Гальваническая развязка заземление

Что такое гальваническая развязка

Гальванической развязкой или гальванической изоляцией называется общий принцип электрической (гальванической) изоляции рассматриваемой электрической цепи по отношению к другим электрическим цепям. Благодаря гальванической развязке осуществима передача энергии или сигнала от одной электрической цепи к другой электрической цепи без непосредственного электрического контакта между ними.

Гальваническая развязка позволяет обеспечить, в частности, независимость сигнальной цепи, поскольку формируется независимый контур тока сигнальной цепи относительно контуров токов других цепей, например силовой цепи, при проведении измерений и в цепях обратной связи. Такое решение полезно для обеспечения электромагнитной совместимости: повышается помехозащищенность и точность измерений. Гальваническая изоляция входа и выхода устройств зачастую улучшает их совместимость с другими устройствами в тяжелой электромагнитной обстановке.

Безусловно, гальваническая развязка обеспечивает и безопасность при работе людей с электрическим оборудованием. Это одна из мер, и изоляцию конкретной цепи необходимо всегда рассматривать в совокупности с другими мерами обеспечения электрической безопасности, такими как: защитное заземление и цепи ограничения напряжения и тока.

Для обеспечения гальванической развязки могут быть использованы различные технические решения:

индуктивная (трансформаторная) гальваническая развязка, которая применяется в трансформаторах и для изоляции цифровых цепей;

оптическая развязка посредством оптрона (оптопара) или оптореле, применение которой является типичным для многих современных импульсных источников питания;

емкостная гальваноразвязка, когда сигнал подается через конденсатор очень маленькой емкости;

электромеханическая развязка посредством, например, электромеханического реле.

В настоящее время очень широкое распространение получили два варианта гальванической развязки в схемах: трансформаторный и оптоэлектронный.

Построение гальванической развязки трансформаторного типа предполагает применение магнитоиндукционного элемента (трансформатора) с сердечником или без сердечника, выходное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки которого пропорционально входному напряжению устройства. Однако, при реализации этого способа, важно учесть следующие его недостатки:

на выходной сигнал могут влиять помехи, создаваемые несущим сигналом;

частотная модуляция развязки ограничивает частоту пропускания;

Развитие технологии полупроводниковых устройств в последние годы расширяет возможности построения оптоэлектронных узлов развязки, основанных на оптронах.

Принцип работы оптрона прост: светодиод излучает свет, который воспринимается фототранзистором. Так осуществляется гальваническая развязка цепей, одна из которых связана со светодиодом, а другая — с фототранзистором.

Такое решение имеет ряд достоинств: широкий диапазон напряжений развязки, вплоть до 500 вольт, что немаловажно для построения систем ввода данных, возможность работы развязки с сигналами частотой до десятков мегагерц, малые габариты компонентов.

Если не применять гальваническую развязку, то максимальный ток, протекающий между цепями, ограничивается лишь относительно небольшими электрическими сопротивлениями, что может привести в результате к протеканию выравнивающих токов, способных причинить вред как компонентам цепи, так и людям, прикасающимся к незащищенному оборудованию. Обеспечивающий развязку прибор специально ограничивает передачу энергии от одной цепи к другой.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА В СИСТЕМАХ ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИКИ

Есть вопросы, решение которых на первый взгляд кажется очень простым. Однако на поверку часто оказывается, что без грамотного и кропотливого подхода к их разрешению не удается достичь заданных параметров и критериев работы устройств и систем. Одним из таких вопросов является осуществление заземления и гальванической развязки.

Рассмотрим устройство, в котором мы можем выделить аналоговый и цифровой блок (рис. 1). Конечно иногда, такое выделение может быть достаточно условным, но для большинства практических случаев оно не лишено смысла. Питание обоих частей устройство будем осуществлять от одного общего источника питания. Т. е. будут существовать два контура тока – контур тока питания цифрового модуля и контур тока питания аналогового модуля. Оба этих тока в конце концов будут протекать по общей земляной шине.

Рис. 1. Питание аналогового и цифрового блоков устройства

от общего источника питания

Можно сразу обратить внимание на разницу в характере изменения токов в этих контурах. Элементы цифровой части работают в ключевом режиме. В процессе работы цифрового блока число элементов с нулями и единицами на выходе (число замкнутых и разомкнутых ключевых элементов) различно. Ключевой режим работы определяет что ток, потребляемый ими от источника питания, меняется скачкообразно. Элементы аналогового блока работают в активном режиме и ток, потребляемый элементами этого блока от источника питания, меняется всегда плавно.

Сопротивление земляной шины всегда стараются сделать как можно меньшим, чтобы свести к нулю падение напряжения, которое будет возникать на ней за счет протекающих по ней токов. Однако практически это сопротивление будет иметь какое-то значение отличное от нуля и распределенное вдоль ее длины. Из-за этого на шине будет наблюдаться распределенное падение напряжения и потенциалы точек шины, удаленные от точки ее заземления, будут отличны от нуля. Скачкообразные изменения тока в шине будут приводить к скачкообразным изменениям распределенного падения напряжения вдоль нее.

Напряжения полезных сигналов, передаваемые от одного элемента аналогового блока к другому, будут определяться относительно потенциала той точки шины заземления, к которой они подключены. Появление скачкообразных изменений потенциалов на этой шине будет эквивалентно внесению в напряжение полезных сигналов помехи. Таким образом одни узлы схемы будут влиять на работу других узлов схемы. Особенно это влияние ощутимо для аналоговых узлов.

Помехи, которые передаются из соседних электрических цепей не через электромагнитное поле, а путём переноса электрического тока по общим для обеих цепей проводникам, в основном через общие участки цепей заземления или питания получили название кондуктивных. Основной механизм их появления описан выше. Связан он конечно не только с работой цифровых узлов. Источником кондуктивных помех являются генераторы, реле, тиристорные преобразователи, шаговые двигатели с импульсным питанием, мощные печи с ШИМ-управлением, а точнее – не сами устройства, а большие и меняющиеся токи в общих цепях питания этих устройств.

К подобным же результатам приводит и наличие электромагнитных наводок. Исходными источниками электромагнитного поля помехи могут быть радиомодем, радиотелефон, радиоретранслятор, радиостанция, сотовый передатчик на крыше здания, двигатель с искрящимися щётками, электросварочный аппарат, трамвай, люминесцентные лампы, тиристорный регулятор, компьютер, телевизионные и радиостанции, сотовые телефоны, молнии и др. Индуктивные электромагнитные помехи наводятся на всех проводящих предметах, которые в таком случае играют роль антенн. Мощность наведённой помехи зависит от площади контура, охваченного проводником, или от длины провода. Если такой антенной является линия питания или земляная шина, то помеха, наведённая в ней, кондуктивным путём может передаваться по ним и влиять на сигнальные цепи, вызывая поток ошибок в цифровых схемах или погрешность передачи сигнала в аналоговых.

Уменьшить такое взаимовлияние узлов друг на друга можно, если осуществлять их подключение к точке заземления с помощью отдельных шин. Такой способ осуществления заземления называют веерным. Т. к. в первую очередь нам необходимо уменьшить влияние цифровых узлов на аналоговые, то прежде всего делают отдельные шины заземления для цифровых узлов и аналоговых (рис.2). Такие шины принято называть соответственно цифровой и аналоговой землей.

Рис. 2. Веерная разводка земляных шин аналогового и цифрового блоков устройства

Подчеркнем, что решение о разделении шин заземления на аналоговую и цифровую не является обязательным для любого случая, а принимается лишь в тех случаях, когда можно хотя бы к какой-то мере конструктивно сгруппировать отдельно аналоговые и цифровые элементы, когда потребление цифровой группы (так бывает чаще) велико и существенно превышает потребление аналоговой. Набор обязательных требований зависит от требуемой точности измерений, мощности потребления узлов и от окружающей электромагнитной обстановки. Эти решения могут приниматься на разном уровне разводки шин. Например, при разводке проводников на печатной плате. Даже в некоторых БИС (например, АЦП) применяется такая раздельная разводка. И конечно на уровне разводки проводников на уровне блоков, например в электрическом шкафу.

Разработчики комплексных систем автоматики сталкиваются с заземлением чаще всего именно на уровне монтажа блоков, поэтому остановимся более подробно именно на таком примере. Т. к. заранее нельзя сказать однозначно, какие требования являются обязательными, поэтому нижеприведенные примеры заземления условно разделены на «правильные» и «ошибочные». При этом «правильный» подход всегда дает меньший уровень помех, чем «неправильный».

На рис. 3 сделаны следующие «неправильные» соединения:

· заземление шкафов выполнено в разных точках, поэтому потенциалы их земель отличаются;

· шкафы соединены между собой, что создает замкнутый контур в цепи заземления;

· проводники аналоговой и цифровой земли в левом шкафу на большом участке идут параллельно, поэтому на аналоговой земле могут появиться индуктивные и емкостные наводки от цифровой земли;

· блок питания (точнее, его отрицательный вывод) соединен с корпусом шкафа в ближайшей точке, а не на клемме заземления, поэтому по корпусу шкафа течет ток помехи, проникающий через трансформатор блока питания;

· используется один блок питания на два шкафа, что увеличивает длину и индуктивность проводника заземления;

· в правом шкафу выводы земли подсоединены не к клемме заземления, а непосредственно к корпусу шкафа. При этом корпус шкафа становится источником индуктивной наводки на все провода, проходящие вдоль его стен;

· в правом шкафу, в среднем ряду, аналоговая и цифровая земли соединены прямо на выходе блоков, что неправильно.

Рис. 3. Пример неправильного заземления шкафов с автоматики.

Цветными линиями выделены неправильные соединения.

GND – вывод для подключения заземленного вывода блока питания.

Смотрите так же:  Провода для подключения моноблока

Перечисленные недостатки устранены для шкафов на рис. 4. Дополнительным улучшением разводки в этом примере было бы применение отдельного проводника заземления для наиболее чувствительных аналоговых модулей ввода. В пределах шкафа (стойки) желательно группировать аналоговые модули отдельно, цифровые – отдельно, чтобы при прокладке проводов в кабельном канале уменьшить длину участков параллельного прохождения цепей цифровой и аналоговой земли.

Рис. 4. Пример правильного заземления шкафов автоматики

Рассмотренный веерный способ заземления позволяет уменьшить взаимовлияние узлов друг на друга, но не исключает его полностью. Дело в том, что потенциалы точек подключения узлов к шинам все равно хоть на сколько-то будут отличаться от нуля и от друг-друга и между ними будут течь так называемые уравнительные токи, стремящиеся уменьшить эту разность потенциалов.

Наличие этих токов показывает, что взаимовлияние узлов друг на друга в какой-то степени при веерной системе заземления все же остается. Вместе с тем это показывает и то, что его можно полностью исключить только если мы предотвратим течение таких уравнительных токов. Это возможно только в случае если мы разорвем гальванические связи между узлами – т. е. осуществим между ними тем или иным образом гальваническую развязку. Гальваническая развязка узлов друг от друга означает, что их питание должно осуществляться от гальванически не связанных источников питания, а передача полезных (информационных, управляющих и пр.) сигналов от одного к другому осуществляться способами, исключающими гальваническую связь, например с использованием световых сигналов или явления электромагнитной индукции. На практике это приводит к использованию для передачи сигналов от узла к узлу оптопар и трансформаторов.

Оптопара состоит из двух элементов – один из них формирует световой поток, интенсивность которого зависит от уровня входного электрического сигнала, другой элемент, являясь приемником этого светового потока, формирует выходной электрический сигнал, зависящий от интенсивности потока (рис.5). Такими парами являются: светодиод-фотодиод или светодиод-фототранзистор, светодиод-тиристор. Сейчас используются оптопары, выполненные в интегральном исполнении. Оптоэлектронные микросхемы характеризуются полной электрической и конструктивной совместимостью с традиционными микросхемами. Достоинством всех оптопар является их конструктивная простота и компактность, главным недостатком – нелинейность (узкий диапазон линейности), которая препятствует их применению в цепях развязки аналоговых сигналов. Оптопары в основном используются для гальванической развязки цепей передачи дискретных сигналов.

Рис. 5. Диодно-диодная и диодно-транзисторная оптопары

Оптопары (или оптроны) характеризуются несколькими группами параметров. Первая группа характеризует входную цепь, вторая – выходную цепь, третья – объединяет параметры, характеризующие степень воздействия излучателя на фотоприемник и связанные с этим особенности прохождения сигнала через оптопару как элемент связи (параметры передаточной характеристики), наконец, четвертая группа объединяет параметры гальванической развязки, значения которых показывают, насколько приближается оптопара к идеальному элементу развязки. Важнейшим параметром диодной и транзисторной оптопар является коэффициент передачи тока.

Использование диодной оптопары не может дать выигрыша ни по энергетике, ни по предельным частотам.

Транзисторные оптопары выгодно отличаются от диодных. Это проявляется прежде всего схемотехнической гибкости, состоящей в том, что коллекторным током можно управлять как по цепи светодиода (оптически), так и по базовой цепи (электрически), а также в том, что выходная цепь может работать и в активном и в ключевом режиме. Механизм внутреннего усиления обеспечивает получение больших значений коэффициента передачи тока, так что последующие усилительные каскады не всегда необходимы. Важно, что при этом инерционность оптопары не очень велика и для многих случаев вполне допустима. Выходные токи фототранзисторов значительно выше, чем у фотодиодов, что делает их пригодными для коммутации широкого круга электрических цепей.

Тиристорные оптопары используются для коммутации сильноточных высоковольтных цепей.

Существуют системы гальванической опторазвязки с передачей сигнала от источника светового потока к его приемнику по оптоволоконному каналу.

Гальваническая развязка трансформаторного типа предполагает использование магнитоиндукционного элемента с сердечником или без него, напряжение на вторичной обмотке которого пропорционально напряжению на входе устройства (на первичной обмотке). Трансформаторы являются линейными устройствами, но работают только в цепях переменного тока. В системах управления приходится работать и с очень медленно меняющимися сигналами – фактически с сигналами постоянного тока (или сигналами, имеющими постоянные составляющие). Для возможности применения линейных трансформаторов для гальванической развязки в аналоговых цепях постоянного тока перед ними устанавливают модуляторы, а за ними – демодуляторы таких сигналов. При применении трансформаторной гальванической развязки необходимо учитывать следующие её недостатки:

· несущий сигнал может создавать помехи, влияющие на выходной сигнал развязки;

· полоса пропускания ограничена частотой модуляции развязки;

Общим недостатком трансформаторных развязывающих элементов является их конструктивная сложность, сравнительно большие габаритные размеры компонентов. Ответом на это стало появление технологий с использованием интегральных микротрансформаторов. Например, к таковыми относятся изоляторы цифрового сигнала семейства iCoupler фирмы Analog Devices. В одном корпусе микросхемы размещены три кристалла. На двух кристаллах, сделанных по технологии CMOS, реализованы схемы драйвера и приемника. Между ними находится микротрансформатор. Он состоит из плоских катушек, сделанных из золота и разделенных 20-микронным слоем полиамидной пленки. Эта полиамидная изоляция выдерживает напряжение 5 кВ в течение одной минуты. В одном корпусе выпускаются одноканальные и многоканальные (до четырех каналов) изоляторы.

Законченную линейку элементов гальванической развязки и повторителей сигналов для использования в системах промышленной автоматики представляют собой модули DSCL, DSCP и SCTP компании Dataforth. В зависимости от конструкции корпуса они предназначены для пайки, установки в сокет, на DIN-рейку или панель. Погрешность – не более ±0,2 %. Модули поставляются с предустановленным, изменяемым перемычками или конфигурируемым с персонального компьютера входным/выходным диапазоном сигналов. Питание осуществляется от источника выходной токовой петли или от источника переменного/постоянного напряжения. Диапазон рабочих температур от –25 до +65 о С.

Выше рассматривались элементы для развязки сигнальных цепей. Однако нельзя забывать, что развязка должна обязательно осуществляться и по цепям питания, по которым в гальванически не связанные узлы должна передаваться электрическая энергия. Для этого каждый гальванически не связанный блок можно питать от отдельного аккумулятора или отдельной батареи. Для этого их можно питать от выпрямителей и стабилизаторов, получающих напряжение от отдельных обмоток трансформатора. Наконец можно использовать преобразователи «постоянный ток-постоянный ток» – DC/DC-преобразователи, которые могут служить для преобразования одного уровня постоянного питающего напряжения в другой и обязательно осуществляют гальваническую развязку между входными и выходными цепями.

DC/DC-преобразователи широко выпускаются различными компаниями и отличаются друг от друга уровнями входных и выходных напряжений, а также мощностью. Например, компании XP Power, Peak Electronics, TRACOPOWER и др. выпускают такие преобразователи мощностью от 1 до 150 Вт в SIP, DIP и в специальных пластиковых и металлических корпусах со стабилизированным и нестабилизированным выходным напряжением.

Примером DC/DC-преобразователей, выпускаемых российскими компаниями может служить блок гальванической развязки компании ОВЕН БГР2(4)-24/24. Он предназначен для питания оборудования нестабилизированным напряжением постоянного тока 24 В. БГР представлен в четырехканальном и двухканальном исполнениях и в зависимости от этого формирует 4 или 2 изолированных друг от друга выходных напряжения 24 В с нагрузочной способностью выходов не более 40 мА. Габаритные размеры корпуса 36 × 90 ×58 мм. Устанавливается на DIN-рейку. Степень защиты корпуса (со стороны лицевой панели) IP20. Масса блока – не более 0,11 кг. Питание блока следует осуществлять от локального источника питания подходящей мощности, установленного в том же шкафу электрооборудования, в котором устанавливается блок.

Можно назвать и некоторые комплексные решения для осуществления гальванической развязки. Так, например фирмой Analog Devices разработано семейство приборов isoPower, которые являются развитием линии iCoupler. В приборах isoPower применяется та же технология с микротрансформаторами, но помимо передачи цифровых данных, в isoPower обеспечивается гальванически развязанная передача энергии (развязка по питанию) и имеются все необходимые ключевые схемы, выпрямители и стабилизаторы. Другими словами, в приборах семейства isoPower имеется встроенный DC/DC-преобразователь и при этом он вместе с каналами передачи информации представляет собой микросхему в корпусе SOIC-8.

Вернемся к рассмотрению практических случаев. Представьте, что у Вас к одной земляной шине в промышленных условиях подключены измерительные элементы, устройства автоматики и какие-то силовые установки (двигатели, инверторы и т. п.). Включение/выключение любой силовой установки, ее мощных элементов (ключей, тиристоров) будет приводить к скачкообразному изменению токов и потенциалов на земляной шине. Наверняка, это приведет к моментальным сбоям Вашей автоматики, ошибкам измерений, а возможно и к выходу из строя узлов с низким уровнем питающего напряжения. Избавиться от этого можно только гальванически развязав «внутренности» Ваших узлов от общей земляной шины. И чем «раньше» с точки зрения получения и обработки полезных сигналов Вы это сделаете, тем выше будет вероятность безотказной работы техники. Если Вы имеете некоторый измерительный канал, постарайтесь уже сам датчик включить без связи с землей, т. е. использовать датчики с дифференциальным выходом. В целом такие рассуждения будут определять место и способ реализации гальванической развязки в Вашей системе.

На самом деле гальваническая развязка играет еще одну роль, кроме рассмотренной. Элементы развязки фактически выступают в роли своеобразных предохранителей, останавливая на себе действие пробоя при случайном (аварийном) попадании высокого напряжения на цепи с низковольтным питанием. Например, при попадании высокого напряжения на вход измерительного канала «выгорит» все до элемента развязки, включая его входную цепь, но дальше, если высокое напряжение не превысит некоторого критического уровня, все будет целым.

Смотрите так же:  Защитное заземление основные требования порядок расчета

Этот критический уровень напряжения связывают с понятием «напряжение изоляции», которое часто трактуется неправильно. Для описания характеристик изоляции используют несколько стандартов, но в описаниях устройств гальванической развязки не всегда даются на них ссылки. Поэтому понятие «напряжение изоляции» в описаниях приборов трактуется неоднозначно. Главное различие состоит в том, что в одних случаях речь идет о напряжении, которое может быть приложено к изоляции неограниченно долго (рабочее напряжение изоляции), в других случаях речь идет об испытательном напряжении (напряжение изоляции), которое прикладывается к образцу в течение от нескольких микросекунд до 1 мин. Испытательное напряжение может в несколько раз превышать рабочее и предназначено для ускоренных испытаний в процессе производства, поскольку напряжение, при котором наступает пробой, зависит от длительности тестового импульса.

Электрическая прочность изоляции отечественных средств автоматизации испытывается по ГОСТ 51350 или ГОСТ Р МЭК 60950-2002 синусоидальным напряжением с частотой 50 Гц в течение 60 с при напряжении, указываемом в руководстве по эксплуатации как «напряжение изоляции». При этом например, если испытательное напряжение изоляции составляет 2 500–3 000 В, то рабочее напряжение изоляции составит всего 300–500 В.

Подведем итог. Гальваническая развязка нужна для устранения взаимовлияния работы одних узлов на другие узлы, которое может возникать, если все они подключены к общей земляной шине, и обеспечения за счет этого бесперебойной нормальной работы узлов. Основная идея гальванической развязки заключается в том, что в электрической цепи полностью устраняется путь, по которому возможна передача кондуктивной помехи. Гальваническая развязка (изоляция) цепей является радикальным решением большинства проблем, связанных с заземлением, и ее применение фактически стало обязательным в системах промышленной автоматизации. Одной из характеристик различных узлов систем автоматики является указание о наличии гальванической развязки по входным и выходным цепям, а также указание напряжения изоляции.

Для применения гальванической развязки система автоматизации делится на автономные изолированные подсистемы, обмен информацией между которыми выполняется с помощью элементов гальванической развязки. Каждая подсистема имеет свою локальную землю и локальный источник питания. Подсистемы заземляют только для обеспечения электробезопасности и локальной защиты от помех.

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

  • Перейти на страницу:

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

Сообщение #1 T-Duke » 06 апр 2017, 00:27

У меня эта тема возникала уже несколько раз. Проблема в том, что для питания цифровых осциллографов используют импульсные БП, со стандартными входными цепями. А заземление там подключено таким образом, что в некоторых случаях могут возникать проблемы. До сих пор решал я проблему развязки осцилла по старинке — с помощью развязывающего трансформатора 220/220. Однако у этого решения есть один серьезный недостаток — а именно необходимость в довольно габаритном развязывающем трансформаторе. Порой транс 220/220 проблематично найти и тогда используют два одинаковые транса включенные вторичными обмотками вместе.

Но мне такое решение перестало нравиться. По той причине, что импульсный БП осциллографа, уже предоставляет гальваническую развязку осциллографа от сети. Но вследствие особенностей подключения контура заземления к плате осциллографа, родной гальванической развязкой воспользоваться не удается.

Для того чтобы было понятнее о чем речь, приведу схему БП, довольно распространенного цифрового осциллографа:

Основная проблема, которая кроется в невозможности работы осциллографа без развязывающего трансформатора, сосредоточена в том, что провод заземления из разъема питания P1 (3 контакт) подключен к земле осциллографа. Это делает невозможным включение крокодила щупа в неземляные точки исследуемой схемы. То есть если попытаться использовать заземленный осциллограф для исследования работы тоже заземленного устройства, то крокодил осциллографа можно подключать только к земле и больше никуда, если в схеме внутри, нет гальванической развязки.

Во многих случаях, проблему можно решить просто используя для питания осциллографа розетку в которой нет заземления. Тогда земля осциллографа не будет связана со землей исследуемого устройства. Но даже если устройство и осциллограф, питается от розетки без заземления, но через общий удлиннитель, тогда земли осциллографа и устройства оказываются соединенными через контакт в удлинителе. Короче одни проблемы с этой землей.

Если запитать осциллограф от развязывающего трансформатора, тогда земля не подключается никуда и проблемы общих земель исчезают. Но тогда встает вопрос — зачем такая избыточность? Ведь ИБП осциллографа и так обеспечивает гальваническую развязку. Проблема ведь только в землях. Самое простое решение — это не использовать развязывающий трансформатор, потому что такой уже используется внутри БП осциллографа. Решение — просто отключить землю от корпуса осциллографа. Оно равноценно применению дополнительного развязывающего трансформатора. Отключили землю и все проблемы исчезли.

Но все ли проблемы исчезли?

Чтобы разобраться нужно понять зачем нужно заземление. Корпуса приборов заземляют по соображению электробезопасности. Это обычная мера для приборов внутри корпуса которых существует сетевое напряжение. Если корпус прибора заземлен, то при замыкании корпуса на сетевой фазный провод, произойдет короткое замыкание фазы на землю и сработает предохранитель или пакетник. Если же корпус не заземлен, то на нем может находиться сетевое напряжение и при касании человека ко корпусу, в неблагоприятных условиях (контакт человека тем, или иным образом со землей) может произойти поражение током.

Однако, здесь есть одно но. Заземлять по сути нужно горячую часть устройства, то есть высоковольтную часть, которая схемотехнически находится до разделяющего трансформатора. Ибо вторичная часть, после разделяющего трансформатора уже не имеет связи со сетью питания. Кроме того можно найти в продаже целый класс устройств, чаще всего это БП и зарядные устройства, у которых вовсе нет заземления. Шнур питания таких устройств имеет только два провода и земли нет вовсе. И ничего, все себе работает прекрасно, так как сеть и выход такого БП разделены гальванически.

Тогда возникает большой вопрос — за каким непонятным пнем, в осциллографах заземляют вторичную часть БП? То есть зачем заземлять уже гальванически развязанную часть схемы? Самый первый пришедший в голову ответ здесь — для того, чтобы при исследовании с помощью осциллографа высоковольтных схем иметь некоторую защиту. Только вот так ли это на самом деле? Корпуса цифровых осциллографов пластиковые. Кнопки, крутилки тоже пластиковые.

Возникает снова вопрос — ЗАЧЕМ заземлять вторичную сторону БП, которая уже гальванически отвязана от БП? Зачем? Что заземлять там? Пластиковый корпус? Как на нем окажется сетевое напряжение? Каким образом? Мало того, если мы заземлим вторичную часть осциллографа, то разъемы щупов осциллографа, оплетка щупов и сами крокодилы, окажутся заземленными. И тогда если человек коснется крокодила щупа, или разъема кабеля щупа одной рукой и коснется ВВ части схемы другой рукой, получи гарантированный удар током. Вот нахрена заземлять плату осциллографа?

Кто, что думает? Для тех, кто меня не знает, прошу сразу воздержаться от очевидных отсылов в госты и прочую бумажную ерунду. Потому что вопрос с подвохом. Я редко задаю вопросы и задавая, уже знаю большую часть ответа, просто на всякий сверяюсь, может пропустил чего.

Итак повторю вопрос — ЗАЧЕМ заземлять плату осциллографа, который питается уже от ИЗОЛИРОВАННОГО блока питания. Если заземлять корпус БП внутри осциллографа, я еще пойму. Но зачем заземлять общий осциллографа у которого весь корпус пластиковый, кнопки, крутилки тоже пластиковые и питается осциллограф от изолированного источника питания? Вопрос с подвохом, посему интересует ответ знатоков, уже разбиравшихся в нем.

О дифференциальных пробниках я знаю. Но это не решение. Об осциллографах с изолированными каналами тоже. И про то, что более правильно отвязывать от сети исследуемое устройство, а не осцилл, я тоже знаю. Главный вопрос здесь — ЗАЧЕМ земля пластиковому осциллографу? Зачем козе баян?

ЗЫ
Развивая тему об изоляции именно осциллографа, я хочу все подвести к ненужности заземления собственно платы осциллографа, а только горячей части БП. Хотя в случае подключения осциллографа через внешний развязывающий транс, заземления уже нет никакого вообще. Я считаю что заземление платы цифрового осцилла, питающегося от изолированного БП — ненужность при работе с напряжениями до 400В, при аккуратности до 600В. Кто думает иначе?

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

Сообщение #2 AnSm » 06 апр 2017, 09:06

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

Сообщение #3 sidor094 » 06 апр 2017, 11:58

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

Сообщение #4 T-Duke » 06 апр 2017, 12:36

Мне причина их установки известна. Зачем они там и что делают. Чуть позже опишу все, вместе с решением проблемы. Подожду еще чуток. Пока по совету опытных людей изучаю дополнительную буржуйскую информацию о граундинге и шилдинге, хочу понять нет ли нюансов о которых я не знаю.

К этому я и подвожу. На самом деле я уже так делал полгода назад. Только вот помехозащищенность ухудшилась. Есть решение без выбрасывания этих конденсаторов. Просто сверяюсь с мануалами по EMI совместимости, вдруг что-то упускаю.

Практически невозможный. И в таком случае погорят компоненты на вторичной стороне и закоротят собой все, в результате выгорит предохранитель.

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

Сообщение #5 sidor094 » 06 апр 2017, 12:43

Гальваническая развязка цифровых осциллографов.

Сообщение #6 T-Duke » 06 апр 2017, 14:18

Ладно, пока переработаю буржуйские тексты по EMI опишу детальнее что делают те два конденсатора и почему на мой взгляд применено такое извращенное решение, производителями.

Входные цепи и фильтр образованный из L1,C1,C2,C3,C4 служит для двух целей — не пустить импульсные помехи из БП в сеть и не пустить помехи из сети в БП. Помехи бывают симметричные — противофазные, или дифференциальные — это когда помеха распространяется по двум проводам — фазе и нейтрали как дифференциальный сигнал и несимметричные, или синфазные, когда помеха распространяется по одному, или двум проводам относительно заземления — по фазе, или по нейтрали, или по обеим, относительно земляного провода. Самые легко подавляемые помехи — симметричные. Они вызывают наименьшую головную боль.

Смотрите так же:  Электропроводка газ 2217

Симметричные помехи, хорошо давит цепь L1,C1,C2 и ее бы хватало, если бы не присутствие несимметричных помех. Для их подавления ставят дополнительно C3,C4 и вместе с L1 они образуют два LC фильтра нижних частот, относительно земли. Один для фазного провода (левая по схеме катушка L1 и C4), другой для нейтрального (правая по схеме катушка L1 и C3). Как симметричные, так и несимметричные помехи возникают в ключевом каскаде импульсного БП. Именно коммутационные всплески на индуктивности рассеяния трансформатора и создают все проблемы. Ключевой каскад является сильным источником помех. Симметричные помехи хорошо давит дифференциальный фильтр второго порядка, на L1,C1,C2. А вот несимметричные помехи он не может сильно подавить. Поэтому требуется еще и несимметричный фильтр. Его получают добавляя емкости C3,C4 к индуктивности L1. В этом случае получаем два несимметричных фильтра, один для фазного провода (левая обмотка L1 и C4), второй для провода нейтрали (правая обмотка L1 и C3). Для того чтобы конденсаторы С3, С4 подавляли несимметричные помехи они дожны включаться на общий провод, который заземляется. По логике вещей следует подключить все к земле горячей части БП. Но стандартным является включение, когда конденсаторы включают на землю вторичной части БП, а не на землю горячей части. Почему это так, разберемся позже. А пока разберем более логичный вариант включения конденсаторов и провода заземления:

Как видим провод заземления подключен к общему горячей части БП и все помехи которые могут выходить из БП, давятся фильтром L1,C3,C4. Так же и входящие помехи, аналогично давятся этим же фильтром. При таком включении конденсаторов фильтра, никаких проблем бы не возникало. Питание полностью изолировано и никакой связи между фазным и нейтральным проводом и землей вторичной части схемы бы не было. Подключение крокодила осциллографа к любой части схемы не создавало бы никаких проблем.

Однако есть один подводный камень. Если бы не он, все было бы превосходно и не приходилось бы использовать то извращенное решение когда конденсаторы включают на общий вторичной части БП. Может кто-то уже подозревает о каком подводном камне речь?

И да. Хочу заметить, что эти извращенные цепи с конденсаторами на землю вторичной части специально спроектированы для работы в трехпроводной сети, когда есть заземление в розетке. Когда заземления нет, тогда все превращается в пшик. На земле появляется переменка с частотой сети. К счастью емкость конденсаторов небольшая, что дает большое реактивное сопротивление и опасности нет, но если дотронуться до земли осцилла и до батареи, будет неприятное покалывание. Кстати это же самое и с компьютерами и прочими устройствами специально спроектированными для работы со заземлением. Если заземления нет, или оно пропадает, все превращается в медвежью услугу. Фильтр да — он-то работает пусть частично. Хоть и нет земли от сетевой розетки, но фильтр продолжает давить несимметричные помехи источником которых является силовой транзистор БП. Но на земле теперь есть потенциал сети, хоть и нет прямой гальванической связи, но переменный ток некоторой величины есть. И если ткнуться таким осциллом в схему, то минимум схема начнет работать нехорошо. Появляются помехи как минимум. А в максимуме, схема может начать сходить с ума или вообще ножки протянуть.

Короче я такое решение с фильтрами считаю извращенным. И да, тут еще один фактор есть. В качестве конденсаторов C3,C4 ОБЯЗАТЕЛЬНО должны использоваться кондеи категории Y1 или Y2. И как раз по причине того, что они включены на землю вторичной части БП. Потому что если произойдет пробой такого кондея, тогда на земле вторичной части может оказаться фаза. А это чревато. Поэтому в качестве кондеев С3,С4 используются спецконденсаторы с высоким пробивным напряжением до 8кВ, чтобы даже сильные всплески напряжения в сети не могли пробить конденсатор, чтобы не случилось непоправимое.

Короче столько извращений из-за одного подводного камня и стремления все удешевить. Я считаю именно это причиной извращенного включения С3,С4 на вторичную землю. Производителям не хотелось немного удорожать БП и они решили подключить сетевые провода ко вторичной земле, пусть даже ценой риска. Ввели обязательное использование кондеев типа Y1,Y2. Им то конечно дешевле, два высоковольтных спецкондея и все. Но меня такое решение в корне не устраивает. Лучше я чуть доработаю схему, чем буду использовать это извращение, которое к тому же нормально работает только со заземлением.

Лично я собираюсь перейти на измененный вариант БП и переключить конденсаторы С3,С4 со вторичной земли на горячую землю, как показано на рисунке. А с подводным камнем бороться по другому.

Гальваническая развязка, принципы и задачи

Устройства гальванической развязки позволяют физически разделить две электрические цепи, что дает возможность существенно улучшить качество электрического питания приборов и оборудования. В том числе такие приборы позволяют осуществлять безопасное подключение современных устройств в устаревших сетях без заземления

Устройства гальванической развязки позволяют физически разделить две электрические цепи, что дает возможность существенно улучшить качество электрического питания приборов и оборудования. В том числе такие приборы позволяют осуществлять безопасное подключение современных устройств в устаревших сетях без заземления.

Принцип работы гальванической развязки

Гальванические развязки используются для защиты электропитания приборов и оборудования, улучшения качества электрического питания, передачи сигналов между электрическими сетями.

Народная энциклопедия «Википедия» определяет устройство гальванической развязки как «устройство для передачи сигналов между различными электрическими цепями, устройство для защиты работы оборудования, устройство защиты от поражения током».

При развязке электрических цепей используют следующее оборудование:

  • трансформаторные гальванические развязки с использованием индуктивных трансформаторов;
  • емкостные гальванические развязки с использованием конденсаторов малой емкости;
  • оптические развязки цепей с использованием пары оптического датчика и оптического приемника сигнала;
  • электромеханические развязки цепей с использованием электромеханических реле.

Ниже представлены изображения различных устройств гальванической развязки:

Устройство гальванической развязки TEPLOCOM GF для питания котлов отопления

Компания «Бастион» разработала и производит на протяжении нескольких лет специальное устройство, позволяющее выполнять гальваническую развязку или сопряжение цепи питания приборов системы отопления и цепи сетевого электропитания дома. Это устройство позволяет выполнять правильное и безопасное подключение оборудования в домах, где «заземление» не предусмотрено, или качество заземления не удовлетворяет показателям технических нормативов.

Устройство гальванического сопряжения TEPLOCOM GF предназначено для улучшения показателей качества электропитания в электрических сетях без заземления и в электрических сетях с некачественным заземлением.

Устройство гальванического сопряжения TEPLOCOM GF предназначено для организации качественного и безопасного электропитания котлов отопления и других приборов систем отопления дома.

Устройство гальванического сопряжения TEPLOCOM GF может быть использовано и для улучшения питания других электрических приборов и оборудования мощностью не более 200 ВА.

TEPLOCOM GF может эксплуатироваться в закрытых помещениях и специально разработан для круглосуточного режима работы.

Устройство сопряжения TEPLOCOM GF рекомендовано мировыми лидерами газового оборудования

Устройство гальванического сопряжения TEPLOCOM GF производится в соответствии с требованиями российских нормативных документов и международных стандартов качества и безопасности электрооборудования.

Эффективность работы данного прибора была подтверждена в ходе лабораторных испытаний устройства, проведенных инженерами международных электротехнических лабораторий по заданию известных мировых производителей газового теплового оборудования. В ходе этих испытаний было показано полное соответствие требованиям по электропитанию современного газового оборудования.

Инженеры таких известных компаний как Bosch, Baxi, Buderus, Vaillant, Junkers рекомендуют использование устройства гальванического сопряжения TEPLOCOM GF для организации безопасного электропитания теплового оборудования данных брендов.

Похожие статьи:

  • Отличие провода пунп от ввг Чем отличается ВВГ от ПУНП? Чем отличается ВВГ от ПУНП? Вроде сечение одинаковое, изоляция двойная. Можно ли проводку делать ПУНПом, если она заштукатуривается? Сырьём для ПВХ, методикой испытаний. Этот кабель выпускается по ГОСТ, а […]
  • Как соединить провода интернета обжать Как обжать витую пару В сегодняшней статье я расскажу о том, как правильно обжать сетевой кабель “витая пара” и какие инструменты и аксессуары для этого понадобятся. Конечно, до сих пор встречаются умельцы, которые могут это сделать с […]
  • Заземление гру Заземление гру п. 2.2.19 ПБ 12-529-03: 2.2.19. Надземные газопроводы при пересечении высоковольтных линий электропередачи, должны иметь защитные устройства, предотвращающее падение на газопровод электропроводов в случае их обрыва. […]
  • Обрыв телефонного кабеля куда звонить Не работает стационарный телефон Ростелеком, что делать? Городской телефон, хоть давно и пережил себя, но все равно остается на дежурстве у многих абонентов. А вот проблемы, связанные с отсутствием связи или качеством работы городской […]
  • Можно ли подключить узо без заземления Подключение УЗО без заземления Специальные устройства защитного отключения (УЗО) рекомендуют устанавливать там, где существует высокая вероятность поражения током. Задачей устройства является оперативное отключение всего электрического […]
  • Заземление этажного щита Этажный щиток. Заземление. дом 9-ти этажный, 7-ми подъездный, 87 года выпуска (сделан из блок-комнат). 2 ввода. от ТП идет два кабеля 4-х жильного. щитки на этажах на 4-ре квартиры. к этажным щиткам идет 4 кабеля: 3 фазы, ноль. в этижном […]