Что такое зануление?
1. Описание
Сегодня нашу жизнь трудно представить без ежедневной эксплуатации всевозможных электрических приборов. Однако, практическое использование тока небезопасно без защитных систем. Возможны случаи, когда защитные устройства (пробки, автоматы и др.) могут не сработать, в результате чего происходит повреждение внутренней изоляции и возникает повышенное напряжение на металлическом корпусе оборудования. Для защиты человека от возможного поражения электрическим током в процессе эксплуатации электроприборов и бытовой техники, разработаны всевозможные защитные мероприятия, к числу которых относится и зануление. Данная статья написана с целью объяснить читателю, в чём заключается особенность зануления, как способа защиты электросетей, в каких случаях применятся и чем отличается от защитного заземления.
Зануление используют для обеспечения электробезопасности систем с PEN, PE или N проводниками. К ним относят сети с глухозаземленной нейтралью: TN-C, TN-S и TN-C-S. Основное различие в организации зануления для указанных систем состоит в схеме соединения нулевых защитных и рабочих проводников.
Система зануления TN-C
Система зануления TN-C на сегодняшний день относится к устаревшей, так как преобладает в зданиях старого жилого фонда. Для нее характерно наличие совмещенного по всей длине нулевого защитного и нулевого рабочего проводника PEN. Используется для электроснабжения в трехфазных сетях. Запрещена для групповых и распределительных однофазных сетей. Данная система достаточно проста в организации, однако не обеспечивает достаточного уровня электробезопасности, что делает невозможным ее применение при строительстве новых зданий.
Система зануления TN-C-S
Представляет собой улучшенный вариант системы зануления TN-C для обеспечения электробезопасности в однофазных сетях. В точке разветвления трёхфазной линии на однофазные совмещенный PEN-проводник разделяют на PE- и N-проводники, подводя их к однофазным потребителям.
Система зануления TN-S
Считается наиболее совершенной и безопасной схемой зануления. Принцип действия основан на разделении по всей длине нулевого защитного и нулевого рабочего проводников. К нулевому защитному проводнику PE присоединяют все металлические элементы электроустановки. Во избежание повторного заземления устраивают трансформаторную подстанцию, имеющую основное заземление.
Электробезопасность при занулении
Используя схему защитного зануления важно учитывать, что ток при коротком замыкании должен достигать значения, достаточного для срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя или плавления вставки предохранителя. В противном случае ток замыкания свободно будет протекать по электрической цепи, что приведет к увеличению падения напряжения на каждом элементе электрической цепи и на всех зануленных элементах электроустановки до величины, при которой вероятность поражения током от корпуса прибора многократно возрастет. Получается, что надежность системы зануления определяется по большей части надежностью используемого нулевого защитного проводника, к которому соответственно предъявляют повышенные требования см. пункты 1.7.121 – 1.7.126 ПУЭ-7. Тщательно проложенный нулевой провод должен отличаться окраской в виде желтых полос по зеленому фону. Кроме того, необходимо постоянно осуществлять контроль за исправностью его состояния. К нулевому проводу запрещается монтировать средства защиты электроустановок, которые при срабатывании могут привести к его повреждению. Соединения нулевых проводов между собой и с металлическими элементами электроустановки, доступными для прикосновения пользователям, должны гарантировать надежный контакт и иметь возможность для осмотра см. пункт 1.7.39, 1.7.40 ПУЭ-7. Значение сопротивления в болтовом соединении с частями электроустановки не должно превышать 0,1 Ом. Контроль за сопротивлением петли “фаза-нуль” осуществляют на этапе приемо-сдаточных работ, при капитальном ремонте и реконструкции сети, а так же в установленные в нормативно-технической документации сроки.
Для уменьшения удара током, в случае обрыва нулевого провода, рекомендуют выполнять повторные заземления сопротивлением не более 30 Ом через каждые 200 м линии и опор, для чего преимущественно используют естественные заземлители.
2. Нормирование зануления
Технические требования к организации систем защитного зануления определены следующими документами:
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ), глава 1.7,
- ГОСТ Р 50571.5.54-2013 (пункт 543),
- ГОСТ 12.1.030-81 (пункт 7).
Механизм зануления основан на автоматическом отключении поврежденного участка сети, время которого не должно превышать значений согласно пункту 1.7.79 ПУЭ-7.
Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы TN
| Номинальное фазное напряжение Uo, В | Время отключения, с |
| 127 | 0,8 |
| 220 | 0,4 |
| 380 | 0,2 |
| более 380 | 0,1 |
Нулевой рабочий и защитный проводники должны обладать сопротивлением, достаточным для срабатывания защиты. Активные и индуктивные сопротивления проводников образуют полное сопротивление петли «фаза-ноль». Активные сопротивления проводников зависят от их длины, удельного сопротивления материала и сечения.
Индуктивные сопротивления различают для проводников из меди и стали. В стальном проводе они находятся в обратной зависимости от плотности тока и отношения периметра к площади сечения проводника. Индуктивные сопротивления стальных проводников выше, чем медных. В пункте 1.7.126 ПУЭ-7 установлены наименьшие площади поперечного сечения защитных проводников для случаев, когда они изготовлены из того же материала, что и фазные проводники. Сечения защитных проводников из других материалов должны быть эквивалентны по проводимости приведенным.
Наименьшие сечения защитных проводников
| Сечение фазных проводников, мм2 | Наименьшее сечение защитных проводников, мм2 |
| S ≤ 16 | S |
| 16 < S ≤ 35 | 16 |
| S > 35 | S/2 |
Двухпроводная линия, состоящая из рабочего и защитного проводников, образует один большой виток, сопротивление взаимоиндукции которого (рекомендуемое значение для расчётов – 0,6 Ом/км) зависит от длины линии, диаметра проводов и расстояния между ними. Сопротивление заземления нейтрали источника питания не должно превышать 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока см. пункт 1.7.101 ПУЭ-7. Увеличение тока короткого замыкания достигают путем понижения сопротивления трансформатора и петли, для чего используют схему треугольник-звезда. Обмотки мощных трансформаторов и так имеют не большое сопротивление. Меньшее сопротивление линий зануления достигают выполняя их короткими и простыми, увеличивая сечение проводников, заменяя стальные проводники на изготовленные из цветных металлов с малым индуктивным сопротивлением.
3. Применение зануления
Зануление выполняют на промышленных объектах, часто с расположенным в здании источником питания (генератором или трансформатором), для обеспечения безопасности эксплуатации электроустановок различного назначения и повышения помехоустойчивости при их работе. Согласно требованиям пункта 1.7.101 ПЭУ-7 зануление электроустановок следует выполнять: – при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока – во всех электроустановках; – при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока – только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках. Все электрооборудование промышленных объектов выводят на общий контур заземления и соединяют между собой металлической заземляющей шиной. Полный перечень частей, подлежащих занулению, представлен в главе 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ-7). Там же приведен список электрооборудования, преднамеренное зануление которого не требуется. Для электрозащиты объектов жилого фонда зануления практически не применяют. В новостройках заземление организованно централизованно. Современные электроприборы имеют вилку с тремя контактами. Один из контактов подключен к корпусу. Заземление для отдельно взятой квартиры состоит в присоединении к заземлителям корпусов и частей бытовых приборов. Потребность в занулении в таком случае отпадает.
4. Отличие зануления от заземления
По своему назначению заземление и зануление во многом похожи – обеспечивают защиту пользователя электроустановки от поражения электрическим током. Однако способы и принцип организации такой защиты различны. Обеспечение электробезопасности сетей с использованием системы зануления подробно рассмотрено в предыдущих разделах статьи. Действие защитного заземления основано на принудительном соединении электроустановок с землей с целью снижения напряжения прикосновения до безопасной величины. Избыточный ток, поступающий на корпус электроустановки, отводится напрямую в землю (по заземляющей части).
В качестве заземлителя устанавливают заземляющий контур треугольной конфигурации, сопротивление которого должно быть меньше, чем на остальных участках цепи. Отличие зануления от заземления состоит в следующем:
- в способе обеспечения защиты электрических сетей: заземление -снижает напряжение прикосновения, зануление – отключает поврежденную электроустановку от сети, что практически исключает удар током и, с этой точки зрения, является более эффективным средством защиты для использования на промышленных предприятиях. Однако, если говорить о надежности защиты в процессе эксплуатации, то зануление уступает заземлению по причине большей вероятности повреждения целостности нулевого провода и возможного изменения сопротивления петли «фаза-нуль».
- системами применения: заземление используют исключительно для защиты сетей с изолированной нейтралью (системы TT и IT), зануление – в сетях с глухо заземленной нейтралью TN-C, TN-S и TN-C-S, где присутствует PEN, PE или N проводники.
- по типу обустройства: с точки зрения простоты и доступности обустройства, зануление представляет собой более сложный и трудоемкий способ защиты, требующий технических знаний и навыков для правильного определения способа и средней точки зануления. В случае защитного заземления соединяют отдельные детали токоприемника с землей, для чего достаточно применение инструкций к электроприборам.
5. Заключение
Роль зануления при работе с электроустановками на промышленных предприятиях трудно переоценить. Отключая поврежденную установку от сети в случае пробоя изоляции, зануление выступает надежным способом защиты человека от возможного поражения электрическим током. Для эффективного обеспечения электробезопасности, необходимо строгое соответствие конструкции элементов системы зануления рассмотренным нормативам, а так же тщательный и постоянный контроль за их состоянием. Использование зануления или заземления зависит от необходимого способа обеспечения защиты различных систем электрических сетей.
Смотрите также:
Смотрите также:
Защитное зануление. Работа и устройство. Применение и особенности
Во всем мире используется защита, основанная на соединении нетоковедущих проводящих частей оборудования с землей и заземленной нейтралью источника. В России эта система называется защитное зануление. Защитное действие этой системы основано на принципе достижения нулевого напряжения на корпусе прибора, за счет многократного заземления и соединения нетоковедущих частей с нейтралью источника.
Несмотря на ряд недостатков, зануление продолжает служить основным электрозащитным средством во всем мире. Открытые части установки соединяют отдельным нулевым защитным проводником.
Зануление – соединение металлических частей электрооборудования с нулевым защитным проводом. Зануление служит мерой защиты от случайного попадания под напряжение.
Защитное зануление рассчитано на случай короткого замыкания. Распределение нагрузки на предприятии осуществляется равномерно, нулевой провод исполняет функции защиты. Ноль соединяется с корпусом электродвигателя. Когда происходит короткое замыкание, то возникает напряжение на корпусе электродвигателя.
При этом происходит срабатывание автоматического выключателя. При применении заземляющей шины промышленные электроустановки соединяются.
Принцип действия
Замыкание случается при касании подключенного к напряжению фазного провода на корпус прибора, который соединен с нулем. Возникает большая сила тока, срабатывают аппараты защиты, отключающие питание неисправного прибора.
Время срабатывания защиты и отключения неисправной линии по правилам не должно быть более 0,4 секунды. Для зануления можно применить третью неиспользуемую жилу в кабеле для 1-фазной сети питания.
Фаза и ноль должны быть с небольшой величиной сопротивления. Только тогда аппарат защиты отключит напряжение в установленное время.
Чтобы было хорошее зануление необходимо обеспечить качественные контакты соединений.
Защитное зануление дает возможность создать быстрое выключение от сети неисправного питания. Вероятность удара током человека практически исчезает. Зануление считается одним из видов заземления.
Порядок зануленияЗануление для защиты в доме начинается с нейтрали, соединенной с заземленной нейтралью трансформатора.
Нейтраль с 3-фазной линией приходит в здание дома в шкаф ввода. Далее, она разветвляется по щиткам на разных этажах. От нее используется рабочий ноль, образующий 1-фазное напряжение. Ноль имеет название рабочего, так как он применяется для работы.
Зануление для защиты создается отдельным нулем в щитке. Ноль соединен с заземленной нейтралью. Нужно знать, что в схеме соединения ноля с нейтралью не должно быть аппаратов коммутации (рубильников, автоматов).
Как известно в цепях трехфазного переменного напряжения обмотка трансформатора может соединяться в треугольник и в звезду. Рассмотрим звезду. Звезда имеет нулевую точку, или нейтраль. Это та точка, в которой сумма всех трех напряжений сети будет равна нулю.
При такой схеме трансформатора могут быть две возможные схемы. Схема с изолированной нейтралью показана на нашем рисунке. Такая схема обычно используется при работе трехфазных систем, а также однофазных систем, но используется именно изолированная нейтраль.
Также есть еще глухозаземленная нейтраль.
Нейтраль трансформатора соединяется с землей. Эта схема может быть использована не только для работы в трехфазной или однофазной системе, но также для защитного зануления.
Схема состоит из переменного источника напряжения 220 В, его датчика напряжения, нагрузки, сопротивления, которое в нормальном состоянии отключено. Но когда возникает пробой изоляции при выполнении неправильного монтажа, на корпусе появляется напряжение. Измерим напряжение на нагрузке относительно земли. Рассмотрим схему на базе однофазного источника напряжения.
Мы заземляем нулевую точку. Делаем имитацию пробоя изоляции на корпус. На корпусе установилось напряжение, которое будет равно напряжению источника. При таком состоянии если прикоснуться к корпусу, то человека ударит током. Как избежать этой ситуации? Все очень просто. Используют схему защитного зануления, а именно, корпус соединяют с глухозаземленной нейтралью трансформатора. Напряжение на корпусе становится равным нулю.
Почему опасно защитное зануление в квартиреЕго используют для защиты людей и животных от поражения электрическим током, а также для срабатывания защитной аппаратуры в случае возникновения утечки тока на землю. Возникает вопрос: если мы используем глухозаземленную нейтраль, то можно соединить точку защитного заземления с нейтралью?
Этого делать нельзя. По правилам это запрещено. Если при выполнении монтажных работ будут перепутаны местами фаза и ноль, а мы поставим перемычку для соединения заземления с нейтралью, получим следующую неприятную ситуацию. При подключении устройства к сети, корпус оказывается под напряжением относительно земли. Как гласит ПУЭ использование нулевого рабочего проводника в качестве защитного зануления категорически запрещено.
Для защитного зануления отводится специальная шина, которая будет соединена с заземляющим устройством или с глухозаземленной нейтралью. Все заземляющие провода подключаются к этой шине параллельно. Поэтому, не нужно ставить перемычки. А перед тем, как реализовывать защитное заземление или зануление нужно ознакомиться с правилами.
Некоторые специалисты делают заземление приборов перемычкой клеммы ноля в розетке на контакт защиты.
Такой способ запрещен.На входе в квартиру устанавливают аппарат, служащий для подключения питания сети. Это может быть пакетный выключатель или автомат. Опасность самодельного заземления с помощью перемычки в том, что корпус устройства, подключенного к этой розетке, в случае повреждения изоляции нуля станет доступным напряжению фазы.
А если оборвется провод нуля, то работа прибора прекратится. Возникнет ложная видимость провода, как обесточенного. Это опасно для жизни.
А если оборвется провод нуля, то работа прибора прекратится. Возникнет ложная видимость провода, как обесточенного. Это опасно для жизни.Такая розетка сделает много неприятностей, если в нее запитать стиральную машину. Если отгорит ноль, то стиральная машина может убить человека в случае прикосновения к ней.
Если человек принимает душ из электрического водонагревателя, а в это время нулевой провод в розетке отсоединится, то человека ударит током. Такое зануление очень опасно выполнять в квартире.
Применение зануленияПрименяется в электроустановках до 1 кВ в:
- Сетях постоянного тока со средней точкой заземления.
- 1-фазных сетях с заземленным выводом.
- 3-фазных сетях с заземленным нулем.
Защитное зануление служит для защиты от удара током. Если внутри электроприбора повредилась изоляция и корпус прибора оказался под током, то отреагирует защита и отключит сеть питания.
Образование тока КЗ возникает, если произошло замыкание нулевого и фазного провода на зануленный корпус. Для скорейшего отключения устройства применяют автоматы, предохранители, магнитные пускатели с защитой от перегрева, контакторы с реле.
Похожие темы:
Что такое зануление?
Зануление — преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей с заземленной нейтральной точкой источника электроэнергии с целью автоматического отключения участка при замыкании на корпус.
Схемы защитного заземления: а) и зануления б) в трехфазной установке.
Нулевой защитный проводник — проводник, соединяющий зануляемые части с заземленной нейтральной точкой обмотки источника электроэнергии или ее эквивалентом. Он используется для питания электроустановки.
Принцип действия зануления
При замыкании на корпус зануление создает цепь однофазного КЗ, что вызывает срабатывание максимальной токовой защиты (за счет протекания тока однофазного КЗ), и поврежденная электроустановка отключается от сети. При этом в промежуток времени от момента замыкания на корпус до отключения электроустановки происходит снижение напряжения корпуса поврежденной электроустановки относительно земли из-за перераспределения напряжения между фазным и нулевым защитным проводниками и наличия повторного заземления нулевого защитного проводника.
Зануление ограничивает время воздействия тока на человека и снижает напряжение прикосновения.
Область применения зануления: трехфазные четырехпроводные сети переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ; однофазные двухпроводные сети переменного тока с заземленным выводом; трехпроводные сети постоянного тока с заземленной средней точкой источника.
Электрическая схема заземления и зануления.
В качестве максимальной токовой защиты могут применяться: плавкие предохранители или автоматы, устанавливаемые для защиты от токов КЗ, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой; контакторы в сочетании с тепловым реле, осуществляющие защиту от перегрузки; автоматы с комбинированными расцепителями.
Для обеспечения работоспособности зануления проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкого элемента ближайшего предохранителя; в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставку регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику.
Схема зануления при наличии короткого замыкания.
При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, проводимость указанных проводников должна обеспечивать ток не ниже уставки тока мгновенного срабатывания, умноженный на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным) и на коэффициент запаса 1,1.
При отсутствии заводских данных для автоматических выключателей с номинальным током до 100 A кратность тока КЗ относительно уставки следует принимать не менее 1,4, а для автоматических выключателей с номинальным током более 100 А — не менее 1,25.
Полная проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях должна быть не менее 50% проводимости фазного проводника. На воздушных линиях электропередачи зануление должно быть осуществлено нулевым рабочим проводом, проложенным на тех же опорах, что и фазные провода.
На концах воздушных линий (или ответвлений от них) длиной более 200 м, а также на вводах от воздушных линий к электроустановкам, которые подлежат занулению, должны быть выполнены повторные заземления нулевого рабочего провода. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например подземные части опор, а также заземляющие устройства, выполненные для защиты от порогового перенапряжения.
описание технологии и отличия от заземления
Защитное зануление — система, в которой токопроводящие части оборудования, не находящиеся в норме под напряжением, соединены с нейтралью. В защитных целях преднамеренно создается соединение между открытыми проводящими элементами глухозаземленной нейтрали (в сетях трехфазного тока).
В сетях однофазного тока создают контакт с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, а в случае с постоянным током — с глухозаземленной точкой источника тока. Хотя зануление характеризуется серьезными недостатками, система по-прежнему широко применяется во многих сферах для защиты от тока.
к содержанию ↑Разница между занулением и заземлением
Между занулением и заземлением имеются отличия:
- В случае заземления лишний ток и появившееся на корпусе напряжение перенаправляются в грунт. Принцип действия зануления основан на обнулении на щитке.
- Заземление более эффективно с точки зрения защиты человека от удара током.
- Заземление основано на быстром и значительном уменьшении напряжения. Тем не менее, какое-то (уже неопасное) напряжение остается.
- Зануление заключается в создании соединения между металлическими деталями, в которых отсутствует напряжение. Принцип зануления основан на умышленном создании короткого замыкания при пробое изоляции или попадании тока на нетоковедущие части электроустановок. Как только происходит замыкание, в дело вступает автоматический выключатель, перегорают предохранители или срабатывают иные средства защиты.
- Заземление чаще всего используют на линиях с изолированной нейтралью в системах типа IT и TT в трехфазных сетях, где напряжение не превышает тысячи вольт. Заземление применяют при напряжении более тысячи вольт с нейтралью в любом режиме. Зануление используют в глухозаземленных нейтралях.
- При занулении все элементы электроприборов, не находящиеся в стандартном режиме под напряжением, соединяются с нулем. Если фаза случайно коснется зануленных элементов, резко увеличивается ток и отключается электрооборудование.
- Заземление не зависит от фаз электроприборов. Для организации зануления требуется соблюдение жестких условий подключения.
- В современных домах зануление применяется редко. Однако этот способ защиты все еще встречается в многоэтажных домах, где по каким-либо причинам нет возможности организовать надежное заземление. На предприятиях, где имеются повышенные нормативы по электробезопасности, основной способ защиты — зануление.
к содержанию ↑Обратите внимание! Для правильного определения нулевых точек и выбора способа защиты понадобится помощь квалифицированного электрика. Сделать заземление, собрать элементы контура и установить его в грунт можно и своими руками.
Схема работы
Как было сказано выше, зануление основано на провоцировании короткого замыкания после попадания фазы на металлический корпус электроустановки, соединенной с нулем. Так как сила тока возрастает, подключается защитный механизм, отключающий электропитание.
По нормативам Правил установки электроустановок в случае нарушения целостности линии она должна отключаться автоматически. Регламентируется время на отключение — 0,4 секунды (для сетей 380/220В). Для отключения используются специальные проводники. Например, в случае однофазной проводки задействуется третья жила кабеля.
Для правильного зануления важно, чтобы петля фазы-нуля характеризовалась невысоким сопротивлением. Так обеспечивается срабатывание защиты за нужный промежуток времени.
Организация зануления требует высокой квалификации, поэтому такие работы должны выполнять только квалифицированные электрики.
На схеме ниже показан принцип работы системы:
к содержанию ↑Область применения
Защитное зануление используют в электроустановках с четырехпроводными электросетями и напряжением до 1 кВт в следующих случаях:
- в электроустановках с глухозаземленной нейтралью в сетях TN-C-S, TN-C, TN-S с проводниками типов N, PE, PEN;
- в сетях с постоянным током и заземленной средней точкой источника;
- в сетях с переменным током и тремя фазами с заземленным нулем (220/127, 660/380, 380/220).
Сети 380/220 допускаются в любых сооружениях, где зануление электроустановок обязательно. Для жилых помещений с сухими полами зануление обустраивать не нужно.
Электрооборудование 220/127 используются в специализированных помещениях, где отмечается повышенный риск поражения током. Такая защита необходима в условиях улицы, где занулению подлежат металлические конструкции, к которым прикасаются работники.
к содержанию ↑Проверка эффективности зануления
Чтобы проверить, насколько действенно зануление, нужно сделать замер сопротивления петли фаза-ноль в наиболее отдаленной от источника электропитания точке. Это даст возможность проверить защищенность в случае воздействия тока на корпус.
Сопротивление измеряется с использованием специализированной аппаратуры. Измерительные приборы оснащены двумя щупами. Один щуп направляют на фазу, второй — на зануленную электроустановку.
По результатам измерений устанавливают уровень сопротивления на петле фазы и нуля. С полученным результатом рассчитывают ток однофазного замыкания, применяя закон Ома. Расчетное значение тока однофазного замыкания должно быть равно или превышать ток срабатывания защитного оборудования.
Предположим, что для предохранения электроцепи от перегрузок и коротких замыканий подключен автомат-выключатель. Ток срабатывания составляет 100 Ампер. По результатам измерений сопротивление петли фазы и нуля равно 2 Ом, а фазовое напряжение в сети — 220 Вольт. Делаем расчет тока однофазного замыкания на основе закона Ома:
I = U/R = 220 Вольт/2 Ом = 110 Ампер.
Поскольку расчетный ток короткого замыкания превышает ток мгновенного срабатывания автомата-выключателя, делаем вывод об эффективности защитного зануления. В противном случае понадобилась бы замена автомата-выключателя на прибор с меньшим током срабатывания. Другой вариант решения проблемы — сокращение сопротивления петли фаза-ноль.
Нередко при проведении расчетов ток срабатывания автомата умножают на коэффициент надежности (Кн) или коэффициент запаса. Причина в том, что отсечка не всегда равна указанному показателю, то есть возможна определенная погрешность. Поэтому использование коэффициента позволяет получить более надежный результат. Для старого оборудования Кн составляет от 1,25 до 1,4. Для новой техники применяется коэффициент 1,1, так как такие автоматы работают с большей точностью.
к содержанию ↑Опасность зануления в квартире
Скачки напряжения опасны как для людей, так и для бытовой техники в квартирах. В многоквартирных домах одной из квартир достанется низкое напряжение, а другой — высокое. Если в розетке квартиры случится обрыв нулевого проводника, при следующем включении электроустановки (например, бойлера) человека ударит током.
Особенно зануление опасно в двухпроводной системе. К примеру, при проведении электромонтажных работ электрик может заменить нулевой проводник на фазный. В электрощитах эти жилы далеко не всегда обозначены определенным цветом. Если замена произойдет, электрическое оборудование окажется под напряжением.
По нормативам Правил установки электроустановок на бытовом уровне зануление не разрешается для использования в бытовых целях именно по причине его небезопасности. Зануление эффективно только для защиты больших объектов производственного назначения. Однако, несмотря на запрет, некоторые люди решаются на установку зануления в собственном жилье. Происходит это либо по причине отсутствия иных методов решения проблемы, либо из-за недостаточности знаний по данному предмету.
Зануление в квартире технически осуществимо, но эффективность такой защиты непредсказуема, как и возможные негативные последствия. Далее рассмотрим ряд ситуаций, которые возникают при наличии зануления квартире.
к содержанию ↑Зануление в розетках
В некоторых случаях защиту электроприборов предлагают выполнить путем перемычки клеммы розеточного рабочего нуля на защитный контакт. Такие действия противоречат пункту 1.7.132 ПУЭ, поскольку предполагают задействование нулевого провода двухпроводной электросети в качестве как рабочего, так и защитного нуля одновременно.
На вводе в жилое помещение чаще всего расположено устройство, предназначенное для коммутации фазы и нуля (двухполюсный прибор или так называемый пакетник). Коммутация нуля, используемого как защитный проводник, не допускается. Иными словами, запрещено использовать в качестве защиты проводник, электроцепь которого включает коммутационный аппарат.
Опасность защиты с применением перемычки в розетке состоит в том, что корпуса электроустановок в случае повреждения нуля (независимо от участка) попадают под фазное напряжение. Если нулевой проводник обрывается, электроприемник перестает функционировать. В этом случае провод кажется обесточенным, что провоцирует на необдуманные действия со всеми вытекающими последствиями.
к содержанию ↑Обратите внимание! При обрыве нуля источником опасности становится любая техника в квартире или в частном доме.
Перепутаны местами фаза и ноль
При проведении электромонтажных работ в двухпроводном стояке своими руками существует немалая вероятность путаницы между нулем и фазой.
к содержанию ↑В домах с двухпроводной системой жилы кабелей лишены отличительных признаков. При работе с проводами в этажном щитке электрик может попросту ошибиться, перепутав фазу и ноль местами. В результате корпуса электроустановок попадут под фазное напряжение.
Отгорание нуля
Обрыв нуля (отгорание нуля) часто случается в зданиях с плохой проводкой. Чаще всего проводка в таких домах проектировалась, исходя из 2 киловатт на единицу жилья. На сегодняшний день электропроводка в домах старого типа не только износилась физически, но и не способна удовлетворить возросшее количество бытовой техники.
При обрыве нуля дисбаланс возникает на трансформаторной подстанции, от которой питается многоквартирное здание. Перекос возможен в общем электрическом щите здания или в этажном щитке дома. Следствием этого станет беспорядочное понижение напряжения в одних квартирах и повышение — в других.
Низкое напряжение губительно для некоторых видов электробытовой техники, в том числе кондиционеров, холодильников, вытяжек и прочих аппаратов, оснащенных электрическими двигателями. Высокое напряжение представляет опасность для всех видов электроустановок.
к содержанию ↑Альтернатива занулению
В подсистеме TN-S зануление защитного проводника PE осуществляется лишь на одном участке — на контуре заземления трансформаторной подстанции или электрогенератора. В этой точке разделяется PEN-проводник, и далее защита и рабочий ноль нигде не встречаются.
В такой схеме энергоснабжения заземление и зануление органично взаимодействуют, создавая условия для высокой электробезопасности. Однако в системах, где нейтраль изолирована (IT, TT), зануление не используется. Электрическое оборудование, работающее в рамках системы TT и IT, заземляется за счет собственных контуров. Так как система IT предполагает подачу питания только специфическим потребителям, рассматривать такой способ организации защиты в жилых домах не имеет смысла. Единственная альтернатива неправильному, а потому опасному занулению шины PE — система TT. Особенно актуальна такая система, потому что переход на технически прогрессивные системы TN-S, TN-C-S технически и финансово затруднен для домов, чей возраст превышает 20 – 25 лет.
Электрическая сеть, построенная по стандарту TT, призвана обеспечивать качественную защиту от попадания под напряжение нетоковедущих частей. Все работы по организации зануления должны осуществляться в соответствии с нормами, указанными в пункте 1.7.39 Правил установки электроустановок.
Защитное зануление: описание технологии и отличия от заземления
Заземление и зануление электроустановок
Вся наша жизнь неотделима от всевозможных электрических приборов. Выход из строя любого электрооборудования – это частое и вполне нормальное явление, ни одно устройство не может работать вечно и без единого сбоя. Наша задача — обезопасить этих электрических помощников от короткого замыкания или возникающих в цепи перегрузок, а себя – от повреждения организма высоким напряжением. В первом случае на помощь приходят всевозможные защитные аппараты, а вот для защиты человека применяется заземление и зануление электроустановок. Это одна из самых сложных частей электрики, но мы попробуем разобраться, в чем же различие этих работ, и в каких случаях нужно применять те или иные защитные меры.
Содержание
Если автоматы, пробки и другие защитные устройства не срабатывают на возникшую неисправность, и в результате образуется пробой внутренней изоляции, на металлическом корпусе установки возникает повышенное напряжение. Касание человеком такого прибора может привести к параличу мышц (при силе тока 20-25 мА), препятствующему самостоятельному отрыву от контакта, аритмии, нарушениям тока крови (при 50-100 мА) и даже летальному исходу.
Если части электроустановки в силу технических особенностей должны находиться под напряжением, то их обязательно ограждают в соответствии с общепринятой техникой безопасности, например, специальными кожухами, барьерами или сетчатыми заграждениями. Для того чтобы предотвратить случайное поражение током при повреждении изоляционных слоев, применяется защитное заземление и зануление. Чтобы понять, чем отличается заземление от зануления, нужно знать, что они собой представляют.
Часто начинающие электрики не совсем понимают, в чем же заключается отличие зануления от заземления. Заземление – это соединение электроустановки с землей с целью снижения напряжения прикосновения до минимума. Оно применяется только в сетях с изолированной нейтралью. В результате установки заземляющего оборудования большая часть тока, поступающая на корпус, должна уйти по заземляющей части, сопротивление которой должно быть меньше остальных участков цепи.
Но это не единственная функция заземления. Защитное заземление электроустановок еще и способствует увеличению аварийного тока замыкания, как бы это ни противоречило его назначению. При использовании заземлителя с высоким значением сопротивления ток замыкания может быть слишком мал для срабатывания защитных устройств, и установка в аварийной ситуации останется под напряжением, представляя огромную опасность для человека и животных.
[include id=»1″ title=»Реклама в тексте»]
Заземлитель с проводниками образует заземляющее устройство, где он, по сути, и есть проводник (группа проводников), соединяющий токопроводящие части установок с землей. По назначению эти устройства разделяются на следующие группы:
- грозозащитные, для отвода импульсного тока молнии. Применяются для заземления молниеотводов и разрядников;
- рабочие, для поддержания необходимого режима работы электроустановок, как в нормальных, так и в аварийных ситуациях;
- защитные, для предотвращения повреждения живых организмов электрическим током, возникающим при пробое фазного провода на металлический корпус устройства.
Все заземлители делятся на естественные и искусственные.
- Естественные – это трубопроводы, металлоконструкции железобетонных сооружений, обсадные трубы и другие.
- Искусственные заземлители – это конструкции, сооружаемые специально для этой цели, то есть стальные стержни и полосы, уголковая сталь, некондиционные трубы и другое.
Важно: для использования в качестве естественного заземления не подходят трубопроводы горючих жидкостей и газов, трубы, покрытые антикоррозийной изоляцией, алюминиевые проводники и оболочки кабелей. Категорически запрещается использовать в качестве заземляющих проводников в жилых помещениях водопроводные и отопительные трубы.
В зависимости от схемы соединения и количества нулевых защитных и рабочих проводником можно выделяются следующие системы заземления электроустановок:
Первая буква в названии системы говорит о типе заземления источника питания:
- I – токоведущие части полностью изолированы от земли;
- T – нейтраль источника питания соединяется с землей.
По второй букве можно определить, каким образом заземлены открытые проводящие части электроустановки:
- N – непосредственная связь с точкой заземления источника питания;
- T – непосредственная связь с землей.
Буквы, стоящие сразу за N, через дефис, говорят о способе устройства защитного PE и рабочего N нулевых проводников:
- C – функции проводников обеспечиваются одним проводником PEN;
- S – функции проводников обеспечиваются разными проводниками.
Устаревшая система TN-C ↑
Такое заземление электроустановок используется в трехфазных четырехпроводных и однофазных двухпроводных сетях, которые преобладают в зданиях старого образца. К сожалению, эта система, несмотря на свою простоту и доступность, не позволяет достичь высокого уровня электробезопасности и на вновь строящихся зданиях не применяется.
Для модернизации старых домов TN-C-S ↑
Защитное заземление электроустановок такого типа используется преимущественно в реконструируемых сетях, где рабочий и защитный проводники объединены во вводном устройстве схемы. Другими словами, эта система используется в том случае, если в старом здании, где эксплуатируется заземление типа TN-C, планируется расположить компьютерную технику или другие телекоммуникации, то есть для осуществления перехода к системе TN-S. Эта относительно недорогая схема отличается высоким уровнем безопасности.
Система TN-C-S позволяет перейти от устаревшей TN-C к TN-S
Специфика системы TN-S ↑
Такая система отличается расположением нулевого и рабочего проводников. Здесь они прокладываются отдельно, причем нулевой защитный проводник PE соединяет сразу все токопроводящие части электроустановки. Чтобы избежать повторного заземления, достаточно устроить трансформаторную подстанцию, имеющую основное заземление. К тому же такая подстанция позволяет добиться минимальной длины проводника от входа кабеля в электроустановку до заземляющего устройства.
Система TN-S:
1. Заземлитель;
2. Токопроводящие части установки.
Система TT, особенности ↑
Система, где все токоведущие открытые части непосредственно связаны с землей, причем заземлители электроустановки не имеют электрической зависимости от заземлителя нейтрали подстанции, получила название TT.
Система заземления TT отличается наличием заземлителей на каждую токопроводящую часть установки
Характерные отличия системы IT ↑
Отличием этой системы является изоляция нейтрали источника питания от земли или ее заземление через устройства с большим сопротивлением. Такой способ позволяет максимально снизить ток утечки на корпус или в землю, поэтому его лучше использовать в зданиях, где установлены жесткие требования по электробезопасности.
Система IT:
1. Сопротивление заземления нейтрали источника питания.
2. Заземлитель.
3. Открытые токопроводящие части.
4. Заземляющее устройство.
Зануление – это соединение металлических частей, не находящихся под напряжением, либо с заземленной нейтралью понижающего источника трехфазного тока, либо с заземленным выводом генератора однофазного тока. Используется для того, чтобы при пробое изоляции и попадании тока на любую нетоковедущую часть устройства, происходило короткое замыкание, приводящее к быстрому срабатыванию автоматического выключателя, перегоранию плавких предохранителей или реакции прочих систем защиты. В основном применяется в электроустановках с глухозаземленной нейтралью.
Принципиальная схема зануления электроустановок
Дополнительная установка УЗО в линию приведет к его срабатыванию в результате разности сил тока в фазном и нулевом рабочем проводе. Если будут установлены и УЗО, и автоматический выключатель, то пробой приведет к срабатыванию либо обоих устройств, либо к включению более быстродействующего элемента.
Важно: При установке зануления необходимо учитывать, что ток короткого замыкания обязательно должен достигать значения плавления вставки предохранителя или отключения автоматического выключателя, иначе свободное протекание тока замыкания по цепи приведет к возникновению напряжения на всех зануленных корпусах, а не только на поврежденном участке. Причем значение этого напряжения будет равно произведению сопротивления нулевого проводника на ток замыкания, а значит чрезвычайно опасным для человеческой жизни.
За исправностью нулевого провода необходимо следить самым тщательным образом. Его обрыв приводит к появлению напряжения на всех зануленных корпусах, так как они автоматически оказываются подключенными к фазе. Именно поэтому категорически запрещается монтаж в нулевой провод любых средств защиты (выключателей или предохранителей), образующих его разрыв при срабатывании.
Для того чтобы уменьшить вероятность повреждения током при обрыве нулевого провода, через каждые 200 м линии выполняются повторные заземления. Такие же меры принимаются на концевых и вводных опорах. Сопротивление каждого повторного заземлителя не должно превышать 30 Ом, а общее сопротивление всех таких заземлений – 10 Ом.
Главная разница между занулением и заземлением заключается в том, что при заземлении безопасность обеспечивается быстрым снижением напряжения тока, а при занулении – отключением участка цепи, в котором случился пробой тока на корпус или любую другую часть электроустановки, при этом в промежуток времени между замыканием и прекращением подачи питания происходит снижение потенциала корпуса электроустановки, в противном случае через тело человека пройдет разряд электрического тока.
Электрическая схема заземления и зануления
Во всех электроустановках, где нейтраль изолирована, обязательно выполняется защитное заземление, а также должна предусматриваться возможность быстрого поиска замыканий на землю.
Если устройство имеет глухозаземленную нейтраль, а его напряжение менее 1000 В, то можно применять только зануление. При оснащении такой электроустановки разделяющим трансформатором, вторичное напряжение должно быть не более 380 В, понижающим – не более 42 В. При этом от разделяющего трансформатора разрешается питать только один электроприемник с номинальным током защитного устройства не более 15 А. В этом случае запрещается заземление или зануление вторичной обмотки.
[include id=»2″ title=»Реклама в тексте»]
Если нейтраль трехфазной сети до 1000 В изолирована, то такие электроустановки должны иметь защиту от пробоя в результате повреждения изоляции между обмотками трансформатора и пробивной предохранитель, который монтируется в нейтраль или фазу со стороны нижнего напряжения.
Защитное заземление и зануление электроустановок необходимо проводить в следующих случаях:
- При переменном номинальном напряжении свыше 42 В и постоянном номинальном свыше 110 В особо опасных и наружных установках.
- При переменном напряжении свыше 380 В и постоянном свыше 440 В в любых электроустановках.
Заземляются корпуса электроустановок, приводы аппаратов, каркасы и металлические конструкции распределительных шкафов и щитов, вторичные обмотки трансформаторов, металлические оболочки кабелей и проводов, кабельные конструкции, шинопроводы, короба, тросы, стальные трубы электропроводки и электрооборудование, расположенное на движущихся частях механизмов.
В жилых и общественных зданиях обязательно подлежат занулению (заземлению) электроприборы мощностью свыше 1300 Вт. Если подвесные потолки выполнены из металла, то необходимо заземлить все металлические корпуса осветительных приборов. Ванны и душевые поддоны, выполненные из металла, должны соединяться с водопроводными трубами металлическими проводниками. Делается это для выравнивания электрических потенциалов. Для заземления корпусов кондиционеров воздуха, электроплит и других электроприборов, мощность которых превышает 1300 Вт, применяется отдельный проводник, присоединяемый к нулевому проводнику сети питания. Его сечение и сечение фазного провода, проложенного от распределительного щита, должны быть равными.
Для выравнивания электрических потенциалов ванну следует обязательно замкнуть на водопроводные трубы
С полным перечнем оборудования, требующего заземления или зануления, а также устройств, где наоборот, допускается пренебречь этими защитными мероприятиями, можно ознакомиться в ПУЭ (Правилах устройства электроустановок). Здесь же можно найти все основные правила заземления электроустановок.
Устройство заземления и зануления — это весьма ответственная работа. Малейшая ошибка в расчетах или пренебрежение, казалось бы, одним незначительным требованием может привести к большой трагедии. Выполнять заземление обязаны только люди, имеющие необходимые знания и опыт работы.
Наглядная схема распределительного электрощита частного дома с ошибками зануления
Схема распределительного электрощита частного дома
Здравствуйте читатели сайта Elesant.ru. Сегодня в разделе «Наглядные схемы электропроводки» представляю наглядную схему распределительного щита частного дома с сауной. Электропитание трехфазное(380 Вольт) без защитного проводника.
Отсутствие в схеме защитного проводника это основной и недопустимый недостаток этой схемы. Защитный проводник это провод, выполняющий роль защитного заземления или зануления.
Примечание: Заземление и зануление открытых частей электроустановок выполняют одну и ту же функцию. Они защищают от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции проводника. Подкулючение защитных проводов заземления (зануления) должно быть осуществлено таким образом, чтобы при замыкании фазного провода на любой открытый токопроводящий корпус возникало короткое замыкание, обеспечивающее отключение автомата защиты.
Заземление и зануление,в чем разница
Возникает вопрос: чем отличается заземление от зануления. По функциональности нечем. И заземление и зануление защищают от поражения электрическим током. Разница, только в месте исходного подключения защитных проводов заземления и зануления (смотри рисунок).
При электропитании 380 Вольт защитное заземление электроустановок требуется выполнять в любом случае. (ГОСТ 12.1.030)
Во всех помещениях открытые проводящие части стационарных электроприемников, таких как электроплита, кондиционер, нагреватели нужно подключать к нулевому защитному проводнику. (ПУЭ 7.1.68)А в данной схеме такого проводника нет.
В электросетях трехфазного тока с напряжением питания 380 вольт электроустановки нужно занулять обязательно.
Если говорить об электропроводке частного дома, питающегося от воздушной линии с глухозаземленной нейтралью (TN)защитный проводник подключается к главной заземляющей шине, которую лучше установить во вводном распределительном устройстве дома (ВРУ).
Как видно из представленной схемы, на ней нет защитного проводника. Что является недопустимой ошибкой при трехфазном электропитании.
Использование УЗО в электрической сети
Отмечу также: В этой схеме для защиты групповых сетей стоят УЗО (устройства защитного отключения). Это правильно. Только при таком соединении это должны быть не УЗО, а дифференциальные автоматы защиты (УЗО-Д). Дифференциальный автомат совмещает в себе функцию автомата для защиты от сверхтоков и функцию УЗО для защиты от токов утечки.
На этом все! Относитесь к электрике с почтением! ©Elesant.ru
Другие Электросхемы и Электропроекты:
мая 2012
июня 2012
октября 2012
ноября 2012
Различия между заземлением и занулением, схемы и расчеты
Чем отличается заземление от зануления? Специалисты разобрались с этим вопросом. Все это — защитные меры от пиковых токов. Предусматривают работу по недопущению поражения электричеством человека и бытовых приборов. Названия разные, но все это — системы защиты.
Чтобы понять, в чем разница между заземлением и занулением, нужно знать назначение и принцип работы электрических устройств.
Принцип действия
Заземляющий контур электрической цепи – система проводов, соединяющая каждого потребителя, в обслуживаемой цепи, со специальным заземляющим контуром здания. При пробое на корпус прибора или утечке тока с поврежденной проводки, ток проходит по проводам к заземлителю.
Сопротивление заземления, как правило, выполняется меньше, чем сопротивление всей цепи. Поэтому ток течет по «легкому» пути и отводится с корпусов оборудования.
Занулением называется выполнение электрического соединения токопроводящих корпусов приборов с глухозаземленной нейтралью. При возникновении пиковых значений тока, его потенциал отводится, с помощью шины зануления, в специальную щитовую или на трансформаторную будку.
Главное его назначение – в случаях пробоев и утечек напряжения на корпус оборудования, вызывается короткое замыкание, сгорают предохранители или срабатывают автоматические размыкатели цепи.
Это и есть главное отличие заземления от зануления. Заземляющий контур принимает на себя токи КЗ, зануление вызывает срабатывание предохранительных устройств.
Разберем подробнее работу систем защиты от воздействия электрического тока.
Особенности заземляющего устройства
Основной целью заземляющего контура является понижение потенциала при пробое на корпус и коротком замыкании, до безопасного значения.
При этом, на корпусе оборудования понижается напряжение и сила тока, до безопасного уровня. На производстве заземляют корпуса электрооборудования, зданий и помещений от воздействия атмосферных токов.
При монтаже контура, в сети трехфазного тока не более 1000 В, применяют изолированную нейтраль. При больших уровнях напряжения сети, монтируется система с разными режимами нейтрали.
Контур заземления – это целая система, включающая в себя:
- заземлитель;
- заземляющие горизонтальные проводники;
- подводящие провода.
Заземлитель подразделяют на искусственный и естественный.
При возможности следует использовать естественный заземлитель:
- подземные трубопроводы водоснабжения. Но в этом случае, необходимо оборудовать трубопровод защитой от блуждающих токов;
- подключаются на металлоконструкции цехов и помещений;
- стальная или медная оплетка кабеля;
- трубопроводы в скважине.
По нормам ПУЭ запрещено подключать заземляющий контур на трубы отопления и с пожароопасными материалами.
При искусственном оснащении, заземляемое оборудование предохраняется путем изготовления контура в виде равностороннего треугольника из металлических штырей или уголков.
Для щелочной и кислой почвы, рекомендуется использовать медный, оцинкованный заземлитель. Для изготовления контура в виде треугольника, необходимо углубиться в землю на 70 см.
Нельзя устанавливать групповые заземлители в пробуренные отверстия. Их необходимо забить в месте разметки, на глубину, не менее 2-х метров. Затем, соединяют заземлители в единую конструкцию с помощью отрезков стальной полосы.
Корпуса каждого прибора должны обязательно подключаться к системе защиты. При этом, нельзя подключать несколько потребителей последовательно, каждое устройство обязано обустраиваться линией подключения.
Теперь о главном – значение уровня сопротивления контура. В него суммируется сопротивления каждого прибора цепи и его проводов.
При расчете сопротивления контура, следует учитывать уровень значения грунта, размеры и глубину забивания заземлителей. Необходимо учитывать температурные особенности региона обустройства контура.
Помните – при жаркой погоде, место установки следует заливать водой, почва при высыхании меняет уровень сопротивления.
При обслуживании сетей до 1000. В и мощности оборудования свыше 100 кВА – сопротивление контура не более 10 Ом. В бытовых сетях оптимальным значением будет 4 Ома. Напряжение при прикосновении должно быть меньше 40 В. Сети свыше 1000 В защищаются устройством с сопротивлением не более 1 Ома.
Это некоторые особенности и принцип действия заземления. Более подробно, вы можете ознакомиться в статьях по этой теме на сайте.
Особенности и принцип действия зануления
Назначение зануления — метод защитного устройства позволяет провести подключение корпусов оборудования и других деталей из металлов с нейтралью (нулевой защитный проводник). В условиях с заземленным защитным проводником и напряжением в сети не более 1000 В, используется схема зануления.
При пробое фазного тока на корпусе электроприборов и оборудовании происходит КЗ фазы. При этом, срабатывают автоматы защитного отключения тока и цепь размыкается. Этим и отличаются две защитные системы.
К приборам зануления относят:
- плавкий предохранитель;
- автомат отключения тока;
- встроенные в пускатели, тепловые реле;
- контактор с тепловой защитой.
Возникла ситуация пробоя фазного напряжения. При этом от корпуса электроустановки ток проходит по нейтрали на обмотку трансформатора. Затем, от него по фазе — на предохранитель. Плавкие предохранители сгорают от пиковых значений тока, в электрическую цепь прекращается подача напряжения.
При этом, ноль беспрепятственно проводит ток, позволяя сработать защите. Его прокладывают в безопасном месте, запрещается оснащать его дополнительными выключателями и другими устройствами.
Значение уровня проводимости провода фазы должно быть наполовину больше нулевого проводника. Как правило, в этом случае используют стальные пластины, оболочки кабеля и другие материалы.
Зануляющие проводники проверяют на исправность при сдаче работ по подключению и проводке электроэнергии в здании, а также, через определенное количество времени, при пользовании электрической схемой.
Не менее одного раза в период 5 — летнего срока, производятся замеры значений сопротивления всей цепи фазного и нулевого проводника на корпусах самого дальнего оборудования от щита электропроводки, а также самого мощного оборудования в помещении.
Защитное зануление, в некоторых случаях, может выполнять работу защитного отключения. При этом, отличаются эти 2-е защитных системы тем, что в случае защитного отключения цепи, его можно использовать в любых условиях, при различных режимах заземляющего проводника, показателей напряжения цепи. В таких сетях можно обойтись и без провода нулевого подключения.
Расчет зануления необходимо производить с учетом всех условий работы и принципа его действия.
Защитное отключение выполняют с использованием защитной системы, которая отключает электрооборудование автоматически. При возникновении аварийных ситуаций и угроз поражения и нанесения электротравм человеку, к таким ситуациям можно отнести:
- короткое замыкание фазного провода на корпус;
- повреждение изоляции электрической проводки;
- неисправности на заземляющем контуре;
- нарушения целостности зануляющих проводников.
Эта защитная система нередко используется при невозможности провести защитные системы заземления и зануления. Но на ответственных участках, возможна установка защитного отключения и как дополнительный контур защиты человека и оборудования от поражения токами утечки и короткого замыкания.
При этом, их подразделяют, в зависимости от величины тока на входе и изменений реакции защитных устройств, на несколько схем:
- наличия напряжения на корпусе оборудования;
- силу тока при замыкании на провод земли;
- напряжения или силу тока в нулевом проводнике;
- уровня напряжения на фазе относительно значения на проводе земли;
- устройства для постоянного или переменного тока;
- устройства комбинированные.
Все системы защиты и отключения подачи тока в сеть оснащаются автоматическими выключателями. В их конструкции предусмотрена установка специального оборудования защитного отключения. При этом, период времени для отключения сети не должен превышать 2-е десятые секунды.
В заключение разберем вопрос, который может задать начинающий электрик.
Взаимозаменяемость защитных систем
Можно ли установить зануление вместо заземления? На этот вопрос любой специалист ответит «да», но только в промышленном здании.
В жилом помещении применять такую схему защиты следует в очень редких случаях, и только в нежилых помещениях. Это обусловлено, в первую очередь, с неравномерной нагрузкой на провод фазы и нейтрали.
При работе, на провода каждой фазы поступает одинаковая нагрузка, но по нейтрали общей цепи проходит достаточно малый ток. Каждому известно, что нельзя касаться фазы, но можно выполнять работу с нолем под нагрузкой.
При этом, сечение нулевого провода меньше провода фазы. При долгом использовании он окисляется на скрутках, нарушается слой изоляции при нагреве, в худшем случае он просто отгорит. При этом, напряжение фазы подходит к щитовой, затем, через провод ноля идет к потребителю. Корпуса приборов находятся под напряжением, повышается возможность поражения человека током.
Как советуют некоторые умельцы в Интернете, можно подвести к каждому бытовому прибору провода системы зануления, но это повлечет за собой значительные траты на проводку и последующий ремонт. Поэтому занулять источники в жилых помещениях нельзя.
Лучше в электрощите установить устройство защитного отключения и спокойно пользоваться бытовыми приборами. Каждое защитное устройство выполняет свое предназначение, при правильном расчете, монтаже и его использовании.
Разработка электронных систем для электромагнитной совместимости: заземление для контроля электромагнитных помех
Есть две основные причины для заземления устройств, кабелей, оборудования и систем. Первая причина состоит в том, чтобы предотвратить опасность поражения электрическим током и возгорания в случае, если в раме или корпусе оборудования возникает высокое напряжение из-за удара молнии или случайного выхода из строя проводки или компонентов. Вторая причина состоит в том, чтобы уменьшить эффекты электромагнитных помех, возникающие из-за электромагнитных полей, общего импеданса или других форм интерференционной связи.
Рисунок 1. Многочисленные функции заземления.Исторически требования к заземлению возникли из-за необходимости обеспечить защиту от электрических повреждений, молний и статического электричества промышленного происхождения. Поскольку в большинстве случаев управление авариями и грозами основано на пути к земле с низким импедансом, все основные компоненты системы генерации и передачи электроэнергии были заземлены, чтобы обеспечить требуемый путь с низким импедансом. В результате большой упор был сделан на заземление электрического оборудования, и общая философия была «заземление, заземление, заземление» без учета других проблем, таких как электромагнитные помехи, которые могут возникнуть при таком подходе.
С появлением электронного оборудования проблемы с заземлением стали более очевидными. Эти проблемы возникли из-за того, что заземление схемы и оборудования часто являлось механизмом для нежелательной связи электромагнитных помех. Кроме того, в электронных системах земля может одновременно выполнять две или более функций, и эти многочисленные функции могут конфликтовать либо с точки зрения эксплуатационных требований, либо с точки зрения методов реализации. Например, как показано на рисунке 1, наземная сеть для электронного оборудования может использоваться как возврат сигнала, обеспечивать безопасность, обеспечивать контроль электромагнитных помех, а также работать как часть антенной системы.
Следовательно, во избежание возникновения проблем с электромагнитными помехами важно понимать, что эффективная система заземления, как и любая другая часть оборудования или системы, должна быть тщательно спроектирована и внедрена. Заземление – это системная проблема, и для того, чтобы устройство заземления работало хорошо, оно должно быть хорошо продумано, точно спроектировано и реализовано. Конфигурации заземления должны быть взвешены с учетом размеров и частоты, как и любая функциональная цепь.
Цель этой главы – помочь инженерам, проектировщикам и техническим специалистам оптимизировать функциональность и надежность своего оборудования, обеспечивая упорядоченный системный подход к заземлению.Такой подход предпочтительнее эмпирических, а иногда и противоречивых подходов, которые часто используются.
Характеристики заземление систем
В идеале, наземная система должна обеспечивать путь нулевого импеданса для всех сигналов, для которых она служит в качестве ссылки. В таком случае сигнальные токи от различных цепей или оборудования, подключенного к земле, могли бы вернуться к своим источникам, не создавая нежелательной связи между цепями или оборудованием.Многие проблемы с помехами возникают из-за того, что проектировщики рассматривают землю как идеальную и не уделяют должного внимания фактическим характеристикам системы заземления. Одна из основных причин, по которой разработчики рассматривают систему заземления как идеальную, заключается в том, что это предположение часто справедливо с точки зрения конструктивных параметров схемы или оборудования (т. Е. Полное сопротивление при мощности или частотах сигнала невелико и практически не влияет на схему. или производительность оборудования). Однако необходимо признать неидеальные свойства грунта, чтобы избежать проблем с электромагнитными помехами.
Рис. 2. Термин «земля» может вводить в заблуждение и быть двусмысленным, если не принимать во внимание его электрические параметры. Таблица 1. Импеданс прямых круглых медных проводов.Характеристики импеданса
Каждый элемент (проводник) системы заземления, будь то заземление питания, заземление сигналов или молниезащита, имеет свойства сопротивления, емкости и индуктивности. Экраны и заземляющие провода сигнальных кабелей, защитное заземление питания зеленого провода, молниеотводы, шины трансформаторных хранилищ, конструкционные стальные элементы – все проводники обладают этими свойствами.Свойство сопротивления проявляют все металлы. Сопротивление заземляющего проводника зависит от материала, его длины и площади поперечного сечения. Емкость заземляющего проводника определяется его геометрической формой, близостью к другим проводникам и природой промежуточного диэлектрика. Индуктивность зависит от его размера, геометрии, длины и, в ограниченной степени, относительной проницаемости металла. Импеданс системы заземления зависит от сопротивления, индуктивности, емкости и частоты.
Поскольку индуктивные свойства проводника уменьшаются с увеличением ширины и увеличиваются с увеличением длины, для заземляющих лент часто рекомендуется использовать отношение длины к ширине 5: 1. Это отношение длины к ширине 5: 1 обеспечивает реактивное сопротивление, которое составляет примерно 45 процентов от реактивного сопротивления прямого круглого провода.
Рисунок 3. Идеальное заземление оборудования. Рисунок 4. Эквивалентная схема заземляющего кабеля параллельно плоскости заземления.Полное сопротивление прямых круглых проводов как функция частоты представлено в таблице 5.1 для нескольких размеров и длин проволоки. Типичные импедансы заземляющей поверхности для сравнения приведены в таблице 5.2. Обратите внимание, что для проводов типичной длины импедансы заземляющей поверхности на несколько порядков меньше, чем у круглого провода. Также обратите внимание, что сопротивление как круглых проводов, так и заземляющих плоскостей увеличивается с увеличением частоты и становится весьма значительным на более высоких частотах.
Часто встречающаяся ситуация – это когда кабель заземления (силовой или сигнальный) проходит рядом с пластиной заземления.Эта ситуация проиллюстрирована на рисунке 3 для заземления оборудования. На рисунке 4 показана типичная схема этого простого пути заземления. Влияние резистивных элементов схемы будет преобладать на очень низких частотах.
Относительное влияние реактивных элементов будет увеличиваться с увеличением частоты. На некоторой частоте величина индуктивного реактивного сопротивления (jωL) равна величине емкостного реактивного сопротивления (1 / jωC), и цепь становится резонансной. Частоту первичного (или первого) резонанса можно определить по следующей формуле:
(1)
, где L – общая индуктивность кабеля, а C – полезная емкость между кабелем и заземляющим слоем.При резонансе полное сопротивление заземляющего контура будет либо высоким, либо низким, в зависимости от того, является ли он параллельным или последовательным резонансом соответственно. При параллельном резонансе импеданс, видимый на одном конце кабеля, будет намного выше, чем ожидалось от R + jωL. (Для хороших проводников, например, из меди и алюминия, R «ωL; таким образом, jωL обычно обеспечивает точную оценку импеданса заземляющего проводника на частотах выше нескольких сотен герц). При параллельном резонансе:
(2)
где Q, добротность, определяется как:
(3)
где R (ac) – сопротивление кабеля на частоте резонанс.Тогда:
(4)
Выше основного резонанса будут возникать последующие резонансы (как параллельные, так и последовательные) между различными возможными комбинациями индуктивностей и емкостей (включая паразитные) в тракте. цепь также будет возникать между индуктивностями сегментов провода и одной или несколькими шунтирующими емкостями. Полное сопротивление (Z с ) последовательного резонансного пути составляет:
(5)
Следовательно,
(6)
Таким образом, последовательное резонансное сопротивление определяется следующим образом: и равно последовательному сопротивлению переменному току конкретной индуктивности и емкости в резонансе.(В резонансах более высокого порядка, где резонансная частота определяется сегментами провода, а не всей длиной пути, последовательное сопротивление пути к земле может быть меньше, чем прогнозируется с учетом всей длины заземляющего проводника).
Таблица 2. Сопротивление металлической заземляющей поверхности в Ом / Квадрат.Понимание высокочастотных характеристик заземляющего проводника упрощается, если рассматривать его как линию передачи. Если тракт заземления считается однородным на всем протяжении, напряжения и токи вдоль линии можно описать как функцию времени и расстояния.Если элементы сопротивления на рисунке 4 малы по сравнению с индуктивностями и емкостями, путь заземления имеет характеристический импеданс Z 0 , равный √L / C, где L и C – значения индуктивности и емкости на единицу длины. .
Ситуация, показанная на Рисунке 3, представляет особый интерес при заземлении оборудования. Входное сопротивление заземляющего тракта, т. Е. Полное сопротивление относительно земли, видимое корпусом оборудования, составляет:
(7)
, где ß = ω√LC = фазовая постоянная линии передачи
x = длина пути от коробки до короткого
, где ßx меньше π / 2 радиан, т.е.е., когда длина электрического пути меньше четверти длины волны (λ / 4), входное сопротивление короткозамкнутой линии является индуктивным со значением в диапазоне от 0 (ßx = 0) до ∞ (ßx = p / 2). радианы). Когда ßx = превышает значение π / 2 радиан, импеданс заземляющего контура попеременно меняется между значениями холостого хода и короткого замыкания.
Таким образом, с точки зрения заземленного устройства или компонента импеданс аналогичен сопротивлению короткозамкнутой линии передачи.Когда ßx = π / 2, сопротивление заземляющего проводника ведет себя как параллельный LC-резонансный контур без потерь. Чуть ниже резонанса импеданс является индуктивным; чуть выше резонанса – емкостный; в то время как в резонансе импеданс реальный и довольно высокий (бесконечный в случае абсолютно без потерь). Резонанс возникает при значениях x, равных целым числам, кратным четверти длины волны, таким как половина длины волны, три четверти длины волны и т. Д.
Рисунок 5. Типичное поведение сопротивления заземляющего проводника в зависимости от частоты.Рис. 6. Фотография характеристики заземляющего браслета при качании частоты.Типичные сети заземления представляют собой сложные цепи из R, L и C с частотно-зависимыми свойствами, включая параллельные и последовательные резонансы. Эти резонансы важны для работы наземной сети. Эффекты резонанса в заземляющем тракте проиллюстрированы на рисунке 5. Относительная эффективность заземляющего проводника как функция частоты напрямую связана с его характеристикой импеданса (рисунок 6).
Из рисунков 5 и 6 очевидно, что для максимальной эффективности длина заземляющего проводника должна составлять небольшую часть длины волны на частоте рассматриваемого сигнала. Наиболее эффективная работа достигается на частотах значительно ниже первого резонанса.
Характеристики антенны
Эффекты антенны также связаны с резонансным поведением контура. Заземляющие проводники будут действовать как антенны, чтобы излучать или принимать потенциальную энергию помех, в зависимости от их длины относительно длины волны, т.е.е., их эффективность. Этот факт позволяет определить отношение длины волны к физической длине для заземляющих проводов.
Эффективность проводника как антенны зависит от его радиационной стойкости. Радиационная стойкость – это прямая мера энергии, излучаемой антенной. Хорошим показателем характеристик провода является четвертьволновой монополь, который имеет сопротивление излучения 36,5 Вт. Антенна, которая передает или принимает на 10 процентов или меньше, чем монополь, может считаться неэффективной.Чтобы быть эффективным, заземляющий провод должен быть неэффективной антенной. Удобным критерием плохой антенны, т. Е. Хорошего заземляющего провода, является длина его 1/10 или меньше. Таким образом, рекомендуемая цель при разработке эффективной системы заземления – поддерживать заземляющие провода, подверженные воздействию потенциально мешающих сигналов на длине менее 1/10 длины волны мешающего сигнала.
ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ ПОМЕХИ
Помехи – это любые посторонние электрические или электромагнитные помехи, которые имеют тенденцию нарушать прием полезных сигналов или вызывают нежелательные реакции в цепи или системе.Помехи могут создаваться как естественными, так и искусственными источниками, как внешними, так и внутренними по отношению к цепи. Правильная работа сложного электронного оборудования и средств по своей сути зависит от частот и амплитуд как сигналов, используемых в системе, так и возможных присутствующих помех. Если частота нежелательного сигнала находится в пределах рабочего диапазона частот схемы, схема может реагировать на нежелательный сигнал (это может даже происходить вне диапазона).Сила помех зависит от амплитуды и частоты нежелательного сигнала по сравнению с частотой полезного сигнала в точке обнаружения.
Рисунок 7. Синфазная связь импеданса между цепями. Рисунок 8. Кондуктивная связь посторонних шумов в соединительных кабелях оборудования. Рисунок 9. Синфазное излучение в контуры заземления и из них.Помехи, связанные с землей, часто связаны с одним из двух основных механизмов связи. Первый механизм является результатом того факта, что сигнальные цепи электронного оборудования делят землю с другими цепями или оборудованием.Этот механизм называется импедансной связью с общей землей. Любой общий импеданс может обеспечить механизм интерференционной связи. На рисунке 7 показан механизм, с помощью которого помехи связаны между цепями виновника и жертвы через полное сопротивление заземления. В этом случае ток помехи I, протекающий через полное сопротивление заземления Z, будет создавать в цепи помехи напряжение сигнала помехи V c . Следует подчеркнуть, что ток помех, протекающий в общем импедансе, может быть либо током, который связан с нормальной работой цепи-виновника, либо прерывистым током, который возникает из-за аномальных событий (молния, сбои в питании, изменения нагрузки, линия питания переходные процессы и т. д.).
Даже если пары оборудования не используют сигнальную землю в качестве возврата сигнала, сигнальная земля все равно может быть причиной связи между ними. На рисунке 8 показано влияние паразитного тока I R , протекающего в сигнальной земле. Ток I R может быть результатом прямого подключения другой пары оборудования к сигнальной земле. Это может быть результатом внешней связи с сигнальной землей или индуцированным в земле падающим полем. В любом случае I R создает напряжение V N на полном сопротивлении заземления Z R .Это напряжение создает ток в соединительном контуре, который, в свою очередь, развивает напряжение на Z L в оборудовании B. Таким образом, очевидно, что помехи могут передаваться через сигнальную землю со всеми цепями и оборудованием, подключенным через ненулевой элементы сопротивления этой земли.
Второй механизм связи электромагнитных помех, включающий землю, представляет собой механизм излучения, посредством которого контур заземления, как показано на рисунке 9, действует как приемная или передающая антенна. Для этого механизма связи EMI характеристики земли (сопротивление или импеданс) не играют важной роли, потому что индуцированное напряжение EMI (для случая восприимчивости) или излучаемое поле EMI (для случая излучения) в основном являются функцией функция возбуждения электромагнитных помех (напряженность поля, напряжение или ток), геометрия и размеры контура заземления и частота сигнала электромагнитных помех.Следует отметить, что указанные выше механизмы связи проводимых и излучаемых электромагнитных помех включают «контур заземления». Однако следует понимать, что проблемы электромагнитных помех контура заземления могут существовать без физического подключения к земле. В частности, на радиочастотах распределенная емкость относительно земли может создать состояние контура заземления, даже если цепи или оборудование плавают относительно земли.
Также следует отметить, что для обоих механизмов связи электромагнитных помех, включающих контур заземления, токи электромагнитных помех в сигнальном проводе и обратном канале протекают в одном направлении.Это состояние EMI (когда токи в сигнальном выводе и обратном канале совпадают по фазе) упоминается как EMI в синфазном режиме. Методы управления электромагнитными помехами, которые будут эффективны при проблемах контура заземления, – это те, которые либо уменьшают влияние электромагнитных помех на контур заземления, либо обеспечивают подавление синфазных электромагнитных помех, связанных с контуром заземления.
Заземление цепи, оборудования и системы
В предыдущем разделе были определены и обсуждены механизмы связи электромагнитных помех, возникающие в результате заземления цепи, оборудования и системы.На этом этапе должно быть очевидно, что заземление очень важно с точки зрения минимизации и контроля электромагнитных помех. Однако заземление является одним из наименее понятных и наиболее серьезных виновников многих проблем EMI на системном уровне. Схема заземления системы должна выполнять следующие функции:
- Аналоговые, низкоуровневые и низкочастотные цепи должны иметь бесшумные выделенные возвратные линии. Из-за задействованных низких частот обычно используются провода (более или менее требующие одноточечной или звездообразной системы заземления).
- Аналоговые высокочастотные цепи {радио, видео и т. Д.} Должны иметь бесшумные обратные цепи с низким импедансом, как правило, в виде плоских или коаксиальных кабелей.
- Возвраты логических схем, особенно высокоскоростной логики, должны иметь низкие импедансы по всей полосе пропускания (обусловленные самым быстрым временем нарастания), так как мощность и возвратные сигналы проходят по одним и тем же путям.
- Возвраты мощных нагрузок (соленоидов, двигателей, ламп и т. Д.) Должны отличаться от любых из вышеперечисленных, даже если они могут оказаться на одном и том же выводе регулятора источника питания.
- Обратные пути к корпусу экранов кабелей, экранов трансформаторов, фильтров и т. Д. Не должны мешать функциональному возврату.
- Когда электрическая ссылка отличается от заземлению, обеспечение доступности и должны существовать, чтобы подключать и отключать один от другого.
- В более общем плане, для сигналов, которые передаются внутри оборудования или между частями системы, схема заземления должна обеспечивать общий опорный сигнал с минимальным сдвигом земли (если эти линии не сбалансированы, оптически изолированы и т. Д.)). Минимальный сдвиг заземления означает, что синфазное напряжение должно оставаться ниже порога чувствительности наиболее восприимчивого устройства в линии.
Все вышеперечисленные ограничения могут быть устранены, если их функциональная отдача и защитное заземление интегрированы в иерархию системы заземления, как показано на рисунке 10.Применение этой концепции является предметом следующего обсуждения.
Современные электронные системы редко имеют только одно заземление. Для уменьшения помех, например, из-за связи по синфазному сопротивлению, используется как можно больше отдельных заземлений. Отдельные заземления в каждой подсистеме для структурных заземлений, сигнальных заземлений, защитных заземлений, а также основного и дополнительного заземления питания желательны, если это экономически и логистически целесообразно. Эти отдельные заземления от каждой подсистемы, наконец, соединяются кратчайшим путем обратно к точке заземления системы, где они образуют общий потенциал системы отсчета.Этот метод известен как одноточечное заземление и показан на рисунке 11.
Схема одноточечного заземления
Схема одноточечного или звездообразного заземления, показанная на рисунке, позволяет избежать проблем, связанных с синфазным импедансом. обсуждалось в предыдущем разделе. Единственный общий путь лежит в земле (для наземных конструкций), но обычно он состоит из прочного проводника с очень низким импедансом. Таким образом, до тех пор, как отсутствие или низкие наземные тока протекают в любых общих путях с низким сопротивлением, все подсистемы или оборудования поддерживают, по существу, одной и тот же опорный потенциал.
Проблема реализации вышеупомянутой схемы одноточечного заземления возникает, когда (1) используются соединительные кабели, особенно те, которые имеют экраны кабелей, длина которых составляет порядка 1/20 длины волны или больше, и (2) паразитные емкость существует между подсистемой или корпусами оборудования или между подсистемами и землей других подсистем. Эта ситуация проиллюстрирована на Рисунке 12.
Рисунок 12. Вырождение одноточечного заземления из-за соединения кабелей и паразитной емкости.Здесь экраны кабелей соединяют некоторые подсистемы вместе, так что существует более одного пути заземления от конкретной подсистемы к точке заземления. Если не будут приняты меры предосторожности, могут протекать заземляющие токи с общим сопротивлением. На высоких частотах паразитное емкостное реактивное сопротивление представляет собой пути с низким импедансом, а индуктивность связи между точкой подсистемы и землей приводит к более высоким импедансам. Таким образом, опять же, могут течь токи синфазного режима или между подсистемами могут возникать неравные потенциалы.
Схема многоточечного заземления
Вместо неконтролируемой ситуации, как показано на Рисунке 12, другой альтернативой заземления является многоточечное заземление, как показано на Рисунке 13. В примере, показанном на Рисунке 13, каждое оборудование или подсистема подключается напрямую. по возможности к общей заземляющей пластине с низким сопротивлением, чтобы сформировать однородный тракт с низким сопротивлением. Таким образом, синфазные токи и другие проблемы EMI будут сведены к минимуму. Затем заземляющая пластина заземляется в целях безопасности.
Рисунок 13. Многоточечная система заземления.Выбор схемы заземления
Факты таковы, что схема одноточечного заземления лучше работает на низких частотах, а многоточечное заземление лучше всего ведет себя на высоких частотах. Если вся система, например, представляет собой сеть звукового оборудования, со многими датчиками низкого уровня и схемами управления, ведущими себя как источники широкополосного переходного шума, то высокочастотные характеристики не имеют значения, поскольку ни один приемник не реагирует выше звуковой частоты.
В этой ситуации подойдет одноточечное заземление. И наоборот, если бы вся система представляла собой приемный комплекс, состоящий из тюнеров, усилителей и дисплеев от 30 до 1000 МГц, то низкоуровневые низкочастотные характеристики не имеют значения. Здесь применяется многоточечное заземление и следует использовать соединительные коаксиальные кабели.
Приведенное выше сравнение звуковых систем с системами VHF / UHF ясно показывает выбор правильного подхода. Затем проблема сводится к определению того, где существует кроссовер низких и высоких частот для любой данной подсистемы или оборудования.Ответ здесь частично включает в себя наивысшую значимую рабочую частоту низкоуровневых цепей по сравнению с физическим расстоянием между наиболее удаленным оборудованием. Определение области частот кроссовера включает рассмотрение (1) проблем связи между магнитным и электрическим полями и (2) Проблемы с сопротивлением заземляющей поверхности из-за разделения. Гибридные одно- и многоточечные системы заземления часто являются лучшим подходом для применения в кроссоверных регионах.
Когда используются печатные схемы и ИС, близость к сети значительно ближе.Таким образом, многоточечное заземление более экономично и практично для каждой карты, пластины или кристалла. Для соединения этих компонентов через переходные платы, материнские платы и т. Д. Следует использовать схему заземления, как показано на рисунках в предыдущих параграфах.
Это, вероятно, будет по-прежнему представлять собой подход к многоточечному или гибридному заземлению, в котором любое одноточечное заземление (для гибридных заземлений), если оно используется, позволит избежать низкочастотных контуров тока заземления и / или синфазной связи полного сопротивления.Таким образом, многих проблем с электромагнитными помехами на системном уровне можно избежать, если уделить особое внимание используемой схеме заземления. Проблемы с синфазным сопротивлением и общим сопротивлением заземления могут быть уменьшены путем применения одного или нескольких из следующих методов.
- По возможности устраните общий импеданс, используя одноточечное заземление (Рисунок 11). Эта конфигурация обычно оптимальна для частот мощности и частот сигналов ниже 300 кГц.
- Разделите и изолируйте заземления в зависимости от типа, уровня и частоты сигнала, как показано на рисунке 10.
- Сведите к минимуму полное сопротивление заземления, как показано на Рисунке 14, используя шину заземления, пластину заземления или сетку заземления.
- Плавающие цепи или оборудование, если это целесообразно с точки зрения безопасности, как показано на рисунке 15. Эффективность плавающих цепей или оборудования зависит от их физической изоляции от других проводников.На крупных объектах сложно добиться плавающей системы.
- Используйте катушку индуктивности или конденсатор в заземлении, чтобы обеспечить изоляцию высоких или низких частот соответственно, как показано на рисунках 16 и 17.
- Используйте фильтры или ферриты в контурах заземления для ограничения синфазных токов или обеспечения синфазного падения напряжения.
- Используйте дроссель синфазного сигнала, как показано на рисунке 18, или изолирующий трансформатор синфазного сигнала, как показано на рисунке 19, для подавления электромагнитных помех контура заземления.Эти устройства могут обеспечивать подавление синфазного сигнала порядка 60 дБ на частотах до нескольких сотен килогерц.
- Используйте оптические изоляторы и / или волоконную оптику для блокировки эффектов синфазных электромагнитных помех, как показано на рисунке 20. Оптические изоляторы обеспечивают высокую степень подавления синфазных помех на частотах вплоть до диапазона ВЧ (т. Е. От 3 до 30 МГц). ). Оптические изоляторы обычно ограничиваются цифровыми приложениями (они не применимы к аналоговым схемам низкого уровня).
- Используйте симметричные схемы, чтобы минимизировать влияние синфазных электромагнитных помех в контуре заземления, как показано на рисунке 21. В идеально сбалансированной схеме токи, протекающие в двух частях схемы, будут создавать равные и противоположные напряжения на нагрузке, поэтому результирующее напряжение на нагрузке равно нулю. Симметричные схемы могут обеспечить значительное (более 20 дБ) снижение синфазного сигнала в условиях низких частот.Однако на более высоких частотах (выше 30 МГц) начинают преобладать другие эффекты, и эффективность балансных схем снижается.
Синфазные излучаемые электромагнитные помехи, возникающие в результате излучений, которые излучаются или улавливаются контуром заземления, могут быть уменьшены путем применения одного или нескольких из следующих методов:
- Минимизация площади синфазного контура заземления путем прокладки соединительных проводов или кабель близко к земле.
- Уменьшите синфазные токи контура заземления с помощью цепей с плавающей запятой или оборудования; с использованием оптических изоляторов; или установка синфазных фильтров, дросселей или изолирующих трансформаторов.
- Используйте симметричные схемы или симметричные драйверы и приемники.
Конфигурации системы заземления
Система заземления для набора цепей внутри системы или объекта может принимать любую из нескольких различных конфигураций. Каждая из этих конфигураций имеет тенденцию быть оптимальной при определенных условиях и может способствовать возникновению проблем электромагнитных помех при других условиях.Как правило, наземные конфигурации включают в себя либо плавающее заземление, либо одноточечное заземление, либо многоточечное заземление, либо некоторую их гибридную комбинацию.
Конфигурация плавающего заземления показана на рисунке 22. Этот тип сигнальной системы заземления электрически изолирован от земли и других проводящих объектов. Следовательно, шумовые токи, присутствующие в системе заземления, не будут иметь проводящей связи с сигнальными цепями. Концепция системы плавающего заземления также используется в конструкции оборудования для изоляции возвратных сигналов от аппаратных шкафов и, таким образом, предотвращения нежелательных токов в шкафах от непосредственного соединения с сигнальными цепями.
Рисунок 22. Заземление плавающего сигнала.Эффективность систем плавающего заземления зависит от их истинной изоляции от других близлежащих проводников; системы плавающего грунта должны действительно плавать. На крупных объектах часто бывает трудно создать и поддерживать эффективную плавучую систему. Такая плавающая система наиболее практична, если задействовано несколько цепей или несколько единиц оборудования и питание подается либо от батарей, либо от преобразователей постоянного тока в постоянный.
Одноточечное заземление для комплекса оборудования показано на рисунке 23.В этой конфигурации сигнальные цепи привязаны к одной точке, и эта единственная точка затем подключается к заземлению объекта. Идеальная одноточечная сигнальная сеть заземления – это сеть, в которой отдельные заземляющие проводники проходят от одной точки заземления объекта до обратной стороны каждой из многочисленных цепей, расположенных по всему объекту. Этот тип сети заземления требует чрезвычайно большого количества проводников и, как правило, экономически нецелесообразен. Вместо идеального используются различные степени приближения к одноточечному заземлению.
Рисунок 23. Одноточечная сигнальная земля.Конфигурация, показанная на рисунке 24, представляет собой схему заземляющей шины, которая часто используется для обеспечения приближения к концепции одноточечного заземления. Система шины заземления, показанная на рисунке 24, принимает форму дерева. Внутри каждой системы отдельные подсистемы имеют одноточечное заземление. Затем каждая из точек заземления системы подключается к шине заземления дерева одним изолированным проводом.
Рис. 24. Одноточечная система шины заземления с использованием общей шины.Одноточечное заземление выполняет каждую из трех функций заземления сигнальной цепи. То есть ссылка сигнала устанавливается в каждом блоке или элементе оборудования, и эти отдельные ссылки соединяются вместе. Они, в свою очередь, подключаются к заземлению объекта по крайней мере в одной точке, что обеспечивает защиту цепей от короткого замыкания и контроль над накоплением статического заряда.
Важным преимуществом одноточечной конфигурации является то, что она помогает контролировать проводящие помехи.Как показано на рисунке 23, избегаются замкнутые пути для шумовых токов в сети сигнального заземления, а токи помех или напряжения в системе заземления объекта не передаются токопроводящим образом в сигнальные цепи через сигнальную сеть заземления. Следовательно, одноточечная сигнальная сеть заземления сводит к минимуму влияние любых шумовых токов, которые могут протекать в заземлении объекта.
В большой установке основным недостатком одноточечного заземления является необходимость использования длинных проводов.Помимо того, что длинные проводники являются дорогостоящими, они не позволяют получить удовлетворительный эталон для более высоких частот из-за большого собственного сопротивления. Кроме того, из-за паразитной емкости между проводниками одноточечное заземление по существу перестает существовать при увеличении частоты сигнала. В общем, для типичного оборудования, систем или средств одноточечное заземление обычно является оптимальным для частот ниже примерно 300 кГц.
Многоточечное заземление, показанное на рисунке 25, является третьей конфигурацией, часто используемой для сетей сигнального заземления.Эта конфигурация устанавливает множество токопроводящих путей к различным электронным системам или подсистемам внутри объекта. Внутри каждой подсистемы цепи и сети имеют несколько подключений к этой наземной сети. Таким образом, на объекте существует множество параллельных путей между любыми двумя точками в многоточечной наземной сети.
Рис. 25. Конфигурация многоточечного заземления.Многоточечное заземление часто упрощает построение цепей внутри сложного оборудования. Это позволяет упростить сопряжение оборудования, использующего коаксиальные кабели, поскольку внешний проводник коаксиального кабеля не должен плавно перемещаться относительно шкафа или корпуса оборудования.
Однако многоточечное заземление страдает важным недостатком. Силовые токи и другие низкочастотные токи большой амплитуды, протекающие через систему заземления объекта, могут передаваться в сигнальные цепи, создавая недопустимые помехи в восприимчивых низкочастотных цепях. Кроме того, создаются несколько контуров заземления, что затрудняет контроль излучаемого излучения или восприимчивости в результате эффектов синфазного контура заземления. Кроме того, для эффективного многоточечного заземления все заземляющие проводники между отдельными точками должны быть меньше нуля.1 длина волны интерференционного сигнала. В противном случае влияние общего сопротивления заземления и излучения земли станет значительным. Как правило, конфигурации многоточечного заземления имеют тенденцию быть оптимальными на более высоких частотах (то есть выше 30 МГц).
Рисунок 26. Заземление в стойках шкафа.Чтобы проиллюстрировать одну из форм гибридной системы заземления, на рис. 26 показана 19-дюймовая стойка для шкафа, содержащая пять отдельных выдвижных ящиков. Каждый ящик содержит часть системы (сверху вниз): (1) схемы предусилителя ВЧ и ПЧ для приема микроволновых сигналов, (2) усилители сигналов ПЧ и видеосигнала, (3) драйверы дисплея, дисплеи и схемы управления, ( 4) низкоуровневые аудиосхемы и записывающие устройства для документирования чувствительных многоканальных выходов жестких телеметрических датчиков и (5) вторичные и регулируемые источники питания.Гибридный аспект получается из:
- Выдвижные блоки видео RF и IF похожи. Здесь блоки или ступени на уровне блока (соединительные коаксиальные кабели заземлены с обоих концов) имеют многоточечное заземление на пластину заземления ящика и шасси. Затем шасси заземляют на штифт кинжала, шину заземления шасси, как показано на Рисунке 27. С другой стороны, для заземления этих ящиков используется одноточечное заземление от его шины, как и у аудио-ящика.
- Каждая из шин шасси или сигнального заземления и заземления питания составляет схему многоточечного заземления на уровне ящиков. Отдельные шины заземления одноточечно заземлены на нижнем распределительном блоке заземления. Это позволяет избежать циркуляции синфазного тока между шасси или сигнальной землей и заземлением питания, поскольку ток заземления питания может изменяться из-за переходных скачков в определенных режимах работы оборудования.
- Соединительные кабели между разными уровнями ящиков прокладываются отдельно, а их экраны при использовании заземляются так же, как и на уровне ящиков.
- Ящики для аудио и дисплея, показанные на Рис. 27, используют одноточечное заземление как для своих блоков уровня блока (соединительный витой кабель заземляется на одном конце к его блоку), так и для проводов питания. Экраны кабеля и устройства заземлены вместе на общей шине штифтов. Точно так же выводящие силовые выводы и скрученные возвратные провода отдельно подключаются к шинам штифтов.
Чтобы просмотреть приведенную выше схему, обратите внимание на следующее:
- Ящики аудиосистемы и дисплея имеют пробег на землю около 0.6 м и верхней рабочей частотой около 1 МГц (схемы драйвера и развертки). Таким образом, указывается одноточечное заземление на ударные штифты.
- Выдвижные блоки ВЧ и ПЧ обрабатывают сигналы УВЧ и 30 МГц на расстоянии одного метра, так что отображается многоточечное заземление.
- Регулируемые источники питания поставляют оборудование, требующее импульсных перенапряжений. Самая большая длина составляет около 1,5 м, и значительные переходные частотные составляющие могут распространяться вверх в области ВЧ. Здесь указано гибридное заземление: одноточечное внутри ящика и многоточечное от шины питания ко всем ящикам.
Устройства и методы управления электромагнитными помехами
Заземление может существенно повлиять на эффективность некоторых методов или устройств управления электромагнитными помехами. В частности, кабельные экраны; разделительные трансформаторы; Фильтры EMI; Методы защиты от электростатических разрядов, молний и ЭМП; и экраны Фарадея должны быть правильно заземлены, чтобы обеспечить максимальную защиту от электромагнитных помех. Подробное обсуждение конкретных соображений по заземлению, связанных с этими методами или устройствами контроля электромагнитных помех, выходит за рамки этой книги.Тем не менее, важно подчеркнуть важность базирования на характеристиках этих методов или устройств, и подробности можно найти в справочных материалах.
Рекомендуемая литература
[1] Моррисон, Ральф и У. Льюис, Заземление и экранирование на объектах , Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, 1990.
[2] Моррисон, Ральф, Заземление и защита Методы приборостроения , 3-е изд., Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, 1990.
[3] Денни, Хью У., Заземление для управления электромагнитными помехами , Гейнсвилл, Вирджиния, Interference Control Technologies, Inc.
[4] Заземление, соединение и экранирование электронного оборудования и устройств, MIL-HDBK-419.
Консультации – Инженер по подбору | Заземление и соединение в коммерческих зданиях
Автор: Сэм Р. Александер, PE, LEED AP BD + C, exp, Maitland, Fla. 15 августа 2012 г.
Существуют различные преимущества для заземления и соединения систем передачи и распределения переменного тока.Основание для выбора того или иного типа системы заземления зависит от ее способности обеспечивать безопасность персонала и защиту оборудования. В первую очередь, электроэнергетика занимается снижением опасности поражения электрическим током и вспышкой для персонала, работающего с электрическими системами, ограничением повреждений компонентов электрической системы из-за переходных перенапряжений и сведением к минимуму прерывания коммерческих или промышленных процессов, которые поддерживает электрическая система.
Основываясь на этих критериях, преобладающая философия проектирования заземления заключается в предоставлении заземленной системы вместо незаземленной для достижения этих целей.Тем не менее, понимание основных принципов работы каждого типа системы необходимо для согласования соответствующей топологии заземления с характеристиками электрической системы. Коммерческие здания, большая часть оборудования которых работает при напряжении 600 В и ниже, похоже, стандартизированы на основе надежного заземления и заземления. Правильное применение этого подхода осуществляется через призму Национального электротехнического кодекса.
Причины для заземленных и незаземленных систем
Согласно NEC, заземление электрической системы переменного тока преследует две основные цели: первая – стабилизировать напряжение системы относительно земли в нормальных рабочих условиях, обеспечивая систему отсчета земли для системы; другой – поддержание в допустимых пределах избыточных напряжений в системе из-за молний, скачков напряжения в сети и случайного контакта с более высокими напряжениями.Эти две причины позволяют инженеру-проектировщику достичь двух основных целей – защиты оборудования и безопасности персонала для электрической системы. Третья цель заземления – позволить процессам, поддерживаемым электрической системой, продолжаться при наличии неисправного состояния. Обычно это достигается либо с помощью незаземленной системы, либо путем применения специальной формы заземления (заземления с высоким сопротивлением).
Энергосистемы в 1950-х годах были незаземленными, трехфазными, трехпроводными, с трансформатором треугольника и генератором треугольника.Основное преимущество этой конфигурации заземления заключается в том, что она позволяет одному замыканию фазы на землю с болтовым соединением работать бесконечно без повреждения в месте повреждения и без срабатывания устройства защиты от сверхтоков. Это обеспечивает непрерывность работы, пока находится неисправный проводник, хотя и с риском поражения электрическим током для персонала. Тем не менее, большинство замыканий на землю имеют не болтовое соединение, а дуговое искрение низкого уровня (повторное зажигание). Эти повторные замыкания на землю из-за их относительно низких токов замыкания могут остаться незамеченными оборудованием для контроля замыканий на землю.Опасность здесь заключается в том, что повторные замыкания на землю вызывают возрастающие переходные перенапряжения на изоляцию проводящей системы. Если не контролировать, напряжение на изоляцию системы может привести к двойному замыканию линии на землю, что приведет к нежелательному срабатыванию устройств защиты от сверхтоков. Еще худший сценарий – это последствия опасности разрушительной дуги. По этой причине сейчас меньше шансов построить незаземленные системы, и они с большей вероятностью будут модернизированы с помощью системы с заземленным сопротивлением какого-либо типа.
В электрической системе есть различные точки, доступные для заземления, например, средняя точка однофазного трансформатора, угол обмоток треугольником или центр обмоток звезды. Точки, которые считаются нейтральной точкой системы, чаще всего используются для заземления. Нейтральная точка влияет и, в свою очередь, одинаково влияет на три другие фазы в сбалансированной трехфазной системе. По своей природе эта точка представляет собой лучшую возможность реализовать две основные цели заземления электроэнергетической системы.Описанные ниже методы заземления включают подключение к нейтральной точке звездообразной системы (генератора или трансформатора). Как правило, там, где нет нейтральных точек для заземления на обмотках генератора или трансформатора, как при соединении треугольником, используются заземляющие трансформаторы, такие как трансформаторы зигзаг или звезда-треугольник. Эти заземляющие трансформаторы эффективно создают нейтральное соединение, которое затем можно заземлить.
Типы заземления
Высокоомное заземление (HRG) , с возможностью применения в диапазоне напряжений от 480 В до 13.8 кВ, обеспечивает средства для ограничения проблем с переходными перенапряжениями, связанными с незаземленными системами, при этом обеспечивая преимущества непрерывности обслуживания. Идеальный диапазон напряжения – 5 кВ и меньше. Как правило, увеличение тока замыкания на землю улучшает контроль перенапряжения, но повышает точку повреждения при коротком замыкании. И наоборот, уменьшение тока замыкания на землю увеличивает перенапряжение, но снижает повреждение в месте повреждения. Правильное применение HRG в диапазоне среднего напряжения (MV) 2.От 4 до 13,8 кВ потребуется максимальный предел для одиночного тока замыкания на землю между точкой замыкания на землю до значения ниже 7 ампер. Кроме того, собственный емкостный зарядный ток между фазой и землей должен быть меньше или равен току через заземляющий резистор. Математически ток замыкания на землю представляет собой векторную сумму тока заземляющего резистора и тока емкостной зарядки. Емкостной зарядный ток – это функция электрической системы, которую необходимо предварительно оценить.При соблюдении этих величин и условий можно рассчитать диапазон токов замыкания на землю HRG.
Схемы низкоомного заземления (LRG) предназначены для ограничения токов замыкания на землю в диапазоне от 100 до 400 ампер в системах с диапазонами напряжения от 480 В до 15 кВ. При таком увеличении величины тока замыкания на землю цель LRG состоит в том, чтобы исключить переходные процессы перенапряжения за счет увеличения повреждений в точках замыкания на землю. Однако, чтобы свести к минимуму эти повреждения, система защитных устройств формируется как часть схемы LRG.В идеале неисправность изолирована, а остальная электрическая система продолжает работать. При более высокой величине токов замыкания на землю емкостной зарядный ток относительно земли очень мало влияет на выбор резистора заземления. В этом случае это сопротивление представляет собой просто напряжение между фазой и нейтралью на заземляющем резисторе, деленное на ток замыкания на землю.
Реактивное заземление (RG) – еще одна альтернатива, используемая в системах среднего напряжения в диапазоне от 2,4 до 15 кВ. В этой схеме заземления индуктор используется для ограничения протекания токов замыкания на землю.Было показано, что системы с реактивным заземлением создают переходные перенапряжения при гораздо более высоких токах замыкания на землю, чем системы с резистивным заземлением. Чтобы ограничить переходные перенапряжения до приемлемых пределов, результирующий ток замыкания на землю может составлять до 60% от трехфазного замыкания с болтовым соединением. Поскольку это намного превышает предел в 400 ампер для LRG в том же диапазоне напряжений, реактивное сопротивление не так широко используется в электротехнической промышленности, за исключением заземления с настроенным реактивным сопротивлением.
Нейтрализатор замыкания на землю (GFN) – это еще одна форма заземления реактивного сопротивления, известная как заземление с настроенным реактивным сопротивлением.Как следует из названия, индуктивное сопротивление настраивается на естественный емкостной зарядный ток незаземленной фазы относительно земли. Этот эффект настройки за счет индуктивного реактивного сопротивления по существу нейтрализует (нейтрализует) вклад тока от емкостного зарядного тока. Это оставляет небольшую часть тока замыкания на землю, которая по своей природе является резистивной. Этот резистивный ток нейтрали относительно земли находится в фазе с напряжением нейтрали относительно земли. Преимущество этого согласования фаз состоит в том, что дуговое замыкание на землю с меньшей вероятностью будет поддерживаться напряжением, когда переменный ток и напряжение одновременно достигают нулевого значения.Приложение GFN похоже на приложение HRG в том, что замыкание на землю может сохраняться, так что электрическое обслуживание продолжается. Обнаружение неисправности обеспечивается скоординированным набором реле защиты от замыканий на землю. Недостаток GFN аналогичен RG в том, что реактивное заземление в целом имеет тенденцию к увеличению переходных перенапряжений. Кроме того, цепь заземления должна быть перенастроена после того, как в электрической системе будет выполнено какое-либо переключение.
Сплошное заземление (SG) обычно было решением более 60 лет назад, когда инженеры искали альтернативу для решения проблемы переходных перенапряжений из-за дугового замыкания на землю в незаземленных системах.Несмотря на то, что его применение не было столь успешным в диапазоне от 2,4 до 13,8 кВ из-за высокой энергии в точке повреждения, SG даже сегодня постоянно применяется при напряжениях ниже 600 В. Система с глухозаземленной нейтралью будет производить максимальный ток повреждения для данного состояния повреждения. Таким образом, он предоставляет наилучшие возможности для раннего обнаружения опасности возникновения дугового разряда в электрических системах. Координация устройства максимального тока, которая является важной частью системы SG, гарантирует, что только неисправная цепь будет изолирована, в то время как остальная часть системы продолжает функционировать.
Граница (зона заземления) электрической системы
Эффекты замыкания на землю различных схем заземления, описанных выше, ограничены определенными областями электрических систем, известными как зоны заземления или системы заземления. Границы этих систем заземления образуются разграничениями, такими как первичные обмотки треугольником трансформаторов или точка постоянного тока инверторов и преобразователей переменного / постоянного тока. Эти системы, которые связаны друг с другом магнитным полем или электрически изолированы, за исключением некоторой формы соединения оборудования, считаются отдельными системами.
На рисунке 1 трехфазная система на 480 В включает в себя первичные обмотки треугольником систем 2 и 4, двигатель с незаземленной звездой, глухо заземленный трансформатор звездой-звездой, генератор источника с незаземленной обмоткой треугольником и заземленную вторичную обмотку звездой. трансформатор источника. Система 2 имеет незаземленную вторичную обмотку трансформатора треугольником и незаземленную первичную обмотку однофазного трансформатора. Система 3 имеет незаземленную вторичную обмотку однофазного трансформатора, а Система 4 – заземленную вторичную обмотку трансформатора звездой.
Когда отдельные системы разрабатывают свои собственные соединения и заземления, они называются отдельно производными системами (SDS). Источники питания, такие как трансформаторы и генераторы, обычно конфигурируются как SDS. Однако, когда они электрически подключены к другой системе, они становятся частью этой системы и классифицируются как не относящиеся к SDS. Трансформатор T1 и генератор G в системе заземления 1 (рисунок 1) не относятся к SDS.
Твердое заземление трансформатора коммерческих зданий
Трансформаторы для коммерческих зданий обычно подключаются как SDS.Основной характеристикой SDS является соединение заземленного нейтрального проводника с соединенным корпусом оборудования или с соединенной шиной заземления. Для трансформаторов существует две конфигурации твердого соединения нейтрали с землей. Первая конфигурация имеет это соединение на самом трансформаторе (см. Соединение A на трансформаторе на Рисунке 2).
Вторая конфигурация имеет это соединение нейтрали с землей у первого средства отключения после трансформатора (см. Соединение C на панели 208 В на Рисунке 2).Эта вторая конфигурация заземления и соединения идентична тому, что требуется для служебного входного оборудования коммерческих зданий, которое обслуживается трансформатором электросети. В этом случае соединение нейтрали с землей называется основной перемычкой заземления. Также указано третье соединение B. Три соединения A, B, C нельзя использовать одновременно, так как это создаст параллельный путь для заземленного проводника. Тем не менее, любые два из трех соединений A, B, C будут соответствовать правилам установки на основе 250.30 (А) (1) NEC. В общем, установка заземления и заземления одиночного трансформатора в здании может быть расширена до нескольких трансформаторных схем, где на каждом этаже многоэтажного здания расположено несколько трансформаторов. Это достигается путем протягивания общего заземляющего электрода либо вертикально через полы, либо горизонтально внутри каждого этажа.
Генератор для коммерческих зданий с твердым заземлением
Заземление и заземляющие соединения генераторов в коммерческих зданиях могут быть выполнены либо как SDS, либо как не-SDS.Выбор конфигурации для использования определяется выбором передающего оборудования, которое будет передавать силовые соединения от энергосистемы к генератору (генераторам) здания при потере электропитания от энергосистемы общего пользования. Если передаточное оборудование (переключатель) позволяет переключать свои нейтральные соединения (т. Е. 4-полюсные), то генератор, подключенный к передаточному переключателю, должен быть подключен как SDS. Такое расположение обеспечит соответствие требованиям безопасности 250.6 (B), NEC (см. Рисунок 3). Если передаточный переключатель не позволяет переключить свои нейтральные соединения (т.е.е., 3-полюсный), то генератор должен быть подключен как без SDS, чтобы снова соответствовать 250.6 (B), NEC (см. рисунок 4). Несмотря на то, что на генераторе G2 нет соединения нейтрали с землей, генератор не считается незаземленным. Это связано с тем, что нейтральное соединение генератора, хотя оно и не связано с землей на самом генераторе, подключено к земле на оборудовании служебного входа MDP через безобрывный переключатель. Также корпус генератора заземлен вспомогательным заземляющим электродом в соответствии с 250.54, NEC. Этот заземляющий электрод обеспечивает для генератора те же преимущества, что и заземление электрической системы.
Несколько генераторов, обслуживающих коммерческое здание, обычно подключаются как SDS. Это связано с требованиями к устройствам защиты от замыканий на землю на объектах, достаточно больших, чтобы требовать нескольких генераторов. Например, для правильного функционирования этих устройств защиты от замыканий на землю необходимо, чтобы генераторы были подключены как SDS. Параллельно подключенные генераторы создают особые проблемы с точки зрения способов заземления и защиты оборудования.Здесь достаточно сказать, что согласование электрических параметров этих параллельно включенных генераторов сводит к минимуму циркулирующие токи третьей гармоники, которые могут повлиять на устройства защиты от замыканий на землю.
Параллельное заземление генераторов может быть реализовано с помощью общей шины нейтрали, подключенной к одной шине заземления, или с помощью отдельных шин нейтрали, подключенных к соответствующим шинам заземления. Чтобы использовать параллельную схему с общей нейтральной шиной, распределительный щит с устройствами максимального тока генератора должен находиться рядом с самими генераторами.Это связано с тем, что соединение нейтрали с землей на SDS должно быть у генераторов или у первого средства отключения после генераторов (250,30 (A) (1) NEC). Согласно требованиям этого кодекса, если распределительный щит генератора должен быть расположен удаленно от самих генераторов, то соединение нейтрали с землей должно быть на встроенном устройстве максимальной токовой защиты каждого генератора. Здесь необходимо подчеркнуть, что такое применение твердого заземления для генераторов, описанное выше, не является обычной практикой для генераторов с напряжением выше 600 В.Это связано с тем, что одиночные замыкания между фазой и землей при твердом заземлении при таких более высоких напряжениях, как правило, больше, чем трехфазные замыкания на болтах, с которыми производители генераторов проектируют свои генераторы.
Независимо от того, заземлены ли генераторы или трансформаторы в виде паспортов безопасности или не-паспорта безопасности, если они обслуживают конкретный коммерческий объект, тогда все заземляющие электроды (250,50 NEC) должны быть соединены вместе, чтобы сформировать систему заземляющих электродов. Это увеличивает целостность системы заземления здания, не нарушая требований к различным зонам заземления, поскольку токопроводящие проводники не соединены между собой между зонами заземления.
Заключение
Существует несколько схем заземления и соединения трансформаторов и генераторов. К ним относятся незаземленные, заземленные по сопротивлению и надежно заземленные. Системы с заземленным сопротивлением подразделяются на системы с высоким сопротивлением, низким сопротивлением, реактивным сопротивлением и настроенным реактивным сопротивлением. Незаземленные системы, которые когда-то были одной из наиболее широко используемых систем заземления, в настоящее время являются наименее используемым методом заземления. Незаземленная система предназначена для того, чтобы первое замыкание на землю могло существовать неограниченное время, чтобы обеспечить непрерывность обслуживания при обнаружении места повреждения.К сожалению, система в этом состоянии имела тенденцию к возникновению переходных перенапряжений, которые приводили к нарушениям изоляции оборудования и проводов.
В целях достижения баланса между непрерывностью работы и снижением переходных перенапряжений были разработаны другие схемы импедансного заземления и твердое заземление. При напряжении выше 600 В твердое заземление не так широко используется из-за более высокого уровня энергии в точке повреждения. Однако при напряжении 600 В и менее надежное заземление является стандартом де-факто для трансформаторов и генераторов коммерческих зданий.При таком более низком напряжении сплошное заземление с включенными в него согласованными устройствами защиты от сверхтоков предназначено для быстрой изоляции замыканий на землю. Таким образом, только неисправная часть системы выходит из строя, в то время как остальная часть системы продолжает работать.
Пояснения к терминам
Заземленная электрическая система – это система, в которой по крайней мере один проводник от системы или точка на проводящей системе соединен либо с землей, либо с каким-либо другим проводящим телом, которое служит вместо земли.Это соединение может быть с промежуточным устройством импеданса или без него. Считается, что с устройством с очень низким импедансом система надежно или эффективно заземлена. С помощью устройства импеданса система может быть заземлена либо резистивно, либо реактивно.
Связанная электрическая система представляет собой систему, в которой нетоковедущие проводящие материалы электрической системы соединены вместе таким образом, что они представляют собой путь с низким импедансом для токов замыкания на землю.Это связанное соединение позволяет токам замыкания фазы на землю в заземленной системе течь обратно к источнику электроэнергии для последующих мер безопасности со стороны системы. Из-за взаимосвязанности заземленной и связанной системы связанная система также способствует достижению цели заземленной системы.
Незаземленная электрическая система не имеет прямого соединения между проводниками системы и землей или землей, за исключением очень высокого естественного реактивного сопротивления из-за емкостной связи между линией и землей.Независимо от значения названия, NEC по-прежнему требует, чтобы корпуса проводящего оборудования незаземленной системы были заземлены по той же причине, по которой заземленная система должна быть заземлена. Этот код также требует, чтобы незаземленная система была подключена аналогично заземленной системе, чтобы обеспечить путь с низким импедансом для межфазных токов замыкания, которые циркулируют обратно к источнику.
Токи замыкания на землю – это нежелательное протекание электрических токов в электрической системе из-за непреднамеренного соединения между незаземленным проводником электрической цепи и землей.Замыкания на землю в среднем составляют 95% всех неисправностей в электрических системах, причем наиболее распространенным типом замыканий на землю является дуговое замыкание. Все формы заземления и соединения направлены на минимизацию или устранение замыканий на землю. Следовательно, различные упомянутые методы заземления будут рассматриваться в контексте обработки токов замыкания на землю.
Александр – старший инженер-электрик с опытом работы. Его опыт в области электротехники для строительных систем, и он работает в основном в коммерческих и правительственных зданиях.
Список литературы
Л. Дж. Кингри, Р. Д. Пейнтер, A.S. Локер, «Применение заземления нейтрали с высоким сопротивлением в системах среднего напряжения», IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 47, № 3, май / июнь 2011 г.
Д. Д. Шипп, Ф. Дж. Анджелини, «Характеристики методов нейтрального заземления различных энергосистем: факты и вымысел», Катлер-Хаммер, 1988.
Д. Пол, С. Л. Венугопалан, «Метод заземления с низким сопротивлением для энергосистем среднего напряжения», ICF Kaiser Engineers, 1991.
Б. Бриджер мл., «Заземление с высоким сопротивлением», IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. IA-19, No. 1, январь / февраль 1983 г.
Л. А. Бей, Дж. Айверсон, «Заземление генераторов переменного тока и переключение нейтрали в аварийных и резервных энергосистемах, части 1 и 2», Cummins Power Generation, 2006.
K. J .S. Хунхун, Дж. Л. Кёпфингер, М. В. Хаддад, «Резонансное заземление (нейтрализатор замыкания на землю) подключенного генератора», IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. ПАС-96, № 2, март / апрель 1997 г.
Дж. Р. Дунки-Якобс, «Влияние дугового замыкания на землю на конструкцию низковольтной системы», IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 1A-8, No. 3, май / июнь 1972 г.
Рекомендуемая практика IEEE для заземления промышленных и коммерческих энергосистем, IEEE Std 142, 2007.
Рекомендуемая практика IEEE для систем аварийного и резервного питания для промышленных и коммерческих приложений, IEEE Std 446, 1995.
Справочник национальных правил по электротехнике, Национальная ассоциация противопожарной защиты, 2011 г.
Ламповый усилитель шасси Информация о заземлении
Не пытайтесь припаять провода к самому шасси.Заземление, припаянное к шасси, не так хорошо, как припаянное и закрепленное болтами заземление кольцевого вывода
Кроме того, для пайки к корпусу требуется очень большой паяльник.
Не выполняйте заземление STAR.
Я удалил много звездочек в усилителях, чтобы исправить проблемы с заземлением.
Не используйте латунные заземляющие пластины типа Fender.
Эти пластины со временем подвергаются коррозии и не имеют хорошего контакта.
между шасси и латунью.
Просверлите отверстие рядом с силовым трансформатором и закрепите землю болтами, как показано на моем изображении выше
Обжать и припаять кольцевые клеммы к проводам.
Кольцевые клеммы упрощают прикручивание заземления к корпусу
Провод поточной шины типа Маршалла показан выше.
Это оголенный провод, который припаян к задней части каждого горшка и
подключается к входным гнездам заземляющими наконечниками.
Я рекомендую использовать эту шинную систему.
Возможно, вам придется шлифовать, шлифовать или подпиливать
удалите часть покрытия с задней стороны горшков, чтобы можно было припаять к нему провод шины.
Минимум 40 Вт железа обычно
что нужно, чтобы припаять этот провод шины к горшкам.
Убедитесь, что все домкраты и горшки надежно прикручены к металлическому шасси.
Провод шины заземляет шасси через входные гнезда
Если вы используете пластиковые домкраты, убедитесь, что все
гнезда заземлены на провод шины потенциометра.
Если вы используете пластиковые гнезда, вам нужно будет сделать точку заземления на корпусе.
На вашей печатной плате может быть несколько заземлений, выходящих из печатной платы.
Заземления предусилителя припаяны к шине потенциометра.
провод.
Источники смещения, выпрямители или провода катодного заземления силовой трубки – все идут к основной точке заземления.
Все отводы силового трансформатора Центральные ответвления прикрепляются болтами к основной точке заземления
Если вы используете два резистора 100 Ом в качестве центрального ответвления нагревателя, не используйте провод центрального ответвления нагревателя силового трансформатора
и наоборот.
Если у вас есть трансформатор реверберации, убедитесь, что гнезда реверберации прикреплены болтами к шасси и трансформатору реверберации.
Провод заземления припаян к клемме заземления на гнездах реверберации.
Не используйте изолирующие шайбы на гнездах реверберации.
Гнезда динамиков прочно прикручены к металлическому шасси.
Провод заземления выходного трансформатора припаян к динамику.
разъем заземления.
Если вы используете пластиковые гнезда для динамиков, припаяйте заземляющий провод к гнездам и прикрутите его к основной точке заземления.
Катодные провода вашей трубки питания могут быть на печатной плате или выходить из гнезда трубки и идти прямо к основной точке заземления.
Зеленый провод шнура питания можно прикрепить болтами к основной точке заземления
Если у вас есть отдельная плата выпрямителя, плата смещения или мостовой выпрямитель, прикрученный где-то болтами,
все эти заземления должны быть прикреплены болтами к основной точке заземления
Схемы заземления для малых спутниковых систем
- P.Шринивас
- Кумар Рахасьям
- Н. Бибамма
- PSR Шриниваса Шастри
Первый онлайн:
Часть Конспект лекций по машиностроению Книжная серия (LNME)Abstract
Заземление – очень важная часть конструкции любой электрической и электронной системы. Космический аппарат представляет собой сложную систему, состоящую из множества сложных подсистем, электрически связанных друг с другом.Большинство операций на спутниках происходит автономно на основе измерений; неправильные измерения могут привести к непреднамеренной работе. Ложное срабатывание переключателей и реле из-за электромагнитных помех также очень опасно для спутников, так как оно состоит из пиротехнической и двигательной установки. Зарядка космического корабля вызовет искрение на спутнике, что может привести к выходу из строя подсистем. Эти ситуации иногда приводят к потере всего спутника и делают его безвозвратным. Правильное заземление очень важно, чтобы избежать подобных проблем.Связанные с этим затраты на любой сбой орбитального спутника очень велики; следовательно, на этапе проектирования необходимо проявлять особую осторожность, чтобы избежать любых таких проблем. Цель заземления – обеспечить правильную работу космического корабля и уменьшить электромагнитные помехи. Хорошая конструкция заземления критически учитывает эти аспекты и пытается свести к минимуму такие случаи, и отныне помогает уменьшить шумовую связь. В этом документе кратко представлены требования к заземлению космических аппаратов, подходы к проектированию, философия схемы заземления на спутниковом уровне и обсуждаются различные типы схем заземления на малых спутниках.В этой статье также рассматриваются преимущества и недостатки различных схем заземления малых спутников.
Ключевые слова
Заземление Малый спутник Распределенное одноточечное заземление Зарядка космического корабля EMI / EMC SGRPЭто предварительный просмотр содержания подписки,
войдите в, чтобы проверить доступ.
Ссылки
1.
IEEE Std 142-2007
Google Scholar2.
Справочная публикация НАСА 1374 – Отказы и аномалии электронных систем, связанные с электромагнитными помехами
Google Scholar.
MIL-HDBK-419A – Военное руководство по заземлению, соединению и экранированию электронного оборудования и устройств
Google Scholar4.
NASA-HANDBOOK-4001 – Архитектура электрического заземления для беспилотных космических аппаратов
Google Scholar
Авторские права информация
© Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2020
Авторы и аффилированные лица
- П. Шринивас Автор электронной почты
- Кумар Рахасьям
- Н. Бибамма
- PSR Srinivasa Sastry
- Реле максимального тока, подключенные к остаточному соединению
- Измерение баланса сердечника фидерных проводов
- Обнаружение обратного тока на землю в цепи заземления оборудования
- Дифференциальный ретрансляция
- RCI, DRDOHyderabadIndia
Заземление
ЗаземлениеЧто такое «земля»?
Если вы немного прочитаете о схемах усилителя, вы скоро встретите термин «земля» или «земля». «Земля» означает общую точку отсчета или потенциальное напряжение, принимаемое за «ноль вольт». Земля относительна. То есть вы можете выбрать любую точку цепи в качестве «земли» и привязать все другие напряжения к этой точке.Например, если вы решили сделать источник питания + 400 В постоянного тока «заземлением», то соединение на другой стороне источника питания будет на -400 В по отношению к «земле». Обычно земля выбирается в качестве общей точки возврата для всех источников питания и цепей, а также для «экранирования» входных и выходных разъемов. Также есть «защитное заземление», то есть «третий» или «зеленый» провод сети переменного тока (по крайней мере, в США). Этот провод подключается к шасси из соображений безопасности.Цепь «земля» также подключена к шасси, поэтому весь металлический корпус будет иметь «потенциал земли», что обеспечивает некоторую защиту от радиочастотных и других электромагнитных помех.Ниже приведены наиболее часто используемые условные обозначения заземления. Первый символ обычно называется «заземление» и обычно используется только для соединения шасси или защитного заземления. Второй и третий символы заземления используются взаимозаменяемо, хотя иногда один используется для «аналогового» заземления, а другой – для «цифрового» заземления, особенно в схемах, которые имеют как аналоговые, так и цифровые компоненты, которые должны иметь отдельные заземления.
Вы также можете встретить термин «земля». Плоскость заземления – это просто область металла под цепью, которая подключена к потенциалу земли. Обычно он относится к области заливки меди на печатной плате, но также может быть областью металлического корпуса. Плоскости заземления используются для обеспечения опорных точек заземления с низким импедансом для минимального шума цепи и для целей экранирования.
Что такое «заземление звездой»?
Одной из лучших схем заземления источника питания усилителя является система заземления «звезда», где все локальные заземления для каждого каскада соединены вместе в одной точке, а от этой точки к одной точке заземления на шасси проложен провод. , либо обратно в точку заземления источника питания, либо на землю входного разъема.Тем не менее, полное звездное заземление обычно приводит к беспорядку из крысиного гнезда заземляющих проводов, поэтому, если шасси и компоненты не размещены должным образом для этого, полное звездное заземление не всегда практично. Обычно это лучше всего подходит для конструкций печатных плат, где вы можете управлять размещением компонентов и заливкой меди на слои заземляющей поверхности.
Еще лучше – двухточечная звезда, где основное заземление питания (центральный отвод PT, заземление первой крышки фильтра) и заземление выходного каскада (катоды выходной лампы для фиксированного смещения или катодные резисторы для катодного смещения и вторичная земля выходного трансформатора ) соединены вместе в одной точке, прямо на земле первого конденсатора фильтра.Земля второго конденсатора фильтра после дросселя или резистора фильтра является точкой заземления звезды для заземления каскада предусилителя. Используйте общую точку для заземления каждого каскада предусилителя и проложите провод от этой общей точки до второй точки звезды. Если две ступени не совпадают по фазе друг с другом, они могут иметь общее местное заземление, но не используйте более двух ступеней на местное общее заземление. Соедините точки заземления звездой вместе с помощью провода и используйте только одно соединение с шасси.Эту концепцию можно даже развить дальше, добавив несколько точек звезды для различных каскадов усилителя.
В любом случае подключение к шасси должно выполняться только в одной точке.
Почему это используется?
Идея состоит в том, чтобы не допустить протекания сильных токов источника питания и заземления выходного каскада в заземляющем возвратном канале входных каскадов низкого уровня. Эти токи заземления могут модулировать землю чувствительных каскадов предусилителя с высоким коэффициентом усиления и могут вызывать гудение или шум, попадающий в тракт прохождения сигнала.В частности, конденсаторный входной фильтр источника питания может потреблять сильные токи в течение очень коротких периодов времени для подзарядки конденсаторов фильтра в верхней части каждого цикла переменного тока. Эти токи не должны попадать на землю каскада предусилителя.Хорошая аналогия – подумать о распределении питания усилителя как о реке. Все малые токи от каскада предусилителя попадают в более крупную реку, которая имеет более тяжелые токи от выходного каскада и еще более тяжелые токи от источника питания.Вам нужно, чтобы каждая последующая ступень располагалась дальше «вверх по потоку» от источника питания, чтобы большие токи не влияли на меньшие. В случае заземления входного гнезда это самая дальняя точка перед источником питания, поэтому ее следует подключать непосредственно к точке заземления первого катодного резистора. Если вы дадите ему альтернативный путь заземления через шасси, на него могут повлиять токи заземления в шасси. Думайте о первом каскаде как об усилении разницы между сигналом на сетке и сигналом на стороне земли катодного резистора этого каскада.Если у вас есть длинный путь обратно через шасси, чтобы добраться от заземления входного разъема до заземления катодного резистора, он может собирать всевозможные вещи на этом пути. Сделайте его коротким и используйте качественный экранированный кабель с изолированным входным разъемом от шасси и заземлением экрана на стороне заземления катодного резистора для первой ступени.
Как изолированы входные гнезда?
Есть несколько хороших изолированных разъемов от Cliff and Rean, которые использует большинство компаний.Держитесь подальше от устройств с пластиковым носом и приобретите лучшие гнезда с хромированными наконечниками. Теперь их поставляет компания Neutrik, которая купила Rean. Они не такого хорошего качества, как гнезда Switchcraft, но изолированы. Вы можете использовать плечевые шайбы, чтобы изолировать домкраты типа Switchcraft, если вы найдете тот, который подходит к отверстию. Их продает Newark Electronics, но они не указаны в каталоге. Номера деталей: 94F8935 (Switchcraft S1028). и 94F8936 (S1029). Они устанавливаются в отверстие диаметром 7/16 дюйма, а не 1/2 дюйма, как старые.
При использовании изолированных разъемов обязательно подключите конденсатор 0,01 мкФ от клеммы заземления разъема к корпусу с помощью как можно более короткого провода, чтобы предотвратить радиочастотные помехи (RFI).
А как насчет выходных разъемов?
Ток во вторичной обмотке выходного трансформатора может быть очень большим. Например, в усилителе мощностью 100 Вт вторичный ток на нагрузке 16 Ом составляет 2,5 А. Это даже больше при нагрузке 4 Ом, при 5А. Это означает, что вам нужно уделить особое внимание заземлению выходных разъемов и выходного трансформатора.Важно не использовать шасси для этого обратного пути.
Вторичная обмотка выходного трансформатора имеет общий провод и один или несколько ответвлений динамика, обычно на 4, 8 и 16 Ом. Отводы динамика обычно идут к переключателю переключения импеданса, а затем один провод идет к соединению наконечника выходного разъема. Общий провод никогда не следует подключать к шасси прямо у выходного трансформатора. Его следует полностью подвести к выходному разъему и подключить к муфте разъема.Это позволяет добиться двух вещей. Во-первых, он поддерживает непрерывность соединения в случае ослабления выходного разъема. Во-вторых, он предотвращает протекание тяжелых обратных токов вторичной земли в корпусе.
Обратите внимание, что все еще должен быть путь заземления к остальной части схемы, если усилитель использует глобальную отрицательную обратную связь. Он должен быть в виде провода от муфты выходного гнезда до точки заземления предусилителя, где заземлены общие соединения фазоинвертора, или до земли той части схемы, где общая обратная связь от концевого соединения выходной разъем подключен.Учтите, что в этом проводе не будет сильных токов. Выходные разъемы динамика могут быть изолированными или неизолированными, если вы следуете этому плану, но обычно лучше изолировать их, чтобы поддерживать контроль пути обратного тока для глобальной отрицательной обратной связи, чтобы гарантировать, что он не протекает через деталь. шасси, которые могут содержать токи заземления источника питания.Иногда помогает заземлить общую (гильзовую) сторону выходного гнезда на шасси, даже если не используется общая отрицательная обратная связь.Иногда усилитель будет иметь высокочастотный колебательный шум или шум другого типа, который исчезнет, если вы заземлите общий провод выходного трансформатора на клемме гильзы гнезда динамика. Кроме того, может существовать вероятность протекания небольшого переменного тока между плавающей муфтой и шасси, если вторичная обмотка не заземлена. Этот ток возникает из-за емкостной связи в выходном трансформаторе и может вызвать легкий шок, если прикасаться к штекерной муфте динамика и шасси (или гитарным струнам) во время прохождения сигнала через усилитель.Несмотря на то, что вероятность возникновения опасных токов мала из-за гальванической развязки выходного трансформатора, удар может раздражать. По этой причине лучше всегда заземлять общую сторону вторичной обмотки, даже если не используется глобальная обратная связь.
Что насчет заземления регулировки громкости и тембра?
Заземляющие соединения регуляторов громкости и тембра не должны подключаться к корпусу потенциометра по двум причинам. Во-первых, он разрушает схему заземления звезды и может способствовать возникновению контуров заземления.Во-вторых, когда гайка, которая удерживает горшок на месте, ослабнет (а в конечном итоге это произойдет), вы получите плохое заземление и шум или прерывистую работу. Вы всегда должны паять провод от соединений заземленного электролизера обратно к общему местному заземлению ступени, в которой используется электролизер. Например, заземленный штифт электролизера, если он расположен на сетке второй секции трубки, должен идти к локальной общей точке для катодного резистора второй секции трубки и байпасного колпачка.Не используйте латунную пластину в стиле Fender и не соединяйте заземления там. Корпуса горшков будут заземлены на шасси с помощью монтажной гайки, поэтому они будут иметь преимущество в виде экранирования, но вы не хотите, чтобы соединение цепи доходило до этой точки.
Куда должны идти «звездочки»?
Первая и вторая точки заземления звезды также важны. Лучше всего расположить корпус так, чтобы первая крышка источника питания была ближе всего к силовому трансформатору, а земля этого конденсатора должна быть первой точкой звезды.Если у вас есть конструкция усилителя с «собачьей будкой», такой как Fender, где крышки находятся сверху, под экраном, это может оказаться непрактичным, и в этом случае вы можете использовать точку заземления шасси HT с центральным отводом трансформатора в качестве первой звезды. точка. Обратите внимание, что нити накала кран (горшок или резистор строка) также должен идти к этому вопросу, если вы не используешь «возвышенную» нить опорное напряжение для гула целей сокращения. В этой центральной точке ответвления нет заземляющих токов, так что это не имеет особого значения, но это сокращает длину нити накала.Вторая точка звезды должна находиться «выше по потоку» от первой или ближе к секциям предусилителя, чтобы любые паразитные токи шасси из-за индукции магнитного поля трансформатора и т. Д. Не проходили через это соединение. Затем обе точки звезды соединяются вместе с помощью провода.Если используется более двух точек звезды, дополнительные точки должны физически располагаться между точкой звезды выходного каскада и точкой звезды первого предусилителя, а также должны быть расположены на клемме заземления конденсатора источника питания, используемого для развязки этого конкретного каскада. .Еще раз, идея состоит в том, чтобы не допустить протекания заземляющих токов более поздней ступени по заземлению более ранней ступени, поэтому важно физическое размещение заземлений на шасси. Например, если бы вы использовали три точки заземления звездой, первая была бы заземлением источника питания и выходного каскада, и она была бы расположена ближе всего к одному краю шасси, в первой точке заземления конденсатора источника питания. Вторая точка заземления может использоваться для схемы фазоинвертора и должна быть расположена в точке заземления второго конденсатора фильтра (или той, которая питает фазоинвертор), и это заземление конденсатора должно быть физически расположено дальше “вверх по потоку”. “от первой точки заземления звезды.Третья точка заземления затем будет использоваться для оставшейся схемы предусилителя и должна быть физически расположена выше по потоку от второй точки заземления звезды. Таким образом, токи заземления более поздних ступеней не могут протекать через точки заземления шасси более ранних ступеней, поэтому не будет создаваться контуров заземления. Это требование будет определять физическое расположение конденсаторов на шасси на этапе проектирования. Лучше всего использовать конденсаторы с прямым потоком, и его следует использовать, если пространство на шасси не является проблемой.Если конденсаторы должны быть расположены в группе из четырех, например, один на краю, ближайшем к силовому трансформатору, должен использоваться для первой точки звезды, а тот, который дальше всего от этого края, должен использоваться для звезды предусилителя первой ступени. земля, с другой звездой посередине. Затем клеммы заземления для конденсаторов могут быть подключены к шасси таким образом, чтобы токи заземления более поздней ступени не взаимодействовали с более ранними ступенями.
Заземление входа сети переменного тока (третий или зеленый провод) не должно подключаться ни к одной из точек звезды.Он должен быть подключен к шасси прямо в точке подключения переменного тока с помощью короткого провода. Он также должен быть хорошо приклеен к шасси, желательно припаян, чтобы не было шансов, что он отсоединится.
Сводка
Важно учитывать порядок подключения заземления. Основная идея состоит в том, чтобы не допускать попадания токов заземления от ступеней высокого тока на землю ступеней с низким током и удерживать токи заземления от более поздних ступеней вне заземления более ранних ступеней.Люди обычно не думают, что «земля» несет ток, и думают, что все земли равны, но это не так.
В выходном каскаде протекают самые высокие токи, поэтому их следует держать подальше от каскадов предусилителя. При компоновке шасси в первую очередь следует обратить внимание на выходной каскад, включая вторичную обмотку выходного трансформатора и катоды силовых ламп. Затем следует тщательно спланировать этапы питания и предусилителя.
Выходной трансформатор:
Величина тока, протекающего во вторичной обмотке, огромна по сравнению с сигнальными токами в остальной части усилителя, поэтому здесь следует проявлять максимальную осторожность.Вторичный ток идет только к динамику; он не используется где-либо еще в усилителе, если нет петли отрицательной обратной связи, и в этом случае небольшая часть вторичного напряжения возвращается обратно, обычно через большой резистор, поэтому ток в этом пути невелик. В любом случае, с обратной связью или нет, вторичная обмотка должна быть подключена непосредственно к выходному разъему. Не заземляйте выходной трансформатор, общий для шасси, а затем заземляйте выходной разъем на шасси. Это создаст сильный путь заземления через шасси, который может проходить через секцию предусилителя, в зависимости от расположения выходных разъемов и выходного трансформатора.Ни в коем случае не заземляйте выходные гнезда на шасси, они должны быть изолированы от шасси. Кроме того, не прокладывайте эти вторичные провода выходного трансформатора где-либо рядом с каскадами предусилителя, их следует прокладывать как можно дальше, по краям шасси к выходным гнездам.
Если усилитель использует глобальную отрицательную обратную связь, должен быть путь заземления от общего вторичного контура обратно к заземлению фазоинвертора (или туда, куда возвращается обратная связь).Это должно быть сделано через провод от земли выходного разъема до земли каскада, к которому применяется обратная связь. Идея состоит в том, чтобы усилитель обратной связи усиливал разницу между «горячим» проводом обратной связи и заземляющим проводом обратной связи, но не более того. Обратите внимание, что по этому заземляющему проводу протекает очень небольшой ток. Общий вторичный ток течет только в петле вокруг вторичной обмотки и динамика, а не обратно через этот провод, поэтому это только провод измерения напряжения. Даже если глобальная отрицательная обратная связь не используется, иногда необходимо заземлить общую сторону вторичной обмотки, чтобы предотвратить шум или колебания, а также предотвратить любые шансы умеренных ударов при прикосновении к муфте разъема и заземлению во время прохождения сигнала через усилитель.
Блок питания:
Обычно в источнике питания несколько конденсаторов фильтра, каждый с дросселем или резистором между ним и предыдущим. Центральный ответвитель первичной обмотки выходного трансформатора обычно идет к первому конденсатору, а выходной сигнал дросселя и экранов обычно идет ко второму конденсатору, а затем различные каскады предусилителя переходят к другим конденсаторам.Если вы посмотрите на схему усилителя, вы увидите, что конденсаторы расположены в линейной или последовательной конфигурации, а иногда и в параллельной или «ответвленной» конфигурации.Обычно используется последовательное соединение, поскольку оно обеспечивает лучшую фильтрацию по мере продвижения по линии. Заземление этих крышек является точкой звезды в системах с несколькими звездами. Первое заземление крышки – это первая точка звезды (или единственная звезда в системе заземления с одной звездой). Он должен быть физически расположен как можно ближе к центральному ответвлению силового трансформатора. Провод центрального отвода силового трансформатора следует припаять непосредственно к клемме заземления этой крышки, а оттуда к заземляющему контакту шасси (если таковой имеется) должен идти очень короткий толстый провод.Не подключайте центральный ответвитель силового трансформатора к шасси, а заземление первого колпачка – к шасси в другом месте; это вызовет сильный ток заземления в шасси. Кроме того, не привязывайте к этой точке защитное заземление сети переменного тока; он должен быть подключен к шасси очень коротким проводом прямо в точке входа в шасси.
Катодное заземление выходной лампы должно быть подключено к этой первой точке звезды. Не подключайте их напрямую к заземлению корпуса.Точку заземления вторичной обмотки фазоинвертора / выходного трансформатора, возможно, потребуется подключить к этой первой звезде для получения наименьшего шума, но обычно ко второй звезде, если используется система с несколькими звездами. Попробуйте оба способа и используйте тот, который производит самый низкий уровень шума.Заземление другой крышки фильтра может быть подключено или не подключено к шасси. В противном случае они должны иметь провод обратно к заземлению основной точки звезды, но отдельные местные заземления должны быть подключены к клемме заземления крышки для крышки, которая питает их линию B +, а не обратно к основной точке звезды.Только основание крышки должно возвращаться к главной звезде для системы с одной звездой. Это не позволит токам зарядки конденсатора модулировать питание ступени относительно его местного заземления. Если крышки подключены к шасси, необходимо позаботиться о физическом расположении крышек, чтобы правильно направить токи заземления. Помните, что важно не допускать протекания токов заземления более поздних ступеней по пути заземления более ранних ступеней. Колпачки лучше всего располагать по прямой линии, при этом главный колпачок источника питания или первая точка звезды находится ближе всего к краю шасси, а колпачки должны располагаться в порядке их протекания по схеме, чтобы токи заземления проходили через шасси позже. стадии не проходят через наземные пути более ранних стадий.Отдельные заземления звезды по-прежнему должны быть подключены к заземлениям конденсаторов.
Секции предусилителя:
Отдельные каскады лампового предусилителя имеют свои собственные “местные” земли, к которым подключаются стороны заземления катодного резистора и конденсатора. «Местное» заземление каждой ступени должно быть подключено к точке звезды по отдельному проводу. В качестве альтернативы, если две последовательные ступени не совпадают по фазе, иногда их можно соединить вместе на локальной земле второй ступени, и оттуда можно проложить один провод обратно к главной звезде, если токи ступеней почти сбалансированы.Не используйте кожухи горшков в качестве точек заземления. Любые заземленные клеммы потенциометра должны подключаться к местной точке заземления этого каскада. Не заземляйте входные гнезда и обязательно используйте изолированные входные гнезда. Подключите заземление входного разъема к местной земле первой ступени, которая затем перейдет в точку звезды.
Важное примечание: Хотя заземление по схеме «звезда» отлично подходит для устранения гудения контура заземления, это не всегда лучшая схема для предотвращения радиочастотных помех (RFI).К счастью, есть простое дополнение к схеме заземления по схеме «звезда», которая сделает усилитель очень тихим без радиопомех. Просто добавьте конденсатор 0,01 мкФ от шасси к клемме заземления изолированного входного гнезда, используя очень короткие провода. Это приведет к шунтированию всех ВЧ-сигналов, “движущихся” по экрану кабеля, прямо на землю шасси, прежде чем они попадут в усилитель и вызовут проблемы. Для подключения конденсатора к шасси можно использовать любой наконечник заземления. Возможно, вам удастся найти наконечник для пайки, который скользит по валу изолированного входного гнезда для удобного наконечника заземления.Для этих типов соединений рекомендуется использовать пружинную шайбу с внутренними зубьями, чтобы обеспечить хорошее «врезание» в шасси и хорошее заземление.
Вы можете экспериментировать с вариациями этой системы. Все вышеперечисленные предложения не всегда необходимы, особенно если вы готовы мириться с остаточным гудением. Заземление звездой не всегда необходимо, и некоторые очень тихие усилители были построены с использованием шинного заземления или других схем заземления. Небольшое планирование на ранних стадиях может избавить вас от лишних хлопот при попытке устранить гул после сборки усилителя.
Заземление шины
Правильно реализованное заземление шины может быть таким же тихим, как заземление звезды, и обычно выглядит аккуратнее. Точно так же неправильно реализованное заземление шины может быть жужжащим, колеблющимся кошмаром (точно так же, как неправильно реализованное заземление звезды может вызвать проблемы).
Хорошо, а что такое шина заземления? Заземление шины – это просто шина (или провод), которая идет от одного конца цепи к другому и заземлена на шасси на одном конце.Если вы используете заземление шины, вы должны убедиться, что компоновка вашей схемы в порядке – если у вас есть выходные лампы, подключенные к шине где-то посередине, а предусилитель или другие земли каскада подключены в другом месте, они могут колебаться.
Как правило, лучший подход для заземления шины – это подвести центральный отвод вторичной обмотки силового трансформатора непосредственно к земле первого конденсатора фильтра (НЕ подключайте его где-нибудь еще к шине, иначе вы получите гул 120 Гц). Это сохраняет все сильноточные зарядные импульсы в замкнутом контуре от вторичной обмотки трансформатора до первой крышки фильтра и обратно, поэтому они не попадают на чувствительные заземления предусилителя.Вы также должны подключить к этой точке катоды выходных ламп (что-то вроде «заземления мини-звезды» для силового и сильноточного выходного каскада).
Остальные колпачки фильтров следует размещать на тех ступенях, где они используются. Например, крышка фильтра первого предусилителя должна быть физически расположена рядом с компонентами первой лампы. Все остальные крышки фильтров расположены рядом с цепями, которые они развязывают. Не рекомендуется складывать все крышки фильтров в одну точку, как это сделал Fender под «собачьей будкой».Хотя это будет работать большую часть времени, гораздо лучше локально отделить каждую стадию с помощью заглушки в этом месте.
Проложите шинный провод (толстый провод заземления) от первого колпачка фильтра по линии до земли каждого колпачка фильтра в линии до последнего на первом этапе предусилителя. «Местное» заземление каждого каскада (состоящее из всех частей, которые соединяются с землей для этого каскада, таких как катодный резистор и катодный байпасный колпачок) должно быть подключено к шине максимально коротким проводом.Обратите внимание, что лучше всего соединить компоненты каждого каскада в «мини-звезду», которая затем подключается к шине, если только провод шины физически не расположен на плате или рядом с компонентами. Это сводит к минимуму количество проводов, необходимых для подключения к шине – вы можете просто соединить вместе соседние револьверные головки или проушины и проложить один заземляющий провод от каждой ступени к шине.
Последнее, что нужно учитывать, – это заземление шасси. Вам нужно, чтобы ваша шина подключалась к заземлению шасси только в одной точке, либо на первой крышке фильтра источника питания, либо на другом конце шины во входном гнезде.
Если вы подключаете шину к земле в источнике питания, вам нужно будет использовать изолированное входное гнездо (проложите соединение экрана до точки заземления катодных компонентов первой ступени). Затем вам нужно будет добавить конденсатор 0,01 мкФ (для этого подойдут керамические крышки для дисков, как и пленочные) от клеммы экрана входного разъема непосредственно к шасси с максимально короткими проводами. Это предотвратит попадание радиочастот в усилитель. Не оставляйте этот конденсатор, иначе вы обнаружите, что играете вместе с радиостанцией на своем самом важном концерте!
Если вместо этого вы заземлите шину на входном разъеме, что обычно лучше всего для EMI / RFI, вам не нужно использовать изолированный разъем, и вам не нужен конденсатор.Однако вы * должны * припаять входную сторону шины к шасси прямо у входного гнезда. Ни при каких обстоятельствах не полагайтесь на то, что натяжная гайка и стопорная шайба обеспечивают заземление. Со временем они расшатываются или разъедаются, и вы получаете сильный гул. Не подключайте одновременно входной разъем и заземление первого источника питания к корпусу (или любой другой точке, если на то пошло), иначе вы получите низкоуровневый фон контура заземления.
При некоторых обстоятельствах вы можете обойтись без использования шасси в качестве шинного заземления (вместо изолированного, толстого шинного провода), но это почти всегда приводит к проблемам с низким уровнем шума контура заземления и должно быть избегали.
Еще один момент – “общая” вторичная обмотка выходного трансформатора должна быть подключена непосредственно к соединению экрана выходного разъема (желательно с помощью изолированного разъема), а не к шине. Затем протяните второй провод от соединения экрана выходного разъема к шине в точке, где реализована глобальная отрицательная обратная связь (обычно это точка заземления фазоинвертора). Если усилитель не использует глобальную отрицательную обратную связь, просто протяните провод к заземлению крышки первого фильтра. Это удерживает сильные токи выходного каскада, протекающие по контуру от вторичной обмотки выходного трансформатора к динамику и обратно, удерживая их от чувствительных цепей заземления предусилителя или шины и от шасси.Провод обратно к фазоинвертор не несет значительный тока, но обеспечивает «эталонную» землю для контура обратной связи для правильной работы.
Наконец, “защитное” заземление сети переменного тока должно подключаться к шасси с помощью короткого провода. Его ни в коем случае нельзя привязывать к шине.
Дополнение для разъяснения
С тех пор, как я впервые опубликовал эту статью в 1999 году, возникло много вопросов, поэтому вот краткое изложение для пояснения:
(1) Вы можете подключить заземляющую шину или звезду к шасси (и вам следует ), но только на одном конце, либо на конце источника питания (главная звезда), либо прямо у входного гнезда.
(2) В этой статье предполагается, что вы используете изолированные гнезда и подключаете заземление к источнику питания. Если вы это сделаете, вы * должны * иметь низкоомный тракт для сигналов переменного тока (в основном высокочастотных сигналов переменного тока) на стороне заземления входного гнезда, в противном случае ваш усилитель будет восприимчив к радиочастотным помехам. Способ сделать это – поставить конденсатор (обычно 0,01 мкФ) непосредственно со стороны экрана входного разъема (который должен быть изолирован) на шасси с как можно более короткими выводами.
(3) Если вы используете неизолированные входные гнезда, вы можете вместо этого подключить их экран к шасси напрямую с помощью короткого провода (не полагайтесь на гайку для контакта, потому что они со временем разъедают). Если вы сделаете это, вам не следует также заземлять звездообразный узел основного источника питания на шасси, иначе вы, вероятно, разовьете сильный гул. Если вы хотите подключить к источнику питания «защитное заземление» в дополнение к заземлению входного гнезда, используйте пару соединенных спиной друг к другу сильноточных диодов, обойденных с помощью 0.Конденсатор 1 мкФ в качестве «прерывателя контура» для предотвращения шума контура заземления.
В своих усилителях я предпочитаю сочетание звезды и заземления. Я всегда включаю основной источник питания – вы должны подвести центральный ответвитель обмотки силового трансформатора B + (или нижнюю часть обмотки B +, если вы используете мостовой выпрямитель) непосредственно к первому колпачку фильтра, не проходя через корпус. или любой другой части шины заземления, иначе вы получите гудящие шумы из-за высокого тока в обратном пути. Также проложите общий провод выходного трансформатора непосредственно к соединению экрана выходного разъема, чтобы не допустить протекания высоких токов в корпусе.
Если используется дроссель, я устанавливаю вторую крышку фильтра рядом с первой, соединяя ее заземление с точкой звезды. Этот узел также может иметь некоторые большие токи заземления (но не такие высокие, как возврат заземления первого конденсатора фильтра), поэтому мы хотим, чтобы он не причинял вреда цепи. Обратите внимание, что сами провода дросселя могут излучать много шума, поэтому держите их подальше от чувствительных участков предусилителя.
Заземление предусилителя я либо полностью подключу, либо у меня будут небольшие «островки» земли для каждой ступени, а затем во время компоновки я решу, как острова соединяются обратно с главной точкой звезды.Иногда я использую целую пластину заземления сверху или разрезаю ее на несколько медных заливок для отдельных «звездообразных» возвратов. Вы должны применить знания о схемах и потоках сигналов, чтобы выяснить, что является критичным, и соответствующим образом выполнить свою компоновку, поэтому не существует единого способа, который всегда был бы правильным, потому что пути схемы могут быть переплетены. Правильная компоновка цепи может свести к минимуму риск и упростить заземление.
Я также стараюсь вставлять конденсаторы фильтра предусилителя в схему, в которой они используются («местный» обход).Например, колпачок фильтра первой лампы предусилителя будет физически размещен в области первой лампы предусилителя, с заземлением и соединениями B +, выполненными справа от катодного резистора / крышки и вверху резистора трубки предусилителя. Если я решу вместо этого сгруппировать все крышки фильтра вместе, я обязательно также локально развяжу каждый узел крышки фильтра меньшим конденсатором, обычно 0,1 мкФ / 400 В) непосредственно от верхнего узла B + этого каскада к узлу заземления. внизу катодного резистора.Вы будете удивлены, как много новых фильтров имеют очень высокие реактивные сопротивления на частотах в диапазоне искаженной гитары. Иногда можно взять «плохой» колпачок фильтра и обойти его колпачком 0,1 мкФ, и он будет звучать нормально. Хорошая высокочастотная развязка на всех узлах никогда не помешает.
Copyright 1999-2016 Randall Aiken. Воспроизведение в любой форме без письменного разрешения Aiken Amplification запрещено.
Пересмотрена 29.11.16
% PDF-1.4 % 452 0 obj> эндобдж xref 452 79 0000000016 00000 н. 0000002685 00000 н. 0000001876 00000 н. 0000002876 00000 н. 0000002902 00000 н. 0000002948 00000 н. 0000002983 00000 н. 0000003184 00000 п. 0000003262 00000 н. 0000003338 00000 н. 0000003416 00000 н. 0000003494 00000 н. 0000003572 00000 н. 0000003650 00000 н. 0000003728 00000 н. 0000003805 00000 н. 0000003882 00000 н. 0000003959 00000 н. 0000004036 00000 н. 0000004113 00000 п. 0000004190 00000 п. 0000004267 00000 н. 0000004344 00000 п. 0000004421 00000 н. 0000004498 00000 н. 0000004575 00000 н. 0000004652 00000 н. 0000004729 00000 н. 0000004806 00000 н. 0000004883 00000 н. 0000004960 00000 н. 0000005037 00000 н. 0000005114 00000 п. 0000005191 00000 п. 0000005268 00000 н. 0000005345 00000 п. 0000005422 00000 н. 0000005499 00000 н. 0000005575 00000 н. 0000005651 00000 п. 0000005775 00000 н. 0000006399 00000 н. 0000006911 00000 п. 0000006947 00000 н. 0000007132 00000 н. 0000007209 00000 н. 0000007399 00000 н. 0000008046 00000 н. 0000008724 00000 н. 0000009416 00000 н. 0000010102 00000 п. 0000010871 00000 п. 0000011469 00000 п. 0000012145 00000 п. 0000012316 00000 п. 0000014986 00000 п. 0000015043 00000 п. 0000015146 00000 п. 0000015238 00000 п. 0000015323 00000 п. 0000015418 00000 п. 0000015519 00000 п. 0000015651 00000 п. 0000015740 00000 п. 0000015832 00000 п. 0000015993 00000 п. 0000016154 00000 п. 0000016281 00000 п. 0000016449 00000 п. 0000016554 00000 п. 0000016685 00000 п. 0000016795 00000 п. 0000016902 00000 п. 0000016999 00000 н. 0000017107 00000 п. 0000017198 00000 п. 0000017287 00000 п. 0000017401 00000 п. 0000017515 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 454 0 obj> поток xb“f`f` cg`a8Ġ! `
4 основных схемы защиты от замыканий на землю, о которых вы должны знать
Реле защиты от замыканий на землю
Хотя схемы защиты от замыканий на землю могут быть тщательно разработаны, в зависимости от изобретательность инженера по релейной защите, почти все схемы в обычной практике основаны на одном или нескольких методах обнаружения замыкания на землю, обсуждаемых в этой статье.
4 основных схемы защиты от замыканий на землю, которые вы должны знать оРаспределительные цепи, которые надежно заземлены или заземлены через низкий импеданс, требуют быстрого устранения замыканий на землю. Эта потребность в скорости особенно актуальна для низковольтных заземленных звездообразных цепей, которые подключены к шинам или длинным металлическим трубопроводам.
Проблема связана с чувствительностью при обнаружении малых токов замыкания на землю, а также с координацией между устройствами защиты главной и фидерной цепи.
Эта статья в первую очередь предназначена для защиты от замыканий на землю основных частей цепей и оборудования .
Обсуждения относятся к различным формам защиты от замыканий на землю для предотвращения чрезмерного повреждения электрооборудования с чувствительностью по току от ампер до сотен ампер.
А теперь давайте немного поговорим об этих методах обнаружения замыкания на землю:
1.Остаточное соединение
Остаточно подключенное реле заземления широко используется для защиты систем среднего напряжения . Фактический ток заземления измеряется трансформаторами тока, которые соединены между собой таким образом, что реле заземления реагирует на ток, пропорциональный току замыкания на землю.
Эта схема, использующая отдельные реле и трансформаторы тока, не часто применяется в низковольтных системах. Однако доступны низковольтные системы со встроенными в них тремя трансформаторами тока , остаточно связанными с твердотельными расцепителями для обеспечения защиты от замыканий на землю.
Термин «остаточный» в общем использовании обычно зарезервирован для трехфазных системных соединений и редко применяется к однофазному или многосигнальному смешиванию.
Основная остаточная схема показана на рисунке 1. Каждое фазное реле подключено к выходной цепи соответствующего ТТ, а реле заземления, подключенное в общей цепи или цепи нулевой последовательности, измеряет ток замыкания на землю.
Рисунок 1 – Остаточно подключенное реле заземленияВ трехфазных трехпроводных системах ток в остаточной ветви при нормальных условиях не течет, поскольку результирующий ток трех ТТ равен нулю .
Это верно и для межфазных коротких замыканий. Когда происходит замыкание на землю, ток короткого замыкания, возвращаясь через землю, проходит в обход фазных проводов и их трансформаторов тока, и результирующий ток течет в остаточной ветви и приводит в действие его реле.
В четырехпроводных цепях четвертый ТТ должен быть подключен к нейтральной цепи, как показано пунктирной линией тока. Нейтральный проводник переносит как ток несимметрии однофазной нагрузки 60 Гц, так и токи гармоник нулевой последовательности, вызванные нелинейной индуктивностью однофазных нагрузок, таких как люминесцентное освещение.Без ТТ нейтрального проводника ток в этом проводе будет казаться реле заземления как ток замыкания на землю, и реле заземления должно быть достаточно ослаблено, чтобы предотвратить размыкание в условиях несимметричной нагрузки.
Селективность реле с остаточным включением определяется коэффициентом ТТ и настройкой срабатывания реле. Коэффициент трансформации трансформатора тока должен быть достаточно высоким для цепей с нормальной нагрузкой.
Также необходимо учитывать несбалансированные первичные токи в каждой фазе, сумма которых может содержать достаточный асимметричный ток, чтобы вызвать отключение во время запуска двигателя.
По этой причине в схемах чувствительной защиты от замыканий на землю не используются мгновенные отключения, когда задействована остаточно подключенная цепь . Если требуется защита от замыканий на землю с большей чувствительностью, следует рассмотреть метод балансировки сердечника (см. Следующие параграфы).
Вернуться к содержанию ↑
2. Баланс сердечника
Метод баланса сердечника основан на сложении вектора первичного тока или суммировании потоков. Оставшийся компонент нулевой последовательности, если он есть, затем преобразуется во вторичный.
ТТ или датчик с балансировкой сердечника является основой нескольких низковольтных систем защиты от замыканий на землю.
CT балансировки керна часто называют датчиком нулевой последовательности или оконным CT , но термин балансировка керна предпочтительнее, поскольку он более конкретно описывает функцию CT.
Принцип схемы ТТ с балансировкой сердечников показан на рисунке 2.
Рисунок 2 – ТТ с балансировкой жил, охватывающий все фазные и нулевые проводникиВсе несущие проводники проходят через одно и то же отверстие в ТТ и окружены такой же магнитопровод.
ТТ с балансировкой сердечника доступны в нескольких удобных формах и размерах, включая прямоугольные конструкции для использования над сборными шинами.
ТТ с балансировкой сердечника различных размеров (фото предоставлено newelec.co.za)Этот метод может быть более чувствительным, чем остаточный метод , потому что номинал датчика достаточно велик для возможного дисбаланса, а не для тока нагрузки отдельного проводника.
В нормальных условиях (т. Е. При симметричных, несимметричных или однофазных токах нагрузки или коротких замыканиях без заземления – если все проводники правильно закрыты), весь ток течет и возвращается через трансформатор тока.Чистый магнитный поток, создаваемый в сердечнике ТТ, равен нулю, и в реле заземления ток не течет.
Когда происходит замыкание на землю, ток замыкания на землю возвращается через провод цепи заземления оборудования (и, возможно, другие пути заземления) и проходит в обход трансформатора тока. Поток, создаваемый в сердечнике ТТ, пропорционален току замыкания на землю, и пропорциональный ток течет от вторичной обмотки ТТ к цепи реле.
Реле, подключенные к ТТ с балансировкой сердечника, можно сделать довольно чувствительными. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить ложное размыкание из-за несбалансированных пусковых токов, которые могут вызвать насыщение сердечника ТТ, или из-за замыканий, не связанных с землей.
Если включены только фазные проводники и ток нейтрали не равен нулю, преобразованный ток пропорционален нагрузке нулевой последовательности или току нейтрали.
В системах с заземленными проводниками, такими как экран кабеля, ТТ должен окружать только фазный и нейтральный проводники, если применимо, а не заземленный провод.
При правильном согласовании ТТ и реле обнаружение замыкания на землю может быть настолько чувствительным, насколько это требуется для приложения .
Скорость реле ограничивает повреждение и может регулироваться (по току или времени, или и того, и другого) для обеспечения селективности. Многие системы защиты заземления теперь имеют твердотельные реле, специально разработанные для работы с трансформаторами тока с балансировкой сердечника. Реле, в свою очередь, размыкают защитное устройство цепи.Могут использоваться силовые выключатели, автоматические выключатели с независимыми расцепителями или электрические предохранители.
Последняя категория включает служебные устройства защиты, в которых используются контакты и механизмы автоматического выключателя, но используются токоограничивающие предохранители для прерывания высоких доступных токов короткого замыкания.
Контакторы с предохранителями и комбинированные пускатели двигателей могут использоваться, если отключающая способность устройства равна или превышает доступный ток замыкания на землю.
Рисунок 3 – Физическая установка трансформатора тока со сбалансированной жилой для заделки экранированного кабеляНа рисунке 3 показана типовая заделка экранированного кабеля среднего напряжения .После протягивания кабеля через трансформатор тока с балансировкой сердечников оболочка кабеля снимается, чтобы обнажить экранирующую ленту или оплетку. Соединяя экраны вместе, соединение с землей выполняется после того, как этот вывод экрана будет возвращен через трансформатор тока.
Эта мера предосторожности была бы необходима только в том случае, если бы экран был протянут через трансформатор тока.
Между несколькими заземляющими соединениями экрана на одножильном кабеле существует потенциал, который вызывает циркулирующий ток, часто такой величины, как , что требует снижения допустимой токовой нагрузки кабеля .
При применении ТТ с балансировкой сердечника влияние этого циркулирующего тока должно быть вычтено из измерительной цепи.
Вернуться к содержанию ↑
3. Возврат на землю
Реле заземления показано на рисунке 4. Ток замыкания на землю возвращается через ТТ в шине нейтрали на соединение шины заземления .
Для фидерных цепей изолирующий сегмент может быть введен в шинопровод или кабелепровод, как показано на рисунке 4, и соединительная перемычка, подключенная через изолятор, для пропускания тока замыкания на землю.Затем трансформатор тока с этой перемычкой обнаруживает замыкание на землю.
Рисунок 4 – Схема реле заземленияЭтот метод не рекомендуется для фидерных цепей из-за вероятности множественных обратных путей заземления и сложности поддержания изолированного соединения .
Вернуться к содержанию ↑
4. Дифференциал заземления
Общий термин, дифференциал заземления используется для множества схем , которые используют векторное или алгебраическое вычитание или сложение сигналов .Токи могут создаваться любым из методов, обсуждаемых в разделах с 1 по 3.
На рисунке 5, например, показана дифференциальная защита заземления для однофазных нагрузок с центральным отводом, аналогичная остаточному методу.
Рисунок 5 – Дифференциальная защита нагрузки с центральным ответвлениемОдин датчик баланса сердечника может обнаруживать замыкания на землю в множестве нагрузок (см. Рисунок 6). Дифференциальное реле заземления эффективно для защиты главной шины, поскольку оно обладает собственной избирательностью.
Рисунок 6 – Дифференциальная защита нескольких нагрузокВ дифференциальной схеме (см. Рисунок 7) трансформаторы тока баланса сердечника устанавливаются на каждом из отходящих фидеров , а другой трансформатор тока с более низким коэффициентом передачи помещается в соединение нейтрали трансформатора с землей.
Эту схему можно сделать чувствительной к низким токам замыкания на землю без ложного размыкания при замыканиях на землю за пределами трансформаторов тока фидера.
Все трансформаторы тока должны быть тщательно согласованы, чтобы предотвратить неправильное размыкание из-за серьезных повреждений, возникающих за пределами дифференциальной зоны.
