Заземление в нескольких точках

Расчет заземления

Заземление – это неотъемлемый атрибут множества электрических установок. Оно предназначено для обеспечения нормального функционирования оборудования, гарантирования безопасности и сохранности здоровья человека в случае его контакта с нетоковедущими элементами конструкций.

Согласно Правилам устройства электроустановок выделяют следующие параметры:

  • заземление – соединение какой-либо точки электроустановки, оборудования или сети с заземляющими устройствами;
  • защитное заземление – применяется для обеспечения электробезопасности;
  • функциональное или рабочее заземление – используется для заземления токоведущих частей электрических установок для обеспечения их нормального функционирования;
  • зануление электрических установок до 1 кВ – это соединение проводящих открытых элементов электроустановок, в нормальном состоянии не находящихся под напряжением с заземленной нейтралью трансформатора или генератора в трехфазных сетях или заземленным выводом в однофазной.

Заземлители делятся на два типа:

1.Естественные – металлические части сооружений или зданий, свинцовые оболочки кабелей и трубопроводы, утопленные в землю.

2.Искусственные – стальные заземлители вбитые в землю и соединенные арматурой или стальными полосами на глубине полуметра. Все соединения с заземляющей сетью выполняются только сваркой.

Каждый заземляющий элемент подключается через отдельное ответвление. Снижение шага напряжения достигается за счет контурной арматуры и уравнительных полос, которые равномерно распределяют потенциал по всей своей площади. Такое заземление обычно используется на подстанциях.

Внутренние заземления внутреннего контура соединяются с наружным в нескольких точках. Такое решение позволяет избежать значительной разности потенциалов. В местах входа в подстанцию также закладываются несколько стальных полос в виде козырька с постепенным углублением до двух метров.

Расчет заземляющих устройств

Расчет – это по сути определение сопротивления растеканию электротока, которое определяется конструктивными особенностями заземлителя, глубиной укладки и характеристиками грунта. Проводимость грунта определяется удельным сопротивлением – сопротивлением между сторонами куба с ребром в один сантиметр.

Удельное сопротивление зависит от глубины промерзания, влажности, строения и характеристик грунта.

Среднее значение удельного сопротивления почвы:

  • садовая земля и глина – 4000 Ом на сантиметр;
  • чернозем – 5000 Ом на сантиметр;
  • каменистая глина и суглинок – 10000 Ом на сантиметр;
  • каменистая почва и песок с щебнем – 20000 Ом на сантиметр;
  • супесь – 30000 Ом на сантиметр;
  • песок с галькой – 80000 Ом на сантиметр.

При промерзании почвы, ее электропроводимость ухудшается, а удельное сопротивление увеличивается. Поэтому для расчета заземляющих устройств используется поправочный коэффициент сезонности, величина которого зависит от климатической зоны.

Коэффициенты сезонности (Км):

1.Первая климатическая зона. Низшая температура — -20 градусов. Высшая температура – 18 градусов. Продолжительность замерзания воды – 180 суток. Км – 1,9/5,8.

2.Вторая климатическая зона. Низшая температура — -15 градусов. Высшая температура – 22 градусов. Продолжительность замерзания воды – 150 суток. Км – 1,7/4,0.

3.Третья климатическая зона. Низшая температура — -10 градусов. Высшая температура – 24 градусов. Продолжительность замерзания воды – 100 суток. Км – 1,5/2,3.

4.Четвертая климатическая зона. Низшая температура — 0 градусов. Высшая температура – 26 градусов. Продолжительность замерзания воды – 0 суток. Км – 1,3/1,8.

Числитель коэффициента предназначен для расчета заземления с вертикальными заземлителями, заложенными на глубину до 0,7 метра.

Знаменатель – для заземлителей горизонтального типа на глубине до 0,8 метра.

Сопротивление одного заземлителя вертикального типа с круглым стержнем рассчитывается по формуле:

  • Ρ – это удельное сопротивление почвы;
  • Км — коэффициент сезонности;
  • t – расстояние от середины стержня до земли;
  • d – диаметр стержня.

При приблизительных расчетах сопротивление такого заземлителя рассчитывается так:

Сопротивление горизонтального заземления рассчитывается следующим образом:

  • lr- это длина заземлителя;
  • t – это глубина заложения;
  • b – ширина заземлителя.

Сопротивление нескольких электродов, соединенных в полосу рассчитывается следующим образом:

Сопротивление всех электродов вертикального типа рассчитывается по формуле:

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и .

Заземление одной точки

При проведении опытной катодной защиты преследуется цель правильно выбрать место расположения анодного заземления (или нескольких анодных заземлений) и точки дренажа (или нескольких точек) для одной установки. Опытное анодное заземление по согласованию с организациями, эксплуатирующими подземное сооружение, выполняется из стальных электродов диаметром 16—18 мм, длиной [c.88]

Токи утечки. При измерениях в электропечах самые незначительные утечки рабочего тока могут приводить к заметным возмущениям. Печи, как правило, питаются переменным током. Раскаленная керамика и окислы на поверхности проводников в некоторых случаях приобретают вентильные свойства. Это приводит к появлению в измерительных цепях падений электрических потенциалов, которые невозможно отличить от рабочих сигналов, обусловленных термоЭДС. Изложенное справедливо не только для печей, работающих на промышленной частоте, но и для индукционных печей, работающих на высокой частоте. Заземляя рабочий спай ПТ, или помещая между ПТ и муфелем заземленный металлический экран, или вводя в цепь ПТ фильтр переменного тока, можно исключить либо, по крайней мере, уменьшить токи утечки. При установке заземления необходимо соблюдать особую предосторожность ПТ, заземленный более чем в одной точке, может дать погрешность в сотни кельвинов. [c.217]

Разработанная схема решает еще одну задачу, связанную с применением радиочастотных кабелей. Распределенная емкость кабелей вместе с индуктивностями регуляторов мощности создает паразитный контур, в котором в принципе также возможно самовозбуждение, т. е. возникновение аварийного режима. Так как в описанной схеме коэффициент обратной связи уменьшается с ростом частоты, возможность аварии устраняется искусственным повышением собственной частоты паразитного контура, что достигается заземлением средней точки нагревательного контура через небольшую индуктивность Ы1. Поскольку для паразитной частоты весь нагревательный контур является ничтожно малым сопротивлением, индуктивность Ы1 оказывается как бы включенной параллельно индуктивностям регуляторов мощности, что и повышает собственную частоту паразитного контура. [c.91]

Соединение схемы о шасси в разных или одной точке. Использование раздельных проводов для заземления различных частей схемы [c.59]

Опасное влияние симметричных линий электропередачи в системе с заземлённой нейтралью определяется в предположении заземления одного из фазовых проводов этой линии. С опасным влиянием симметричных линий электропередачи в системе с изолированной нейтралью считаются только при определении влияния на цепи полуавтоматической железнодорожной блокировки. В этом случае расчёт производится в предположении заземления двух фазовых проводов линии электропередачи в двух не совпадающих по месту положения точках, для которых электродвижущая сила электромагнитной индукции имеет наибольшее значение. [c.189]

Я2) ещё хотя бы одного исправного (Пх) последний используют в качестве подсобного. Наиболее просто определяется место заземления провода (точка А) в том случае, когда повреждённый и подсобный провода имеют одинаковый материал и диаметр. При измерении со станции А на противоположном конце участка (станция Б) оба провода соединяют друг с другом. Измерение состоит в установлении равновесия моста. В результате измерения расстояние х км от станции [c.933]

На тормозном режиме точки силовой цепи между якорями 1 к 3 двигателей на вагоне типа Г и между якорями 2 и 4 двигателей на вагоне типа Д через контакторный элемент тормозного переключателя и катушку реле заземления соединяются с землёй. Благодаря этому ни в одной точке схемы потенциал [c.400]

Вторичный виток трансформатора и элементы сварочного контура машины изолируются только в местах непосредственного контакта с заземленными частями машины. При этом одна точка сварочной цепи всегда электрически соединяется с корпусом машины. Этим достигается заземление сварочной цепи, необходимое по условиям техники безопасности (сварщик, непосредственно соприкасающийся с элементами сварочной цепи машины, защищается таким образом от действия высокого напряжения при случайном пробое изоляции первичной обмотки трансформатора). [c.179]

Условия заземления являются распространенным источником трудностей при измерении потерь напряжения при передаче. Невозможно сформулировать простые правила, позволяющие избежать этих трудностей, за исключением того, что при измерениях всегда нужно учитывать усложнения схемы, обусловленные паразитными импедансами и многократными заземлениями. Электроды кристалла, экраны кабелей и корпус преобразователя имеют измеримый импеданс по отношению к земле или к воде. На практике трудно обойтись одной точкой заземления. Пресная вода — худший проводник, чем соленая, поэтому условия заземления в этих двух средах могут быть совершенно разными. На рис. 3.25 показаны различные паразитные импедансы. [c.157]

Поэтому необходимо использовать несколько цепей заземления, соединенных в одной точке. Причем традиционного деления на аналоговую и цифровую шины «земли» может оказаться недостаточно. Па рис. 2.104 представлена схема заземления для двух аналоговых земель, причем одна служит землей для слабого входного сигнала, а другая — для мощного выходного. [c.184]

Если помехи ослаблены недостаточно, то нужно разорвать контур заземления, используя трансформаторы, оптроны или дифференциальные усилители. Во всех случаях в диапазоне частот до 1 МГц необходимо стремиться заземлять экран в одной точке Если это условие не выполняется, то по экрану будут протекать большие токи с частотой сети и вносить фон в сигнальную цепь [c.124]

Для сигнальной земли на частотах до 1 МГц предпочтительнее заземление в одной точке, свыше 10 МГц лучшие результаты обеспечивает система заземления в нескольких точках проводами минимальной длины. В диапазоне 1. 10 МГц заземление осуществляется в одной точке, если самый длинный проводник заземления короче 1/20 X, в противном случае применяется многоточечное заземление. [c.334]

Все машины, аппараты и кабели силовой цепи тепловоза надежно изолированы от его корпуса. Случайное соединение с корпусом локомотива только одной точки силовой цепи само по себе не является опасным для электрооборудования тепловоза. Однако замыкание на корпус второй точки силовой цепи может привести к тяжелым последствиям. Особенно опасным является пробой на корпус на плюсовом и минусовом участках цепи (режим короткого замыкания). В этом случае две точки цепи, разность потенциалов между которыми велика, соединены через корпус тепловоза, электрическое сопротивление которого очень мало. В результате резкого возрастания тока электрические машины, аппараты и соединительная проводка могут выйти из строя. Для предотвращения этого на тепловозе установлено реле заземления РЗ. [c.309]

При комбинированном заземлении, состоящем из вертикальных и соединенных с ними горизонтальных заземлителей, удается обычно получить наименьшее сопротивление растеканию тока при наименьших размерах площади. Комбинированное заземление обычно выполняется из вертикальных заземлителей, забитых в ряд или по контуру, соединяемых по верху одной или несколькими горизонталями. При этом стремятся расположить вертикальные заземлители на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы снизить до минимума экранирование, то есть взаимное влияние, что увеличивает сопротивление растеканию. [c.32]

С увеличением расстояния между анодным заземлением и трубопроводом У увеличивается длина зоны защиты одной катодной станции, а следовательно, уменьшается их число и стоимость катодной защиты. Однако, с удалением анодного заземления от трубопровода при той же разности потенциалов «труба-грунт» в точке дренажа увеличивается потребная сила тока катодной установки, потребляемая ею мощность, сечение проводов линии постоянного тока, число заземлений и стоимость анодного заземления. [c.40]

Смотрите так же:  Чем отличается 3 фазы от 1 фазы

Для регистрации деформации динамометра использовались два тензодатчика сопротивления типа ПКП с номинальным сопротивлением 200 Ом (или четыре датчика сопротивлением 100 Ом). Тензодатчики наклеены на динамометр симметрично относительно его оси и соединены последовательно для устранения возможного влияния изгибных волн. Датчики составляют одно плечо моста Ml. Мост М2, идентичный основному Ml, но без питания является компенсационным и соединяется с компенсационными датчиками, наклеенными на стержень вблизи от основных, и вторым входом предусилителя осциллографа. Симметричный монтаж мостов и их соединения с датчиками и осциллографом, а также надлежащий выбор точки заземления обеспечивает компенсацию электрических помех до приемлемого уровня. [c.104]

В схеме последовательного включения датчиков (фиг. 3, а) потенциометр настройки регулирует напряжение только одного из датчиков. Такое включение датчиков получило широкое распространение в аппаратуре балансировочных машин с двумя подвижными опорами и электродинамическими датчиками. В схеме параллельного включения датчиков (фиг. 3, б) потенциометр R настройки регулирует одновременно напряжение обоих датчиков. С конструктивной точки зрения схема, показанная на фиг. 3, б, удобнее, так как она имеет заземленный выход и не требует применения дополнительного переключателя для подключения потенциометра в цепь того или другого датчика. Эго упрощает соединение выхода схемы с усилителем и уменьшает число ручек управления аппаратурой балансировочной машины. [c.78]

Заземление и зануление одной и той же электроустановки не допускаются. [c.369]

Определение места короткого замыкания. Эту неисправность вызывает соединение с заземленными частями токоведущих деталей, которые нормально изолированы от земли, или соединение друг с другом плюсовых и минусовых проводов. При коротком замыкании обычно срабатывает защита (предохранитель, реле, автоматический быстродействующий или воздушный выключатель). Если замыкание произойдет в цепи управления, то машинист узнает об этом по показаниям ламп контроля изоляции. В обычных условиях обе лампы горят вполнакала, при ухудшении изоляции проводов одна из ламп начинает гореть полным накалом, другая (связанная с поврежденной цепью) гаснет. [c.165]

Выше было отмечено, что в электроустановках двойные замыкания на землю не учитываются при рассмотрении условий безопасности, хотя возможность поражения человека в этих условиях имеет место даже в большей степени, чем при защите силовых кабелей от коррозии. Действительно, при возникновении двойного замыкания, если одна из точек находится на контуре заземления промышленного предприятия, контур может оказаться под весьма большим напряжением, а с контуром связаны корпуса машин, станков и т. д. К контуру для уменьшения его сопротивления растеканию может быть также подсоединен водопровод, к которому всегда возможно прикосновение людей. Однако исходя из вероятностно-статистических соображений в электроустановках защитные заземления не рассчитываются на такие режимы, хотя они и возможны. [c.71]

По принципу действия катодной защиты ток с анодного заземления стекает в грунт, обладающий ионной и незначительной электронной проводимостью. Ионную электропроводность имеет влага (электролит), а электронную — твердые частицы грунта. Растворение материала анодного заземления происходит при ионной проводимости. Если электрод анодного заземления поместить в среду, содержащую частицы с электронной электропроводностью, то растворение электрода значительно уменьшится. В качестве такой среды (активатора) используется коксовая мелочь, к которой рекомендуется добавлять известь, оказывающую нейтрализующее влияние на кокс и снижающую разрушение материала анода [на шесть частей по массе коксовой мелочи добавляется одна часть (по массе) извести]. Такие электроды, упакованные с коксовым активатором, выпускает промышленность. [c.127]

Пробивное напряжение воздушного промежутка экранирующее кольцо—заземленная плоскость (кривая 5 на рис. 4-3) по мере увеличения длины промежутка все больше и больше отличается от пробивного напряжения промежутка стержень — заземленная плоскость (кривая 7). Пробивное напряжение промежутка экранирующее кольцо—заземленная плоскость при одной и той же длине промежутка зависит от конструкции экранирующего кольца (экрана). Для экранирующего кольца диаметром 300 см, согнутого из трубы диаметром 12 см, изменение пробивного напряжения характеризуется кривой 8 (рис. 4-3). При пространственном (двойном) экране, составленном из двух одинаковых овалов с размерами 630 и 220 см, согнутых из трубы диаметром 9 см и расположенных один над другим на расстоя- [c.139]

Помимо четырехплечных мостов в измерительной технике получили распространение уравновешивающиеся Т-образные мосты. При некоторой частоте и определенных характеристиках элементов схемы напряжение U2 на вторичных зажимах равняется нулю. По сравнению с обычными мостами Т-образные имеют то преимущество, что их входная и выходная цепи имеют общий зажим. Этот зажим, так же как и один из выводов испытуемого образца, может быть заземлен. Одна из схем для испытаний при радиочастотах представляет сдвоенный Т-образный мост (рис. 4-3). Измерения емкости и сопротивления конденсатора лучше всего производить методом двойного уравновешивания. Не присоединяя к зажимам С испытуемый образец, уравновешивают мост изменением емкости С и 2 пусть их значения при этом составляли [c.81]

Для цепей управления, питающихся через трансформатор, выбор способа защиты определяется схемой включения вторичной обмотки. Если вторичная обмотка трансформатора не заземлена, то защита осуществляется для вторичной обмотки двумя выключателями/ предохранителями (рис. 1.7.4, д, з) аналогично и для трансформатора с заземленной средней точкой (рис. 1.7.4, ж). Для таких схем требуется сигнализация о замьжании одной из фаз на землю (рис. 1.7.5, а — г). Схемы (рис. 1.7.4, е, и) с заземлением вторичной обмотки трансформатора более экономичны, но более опасны с точки зрения травматизма, так как могут вызвать помехи при стыковке цепей управления станка с ЧПУ из-за неэквипотен-циальности нулевых уровней напряжений. [c.266]

С ледующий этап начинается с определения фазы отрицательной обратной связи. Вторичная обмотка выходного трансформатора выполнена симметричной с заземленной средней точкой, поэтому на одном ее краю фаза обратной связи будет положительной, а на противоположном — отрицательной. Снова подключите осциллограф к нагрузке и при наличии среднего по уровню сигнала немного поверните движок потенциометра К35. Если выходное напряжение при этом уменьшится, значит, фаза обратной связи правильная. Если же сигнал на выходе увеличится или в усилителе возникнет генерация, значит, фазу надо изменить. Для этого провод, идущий к незаземленному краю регулятора, следует перепаять с одного края обмотки на противоположный (они помечены на схеме пятиконечными звездочками) и после чего еще раз убедиться в нормальной работе регулятора. [c.62]

Количество НТМИ с заземленной нулевой точкой обмотки высокого напряжения, подключенных к одной отходящей от подстанции ЛЭП (к примеру, карьерной линии с приключательными пунктами типа ЯКНО), для сети напряжением 6 кВ определяется как [c.406]

Продолжительность нескольких одновременных замыканий на зем-ЛЮ должна быть надежно ограничена до минимума. Если заземление какого-либо проводника или какой-либо части установки, относящихся к цепи рабочего тока, необходимо по эксплуатационным соображениям или для предотвращения слишком высоких напряжений прикосновения, то установку следует заземлять только в одном месте. Поэтому в сетях постоянного тока зануление как защитное мероприятие по VDE0100, 10 N [7] не может быть применено. [c.315]

При d I (рис.2.1 г) условия пробоя больше соответствуют пробою с одной свободной поверхности. Для разрушения крупных блоков используются стержневые острийные электроды при максимально возможных разрядных промежутках, не упускается возможность использовать дополнительные поверхности обнажения. При d>l (рис.2.1 в) пробой сферических образцов наиболее эффективен в щелевом зазоре системы плоскость-плоскость наиболее предпочтительным является случай d I, когда длина перекрытия частицы по поверхности / в тг/2 раз больше расстояния для сквозного пробоя 1р (1р = I). При d Смотреть страницы где упоминается термин Заземление одной точки : [c.92] [c.178] [c.398] [c.30] [c.29] [c.250] [c.261] [c.101] [c.23] [c.28] Смотреть главы в:

Карманный справочник инженера-метролога (2002) — [ c.51 ]

Помехи и правильное заземление

на страницах сайта

www.electrosad.ru

Хочу обратить Ваше внимание на ещё одну причину возникновения помех в ПК. Это так называемые «земляные петли» (ground loops), возникающие при заземлении цепи в нескольких точках с разными потенциалами, приводящие к возникновению в цепи земли разностных токов, вызывающих помехи.
Писал мне Алексей Прокопьев.

Я вот о чем: сейчас во многих корпусах присутствуют аналоговые аудио разъёмы на передней панели. Соединение фронтального выхода звуковой карты с этими разъёмами выполняется экранированным проводом. На первый взгляд всё замечательно.
Но некоторые производители корпусов дополнительно соединяют экран этого провода с землей например USB разъёмов, тоже находящихся на передней панели, и (или) на шасси всё это подключают. Естественно, потенциал земли на выходе звуковой карты и на цифровых разъёмах не может быть одинаковым (по крайней мере в моём случае амплитуда разницы по переменному току около 200 mV — смотрел осциллографом). Эта помеха вызывает соответствующий ток в экране аудио кабеля, нарушая штатный режим работы цепи и приводя во многих случаях к весьма неприятному акустическому шуму на фронтальных аудио разъёмах.
Выход один — отключать вторую точку заземления экрана фронтального аудио кабеля, и оставлять его заземленным только на звуковой карте . (выделено мною.)

Заземление

Проблема помех не кончается на тех о которых я рассказал в статьях «Компьютер как источник помех» и «Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними».

Я столкнулся с ними когда занимался высокочастотными (частоты 30-100 МГц) широкополосными усилителями. Там неправильно выбранная точка заземления, превращало усилитель в генератор.

Это помехи, так называемые, «G round loops».

При рассмотрении методов заземления следует помнить:

  1. любой проводник имеет импеданс состоящий из активной и индуктивной составляющей,
  2. разнесенные в пространстве точки заземления имеют различный потенциал,
  3. Силовая земля никогда не годится для использования в качестве сигнальной земли.

В силовых цепях с большими токами, в системах где работают со сверх малыми сигналами или устройств работающих на частотах превышающих 30-100 МГц величина импеданса проводника начинает существенно сказываться на уровень помех в системе.

В случае бессистемного расположения точек заземления в перечисленных устройствах, разность их потенциалов, приводит к появлению токов перетекания. Эти токи перетекают по путям наименьшего сопротивления. Как правило это медные оплетки экранов. Протекающий по ним ток наводит помехи на сигнальные цепи и излучается в пространство.

Тем более это важно в современных компьютерах, где тактовые частоты процессоров, чипсет ‘ ов, видеопроцессоров, памяти уже превысили 1 ГГц, а у других «медленных» устройств находится около сотен мегагерц.

В современных электронных устройствах и ПК применяются несколько типов заземлений.

Земля в АСУ ТП

Сегодня поговорим о заземлении в АСУ ТП и промышленных системах, основными целями которой являются защита обслуживающего персонала и стабильной работы РСУ. Многие недопонимают тему заземления в промышленных системах, а ее неправильное подключение ведет к плохим последствиям, авариям и даже дорогостоящим простоям из-за нарушения и поломки оборудования. Помехи являются случайной величиной, детектировать которых очень сложно без спец аппаратуры.

Смотрите так же:  Itunes без провода

Источники помех на шине Земля

Все помехи, воздействующие на кабели, датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и металлические шкафы автоматики, в большинстве случаев протекают и по заземляющим проводникам, создавая паразитное электромагнитное поле вокруг них и падение напряжения помехи на проводниках.

Источниками и причинами помех могут быть молния, статическое электричество, электромагнитное излучение, «шумящее» оборудование, сеть питания 220 В с частотой 50 Гц, переключаемые сетевые нагрузки, трибоэлектричество, гальванические пары, термоэлектрический эффект, электролитические процессы, движение проводника в магнитном поле и др. В промышленности встречается много помех, связанных с неисправностями или применением не сертифицированной аппаратуры. В России уровень помех регулируются нормативами — ГОСТ Р 51318.14.1, ГОСТ Р 51318.14.2, ГОСТ Р 51317.3.2, ГОСТ Р 51317.3.3, ГОСТ Р 51317.4.2, ГОСТ 51317.4.4, ГОСТ Р 51317.4.11, ГОСТ Р 51522, ГОСТ Р 50648. На этапе проектирования промышленного оборудования, чтобы снизить уровень помех, применяют маломощную элементную базу с минимальным быстродействием и стараются уменьшить длину проводников и экранирование.

Основные определения по теме «Общее заземление»

Защитное заземление — соединение проводящих частей оборудования с грунтом Земли через заземляющее устройство с целью защиты человека от поражения током.
Заземляющее устройство — совокупность заземлителя (то есть проводника, соприкасающегося с землёй) и заземляющих проводников.
Общий провод — проводник в системе, относительно которого отсчитываются потенциалы, например, общий провод БП и прибора.
Сигнальное заземление — соединение с землёй общего провода цепей передачи сигнала.
Сигнальная земля делится на цифровую землю и аналоговую. Сигнальную аналоговую землю иногда делят на землю аналоговых входов и землю аналоговых выходов.
Силовая земля — общий провод в системе, соединённый с защитной землей, по которому протекает большой ток.
Глухозаземлённая нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая к заземлителю непосредственно или через малое сопротивление.
Нулевой провод — провод, соединённый с глухозаземлённой нейтралью.
Изолированная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, не присоединённая к заземляющему устройству.
Зануление — соединение оборудования с глухозаземлённой нейтралью трансформатора или генератора в сетях трёхфазного тока или с глухозаземлённым выводом источника однофазного тока.

Заземление АСУ ТП принято подразделять на:

  1. Защитноое заземление.
  2. Рабочеее заземление, или функциональное FE.

Цели заземления

Защитное заземление нужно для защиты людей от поражения электрическим током для оборудования с напряжением питания от 42 В переменного или от 110 В постоянного тока, за исключением взрывоопасных зон. Но в тоже время защитное заземление часто приводит к увеличению уровня помех в АСУ ТП.

Электрические сети с изолированной нейтралью используются для избежания перерывов питания потребителя при единственном повреждении изоляции, поскольку при пробое изоляции на землю в сетях с глухозаземлённой нейтралью срабатывает защита и питание сети прекращается.
Сигнальная земля служит для упрощения электрической схемы и удешевления устройств и систем промышленной автоматизации.

В зависимости от целей применения сигнальные земли можно разделить на базовые и экранные. Базовая земля используется для отсчёта и передачи сигнала в электронной цепи, а экранная земля используется для заземления экранов. Экранная земля используется для заземления экранов кабелей, экранирующих перегородок, корпусов приборов, а также для снятия статических зарядов с трущихся частей транспортёрных лент, ремней электроприводов.

Виды заземлений

Одним из путей ослабления вредного влияния цепей заземления на системы автоматизации является раздельное выполнение систем заземлений для устройств, имеющих разную чувствительность к помехам или являющихся источниками помех разной мощности. Раздельное исполнение заземляющих проводников позволяет выполнить их соединение с защитной землёй в одной точке. При этом разные системы земель представляют собой лучи звезды, центром которой является контакт к шине защитного заземления здания. Благодаря такой топологии помехи «грязной» земли не протекают по проводникам «чистой» земли. Таким образом, несмотря на то что системы заземления разделены и имеют разные названия, в конечном счёте все они соединены с Землёй через систему защитного заземления. Исключение составляет только «плавающая» земля.

Силовое заземление

В системах автоматизации могут использоваться электромагнитные реле, микромощные серводвигатели, электромагнитные клапаны и другие устройства, ток потребления которых существенно превышает ток потребления модулей ввода/вывода и контроллеров. Цепи питания таких устройств выполняют отдельной парой свитых проводов (для уменьшения излучаемых помех), один из которых соединяется с шиной защитного заземления. Общий провод такой системы (обычно провод, подключённый к отрицательному выводу источника питания) является силовой землёй.

Аналоговая и цифровая земля

Системы промышленной автоматизации являются аналого-цифровыми. Поэтому одним из источников погрешностей аналоговой части является помеха, создаваемая цифровой частью системы. Для исключения прохождения помех через цепи заземления цифровую и аналоговую землю выполняют в виде несвязанных проводников, соединённых вместе только в одной общей точке. Для этого модули ввода/вывода и промышленные контроллеры имеют отдельные выводы аналоговой земли (A.GND) и цифровой (D.GND).

«Плавающая» земля

«Плавающая» земля образуется в случае, когда общий провод небольшой части системы электрически не соединяется с шиной защитного заземления (то есть с Землёй). Типовыми примерами таких систем являются батарейные измерительные приборы, автоматика автомобиля, бортовые системы самолёта или космического корабля. Плавающая земля чаще используется в технике измерений малых сигналов и реже – в системах промышленной автоматизации.

Гальваническая развязка

Гальваническая развязка решает много проблем заземления, и её применение фактически стало стандартом в АСУ ТП. Для осуществления гальванической развязки (изоляции) необходимо выполнить подачу энергии развязывающим трансформатором и передачу сигнала в изолированную часть цепи через оптроны и трансформаторы, элементы с магнитной связью, конденсаторы или оптоволокно. В электрической цепи полностью устраняется путь, по которому возможна передача кондуктивной помехи.

В АСУТП заземление для гальванически связанных цепей сильно отличается от заземления развязанных цепей.

Заземление гальванически связанных цепей

Мы рекомендуем избегать применения гальванически связанных цепей, а если другого варианта нет, то желательно, чтобы размер этих цепей был по
возможности малым и чтобы они располагались в пределах одного шкафа.

Пример неправильного заземления источника и приёмника стандартного сигнала 0…5 В

Здесь допущены следующие ошибки:

  • ток мощной нагрузки (двигателя постоянного тока) протекает по той же шине заземления, что и сигнал, создавая падение напряжения земли;
  • использовано однополярное включение приёмника сигнала, а не дифференциальное;
  • использован модуль ввода без гальванической развязки цифровой и аналоговой частей, поэтому ток питания цифровой части, содержащий помеху, протекает через вывод AGND и создаёт дополнительное падение напряжения помехи на сопротивлении R1

Перечисленные ошибки приводят к тому, что напряжение на входе приёмника Vвх равно сумме напряжения сигала Vвых и напряжения помехи VЗемли= R1· (Iпит + IМ)
Для устранения этого недостатка в качестве проводника заземления можно использовать медную шину большого сечения, однако лучше выполнить заземление так, как показано ниже.

  • все цепи заземления соединить в одной точке (при этом ток помехи уже не протекает через сопротивление R1);
  • проводник заземления приёмника сигнала присоединить к той же общей точке (при этом ток Iпит уже не протекает через сопротивление R1, а
    падение напряжения на сопротивлении проводника R2 не складывается с выходным напряжением источника сигнала Vвых)

Пример правильного заземления источника и приёмника стандартного сигнала 0…5 В

Общим правилом ослабления связи через общий провод заземления является деление земель на аналоговую, цифровую, силовую и защитную с последующим их соединением только в одной точке.

При разделении заземлений гальванически связанных цепей используется общий принцип: цепи заземления с большим уровнем шума должны выполняться отдельно от цепей с малым уровнем шума, а соединяться они должны только в одной общей точке. Точек заземления может быть несколько, если топология такой цепи не приводит к появлению участков «грязной» земли в контуре, включающем источник и приёмник сигнала, а также если в цепи заземления не образуются замкнутые контуры, принимающие электромагнитные помехи.

Заземление гальванически развязанных цепей

Радикальным решением описанных проблем является применение гальванической изоляции с раздельным заземлением цифровой, аналоговой и силовой частей системы.

Силовая часть обычно заземляется через шину защитного заземления. Применение гальванической изоляции позволяет разделить аналоговую и цифровую землю, а это, в свою очередь, исключает протекание по аналоговой земле токов помехи от силовой и цифровой земли. Аналоговая земля может быть соединена с защитным заземлением через сопротивление RAGND.

Заземление экранов сигнальных кабелей в АСУ ТП

Пример неправильного (с двух сторон) заземления экрана кабеля на низких частотах, если частота помехи не превышает 1 МГц, то кабель надо заземлять с одной стороны, в противном случае образуется замкнутый контур, который будет работать как антенна.

Пример неправильного (со стороны приёмника сигнала) заземления экрана кабеля. Оплётку кабеля надо заземлять со стороны источника сигнала. Если заземление сделать со стороны приёмника, то ток помехи будет протекать через ёмкость между жилами кабеля, создавая на ней и, следовательно, между дифференциальными входами напряжение помехи.

Поэтому заземлять оплётку надо со стороны источника сигнала, в этом случае путь для прохождения тока помехи отсутствует.

Правильное заземление экрана (дополнительное заземление справа используется для случая высокочастотного сигнала). Если источник сигнала не заземлён (например, термопара), то заземлять экран можно с любой стороны, так как в этом случае замкнутый контур для тока помехи не образуется.

На частотах более 1 МГц увеличивается индуктивное сопротивление экрана, и токи ёмкостной наводки создают на нём большое падение напряжения, которое может передаваться на внутренние жилы через ёмкость между оплёткой и жилами. Кроме того, при длине кабеля, сравнимой с длиной волны помехи (длина волны помехи на частоте 1 МГц равна 300 м, на частоте 10 МГц – 30 м), возрастает сопротивление оплётки, что резко повышает напряжение помехи на оплётке. Поэтому на высоких частотах оплётку кабеля надо заземлять не только с обеих сторон, но и в нескольких точках между ними.

Эти точки выбирают на расстоянии 1/10 длины волны помехи одна от другой. При этом по оплётке кабеля будет протекать часть тока IЗемли, передающего помеху в центральную жилу через взаимную индуктивность.

Ёмкостный ток также будет протекать по пути, показанному на рис. 21, однако высокочастотная составляющая помехи будет ослаблена. Выбор количества точек заземления кабеля зависит от разницы напряжений помехи на концах экрана, частоты помехи, требований к защите от ударов молнии или от величины токов, протекающих через экран в случае его заземления.

Смотрите так же:  Соединение фаз обмотки звездой

В качестве промежуточного варианта можно использовать второе заземление экрана через ёмкость. При этом по высокой частоте экран получается заземлённым с двух сторон, по низкой частоте – с одной. Это имеет смысл в том случае, когда частота помехи превышает 1 МГц, а длина кабеля в 10…20 раз меньше длины волны помехи, то есть когда ещё не нужно выполнять заземление в нескольких промежуточных точках.

Внутренний экран заземляют с одной стороны — со стороны источника сигнала, чтобы исключить прохождение ёмкостной помехи по пути, показанному, а внешний экран уменьшает высокочастотные наводки. Во всех случаях экран должен быть изолирован, чтобы предотвратить его случайные контакты с металлическими предметами и землёй. Для передачи сигнала на большое расстояние или при повышенных требованиях к точности измерений нужно передавать сигнал в цифровой форме или ещё лучше через оптический кабель.

Заземление экранов кабелей систем автоматизации на электрических подстанциях

На электрических подстанциях на оплётке (экране) сигнального кабеля системы автоматизации, проложенного под высоковольтными проводами на уровне земли и заземлённого с одной стороны, может наводиться напряжение величиной в сотни вольт во время коммутации тока выключателем. Поэтому с целью электробезопасности оплётку кабеля заземляют с двух сторон. Для защиты от электромагнитных полей с частотой 50 Гц экран кабеля также заземляют с обеих сторон. Это оправданно в случаях, когда известно, что электромагнитная наводка с частотой 50 Гц больше, чем наводка, вызванная протеканием выравнивающего тока через оплётку.

Заземление экранов кабелей для защиты от молнии

Для защиты от магнитного поля молнии сигнальные кабели (с заземленным экраном) АСУ ТП, проходящие по открытой местности, должны быть проложены в металлических трубах из стали, так называемого магнитного экрана. Лучше под землей, иначе заземлять каждые 3 метра. Магнитное поле слабо влияет внутри здания из ж-бетона, в отличие от других материалов.

Заземление при дифференциальных измерениях

Если источник сигнала не имеет сопротивления на землю, то при дифференциальном измерении образуется «плавающий» вход. На «плавающем» входе может наводиться статический заряд от атмосферного электричества или входного тока утечки операционного усилителя. Для отвода заряда и тока на землю потенциальные входы модулей аналогового ввода обычно содержат внутри себя резисторы сопротивлением от 1 до 20 МОм, соединяющие аналоговые входы с землёй. Однако при большом уровне помех или большом импедансе источника сигнала даже сопротивление 20 МОм может оказаться недостаточным и тогда необходимо дополнительно использовать внешние резисторы номиналом от десятков кОм до 1 МОм или конденсаторы с таким же сопротивлением на частоте помехи.

Заземление интеллектуальных датчиков

Ныне широкое распространены так называемые интеллектуальные датчики с микроконтроллером внутри для линеаризации выхода с датчика, выдающие сигнал в цифровой или аналоговой форме. Вследствие того, что цифровая часть датчика совмещена с аналоговой, при неправильном заземлении выходной сигнал имеет повышенный уровень шума. Некоторые датчики имеют ЦАП с токовым выходом и поэтому требуют подключения внешнего сопротивления нагрузки порядка 20 кОм, поэтому полезный сигнал в них получается в форме напряжения, падающего на нагрузочном резисторе при протекании выходного тока датчика.

Неправильное заземление интеллектуальных датчиков:

Напряжение на нагрузке равно:

Vнагр = Vout – Iнагр · R1+ I2· R2,

то есть оно зависит от тока I2, который включает в себя ток цифровой земли. Ток цифровой земли содержит помеху и влияет на напряжение на нагрузке. Чтобы устранить этот эффект, цепи заземления надо выполнить так, как показано ниже. Тут ток цифровой земли не идет через сопротивление R21 и не вносит шум в сигнал на нагрузке.

Правильное заземление интеллектуальных датчиков:

Заземление шкафов с аппаратурой систем автоматизации

Монтаж шкафов АСУ ТП должен учитывать всю ранее изложенную информацию. Изложенные далее примеры заземления шкафов автоматики разделены условно на правильные , дающие меньший уровень шумов, и ошибочные .

Вот пример (красным цветом выделены неправильные соединения; GND — вывод для подключения заземлённого вывода питания), в котором каждое отличие от следующего рисунка ухудшает вероятность сбоев цифровой части и повышает погрешность аналоговой. Здесь сделаны следующие «неправильные» соединения:

  • заземление шкафов выполнено в разных точках, поэтому потенциалы их земель отличаются;
  • шкафы соединены между собой, что создаёт замкнутый контур в цепи заземления;
  • проводники аналоговой и цифровой земель в левом шкафу на большом участке идут параллельно, поэтому на аналоговой земле могут появиться индуктивные и ёмкостные наводки от цифровой земли;
  • вывод GND блока питания соединён с корпусом шкафа в ближайшей точке, а не на клемме заземления, поэтому по корпусу шкафа течёт 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.

Перечисленные недостатки устранены на примере правильного заземления шкафов системы промышленной автоматизации:

Доп. плюсом 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 земель.

Заземление во взаимоудаленных системах управления

В системах управления, распределённых по некоторой территории с характерными размерами в десятки и сотни метров, нельзя использовать модули ввода без гальванической развязки. Только гальваническая развязка позволяет соединять цепи, заземлённые в точках с разными потенциалами. Наилучшим решением для передачи сигналов является оптоволокно и применение датчиков со встроенными в них АЦП и цифровым интерфейсом.

Заземление исполнительного оборудования и приводов АСУ ТП

Цепи питания двигателей с импульсным управлением, двигателей сервоприводов, исполнительных устройств с ШИМ управлением должны быть выполнены витой парой для уменьшения магнитного поля, а также экранированы для снижения электрической составляющей излучаемой помехи. Экран кабеля должен быть заземлён с одной стороны. Цепи подключения датчиков таких систем должны быть помещены в отдельный экран и по возможности пространственно отдалены от исполнительных устройств.

Заземление в промышленных сетях RS-485, Modbus

Промышленная сеть на основе интерфейса RS-485 выполняется экранированной витой парой с обязательным применением модулей гальванической развязки.

Для коротких отрезков (порядка 15 м) и при отсутствии поблизости источников шумов экран можно не использовать. На больших длинах порядка до 1,2км разница потенциалов земли в удалённых друг от друга точках может достигать нескольких десятков вольт. Чтобы предотвратить протекание по экрану тока, экран кабеля нужно заземлять только в ЛЮБОЙ одной точке. При использовании не экранированного кабеля на нём может наводиться большой статический заряд (несколько киловольт) за счёт атмосферного электричества, который способен вывести из строя элементы гальванической развязки. Для предотвращения этого эффекта изолированную часть устройства гальванической развязки следует заземлить через сопротивление, например 0,1. 1 МОм. Сопротивление, показанное штриховой линией, снижает также вероятность пробоя при повреждениях заземления или большом сопротивлении гальванической изоляции в случае применения экранированного кабеля. В сетях Ethernet с малой пропускной способностью (10 Mбит/с) заземление экрана следует выполнять только в одной точке. В Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1 Гбит/с) заземление экрана следует выполнять в нескольких точках.

Заземление на взрывоопасных промышленных объектах

На взрывоопасных объектах при монтаже заземления многожильным проводом не допускается применение пайки для спаивания жил между собой, поскольку вследствие хладотекучести припоя возможно ослабление мест контактного давления в винтовых зажимах.

Экран кабеля интерфейса RS-485 заземляется в одной точке вне взрывоопасной зоны. В пределах взрывоопасной зоны он должен быть защищён от случайного соприкосновения с заземлёнными проводниками. Искробезопасные цепи не должны заземляться, если этого не требуют условия работы электрооборудования (ГОСТ Р 51330.10, п6.3.5.2). И должны быть смонтированы таким образом, чтобы наводки от внешних электромагнитных полей (например, от расположенного на крыше здания радиопередатчика, от воздушных линий электропередачи или близлежащих кабелей для передачи большой мощности) не создавали опасного напряжения или тока в искробезопасных цепях. Это может быть достигнуто экранированием или удалением искробезопасных цепей от источника электромагнитной наводки.

При прокладке в общем пучке или канале кабели с искроопасными и искробезопасными цепями должны быть разделены промежуточным слоем изоляционного материала или заземлённой металлической перегородкой. Никакого разделения не требуется, если используются кабели с металлической оболочкой или экраном. Заземлённые металлические конструкции не должны иметь разрывов и плохих контактов между собой, которые могут искрить во время грозы или при коммутации мощного оборудования. На взрывоопасных промышленных объектах используются преимущественно электрические распределительные сети с изолированной нейтралью, чтобы исключить возможность появления искры при коротком замыкании фазы на землю и срабатывания предохранителей защиты при повреждении изоляции. Для защиты от статического электричества используют заземление, описанное в соответствующем разделе. Статическое электричество может быть причиной воспламенения взрывоопасной смеси.

Похожие статьи:

  • Заземление в щитке частного дома Заземление в щитке частного дома Назначение защитного заземления При пробое изоляции питающего провода на металлическом корпусе незаземлённого прибора появляется потенциал. Если дотронуться к такому устройству, то можно получить удар […]
  • Как подключить телефонную розетку rj 11 Установка телефонной розетки Установка дополнительной телефонной розетки не только избавит вас от мотков проводов, но и упростит подключение телефонного аппарата при его замене. В данной статье мы расскажем, как подключить телефонную […]
  • Вв провода на нексию 8кл Высоковольтные провода Нексия (8-кл) Tesla T736B Высоковольтные провода Дэу Нексия 1.5 8-кл (под трамблер). T736B. Бренд: Tesla . Состояние товара: Новый Задать вопрос по товару можно по телефонам:(096) 970-30-30(044) […]
  • Провода пвс продажа Провод ПВС 3х10 Описание Характеристики Аналоги Производители Расчет Задать вопрос Расшифровка провода ПВС 3х10: Элементы конструкции провода ПВС 3х10: 1. Токопроводящая жила.2. Изоляция.3. […]
  • Однофазный двигатель переменного тока с конденсатором Конденсаторный двигатель В ГОСТ 27471-87 [1] дано следующее определение:Конденсаторный двигатель - двигатель с расщепленной фазой, у которого в цепь вспомогательной обмотки постоянно включен конденсатор. Конденсаторный двигатель, хотя и […]
  • Фонарь налобный 220 вольт Фонарь налобный METABO 657003000 Самовывоз (8) Рязань г, Яблочкова проезд д.6, пункт выдачи «220 Вольт», по предоплате Рязань г, Касимовское ш д.12, пункт выдачи «220 Вольт», по предоплате Пункт выдачи DPD, предоплата Почта […]