Объединение заземления для молниезащиты с заземлением для электрических установок

Необходимость электрически соединять контур заземления молниезащиты, установленной непосредственно на здании, с контуром заземления для электрических установок, прописана в действующих нормативных документах (ПУЭ). Цитируем дословно: «Заземляющие устройства защитного заземления электроустановок зданий и сооружений и молниезащиты 2-й и 3-й категорий этих зданий и сооружений, как правило, должны быть общими». Как раз 2-я и 3-я категории являются наиболее распространёнными, в 1-ю категорию входят взрывоопасные объекты к молниезащите которых предъявляются повышенные требования. Тем не менее, наличие оборота «как правило» подразумевает возможность наличия исключений.

Современные офисные, а теперь и жилые здания содержат множество инженерных систем жизнеобеспечения. Сложно представить отсутствие систем вентиляции, пожаротушения, видеонаблюдения, контроля доступа и т.д. Естественно, у проектировщиков таких систем есть опасения, что в результате действия молнии “нежная” электроника выйдет из строя. При этом некоторые сомнения у специалистов-практиков вызывает целесообразность соединения контуров двух видов заземлений и возникает желание «в рамках закона» запроектировать электрически не связанные заземления. Возможен ли такой подход и повысит ли он на самом деле безопасность эксплуатации электронных устройств?

Зачем нужно объединение контуров заземления?

При попадании молнии в молниеотвод в последнем возникает короткий электрический импульс напряжением до сотен киловольт. При столь высоком напряжении может произойти пробой промежутка между молниеотводом и металлическими конструкциями дома, в том числе и электрическими кабелями. Последствием этого станет возникновение неконтролируемых токов, которые могут привести к пожару, выходу электроники из строя и даже разрушению элементов инфраструктуры (например, пластиковых водопроводных труб). Опытные электрики говорят: «Дайте молнии дорогу, иначе она найдёт её сама». Вот почему электрическое объединение заземлений обязательно.

По этой же причине ПУЭ рекомендует электрически объединять не только заземления, находящиеся в одном здании, но и заземления территориально сближенных объектов. Под данным понятием подразумеваются объекты, заземления которых настолько сближены, что между ними нет зоны нулевого потенциала. Объединение нескольких заземлений в одно осуществляется, согласно нормам ПУЭ-7, п. 1.7.55, путём соединения заземлителей электрическими проводниками в количестве не менее двух штук. Причем проводники могут быть как естественными (например, металлические элементы конструкции здания), так и искусственными (провода, жёсткие шины и т.п.).

Одно общее или отдельные заземляющие устройства?

К заземлителям для электрических установок и молниезащиты предъявляются разные требования, и это обстоятельство может стать источником некоторых проблем. Заземлитель для молниезащиты должен отвести в землю за короткое время большой электрический заряд. При этом согласно «Инструкции по молниезащите РД 34.21.122-87» нормируется конструктив заземлителя. Для молниеотвода, согласно этой инструкции, требуется не менее двух вертикальных, или лучевых горизонтальных, заземлителей, за исключением 1 категории молниезащиты, когда таких штырей нужно три. Вот почему наиболее распространённый вариант  заземления для молниеотвода — два или три штыря длиной около 3 м каждый, соединённых металлической полосой, заглублённой не менее чем на 50 см в землю. При использовании деталей производства ZANDZ такой заземлитель получается долговечным и простым в монтаже.

Совсем другое дело — заземление для электрических установок. В обычном случае оно не должно превышать 30 Ом, а для ряда применений, описанных в ведомственных инструкциях, например, для аппаратуры сотовой связи — 4 Ом или ещё меньше. Такие заземлители представляют собой штыри длиной более 10 м или даже металлические пластины, помещённые на большую глубину (до 40 м), где даже зимой нет промерзания грунта. Создать такой молниеотвод с заглублением двух и более элементов на десятки метров слишком затратно.

Если параметры грунта и предъявляемые к сопротивлению требования позволяют выполнить единое заземление в здании для молниеотвода и заземления электрических установок, нет никаких препятствий его сделать. В остальных случаях делают различные контуры заземления для молниеотвода и электрических установок, но обязательно соединяют их электрически, желательно, в земле. Исключением является использование некоторого специального оборудования особенно чувствительного к помехам. Например, звукозаписывающая аппаратура. Такое оборудование требует отдельного, так называемого, технологического заземляющего устройства, что прямым образом указывается в инструкциях. В таком случае выполняется отдельное заземляющее устройство, которое соединяется с системой уравнивания потенциалов здания через главную заземляющую шину. А, если такое соединение не предусматривается руководством по эксплуатации аппаратуры, то применяются специальные меры по исключению одновременного прикосновения людей к указанной аппаратуре и металлическим частям здания.

Электрическое соединение заземлений

Схема с несколькими заземлениями, соединёнными электрически, обеспечивает выполнение разных, подчас противоречивых, требований к заземляющим устройствам. Согласно ПУЭ, заземления, как и многие другие металлические элементы здания, а также аппаратуры, установленной в нем, должны быть соединены системой уравнивания потенциалов. Под уравниванием потенциалов подразумевается электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства потенциалов. Различают основную и дополнительную системы уравнивания потенциалов. Заземления подключаются к основной системе уравнивания потенциалов, то есть соединяются между собой через главную заземляющую шину. Провода, соединяющие заземления с этой шиной, должны подключаться по радиальному принципу, то есть одно ответвление от указанной шины идет только к одному заземлению.

Для того, чтобы обеспечивалась безопасная работа всей системы, очень важно использовать максимально надежное соединение между заземлениями и главной заземляющей шиной, которое не разрушится под действием молнии. Для этого нужно соблюдать нормы ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.54-2013 “Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов” относительно сечения проводов системы уравнивания потенциалов и их соединения между собой.

Тем не менее, даже очень качественная система уравнивания потенциалов не может гарантировать отсутствие всплесков напряжения в сети при ударе молнии в здание. Поэтому, наряду с грамотно спроектированными контурами заземлений, от проблем спасут устройства защиты от импульсных помех (УЗИП). Такая защита является многоступенчатой и носит селективный характер. То есть на объект должен быть установлен комплект УЗИП, подборка элементов которого — непростая задача даже для опытного специалиста. К счастью, выпускаются готовые комплекты УЗИП для типовых случаев применения. 

Выводы

Рекомендация ПУЭ об электрическом соединении всех контуров заземлений в здании является обоснованной и при правильной реализации не только не создает опасность для сложной электронной аппаратуры, а, наоборот, защищает её. В том случае, если аппаратура чувствительна к помехам от молний и требует собственного отдельного заземлителя, можно установить отдельное технологическое заземление в соответствии с прилагаемому к аппаратуре руководству. Система уравнивания потенциалов, объединяющая разрозненные контура заземлений, должна обеспечить надёжное электрическое соединение и во многом определяет общий уровень электробезопасности на объекте, поэтому ей должно быть уделено особое внимание.

Смотрите также:

Контур заземления: устройство и схема монтажа

В случае внезапного нарушения изоляции проводника в каком-либо электроприборе его поверхность неожиданно может оказаться под напряжением. Прикоснувшись к нему, можно получить удар током. Поэтому основной защитой от поражения электричеством может являться только контур заземления. Это система, которая снимает напряжение с корпуса электроприбора и отводит ток за пределы здания.

Устройство контура заземления

Заземляющий контур — это защитное устройство, состоящее из нескольких металлических электродов, вертикально забитых в грунт на определенную глубину. Они соединены между собой горизонтальным заземлителем, который изготавливается из стальной полосы и с помощью сварки крепится к верхней части электродов. Собранный таким образом контур при помощи специального кабеля или стальной полосы соединяется с внутренней схемой заземления дома, которая выводится на наружную сторону стены здания.

Все металлические элементы внешнего заземления, находящегося в земле, охватывают определенную площадь соприкосновения с грунтом, который позволяет быстро рассредоточить электрический ток по всему контуру, обозначенному электродами.

Принцип действия защитной цепи

Правильно собранные в одну цепь заземляющие элементы защищают человека от внезапного удара током, а бытовые электроприборы — от поломки в случае пробоя напряжения на их корпус.

Это происходит таким образом. Во время короткого замыкания или утечки тока на обшивку прибора, с него снимается напряжение и через проводник отводится в грунт на заземляющее устройство. Поэтому, чтобы схема контура заземления работала четко, она выполняется строго по требованиям ГОСТа, где специально предусмотрены нормативы внешнего сопротивления всей цепи заземления с учетом таких факторов, как:

1. Вид почвы и его влажность.
2. Уровень подпочвенных вод.
3. Количество электродов, их размер и расположение в контурном заземлении.
4. Глубина погружения электродов.
5. Материал электродов и линейных заземлителей, соединяющих их между собой, и внутренним заземлением здания.

По геометрической форме вертикальные электроды, в соответствии с нормативами СНиП, должны забиваться в землю на определенную глубину, с одинаковым расстоянием друг от друга, и представлять собой равнобедренный треугольник.

Расчет профиля схемы

Для правильного функционирования системы защиты желательно произвести расчет ее сопротивления. Для этого нужно учитывать следующее:

1. Количество и параметры заземляющих электродов: длину, контактную площадь соприкосновения с землей и расстояние между собой.
2. Общую линейную длину горизонтальных заземлителей, соединяющих электроды и внутренний контур в доме.
3. Удельное сопротивление грунта.
4. Влажность грунта и его соленость.
5. Время года (температуру почвы).

Но как показывает практический опыт, ни одна расчетная методика полностью не учитывает приведенные факторы, а просто используется типичный образец конструкции ранее спроектированного и уже смонтированного контура.

Например, то, что является заземляющим контуром в частных домах, — это простая одноконтурная схема, собранная из трех вертикальных арматурных стержней, металлических уголков или труб, которые соединяются между собой полосой из стали.

Разновидности токоотводящих приспособлений

Наружный контур из искусственных элементов заземления подбирается согласно правилам ПУЭ. В нем четко дано определение основных видов контурных систем, которые могут быть:

1. Традиционными заземляющими конструкциями.
2. Глубинными модулями
3. Наружными заземляющими системами.

Следует подробнее остановиться на каждой из них.

Традиционные конструкции

Такое контурное заземление собирается из одного горизонтального металлического электрода и трех вертикальных стержней. Горизонтальный (линейный) электрод представляет собой металлическую полосу, а забитые вертикально в землю стержни делаются из толстой арматуры. Эти элементы должны иметь определенную, заранее рассчитанную для данной местности и здания длину.

К недостаткам традиционного заземления можно отнести:

1. Сложность монтажа.
2. Сильная коррозия. Большинство элементов контура собирается из непокрашенного черного металла, который из-за лучшего контакта с землей нельзя красить.
3. Влияние температурных перепадов и переменчивой влажности на верхнюю часть устройства.

Глубинные модули

Эта система заземляющего устройства изготавливается в заводских условиях и практически не имеет тех недостатков, которые существуют у традиционного заземления.

К достоинству глубинной модульной системы относится:

1. Точность и качество всех элементов контура.
2. Длительная эксплуатация.
3. Благодаря тому, что электроды устанавливаются на большую глубину, погодные условия практически не влияют на работу заземления.
4. Отсутствие необходимости частого обслуживания контура.
5. Простота расчет сопротивления.
6. Несложный монтаж заземления.

После монтажа контура необходимо проверить все соединительные стыки заземления, а также его работу. Если монтаж произведен точно по расчетам сотрудников специализированной и лицензированной лаборатории, которые производили замер и расчет контурного сопротивления, модуль будет безупречно работать на протяжении долгих лет.

Наружное обустройство

Применяется для заземления трансформаторных подстанций и состоит из вертикальных и горизонтальных электродов. Заземляющий контур собирается из 4 стальных полос шириной 40−50 мм и толщиной 8−10 мм на расстоянии не ближе 1 м от стены строения.

Полосы укладываются на дно траншеи глубиной 500 — 700 мм от поверхности земли. При монтаже используется заранее приготовленный рабочий чертеж, который проектируется под определенное электрооборудование.

Кроме этого, горизонтальное заземление может быть смонтировано в котловане под фундаментом здания и опорами воздушных линий электропередач.

Также для наружного заземления электрооборудования могут использоваться естественные заземлители в виде металлических трубопроводов, обсадных труб, металлических и ж/б сооружений и других токопроводящих конструкций, тесно связанных с грунтом. К заземлителям можно отнести и оболочки свинцовых кабелей, а также нулевой рабочий провод, имеющий повторный заземлитель.

К контурному заземлению не подключаются только трубопроводы со взрывчатыми и легковоспламеняющимися веществами.

Монтаж заземляемого профиля

В соответствии с пунктом 1.7.111 ПУЭ практически все электроды, независимо от того, как они расположены в заземляемом контуре (горизонтально или вертикально), должны быть медными, оцинкованными или стальными. При этом их поверхность для лучшего отведения напряжения ни в коем разе нельзя покрывать краской или другими покрытиями.

Монтаж должен производиться по заранее подготовленным схемам, соответствующим ПУЭ. А работы по подготовке к монтажу заземляющего устройства, к которым относится рытье траншей, пробивка или бурение отверстий под электроды, установка закладных деталей в заливаемый бетоном фундамент, осуществляется на начальном этапе заземления.

Конструктивные параметры

Установка защитного заземления не является сложной. Кроме того, его можно довольно быстро сделать своими силами. Для этого следует просто приготовить:

1. Для вертикальных электродов — трубы или уголки с толщиной стенок не меньше 4 мм или металлические стержни диаметром от 14 мм.
2. Для вертикального заземления — стальную полосу с поперечным сечением 100х4 мм.
3. Для подвода заземления к дому — жесткий кабель сечением от 10 мм² (можно полосу сечением 30х2.5 мм).
4. Из инструментов понадобится лопата, большая кувалда, болгарка и сварочный аппарат.

Площадь заземления зависит от модели выбранного контура. Он может быть смонтирован по периметру всего здания, подсоединен к какой-либо подземной коммуникации, но самой распространенной схемой установки заземления является треугольная модель контура.

Полный комплект всех заземляющих элементов можно заказать в специализированных мастерских, где налажено производство медных электродов. Такие комплекты, имея небольшую стоимость, отличаются надежностью и долговечностью.

Порядок установки

При сборке элементов контура следует использовать только материалы, которые являются хорошими проводниками электротока. Сам монтаж защитной системы заземления производится таким образом:

1. В пределах 3−5 м от здания раскапывается площадка глубиной в пределах 500 мм и площадью примерно 2х2 м. После этого от выкопанной площадки, на той же глубине, к дому копается траншея. Она должна подходить к точке выхода внутреннего контура из стены дома.
2. На выкопанной площадке размечается равнобедренный треугольник, вершины которого должны располагаться на расстоянии 1−1.5 м друг от друга.
3. В размеченные точки при помощи кувалды забиваются металлические стержни (электроды). Для облегчения работы концы желательно заострить болгаркой.
4. Используя сварку, забитые в землю электроды соединяют между собой стальной полосой. После этого на ближней стороне полученного контура приваривается болт для крепления кабеля, идущего от расположенного в доме электрощита. Вместо кабеля можно уложить в траншею стальную полосу, которая приваривается к смонтированному заземлению, а болт приваривается уже на конце полосы выведенной на стену дома.
5. Все сварные соединения (швы) должны быть очищены от шлака, прогрунтованы и покрашены, иначе в земле под действием сырости они быстро разрушатся.
6. Выведенную из земли полосу желательно покрасить чередующимися полосками зеленого и желтого цвета.
7. Также перед засыпанием траншеи рекомендуется измерить сопротивление смонтированного заземления специальными приборами. Если оно будет недостаточным, следует забить дополнительный электрод и соединить его сваркой с основной заземляющей конструкцией. Сопротивление всей системы должно быть в пределах 4 Ом.
8. Траншея должна засыпаться чистым грунтом без остатков строительного мусора.
9. В расположенном в доме электрощите нужно установить дополнительную шину — РЕ (если она отсутствует) и соединить ее проводником с выводом от смонтированного заземляющего конура.
10. Все находящиеся в доме электроприборы соединить с шиной РЕ.

Правила устройства энергоустановок (ПУЭ)

Монтаж защитного заземления рекомендуется производить с учетом норм контура заземления ПУЭ, что обеспечит надежную защиту электроприборов и людей от поражения током.

Нормативы ПУЭ — это собирательная группа специализированных правовых актов, которые были утверждены Министерством энергетики еще при Советском Союзе. Данные ПУЭ описывают правила правильной закладки электропроводки в промышленных помещениях, жилых здания, частных домах и других объектах, а также разъясняют подключение различного электрооборудования и принцип их устройств.

ПУЭ содержат в себе требования по прокладке коммуникаций к электроустановкам, узлам, определенным энергосистемам и их отдельным элементам.

Проверка системы

Проверка сварных швов производится визуальным осмотром. Затяжка гаек проверяется при помощи гаечного ключа. Для замера сопротивления лучше пригласить специалиста из специализированной электролаборатории.

Но проверить сопротивление можно и собственными силами. Для этого берется переносная розетка и подключается одним проводом к фазе, а другим — к заземлению. После этого в розетку подключается какой-либо мощный электроприбор.

Практически контур считается правильным, если подключенный к фазе и заземлению прибор, мощность которого должна составлять 2 кВт, будет работать исправно, даже если напряжение в этом промежутке понизится в пределах 10 В.

Информационное заземление

При построении структурированных кабельных систем (СКС), сетей передачи данных и ЛВС, а также других объектов информационных технологий у многих специалистов-электриков закономерно возникают вопросы по проектированию заземления. Чтобы не было неопределённостей в этих вопросах введём базовые понятия и определения в этой сфере знаний.

В соответствии с международными и российскими нормативными документами имеются два больших класса заземлений: защитное и функциональное заземление. Также можно использовать терминологию (рабочее или информационное заземление). Исходя из этих факторов, шины заземления или проводники, маркируются как PE — защитное заземление и FE — функциональное заземление.

Воспользуемся основным нормативным документом для инженера-электрика, а именно, «Правилами устройства электроустановок» ( ПУЭ п.1.7.29 ): Защитное заземление выполняется только в целях электробезопасности. При работе с любыми электроприборами персонал должен быть надёжно защищен от токов низкой частоты и высокой амплитуды, которые представляют серьёзную угрозу здоровью и жизни каждого человека.

А вот заземление, которое мы называем информационным

(функциональным), обеспечивает именно работу самой электроустановки. То есть, такое заземление выполняется не в целях электробезопасности объекта. При разработке таких систем можно исходить из положений ПУЭ п. 1.7.30.

Проектировщику надо знать, что нельзя использовать только информационное заземление, без применения защитного.

Работа функционального заземления идёт с токами высокой частоты и низкой амплитуды и задача его обеспечить электромагнитную совместимость (ЭMC) и защитить от электромагнитных помех. Токи ВЧ низкой амплитуды непосредственно не угрожают жизни человека, но могут влиять на качество связи, например в СКС.

При определении задач FE советуем руководствоваться ГОСТ Р 50571.22-2000 п. 3.14 (707.2), который как раз таки описывает как спроектировать заземление для систем обработки информации и связи.

Проектировщики, как правило, выставляют жёсткие требования, при соблюдении которых на корпусе заземляемого устройства не должно быть даже самого маленького электрического потенциала. Именно это условие и есть залог нормального функционирования оборудования связи или информационных технологий.

Как выполнить функциональное заземление на объекте?

Для этой цели необходимо использовать заземляющее устройство функционального заземления вместе с функциональными проводниками, которые служат для соединения электроприёмников с главной заземляющей шиной. При этом, согласно ГОСТ 50.571-4-44-2011 п. 444.5.1. все проводники защитного и функционального заземления должны быть соединены с этой шиной, а заземлители соответствующего назначения соединены между собой. Такие меры необходимы для исключения их влияния друг на друга, которое приводит к опасному повышению напряжения, риску повреждения оборудования и опасности поражения электрическим током.

Если следовать положениям ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 548.3.1, то можно реализовать такое схемное решение: объединяем функциональные и защитный проводники (соответственно FE и PE) в специальный проводник (PEF-проводник). А уж затем присоединим его к ГЗШ, так называемой, главной заземляющей шине электроустановки. В TN-S системе для функционального заземления разрешается использовать PE-проводник цепи питания оборудования обработки информации.

Требования к информационному заземлению

FE-заземление обычно описывается требованиями, которые излагаются в эксплуатационной документации изготовителя изделия (паспорт, технические условия, технический регламент и пр.) или в ведомственных нормативных документах. К примеру, для продуктов и систем информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), ранее средств ВТИ, будем использовать положения нормативного документа СН 512-78 («Технические требования к зданиям и помещениям для установки средств вычислительной техники»). Опираясь на инструкции, изложенные там, приходим к выводам, что сопротивление заземления такого оборудования не должно превышать 1 Ом. А вот если мы проектируем заземление для чувствительных медицинских приборов, то это значение будет не более 2-х Ом. («Пособие по проектированию учреждений здравоохранения к СНиП 2.08.02-89»).

Здесь используется, так называемая «лучевая схема заземления», с заземлителем типа FE (низкоомным), что приводит к работе без электрических помех всего комплекса ИКТ. В отдельных случаях так же возможно использовать и модульный глубинный заземлитель.

Введём понятие электромагнитной совместимости (ЭМС) оборудования и для этого обратимся к ГОСТ Р 50397-92 (МЭК-50-161-90).
ЭМС оборудования, рассматривается в общем случае, как способность оборудования качественно работать в условиях заданной электромагнитной обстановки и не создавать недопустимых помех электромагнитной природы другим приборам и электросети.

И далее с этих позиций попытаемся выяснить причинно – следственную связь между FE – заземлением, ЭМС и безопасностью ИКТ.

Продукт или система ИКТ будет удовлетворять требованиям Европейской директивы по ЭМС EN 55022 при выполнении следующих условий:

• Электромагнитное излучение от активного оборудования в окружающую среду не превышает нормативы EN 55022
• Помехозащищенность активного оборудования не уступает нормативам EN 55024
• Информационная кабельная проводка (т.е. среда передачи сигналов) правильно смонтирована и корректно заземлена

Ещё один важный фактор – это уравнивание потенциалов между заземляющими устройствами PE и FE – типов. Именно этим моментом определяются условия электробезопасности персонала, а также и помехоустойчивость систем ИКТ. Как это реализуется на практике? Обычно электрики монтируют кольцевой соединительный проводник и соединяют его с ГЗШ.

Если же продукты ИКТ работают с напряжением питания 5-12 В постоянного тока и являются слаботочными, то здесь возможны паразитные сигналы, возникшие именно из-за разности потенциалов и их флуктуаций. Дело в том, что некоторые системы ИКТ могут воспринять такой паразитный сигнал, как информационный, вследствие этого, могут произойти сбои в сетях связи, на серверах, а также нарушения работы информационно – измерительных систем. Особенно опасна такая ситуация на объектах критической инфраструктуры.

Другим аспектом качества FE – заземления является информационная безопасность продуктов и систем ИКТ. Дело в том, что побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН) наряду с проблемами ЭМС создают технические каналы утечки конфиденциальной информации, хорошо известные специалистам по информационной безопасности (ИБ).

Особенно актуальна эта проблема для компьютерного оборудования и систем передачи данных, задействованных в обработке информации, которая считается конфиденциальной. Но это уже другая история, относящаяся к компетенциям ФСТЭК, Роскомнадзора и ФСБ.

Независимое исполнение FE – заземления

Для высокочувствительных медицинских приборов в учреждениях здравоохранения необходимо выполнять отдельное функциональное заземление, которое не связано с защитным, а также с системами уравнивания потенциалов объекта.

При данном выполнении функционального заземления заземляющее устройство FE-заземления необходимо размещать отдельно (не менее 15 метров) от зоны влияния PE – заземлителей. Следует подчеркнуть, что такая схема представляет собой особый (нетипичный) вариант заземления и тут применимы повышенные меры электробезопасности.

Если в документации на оборудование ИКТ прямо указано на необходимость независимого информационного заземления, то в этом случае в шкафу с оборудованием, как правило, монтируют две независимые шины заземления PE и FE. Шину FE в таком случае изолируют полностью от корпуса шкафа, экраны сигнальных проводников присоединяют к ней.

На практике FE-проводник присоединяют с помощью медного кабеля (сечение от 1х25 мм²), который надежно изолирован с FE-заземлителем. Причём этот заземлитель должен быть отнесён на безопасное расстояние (более 20 м) от PE-заземлителя. А вот корпус шкафа, где размещено оборудование, должен быть заземлён с помощью проводника PE на шину уравнивания потенциалов, которая соединена с ГЗШ.

Заключение

В наше время применение модульно–штыревых заземлителей глубокого залегания (до 30 м и даже более) и других технологических схем позволяет проектировать повторное защитное заземление PE на входе в здание равным по параметрам сопротивления функциональному заземлению. И в этом случае, отпадает необходимость в использовании отдельных систем заземления.

Для более подробного ознакомления с технологией и тактико–техническими характеристиками модульных систем заземления желающих отсылаем на наш интернет–ресурс.

---

Смотрите также:

Смотрите также:

Соединение элементов заземляющих устройств в земле

При обустройстве заземления приходится соединять между собой провода, а также проводники и штыри, устанавливаемые под землей. Такие соединения должны быть устойчивыми к действию коррозии, а также не требовать обслуживания в течение длительного периода времени. В настоящее время используются три основных способа соединения проводов заземлений — опресовка, сварка и винтовой зажим. В этой статье будет дано краткое описание каждого из методов и проведено сравнение их преимуществ и недостатков.

Нормативная база

Соединение проводов заземления регулируется ГОСТ Р 50571.5.54-2013 (МЭК 60364-5-54:2011) «Электроустановки низковольтные». Часть 5-54, пункт 542.2.8: «Если заземлитель состоит из частей, которые должны быть соединены вместе, соединение должно быть выполнено экзотермической сваркой, опрессовкой, зажимами или другим разрешённым механическим соединителем».

Другим документом, регламентирующим соединение проводов заземления, является ПУЭ. П. 1.7.139, 7-е издание ПУЭ, в частности, гласит: «Соединения и присоединения заземляющих, защитных проводников и проводников системы уравнивания и выравнивания потенциалов должны быть надёжными и обеспечивать непрерывность электрической цепи… Соединения должны быть защищены от коррозии и механических повреждений. Для болтовых соединений должны быть предусмотрены меры против ослабления контакта».

Кроме этого, параметры соединения проводов заземления винтовыми зажимами регулируются ГОСТ 10434 «Соединения контактные электрические. Общие технические требования». Если нет агрессивной среды (земля к ней, как правило, не относится), то соединения должны относиться ко 2 классу. К нему относятся контактные соединения цепей, сечения проводников которых выбраны по стойкости к сквозным токам, потере и отклонению напряжения, механической прочности и защите от перегрузки. Допускает зажимное соединение и циркуляр 11/2006 ассоциации «Электромонтаж», если соединяемые элементы выполнены не из чёрных металлов.

Опрессовка

Соединение проводов посредством опрессовки — самый простой и технологичный способ. Провода вставляются с двух сторон в гильзу и опрессовываются специальным устройством, именуемым кримпером. Однако, такой способ непригоден для соединения провода со штырём заземления. К тому же, если соединение опрессовкой находится под землей, то гильза и провода покрываются слоем окиси, что повышает сопротивление контакта. Применяется герметизация такого соединения, но в итоге такая герметизация представляет собой сложное и ненадёжное решение. По сути, не могут полностью быть соблюдены нормы ПУЭ. Вот почему опрессовка не может быть применяться для соединения, находящегося под землей.

Сварка

Известны два основных вида сварки — электродуговая и экзотермическая. При электродуговой сварке температура достигает +7000°C, из-за чего происходит разрушение защитного антикоррозионного слоя. Кроме этого, сильный нагрев ослабляет не только покрытия, но и металлы, из которых сделаны сердцевины проводников. Возникает так называемая межкристаллитная коррозия, которая потенциально способна привести к разрушению соединения. Вот почему ГОСТ Р 50571.5.54-2013 не указывает в числе допустимых для соединения проводников заземления методов дуговую сварку.

Вместо дуговой сейчас для соединения проводов заземления применяют так называемую экзотермическую (иногда её ещё называют термитной) сварку. При экзотермической сварке для нагрева металла используется так называемый термит — порошкообразная смесь алюминия или магния с железной окалиной (либо окисью меди). Применительно к контуру заземления обычно используется термит на основе алюминия и оксида меди. Место соединения заформовывают огнеупорным материалом, туда засыпают порошкообразный термитный состав, который затем поджигают. В результате сгорания термита образуется жидкая медь, которая имеет хорошую адгезию со свариваемым материалам. Температура расплава превышает 3000°C. Экзотермическая сварка соответствует нормам как ГОСТ Р 50571.5.54-2013, так и ПУЭ.

Посмотреть, как осуществляется экзотермическая сварка, можно на видео:

Выпускаются готовые комплекты для экзотермической сварки, для использования которых не требуется специальной подготовки. Тем не менее, при прочих равных условиях, применение экзотермической сварки всё же сложнее, чем соединение проводов винтовыми зажимами. Естественно, к винтовым зажимам, пригодным для соединения проводов заземления, предъявляются особые требования.

Винтовые зажимы

Для того, чтобы реализовать преимущества готовых наборов для заземления ZANDZ, а, именно, предельную простоту сборки и установки, есть смысл использовать винтовые зажимы. Если при сборке допущена ошибка, можно разобрать и потом правильно собрать. Но даже если ваши квалификация и опыт позволяют сразу сделать всё правильно, всё равно с винтовыми зажимами работать проще, чем применять сварку.

Но у винтовых зажимов есть два недостатка, которые, впрочем, преодолимы. Во-первых, при соединении ими омеднённого штыря заземления и провода из обычной стали, либо оцинкованной стали, возникает электрохимическая реакция, приводящая к коррозии. Во-вторых, со временем может происходить ослабление затяжки винтов, на что особое внимание обращено в ПУЭ.

Проблема возникновения электрохимической реакции в винтовых зажимах успешно решается использованием специальной прокладки, механически разделяющей проводники из разных материалов, но при этом сохраняющей электрический контакт между ними. В качестве примера можно привести профилированный зажим ZANDZ ZZ-005-064 https://skomplekt.com/tovar/6/27/6801720337/. Для того, чтобы болтовые соединения не ослабевали, в них устанавливают шайбы Гровера, примером этому может служить профилированный зажим Galmar GL-10332N.

Выводы

Из всех рассмотренных способов соединения проводников в заземлении, располагающихся в грунте, наиболее надёжным является экзотермическая сварка. Но для массового применения можно рекомендовать винтовые зажимы, имеющие меры по предотвращению электрохимической коррозии и ослабления соединения со временем. В любом случае, для правильного выбора типа соединения лучше обратиться за консультацией к специалистам. Вам нужна консультация по проектированию или монтажу заземления и молниезащиты? Обращайтесь в Технический центр ZANDZ.com!

Смотрите также:

Как сделать заземление

Как оперативно сделать заземление с сопротивлением 4 Ома на ряде объектов (кроссовое оборудование), находящихся в городской черте в условиях плотной застройки? Грунт – суглинок/глина с удельным сопротивлением 80 Ом*м.
В виду требуемой компактности и нежелательности произведения земляных работ за пределами объекта — строительство требуемого защитного заземления решено провести в непосредственной близости от здания, в том числе непосредственно под шкафом, где размещается аппаратура.

Исходя из сопротивления грунта, одиночное защитное заземление состояло из одного 30-ти метрового электрода модульного заземления в виде готового комплекта заземления
ZZ-000-030.

Расчётное сопротивление защитного заземления составляло 3,8 Ома (расчёт заземления).

После монтажа пробного электрода защитного заземления замеренное сопротивление заземления оказалось равным 1,4 Ома, что можно связать с отличным от расчетного удельным сопротивлением грунта (около 30 Ом*м).

Следующие защитные заземлители были смонтированы исходя из первоначально полученных данных — их глубина составила 9 метров. Их среднее сопротивление заземления составило 3,5 Ома (от 3 до 4 Ом).

На монтаж одного защитного заземления тратилось 5 часов и ресурсы двух человек (10 человеко-часов).

Для соединения защитного заземления с объектом использовался медный кабель сечением 16 мм². Соединение защитного заземлителя и кабеля выполнялось зажимами, входящими в комплект заземления.

Как сделать многоэлектродное заземление
на объекте мобильной связи

Как сделать заземление для аппаратуры связи сопротивлением заземления 2 Ома? Грунт — смесь глины с песком с удельным сопротивлением равным 130 Ом*м. В виду нежелательности произведения земляных работ за пределами здания — строительство защитного заземления решено сделать в подвале здания.

Исходя из общих требований и сопротивления грунта, защитное заземление состояло из шести 15-ти метровых электродов модульного заземления в виде готовых комплектов заземления ZZ-000-015, находящихся на расстоянии 15 метров друг от друга.

Расчётное сопротивление защитного заземления составляло 1,9 Ома
(расчёт заземления).

После монтажа защитного заземления замеренное сопротивление заземления оказалось равным 1,1 Ома, что можно связать с отличным от расчетного удельным сопротивлением грунта (около 75 Ом*м).

На монтаж электродов защитного заземления (без прокладки заземляющего проводника и его подключения) было потрачено 16 часов и ресурсы двух человек (32 человеко-часа).

Для соединения электродов защитного заземления использовалась стальная полоса 4*40мм (сечением 160 мм²). Соединение электрода защитного заземления и стальной полосы выполнялось зажимами, входящими в комплект заземления.

Основы контура заземления

Что такое контур заземления?

Контур заземления возникает, когда есть более одного пути заземления между двумя единицами оборудования. повторяющиеся наземные пути образуют эквивалент рамочной антенны, которая очень эффективно улавливает помехи Токи. Преобразование сопротивления свинца эти токи превращаются в колебания напряжения. Как следствие замыкания на землю наведенные напряжения, заземление в система больше не стабильная потенциал, поэтому сигналы движутся на шуме.Шум становится частью программы сигнал.

Контур заземления — это обычное состояние проводки, при котором ток заземления может пройти более чем по одному пути, чтобы вернуться к заземляющему электроду на СЕРВИСНОЙ ПАНЕЛИ. Все компьютеры с питанием от переменного тока подключены друг к другу через заземляющий провод в общей проводке здания. Компьютеры также могут быть соединены кабелями передачи данных. Поэтому компьютеры часто подключаются друг к другу более чем одним путем. Когда между компьютерными цепями существует многолучевое соединение, результирующее устройство известно как «контур заземления».Всякий раз, когда существует контур заземления, существует вероятность повреждения из-за ВНУТРЕННИХ СИСТЕМНЫХ ЗЕМНЫХ ШУМОВ.

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

Обычно разность потенциалов в земле вызывает протекание тока. в межсоединениях. Это, в свою очередь, модулирует вход схемы и обрабатывается как любой другой сигнал, подаваемый через нормальный входы.Вот пример ситуации, когда два заземляющего оборудования соединены между собой через заземление сигнального провода и заземляющий провод сети. В этой ситуации в проводе течет ток 1А. что вызывает разницу в напряжении 0,1 В между этими двумя устройствами. точки заземления.

Из-за разницы напряжений между электронными приборами сигнал в соединительном проводе видит, что разница добавляется к сигналу. Это можно услышать как гудение на проводе, потому что переменный ток привести к тому, что разница напряжений этих потенциалов земли также будет Напряжение переменного тока.Это одна из причин шума 50 или 60 Гц, который вы слышите. в аудиосигнале (или смотрите в видеосигнале как раздражающие горизонтальные полосы).

Другая проблема — это ток, протекающий в заземляющем проводе сигнального кабеля. Этот ток проходит через кабель и через оборудование. Из способ, которым curren parsses не разработан, это может вызвать много шума к оборудованию или другим проблемам (например, зависанию компьютера). Многие дизайнеры рассчитывают на то, что земля будет заземлена, и не оптимизируют их конструкция исключает их чувствительность к шумам от земли. Если вы дизайнер продукта, не забудьте позаботиться о том, чтобы контур заземления ток не вызывает проблем в вашем оборудовании, проектируя правильная схема заземления внутри оборудования.

Почему контур заземления является проблемой?

Контур заземления — распространенная проблема при подключении нескольких аудиовизуальных компоненты системы вместе, есть хорошее изменение, контуры заземления. Проблемы контура заземления — одна из самых распространенных проблем с шумом в аудиосистемах. Типичным признаком проблемы контура заземления является слышно 50 Гц или 60 Гц (в зависимости от частоты сетевого напряжения, используемой в ваша страна) шум в звуке.Наиболее частая ситуация, когда вы сталкиваетесь с проблемами контура заземления, когда ваш система включает оборудование, подключенное к заземленной розетке, и антенная сеть или оборудование, подключенное к разным заземленным розеткам по комнате.

Все подключено к единой электросети, которая обычно подключается к все контакты заземления во всех розетках в одной комнате. Тогда антенная сеть также заземлен к той же точке заземления. Обычно это нормально, поскольку заземления соединены друг с другом только звездообразным образом от центрального заземляющего провода (ведущего к реальной Земле через заземление) кабеля или металлической трубы) заземляющие кабели проходят через силовые кабели в оборудование.

Как только вы примете во внимание, что часть вашего оборудования связана с экранированный кабель вы, скорее всего, столкнетесь с некоторыми проблемами. Вполне возможно, что токи могут течь от одной части оборудования в кабель заземления, в другую часть оборудования, затем обратно в первую часть через экранированный аудиокабель. Эта проволочная петля также может воспринимать помехи от близлежащих магнитных полей и радиопередатчиков.

В результате нежелательный сигнал будет усиливаться, пока не будет слышно и явно нежелательно.Даже разница в напряжении ниже чем 1 мВ может вызвать раздражающий жужжащий звук в вашей аудиосистеме.

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

Распространенные причины неполадок компьютерной системы

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

Вы исключили заземление в своей компьютерной системе? Контуры заземления могут вызвать проблемы с подключением к локальной сети, если не правильно подключен. Контур заземления, вызванный подключением RS-232 к другому компьютеру может вызвать зависание компьютера.

Когда контур заземления не является проблемой

Контур заземления не вызывает проблем, если все вещь верна:

• Ни один из проводов контура не пропускает ток
• Петля не подвергается воздействию внешних изменяющихся магнитных полей.
• Рядом нет радиопомех

Если в каких-либо проводах есть ток, значит, есть потенциальная разница, которая заставляет ток течь и по другим проводам что вызывает проблемы.Петля также будет действовать как катушка и забирать ток из изменяющегося магнитного поля. поля вокруг него. Проволочная петля также действует как антенна, принимающая радио сигналы.

О каком размере проблемы разности потенциалов земли идет речь?

В литературе говорится о синфазном шуме от 1 до 2 В в «хорошо заземленных» установках и более 20 Вольт в «слабо заземленных» установках. В литературе также говорится о токе, измеренном в сети. служебное заземление (в большом здании) в амперах.

Откуда эта разница тока и напряжения?

Утечка тока конденсаторов между горячим и заземлением и между нейтралью и землей в течение Например, основные фильтры, вызовите ток в заземляющих проводах (и контурах заземления). Ток утечки обычно измеряется в миллиамперах (обычно меньше чем 1 мА в компьютерном оборудовании) на одно оборудование. Когда вы подводите итог, может быть, сотни такого оборудования легко получить в амперах.

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

Даже очень небольшое наведенное напряжение может вызвать очень большой ток в контур заземления, потому что сопротивление (и индуктивность) очень низкий. Эти токи действительно могут составлять десятки ампер. Индукция тока может быть вызвана, например, кабелями, по которым проходят большие токи. и от трансформаторов.

Что могут сделать эти заземляющие токи и разность напряжений?

Небольшая разница в напряжении просто приводит к добавлению шума к сигналам.Это может вызвать жужжание звука и помехи для видеосигнала. и ошибки передачи в компьютерные сети.

Более высокие токи могут вызвать более серьезные проблемы, такие как искрение в соединениях, повреждает оборудование и сгорает проводка. Мой собственный опыт в этой области ограничен к искрообразующим разъемам, нагревательным кабелям и поврежденным платам последовательного порта компьютера. Я читал о сгоревших сигнальных кабелях и дымящих компьютерах из-за перепады заземления и вызываемые ими большие токи.Так что будьте осторожны об этой потенциальной проблеме и не выполняйте никаких глупых установок.

---

Томи Энгдал <[email protected]>

,

Проблемы контура заземления и как от них избавиться

Автор: Томи Энгдал, 1997-2013 гг.

НОТА: Представленная здесь информация считается правильной и доступна здесь автором. Автор этого документа не несет ответственности за какой-либо эффект, который может иметь эта информация или любое ее использование.

Документы использовались и рекомендовались многими людьми и считаются точными. Настолько точны, что их также называли GB AUDIO Ground loops DATA SHEET на своих веб-страницах (с моего разрешения).

Основы

Дилемма состоит в том, что решение «шумовых» проблем — это само по себе искусство. Поскольку это происходит не каждый день, у всех нас ограниченный практический опыт. Это породило индустрию для тех, кто сейчас специализируется на решении проблем шума.

Хорошая система распределения электроэнергии необходима для правильной работы аудиосистемы. Профессиональные аудиосистемы просто не работают хорошо с обычными удлинителями, идущими на сотни футов до сцены. Помимо питания, необходимо хорошее заземление всей системы. существенный.

Контур заземления — это состояние, при котором происходит непреднамеренное подключение к земле. через мешающий электрический проводник. Обычно подключение контура заземления существует, когда электрическая система подключена более чем через один путь к электрическому заземлению.

Когда два или более устройства подключены к общему заземления по разным путям, возникает контур заземления. Токи текут по этим многочисленным путям и развиваются напряжения, которые могут вызвать повреждение, шум или 50 Гц / 60 Гц гул в аудио- или видеоаппаратуре.Чтобы предотвратить землю петли, все сигнальные земли должны идти в одну общую точку и когда невозможно избежать двух точек заземления, одна сторона должна изолировать сигнал и заземление от другой.

Суть в том, что идеальной «тихой» земли не существует. Основа всех проблем с шумом в системе заземления сводится к тому, что такое нежелательный ток. За исключением больничных систем, определение в лучшем случае расплывчато. Стандартная система электрического заземления во всем здании не предназначена для постоянного протекания через нее тока — и, тем не менее, это так, вы не можете остановить это.Причина, по которой заземление не будет и никогда не будет полностью свободным от шума, заключается в том, что провод заземляющего электрода представляет собой не что иное, как длинный провод от точки A до точки B. И чем длиннее провод, тем больше шума он принимает.

Звук и видео люди имеют в виду тип шумной земли с термином, подобным контурам заземления: ток, протекающий по заземляющему проводнику оборудования, металлу в здании и проводнику заземляющего электрода. Использование любой из сегодняшних стандартных однофазных систем переменного тока на 120 или 230 вольт создает потенциальные проблемы для аудиооборудования.У компьютерщиков такая же проблема в работе и так далее.

Обычно контуры заземления возникают постфактум, когда конечный пользователь винит установщика, установщик винит производителя и на самом деле никто не виноват. Ни производитель, ни установщик обычно не могут предсказать, где возникнет петля. Только после установки системы можно определить если проблема будет.

Проблемы контура заземления можно исправить и избежать. Важно, чтобы продавец, заказчик и конечный пользователь знали что эта проблема может возникнуть.Спроектировать систему — хорошая идея чтобы избежать наиболее очевидного источника подобных проблем, а затем готов все еще столкнуться с некоторыми проблемами при запуске системы. Проблема с контуром заземления может возникнуть в нескольких точках системы, и каждое возникновение проблемы необходимо устранять индивидуально.

Почему заземление так важно?

Заземление электрических систем требуется по ряду причин, главным образом для обеспечения безопасности людей, находящихся рядом с системой, и для предотвращения повреждения самой системы в случае неисправности.Функция защитного проводника или заземления состоит в том, чтобы обеспечить путь с низким сопротивлением для тока короткого замыкания, чтобы устройства защиты цепи сработали быстро и отключили питание.

Национальный электротехнический кодекс NEC определяет заземление как «проводящее соединение, независимо от того, намеренное или случайное соединение между электрической цепью или оборудованием и землей, или с некоторыми проводящее тело, которое служит вместо земли ». Когда мы говорим о заземлении, на самом деле это два разные предметы, заземление и заземление оборудования.Заземление — преднамеренное соединение проводника цепи, как правило, нейтрали с заземляющим электродом, помещенным в землю. Заземление оборудования предназначено для обеспечения правильной работы оборудования внутри конструкции. заземлен. Эти две системы заземления необходимо держать отдельно, за исключением соединения. между двумя системами для предотвращения разницы потенциалов из-за возможного пробоя из-за удар молнии. Целью заземления помимо защиты людей, растений и оборудования является чтобы обеспечить безопасный путь для рассеивания токов короткого замыкания, ударов молний, ​​статических разрядов, EMI и RFI сигналы и помехи.

Неправильное заземление может создать смертельную опасность. Правильное заземление необходимо для правильной работы и безопасности. электрооборудования. Заземление может решить многие проблемы, но это также может вызвать новые. Одна из наиболее частых проблем — называется «контур заземления».

Что вызывает гудение в аудиосистемах?

Аудио- и видеосистемы нуждаются в ориентире для их напряжений. Обычно называется общим или заземленным, хотя может и не быть фактически связанный с землей, эта ссылка остается на нуле вольт », в то время как другие сигнальные напряжения« колеблются »положительным (вверху) и отрицательным (под этим.Физически общим может быть провод, след на печатная плата, металлическое шасси, практически все, что проводит электричество. В идеале это должен быть идеальный дирижер, но ни в какой практической системе это не так. По мере увеличения сложности и размера системы несовершенные проводимость общего (заземляющего) проводника неизбежно вызывает проблемы.

Гул и гудение (50 Гц / 60 Гц и его гармоники) возникают в несбалансированных системах, когда токи протекают в соединениях экрана кабеля между различными частями оборудования.Гул и гудение также могут возникать в сбалансированных системах, даже если они обычно Больше

Токи экрана кабеля и разность напряжений заземления вызываются несколькими механизмами. Второй наиболее распространенный источник шума и гудения — это разница напряжений между двумя защитными заземлениями, разделенными большим расстоянием, или разница напряжений между защитным заземлением и заземлением. (например, заземленная спутниковая антенна или источник кабельного телевидения). Эта проблема обычно называется «контур заземления». Это самый распространенный среди тяжелых проблемы с гудением.

Гул и гудение могут также индуцироваться магнитным или емкостным образом непосредственно в сигнальных кабелях. Или ток шума может просачиваться из сети через емкость между первичной и вторичной обмотками силового трансформатора переменного тока. обмотки, что приводит к тому, что часть линейного напряжения переменного тока будет ВСЕГДА иметь емкостную связь непосредственно с землей аудиосхемы. Этот сигнал линии электропередачи с емкостной связью обычно содержит значимые гармоники до 1 МГц и более. Эти сигналы заставят токи протекать через экраны кабелей, таким образом добавляя этот шум непосредственно к аудиосигналу.

Почему заземление без проблем сделать сложно?

Практически все проекты строительства передачи данных и трансляции выполняются. в проблемы заземления. Эти проблемы возникают в первую очередь потому что существует конфликт между вопросами безопасности (земля- ing для предотвращения поражения электрическим током) и электронного шумоподавления (используя «землю» как электронную «свалку» шума и помех. ference.) Эти два использования часто несовместимы и могут иногда находятся в прямом конфликте друг с другом. Конечная цель хорошей схемы заземления — сохранение и соблюдение аспектов безопасности при получении возможно максимальное снижение шума.Обычно это нелегкая задача.

Почему контур заземления является проблемой?

Контуры заземления являются загадкой для многих людей. Даже инженеры-электронщики, получившие образование в колледже, могут не знать, что такое контуры заземления. Инженеры сконцентрировались либо на распределении энергии (для электроэнергетической компании), либо на оборудовании, которое подключается к системе распределения электроэнергии. Не так много внимания уделялось распределению энергии и оборудованию как единому объекту, в котором возникают контуры заземления.

Контуры заземления являются наиболее частой причиной шума частоты сети переменного тока в звуковых системах. Контуры заземления обычно можно определить по низкому гудению (60 Гц в США, 50 Гц в Европе) через звуковую систему. Контур заземления в силовом или видеосигнале возникает, когда некоторые компоненты в одна и та же система получает питание от другой земли, чем другие компонентов или потенциал земли между двумя частями оборудования не идентичны.

Контур заземления — распространенная проблема при подключении нескольких аудиовизуальных компоненты системы вместе, есть хорошее изменение, контуры заземления.Контуры заземления обычно вызывают жужжание звуковых сигналов и помехи b

.

Шлейф заземления

Обновлено с новым материалом 7 января 2019

Этот набор гр. 50 слайдов — это кульминация моего 25-летнего опыта создания многочисленных усилителей мощности и предусилителей. Я впервые начал заниматься аудио примерно в 1975 или 76 годах, когда был подростком. Некоторые из моих творений были достаточно тихими — благодаря чистой удаче — а другие ужасно гудели и шипели. Позже мои навыки резко улучшились, особенно после прочтения одной из книг Генри Отта примерно в 1988/89 году во время разработки цифрового панельного индикатора с очень высоким разрешением для промышленных приложений в компании, в которой я работал.Затем я оставил DIY-аудио примерно на 15 лет (карьера, семья и т. Д.), Вернувшись к этой теме около 15 лет назад, забыв многие свои практические навыки. Путь от теории электромагнетизма, изложенной на многочисленных веб-сайтах, в заметках по применению и в публикациях на различных веб-форумах, к созданию тихих усилителей каждый раз непрост и требует некоторой практики. Основная теория может быть чрезвычайно сложной, однако, приложив определенные усилия и сосредоточившись, вы сможете быстро освоить основы. Этот набор слайдов посвящен несимметричным межсоединениям (также известным как «несимметричный»), в которых используются стандартные разъемы RCA для фонокорректора, поскольку именно здесь чаще всего возникают проблемы.

Когда дело доходит до гудящих и шипящих усилителей, хороших практических советов мало, хотя часто ошибочные мнения по этому поводу, кажется, легко найти.

Эта презентация (, работа над которой будет продолжаться и время от времени будет расширяться ) предназначена для быстрого запуска и запуска аудиоконструкторов как на этапе строительства / планирования, так и при отладке. Мы надеемся, что он также послужит полезным справочником для всех, кто хочет узнать немного больше об ЭМС применительно к усилителям.Одна важная вещь о EMC: вы никогда не перестанете учиться и находить новые проблемы, которые нужно решать.

Контуры заземления

Вот отличные посты участника DIYaudio Илимзна на эту тему, которые я собрал в один документ.

Отличные посты «Илимзна» на кольцах

Вот дополнительный материал

Рекомендации по проектированию печатной платы усилителя для минимизации шума

Для некоторых практических примеров малошумящих усилителей, использующих эти методы, см. Nx-Amplifier и sx-Amplifier на сайте www.hifisonix.com

Вот некоторые коммерческие продукты, в которых используются методы, описанные в презентации: www.ovationhifidelity.com

На рисунке ниже показана внутренняя проводка одного из двух усилителей nx, которые я построил с нулевым шумом или гудением. Силовая проводка плотно связана, а сигнальная проводка для небольших сигналов находится вдали от трансформатора и другой силовой проводки. На печатной плате блока питания пристальное внимание к Т-образному соединению конденсатора и заземлению по схеме звезды приводит к исключительно тихому усилителю.

Наконец, вот видео на YouTube о том, КАК НЕ РАЗРАБАТЫВАТЬ ЗАЗЕМНЫЕ ПЕТЛИ. действительно сбивает с толку , так это то, что если вы наберете «Ground Loops» в Google, это, вероятно, будет первое упоминание, которое появится в списке.

Все основные правила техники безопасности относительно заземления с помощью «заземлителя» полностью нарушены, и проблема шума фактически не решена — они обошли проблему и сделали изделие полностью небезопасным.При работе с потенциальным нарушением безопасности возникает следующий вопрос: «Что произойдет, если токоведущий провод отсоединится и коснется входного разъема или любых других металлических конструкций продукта без подключения защитного заземления?» Если ответ будет «это было бы в живом потенциале» не делайте этого! Никогда и никогда не используйте землеройные машины указанным способом, чтобы избавиться от шума — это просто опасно и незаконно. Период.

,

Предотвращение образования контуров заземления в конструкции вашей печатной платы | Блог о проектировании печатных плат

Altium Designer

| & nbsp 30 марта 2018 г.

Я думаю, мы все там были.Вы покупаете эту потрясающую стереосистему только для того, чтобы слышать знакомый гудящий звук на заднем плане. Когда вы приносите его обратно в магазин, продавец обвиняет производителя. Затем производитель стереосистемы обвиняет производителя компонентов, и производитель компонентов не может никого винить. На самом деле источником проблемы являются контуры заземления, которые образуются из-за некачественной конструкции.

Контуры заземления создают шум в электрических цепях. В плоскостях заземления могут существовать большие токи, а разница напряжений между соединениями заземления приводит к образованию контура заземления.Звон или гудение в некоторых аудиосистемах — лишь одно из проявлений шума контура заземления.

Почему вообще важна маршрутизация по земле?

Если вы помните свой класс «Электроника 101», вы знаете, что все электрические токи движутся по замкнутым контурам. На печатной плате сигналы маршрутизируются вокруг платы с использованием сигнальных и близлежащих обратных трасс. Когда сигнал достигает полной мощности и проходит через плату, сигнальная и обратная трассы создают токовую петлю. Сила индуцированного обратного тока зависит от ряда факторов.Если мы кратко рассмотрим дорожку и ее заземляющую пластину изолированно, ток индуцируется в заземляющей пластине через паразитную емкость между дорожкой и ее заземляющей пластиной.

Так почему это важно? Если дорожка расположена ближе к плоскости заземления, емкостное сопротивление, воспринимаемое сигналом на дорожке, будет ниже, что вынуждает обратный путь следовать ближе к области под дорожкой. Это означает, что если вы хотите обеспечить надежный обратный сигнал на землю, ваш сигнал и возврат должны быть расположены как можно ближе друг к другу.Размещение сигнальной дорожки ближе к ее заземляющей пластине обеспечит более низкую индуктивность контура, что помогает снизить восприимчивость к электромагнитным помехам. Помещая заземляющую пластину ниже сигнальных дорожек, возвратный сигнал будет естественным образом формироваться ниже сигнальной дорожки, и ваша цепь будет завершена.

Соединения заземления

Когда заземляющая пластина расположена непосредственно под плоскостью, содержащей ваши сигнальные дорожки, все ваши сигнальные дорожки будут индуцировать свой собственный обратный путь непосредственно в заземляющей пластине.Это должно продемонстрировать удобство использования большой плоскости заземления для маршрутизации обратных сигналов, а не маршрутизации обратных трасс по отдельности.

Нет заземления — идеальный проводник; у него есть сопротивление и реактивность. Если две сигнальные дорожки соединяются с землей в разных точках, между этими двумя соединениями может существовать небольшой перепад напряжения. Это основной источник контуров заземления печатной платы в плоскости заземления. Потенциалы контура заземления и обратного пути обычно составляют порядка микровольт, но этого все же достаточно, чтобы вызвать проблемы с целостностью сигнала, особенно в слаботочных устройствах.

Правильное планирование может уменьшить несколько потенциальных проблем контура заземления

Хотя шум, который возникает из-за контуров заземления, невозможно полностью устранить, его можно значительно уменьшить, так что его влияние на целостность сигнала сведено к минимуму. Вместо того, чтобы соединять заземляющие соединения в разных точках, лучше провести трассы к заземляющему соединению с помощью заземляющего слоя. Это сводит к минимуму любую разность потенциалов между соединениями заземляющих проводов печатных плат, просто уменьшая расстояние между ними.

Возврат заземления к источнику питания также должен быть подключен к заземляющей пластине в одной точке. Когда пластина заземления подключена к источнику питания только в одной точке, вся пластина заземления будет иметь почти одинаковый потенциал. Если заземляющая пластина подключена к обратной линии источника питания в нескольких точках, могут образоваться контуры заземления из-за разницы напряжений между этими подключениями. Использование единой и правильной точки заземления устраняет эти петли.

Правильная топология

К сожалению, только более простые конструкции с низким уровнем взаимосвязанности компонентов позволят разместить заземляющую пластину, которая проходит под каждой дорожкой сигнала.Расширение заземляющего слоя ниже сигнальных дорожек обычно является хорошей идеей для низкочастотных устройств. Сохранение небольшой площади, ограниченной дорожками сигнала и заземляющей поверхностью, также снижает восприимчивость к внешним электромагнитным помехам.

Распределение большой заземляющей поверхности под каждым компонентом может быть нежелательным даже в высокочастотных приложениях. Например, в схемах высокочастотных смешанных сигналов, управляемых кварцевыми генераторами, размещение заземляющего слоя непосредственно под тактовым сигналом создает патч-антенну с центральным питанием.Это фактически усугубит проблемы с электромагнитными помехами, и целостность сигнала, вероятно, будет ухудшена без значительного экранирования.

Если вы решите использовать несколько плоскостей заземления, можно предотвратить образование контуров заземления между плоскостями заземления, используя правильную топологию. Вместо того, чтобы соединять плоскости заземления в кольцевой или гирляндной топологии, плоскости заземления могут быть подключены к земле источника питания в топологии звезды. Последовательное соединение ваших заземляющих плоскостей может привести к образованию контуров заземления между заземляющими плоскостями.Топология «звезда» соединяет каждую плоскость напрямую с источником питания и исключает петли между заземляющими плоскостями.

Используйте топологию звезды для соединения нескольких заземляющих плоскостей

Если в вашем проекте используется несколько плоскостей заземления, старайтесь избегать трассировки трасс по нескольким плоскостям заземления. Трассы следует прокладывать только по их собственной заземляющей плоскости. Это особенно важно при проектировании смешанных сигналов. Например, если цифровой сигнал маршрутизируется по аналоговой заземляющей поверхности, между цифровыми и аналоговыми сигналами может возникнуть шумовая связь.Это сводит на нет всю цель звездной топологии.

Инструмент PDN Analyzer ™ в Altium Designer® позволяет оптимизировать проект, сводя к минимуму проблемы целостности сигнала. Кроме того, интерфейс 3D-дизайна печатной платы, безусловно, может помочь визуализировать ваши проекты. Чтобы узнать больше, поговорите с экспертом Altium сегодня.

,