Когда шумовое напряжение пытается пройти через емкость, разделяющую два проводника, скажем, силовой и сигнальный (фактически через изоляцию проводников), оно сталкивается с проводящим экраном, который соединен с землей. В результате шум отводится на землю через экран, а не проходит по пути с более высоким импедансом к другому проводнику. Если экран не изготовлен из материала с высокой проводимостью, протекание отведенного тока через экран может вызвать локальное повышение напряжения в экране, что может вызвать протекание части шумового тока через емкость между экраном и вторым проводник.

8.9.4 Оптические кабели
Конечно, лучше всего использовать сигнальные кабели оптического типа, которые невосприимчивы ко всем формам электрических помех. Их использование очень распространено в кабелях связи и в сетевых проводниках для систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), используемых в крупных электроустановках, где шумы присущи окружающей среде. Большинство промышленных систем управления, таких как распределенные системы управления в энергетике и различных отраслях обрабатывающей промышленности, предпочитают использовать оптоволоконные проводники в качестве магистрали данных.

Все эти методы обычно применяются на практике в качестве мер по снижению шума. Мы обсудим один из важных компонентов, используемых в системах распределения электроэнергии для чувствительного оборудования, а именно, экранированный изолирующий трансформатор.

Ожидается в части 3: экранированный изолирующий трансформатор, предотвращение контура заземления, использование изолированной розетки с заземлением, эталонные сети с нулевым сигналом и гармоники в электрических системах.

Напечатано с разрешения Butterworth Heinemann, подразделения Elsevier.Авторские права 2004 г. «Практическое заземление, соединение, экранирование и защита от перенапряжений» Г. Виджаярагхавана, Марка Брауна и Малкольма Барнса. Для получения дополнительной информации об этом и других подобных книгах посетите сайт www.elsevierdirect.com.

Ссылки по теме:
Электрические помехи и их снижение. Часть 1: Определение, категории и измерение шума
Заземление системы управления. Часть 1: Методы одноточечного заземления | Часть 2. Проводка заземления, заземление экрана и заземление источника питания
Миф о нейтральном проводе
Заземление: защита электрических устройств от грозовых разрядов — Часть 1 | Часть 2
Минимизация шума, создаваемого сервоусилителем
Методы повышения целостности сигнала операционного усилителя в низкоуровневых сенсорных приложениях — Часть 1 | Часть 2

.

0 comments on “Контур заземления схема: Как правильно сделать контур заземления своими руками

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.