Виды контуров заземления: Контур заземления: разновидности, подключение

Назначение разных видов заземления и нормы по их установке

Заземление – система защитного контура, для предотвращения поражения током при замыкании фазы на корпус. Назначение, виды и способы его монтажа – это основные вопросы, стоящие перед каждым собственником жилья и производственного помещения.

Заземляющее устройство – это конструкция, оснащенная заземлителем и заземляющими проводниками.

Содержание

Виды заземления в зависимости от удаления объекта от защитного контура

По этой характеристике, виды заземляющих устройств подразделяют:

  • выносное;
  • контурное устройство.

Разберем каждое из них подробнее.

Выносное устройство

При этом типе, расположение заземлителя производится за пределами помещения. Выносное (сосредоточенное) защитное устройство монтируют при невозможности оснащения контура на участке со скальным, каменистым грунтом, либо при наличии за участком наиболее подходящего для заземления качества земли.

Разброс производственного оборудования на значительном расстоянии друг от друга – это еще одна причина установки выносной системы.

К преимуществу этого типа, относят возможность выбора места установки с лучшими свойствами грунтов, с малым уровнем сопротивления. К таким грунтам относят – глинистый или песчаный влажный грунт. Но есть у способа существенный минус. Значение коэффициента касания проводника равно 1, из-за удаленности от производственных объектов.

Такой вид защиты монтируют для обслуживания объектов с малыми токами короткого замыкания (не более кВ). Потенциальное напряжение при касании поврежденного участка цепи не меньше потенциала заземлителей.

Контурное устройство

Заземляющие электроды располагаются равномерно, по границам контура обслуживаемого участка и на нем самом. Поэтому, второе название этого типа – распределенное.

При таком способе установки заземлителей, безопасность использования приборами обеспечивается понижением потенциалов на каждом заземлителе и потенциалы их выравниваются. Такой метод позволяет понижать пиковый ток КЗ. Одиночнорасположенные на территории контура заземлители позволяют решать эту проблему.

Каждый метод заземления, при долгой эксплуатации, может повысить сопротивление контура. Для раннего обнаружения неисправности, необходимо периодически осматривать контур и подтягивать гайки на креплении проводов.

Обустройство повторного заземления

Данный метод позволяет понижать опасное для человека значение тока замыкания и других повреждений проводки и электрических приборов. При этом, повторное заземление – это отдельно расположенная и независимая от основного контура система заземлителей.

Установка предусматривает срабатывание в аварийной ситуации ближайшего автомата защиты. Наиболее часто, повторным способом, обустраивается старое здание с устаревшей двухжильной алюминиевой проводкой. Проводку ведут к каждому потребителю от места сварки концевого контакта на основании контура. На корпус щита провода закреплены с помощью болтов и гаек с гроверами.

Виды заземления в зависимости от подведения проводки

До проведения работ по электропроводке здания, необходимо сделать выбор способа подключения к внутридомовой сети провода земли и вида контура защиты. Приведем расшифровку аббревиатур, применяемых в названии видов подводки кабеля:

  • I – изолированная проводка;
  • N – обозначает подключение к нейтральному проводу;
  • Т – символ, обозначающий подключение к заземляющему проводу.

Принята мировая система заземления, в которую входят три основных вида.

IT- система

Практически неприменяемая система в жилищном строительстве. При ней используют сопротивление с большим номиналом или через воздушную прослойку. Применяется этот вид заземления в лабораторных и лечебных помещениях. Служит для обеспечения большого уровня защиты для оборудования и приборов, требующих при обслуживании значительного уровня безопасности и стабильности.

По правилам ПУЭ, для частного хозяйственного строительства, можно использовать систему с независимыми заземлителями.

Система ТТ

Провода подводят к щитовой, на вводе в здание с двумя заземлителями. Наиболее часто применяют для обслуживания систем источников напряжения в сети и на металлическом покрытии системы без изоляции. Значительные показатели работы нулевой проводки на расстоянии от трансформаторов тока до потребителя электроэнергии.

При монтаже может возникнуть сложность, связанная с подбором диаметра проводки для обеспечения безопасности самого заземления. Для этих целей в данный вид подведения провода, устанавливается система отключения.

TN-система

Это, наиболее распространенный вид проведения заземляющего проводника с заземлением нейтрального провода, позволяет подключать к нейтрали всех потребителей тока данного здания.

Подключается все оборудование к заземлению через провода ноля. Все токопроводящие корпуса оборудование и приборы в электрощитовых и других потребителей, при коротком замыкании на корпуса, выключаются от сети с помощью автоматов и предохраняют человека, находящегося в помещении от поражения электротоком.

Она подразделяется на следующие виды:

  1. Система TN – 5. Вид подведения заземления и нулевого провода двумя отдельными проводниками. Такой способ на сегодняшний день является наиболее безопасной для человека. Проводку от источника питания, при этом способе, ведут с использованием трехжильного медного провода с соответствующим сечением для данного здания и количества потребителей. Как правило, для подведения фазы используют коричневый или черный проводник, ноль подводят голубым или синим проводом, а для подведения заземления используется желто-зеленый цвет изоляции.
  2. Система TN-C-S, в ней подводятся к электрощиту два провода, а именно провод нейтрали и провод фазы. И уже в щитке производят разделение ноля на два проводника, один из которых ноль, а второй провод заземления. Для обеспечения надежной и безопасной защиты в щитке требуется устанавливать дополнительный автомат отключения после разводки проводников.

При использовании медных многожильных проводников в проводке старого здания, не оснащенного защитным контуром, появляется оснастить электросеть надежной защитой.

Такая система хорошо предохраняет проводку и бытовые приборы при попадании молнии. При установке УЗО повышается уровень безопасности человека. К минусам можно отнести — установка дополнительного оборудования и снижение безопасности при обслуживании загородного дома.

Сечение проводки и выбор конструкции заземляющих контуров – одни из основных характеристик при проведении монтажа одного из видов заземляющего контура.

Для проведения работ по изготовлению контура заземления используются различные заземлители из искусственных или натуральных металлов. Исходя из пункта 1,7,109 Правил установки, могут быть использованы железобетонный или металлический участок здания, находящиеся в земле защитные оболочки кабелей, погружаемые в скважины трубы и другие.

Нельзя подключать провода заземления к газовым трубопроводам, трубам канализации, отопительным трубопроводам. Но для выравнивания потенциалов тока, данные участки можно использовать.

При мощности электрической сети здания более кВт, его необходимо оборудовать системой заземления. Виды заземления используются для обеспечения безопасной работы сети тока, но величина сопротивления не должна превышать величины 4 Ом.

Заземлители (заземляющие колья, забиваемые в землю для создания контура заземления) обязательно выполняются из меди, оцинкованного или черного металла. Все значения размеров заземлителей и других составляющих контура, приведены в пунктах ПУЭ.

Горизонтальная перемычка контура заземления должна быть заглублена в грунт не менее полуметра, в случае легкого грунта заглублять его следует не менее метра. Горизонтальные перемычки на сопротивление контура влияют больше чем вертикальные заземлители.

При необходимости устанавливается повторный контур заземления электрической сети.

При выборе сечения необходимо ознакомится с требованиями ПУЭ, но провод заземления не может быть меньше провода фазы.

Заземление не сможет заменить автоматический разрыватель цепи и УЗО, а они не смогут выполнить работу заземления.

виды, защитное заземление, заземляющее устройство

Защитное заземление — это система, созданная для предупреждения воздействия электрического тока на человека, путём преднамеренного соединения с землёй корпуса и нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением. Системы заземления могут быть естественными и искусственными.

Какие виды систем заземления существуют и что такое защитное заземление?Какие виды систем заземления существуют и что такое защитное заземление?

Что такое заземление и зачем оно нужно?

Заземляющие устройства представляют собой преднамеренное соединение проводниками электрического типа различных точек электросети.

Назначение заземления заключается в предотвращении воздействия электрического тока на человека. Ещё одно назначение защитного заземления — отведение напряжения с корпуса электроустановки через устройство заземления на землю.

Основная цель применения заземления — снижение уровня потенциала между точкой, которая заземляется и землёй. Тем самым понижается сила тока до наименьшего уровня и уменьшается количество поражающих факторов при соприкосновении с деталями электрических приборов и установок, в которых произошел пробой на корпус.

Что такое нейтраль?

Нейтраль — это нулевой защитный проводник, который соединяет между собой нейтрали электроустановок в трехфазных сетях электрического тока. Сфера использования — зануление электроустановок.

Понижающая подстанция, где находится трансформаторная установка, оснащена своим контуром заземления. Этот контур состоит из стальной шины и прутов, закопанных специальным образом в землю. К источникам потребления в электрощиток от подстанции проложен кабель, имеющий 4 жилы. Когда потребителю электроэнергии нужно питание от цепи трехфазного типа, то все 4 жилы должны быть подключены. Когда к жилам подключается разная нагрузка, в системе происходит смещение нейтрали, чтобы предотвратить это смещение, используется нулевой проводник. Он помогает симметрично распределить нагрузку на все фазы.

Что такое PE и PEN проводники?

PEN-проводник — это проводник, совмещающий в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника. Он идет от подстанции и разделяется на PE и N проводники, непосредственно у потребителя.

PE-проводник — это защитное заземление, которое мы используем, например,  в квартире в розетке с заземлением. PE-проводник используется для заземления устройств, установок и приборов, где уровень напряжения не превышает 1 кВ.

Данный тип заземления используется только для гарантии безопасности. Такое заземление обеспечивает непрерывное соединение всех открытых и внешних деталей. Механизм обеспечивает стекание тока на землю, которое появилось вследствии попадания электрического тока на корпус какого-либо устройства.

PEN-проводник (объединение нулевого защитного и нулевого рабочего проводника) применяется при использовании системы заземления типа TN-C.

shema-razdeleniya-pen-provodnika-na-re-i-nshema-razdeleniya-pen-provodnika-na-re-i-n

Виды систем искусственного заземления

В классификации систем заземления есть естественные и искусственные типы заземления.

Системы заземления искусственного типа:

Виды заземления — расшифровка названия:

  • T — заземление;
  • N — подсоединение проводника к нейтрали;
  • I -изолирование;
  • C — объединение опций функционального и нулевого провода защитного типа;
  • S — раздельное использование проводов.

Многих людей интересует вопрос о том, что называют рабочим заземлением. По-другому его называют функциональным. Ответ на данный вопрос даёт пункт 1.7.30 ПУЭ. Это заземлерие точек токоведущих частей электрической установки. Применяется для обеспечения функционирования электрических приборов или установок, а не в защитных целях.

Также многих волнует вопрос о том, а что такое защитное заземление. Это процесс заземления устройств с целью обеспечения электробезопасности.

Системы с глухозаземленной нейтралью системы заземления TN

К таким системам относятся:

Согласно п. 1.7.3 ПУЭ TN-система — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

TN включает в себя такие элементы, как:

  • заземлитель средней точки, которая относится к источнику питания;
  • внешние проводящие части устройства;
  • проводник нейтрального типа;
  • совмещенные проводники.

Нейтраль источника глухо заземлена, а внешние проводники установки подключены к глухозаземленной средней точке источника при помощи проводников защитного типа.

Сделать заземляющий контур можно только в электроустановках, мощность которых не превышает 1 кВ.

Система TN-C

В данной системе нулевой защитный и нулевой рабочий проводники, объединены в один PEN проводник. Они совмещены на всем протяжении системы. Полное название — Terre-Neutre-Combine.

Среди преимуществ TN-C можно выделить только легкий монтаж системы, который не требует больших усилий и денежных затрат. Для монтажа не требуется улучшение уже установленных кабельных и воздушных линий электропередачи, у которых есть всего 4 проводящих устройства.

Недостатки:

  • возрастает вероятность получения удара током;
  • возможно появление линейного напряжения на корпусе электрической установки во время обрыва электрической цепи;
  • высокая вероятность потери заземляющей цепи в случае повреждения проводящего устройства;
  • такая система защищает только от короткого замыкания.

Система TN-S

Особенность системы заключается в том, что электричество поставляется к потребителям через 5 проводников в трехфазной сети и через 3 проводника в однофазной сети.

Всего от сети отходит 5 проводящих источников, 3 из которых выполняют функцию силовой фазы, а оставшиеся 2 — это нейтральные проводники, подсоединенные к нулевой точке.

Конструкция:

  1. PN — нейтральный механизм, который задействован в схеме электрического оборудования.
  2. PE — глухозаземленный проводник, выполняющий защитную функцию.

Преимущества:

  • легкость монтажа;
  • низкая стоимость покупки и содержания системы;
  • высокая степень электробезопасности;
  • не требуется создание контура;
  • возможность использовать систему в качестве устройства от защиты утечки тока.

sistema-tn-ssistema-tn-s

Система TN-C-S

TN-C-S система предполагает разделение проводника PEN на PE и N в каком-то участке цепи. Обычно разделение происходит в щитке в доме, а до этого они совмещены.

Достоинства:

  • простое устройство защитного механизма от попадания молний;
  • наличие защиты от короткого замыкания.

Минусы использования:

  • слабый уровень защиты от сгорания нулевого проводника;
  • возможность появления фазного напряжения;
  • высокая стоимость монтажа и содержания;
  • напряжение не может быть отключено автоматикой;
  • отсутствует защита от тока на открытом воздухе.

sistema-tn-c-ssistema-tn-c-s

Система TT

TT разработана для обеспечения высокого уровня безопасности. Устанавливается на электростанциях с низким уровнем технического состояния, например, где используются оголенные провода, электроустановки, которые расположены на открытом воздухе или закреплены на опорах.

TT монтируется по схеме четырех проводников:

  • 3 фазы, подающие напряжение, смещаются под углом 120° между собой;
  • 1 общий ноль выполняет совмещенные функции рабочего и защитного проводника.

Преимущества TT:

  • высокий уровень устойчивости к деформации провода, ведущего к потребителю;
  • защита от КЗ;
  • возможность использования на электроустановках высокого напряжения.

Недостатки:

  • сложное устройство защиты от молний;
  • невозможность отследить фазы короткого замыкания электрической цепи.

sistema-ttsistema-tt

Системы с изолированной нейтралью

В ходе передачи и распределения электрического тока на потребителей применяется трехфазная система. Это дает возможность обеспечить симметричность и равномерное распределение нагрузки по току.

Такое устройство создает режим, предусматривающий использование трансформаторной будки и генераторов. Их нейтральные точки не оснащены контуром заземления.

Изолированный тип нейтрали применяется в схеме питания при соединении вторичных обмоток трансформаторных установок по схеме треугольника и при отсутствии питания во время аварийный ситуаций. Такая сеть представляет собой замещающую цепь.

Изолированная нейтраль способствует пробиванию изоляционного покрытия при коротком замыкании и возникновению короткого замыкания на других фазах.

Система IT

Система IT с напряжением до 1000 В обеспечивает заземление через высокий уровень сопротивления и оснащена нейтралью источника питания.

Все внешние элементы электроустановки, которые выполнены из материалов, проводящих ток, заземляются. Среди преимуществ можно выделить невысокие показатели утечки тока во время однофазного КЗ электрической сети. Установка с таким механизмом может функционировать долгое время даже при аварийных ситуациях. Между потенциалами отсутствует разность.

Недостаток: защита от тока не срабатывает при замыкании на землю. Во время работы в режиме однофазного КЗ возрастает вероятность поражения током при прикосновении ко второй фазе установки.

Заземление. Что это такое и как его сделать (часть 1) / Хабр

Мой рассказ будет состоять из трёх частей.

1 часть. Заземление
(общая информация, термины и определения)

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

В первой части (теория) я опишу терминологию, основные виды заземления (назначение) и предъявляемые к заземлению требования.
Во второй части (практика) будет рассказ про традиционные решения, применяемые при строительстве заземляющих устройств, с перечислением достоинств и недостатков этих решений.
Третья часть (практика) в некотором смысле продолжит вторую. В ней будет содержаться описание новых технологий, используемых при строительстве заземляющих устройств. Как и во второй части, с перечислением достоинств и недостатков этих технологий.

Если читатель обладает теоретическими знаниями и интересуется только практической реализацией — ему лучше пропустить первую часть и начать чтение со второй части.

Если читатель обладает необходимыми знаниями и хочет познакомиться только с новинками — лучше пропустить первые две части и сразу перейти к чтению третьей.

Мой взгляд на описанные методы и решения в какой-то степени однобокий. Прошу читателя понимать, что я не выдвигаю свой материал за всеобъемлющий объективный труд и выражаю в нём свою точку зрения, свой опыт.

Некоторая часть текста является компромиссом между точностью и желанием объяснить “человеческим языком”, поэтому допущены упрощения, могущие “резать слух” технически подкованного читателя.



1 часть. Заземление
В этой части я расскажу о терминологии, об основных видах заземления и о качественных характеристиках заземляющих устройств.
А. Термины и определения
Б. Назначение (виды) заземления
Б1. Рабочее (функциональное) заземление
Б2. Защитное заземление
Б2.1. Заземление в составе внешней молниезащиты
Б2.2. Заземление в составе системы защиты от перенапряжения (УЗИП)
Б2.3. Заземление в составе электросети
В. Качество заземления. Сопротивление заземления.
В1. Факторы, влияющие на качество заземления
В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом
В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)
В2. Существующие нормы сопротивления заземления
В3. Расчёт сопротивления заземления
А. Термины и определения
Чтобы избежать путаницы и непонимания в дальнейшем рассказе — начну с этого пункта.
Я приведу установленные определения из действующего документа “Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ)” в последней редакции (глава 1.7 в редакции седьмого издания).
И попытаюсь “перевести” эти определения на “простой” язык.

Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством (ПУЭ 1.7.28).
Грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток. Также он являться некоторой “общей” точкой в электросхеме, относительно которой воспринимается сигнал.

Заземляющее устройство — совокупность заземлителя/ заземлителей и заземляющих проводников (ПУЭ 1.7.19).
Это устройство/ схема, состоящее из заземлителя и заземляющего проводника, соединяющего этот заземлитель с заземляемой частью сети, электроустановки или оборудования. Может быть распределенным, т.е. состоять из нескольких взаимно удаленных заземлителей.

На рисунке оно показано толстыми красными линиями:


Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с грунтом (ПУЭ 1.7.15).

Проводящая часть — это металлический (токопроводящий) элемент/ электрод любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро 🙂 и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки.
Конфигурация заземлителя (количество, длина, расположение электродов) зависит от требований, предъявляемых к нему, и способности грунта “впитывать” в себя электрический ток идущий/ “стекающий” от электроустановки через эти электроды.

На рисунке он показан толстыми красными линиями:


Сопротивление заземления — отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю (ПУЭ 1.7.26).

Сопротивление заземления — основной показатель заземляющего устройства, определяющий его способность выполнять свои функции и определяющий его качество в целом.
Сопротивление заземления зависит от площади электрического контакта заземлителя (заземляющих электродов) с грунтом (“стекание” тока) и удельного электрического сопротивления грунта, в котором смонтирован этот заземлитель (“впитывание” тока).

Заземляющий электрод (электрод заземлителя) — проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с локальной землей (ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 3.21)

Повторюсь: в качестве проводящей части может выступать металлический (токопроводящий) элемент любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро 🙂 и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки.

На рисунке они показаны толстыми красными линиями:


Далее определения, не встречающиеся или не описанные достаточно точно в стандартах и нормах, поэтому имеющие только мое описание.

Контур заземления — “народное” название заземлителя или заземляющего устройства, состоящего из нескольких заземляющих электродов (группы электродов), соединенных друг с другом и смонтированных вокруг объекта по его периметру/ контуру.

На рисунке объект обозначен серым квадратом в центре,
а контур заземления — толстыми красными линиями:


Удельное электрическое сопротивление грунта — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» грунта как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземляющего электрода.
Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности
прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).
Б. Назначение (виды) заземления
Заземление делится на два основных вида по выполняемой роли — на рабочее (функциональное) и защитное. Также в различных источниках приводятся дополнительные виды, такие как: “инструментальное”, “измерительное”, “контрольное”, “радио”.
Б1. Рабочее (функциональное) заземление
Это заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) (ПУЭ 1.7.30).

Рабочее заземление (электрический контакт с грунтом) используется для нормального функционирования электроустановки или оборудования, т.е. для их работы в ОБЫЧНОМ режиме.

Б2. Защитное заземление
Это заземление, выполняемое в целях электробезопасности (ПУЭ 1.7.29).

Защитное заземление обеспечивает защиту электроустановки и оборудования, а также защиту людей от воздействия опасных напряжений и токов, могущих возникнуть при поломках, неправильной эксплуатации техники (т.е. в АВАРИЙНОМ режиме) и при разрядах молний.
Также защитное заземление используется для защиты аппаратуры от помех при коммутациях в питающей сети и интерфейсных цепях, а также от электромагнитных помех, наведенных от работающего рядом оборудования.

Подробнее защитное назначение заземления можно рассмотреть на двух примерах:

  • в составе внешней молниезащитной системы в виде заземленного молниеприёмника
  • в составе системы защиты от импульсного перенапряжения
  • в составе электросети объекта
Б2.1. Заземление в составе молниезащиты
Молния — это разряд или другими словами «пробой», возникающий ОТ облака К земле, при накоплении в облаке заряда критической величины (относительно земли). Примерами этого явления в меньших масштабах является “пробой” (wiki) в конденсаторе и газовый разряд (wiki) в лампе.

Воздух — это среда с очень большим сопротивлением (диэлектрик), но разряд преодолевает его, т.к. обладает большой мощностью. Путь разряда проходит по участкам наименьшего сопротивления, таким как капли воды в воздухе и деревья. Этим объясняется корнеобразная структура молнии в воздухе и частое попадание молнии в деревья и здания (они имеют меньшее сопротивление, чем воздух в этом промежутке).
При попадании в крышу здания, молния продолжает свой путь к земле, также выбирая участки с наименьшим сопротивлением: мокрые стены, провода, трубы, электроприборы — таким образом представляя опасность для человека и оборудования, находящихся в этом здании.


Молниезащита предназначена для отвода разряда молнии от защищаемого здания/ объекта. Разряд молнии, идущий по пути наименьшего сопротивления попадает в металлический молниеприёмник над объектом, затем по металлическим молниеотводам, расположенным снаружи объекта (например, на стенах), спускается до грунта, где и расходится в нём (напоминаю: грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток).

Для того, чтобы сделать молниезащиту «привлекательной» для молнии, а также для исключения распространения молниевых токов от деталей молниезащиты (приёмник и отводы) внутрь объекта, её соединение с грунтом производится через заземлитель, имеющий низкое сопротивление заземления.

Заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает полный и быстрый переход молниевых токов в грунт, не допуская их распространение по объекту.

Б2.2. Заземление в составе системы защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП)
УЗИП предназначено для защиты электронного оборудования от заряда, накопленного на каком-либо участке линии/сети в результате воздействия электромагнитного поля (ЭМП), наведенного от рядом стоящей мощной электроустановки (или высоковольтной линии) или ЭМП, возникшего при близком (до сотен метров) разряде молнии.

Ярким примером этого явления является накопление заряда на медном кабеле домовой сети или на “пробросе” между зданиями во время грозы. В какой-то момент приборы, подключенные к этому кабелю (сетевая карта компьютера или порт коммутатора), не выдерживают «размера» накопившегося заряда и происходит электрический пробой внутри этого прибора, разрушающий его (упрощенно).
Для “стравливания” накопившегося заряда параллельно “нагрузке” на линию перед оборудованием ставит УЗИП.


Классический УЗИП представляет собой газовый разрядник (wiki), рассчитанный на определенный «порог» заряда, который меньше “запаса прочности” защищаемого оборудования. Один из электродов этого разрядника заземляется, а другой — подключается к одному из проводов линии/ кабеля.

При достижении этого порога внутри разрядника возникает разряд 🙂 между электродами. В результате чего накопленный заряд сбрасывается в грунт (через заземление).

Как и в молниезащите — заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает своевременное и гарантированное возникновение разряда в УЗИПе, не допуская превышение заряда на линии выше безопасного для защищаемого оборудования уровня.

Б2.3. Заземление в составе электросети
Третий пример защитной роли заземления — это обеспечение безопасности человека и электрооборудования при поломках/ авариях.

Проще всего такая поломка описывается замыканием фазного провода электросети на корпус прибора (замыкание в блоке питания или замыкание в водонагревателе через водную среду). Человек, коснувшийся такого прибора, создаст дополнительную электрическую цепь, через которую побежит ток, вызывающий в теле повреждения внутренних органов — прежде всего нервной системы и сердца.

Для устранения таких последствий используется соединение корпусов с заземлителем (для отвода аварийных токов в грунт) и защитные автоматические устройства, за доли секунды отключающие ток при аварийной ситуации.

Например, заземление всех корпусов, шкафов и стоек телекоммуникационного оборудования.

В. Качество заземления. Сопротивление заземления.
Для корректного выполнения заземлением своих функций оно должно иметь определенные параметры/ характеристики. Одним из главных свойств, определяющих качество заземления, является сопротивление растеканию тока (сопротивление заземления), определяющее способность заземлителя (заземляющих электродов) передавать токи, поступающие на него от оборудования в грунт.
Это сопротивление имеет конечные значения и в идеальном случае представляет собой нулевую величину, что означает отсутствие какого-либо сопротивления при пропускании «вредных» токов (это гарантирует их ПОЛНОЕ поглощение грунтом).
В1. Факторы, влияющие на качество заземления
Сопротивление в основном зависит от двух условий:
  • площадь ( S ) электрического контакта заземлителя с грунтом
  • электрическое сопротивление ( R ) самого грунта, в котором находятся электроды

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом.
Чем больше будет площадь соприкосновения заземлителя с грунтом, тем больше площадь для перехода тока от этого заземлителя в грунт (тем более благоприятные условия создаются для перехода тока в грунт). Это можно сравнить с поведением автомобильного колеса на повороте. Узкая покрышка имеет небольшую площадь контакта с асфальтом и легко может начать скользить по нему, “отправив” автомобиль в занос. Широкая покрышка, да еще и немного спущенная, имеет много бОльшую площадь контакта с асфальтом, обеспечивая надежное сцепление с ним и, следовательно, надежный контроль за движением.(Пример оказался неграмотным. Спасибо SVlad — комментарий: habrahabr.ru/post/144464/#comment_4854521)

Увеличить площадь контакта заземлителя с грунтом можно либо увеличив количество электродов, соединив их вместе (сложив площади нескольких электродов), либо увеличив размер электродов. При применении вертикальных заземляющих электродов последний способ очень эффективен, если глубинные слои грунта имеют более низкое электрическое сопротивление, чем верхние.

В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)
Напомню: это величина, определяющая — как хорошо грунт проводит ток через себя. Чем меньшее сопротивление будет иметь грунт, тем эффективнее/ легче он будет “впитывать” в себя ток от заземлителя.

Примерами грунтов, хорошо проводящих ток, является солончаки или сильно увлажненная глина. Идеальная природная среда для пропускания тока — морская вода.
Примером “плохого” для заземления грунта является сухой песок.

(Если интересно, можно посмотреть таблицу величин удельного сопротивления грунтов, используемых в расчётах заземляющих устройств).

Возвращаясь к первому фактору и способу уменьшения сопротивления заземления в виде увеличения глубины электрода можно сказать, что на практике более чем в 70% случаев грунт на глубине более 5 метров имеет в разы меньшее удельное электрическое сопротивление, чем у поверхности, за счет большей влажности и плотности. Часто встречаются грунтовые воды, которые обеспечивают грунту очень низкое сопротивление. Заземление в таких случаях получается очень качественным и надежным.
В2. Существующие нормы сопротивления заземления
Так как идеала (нулевого сопротивления растеканию) достигнуть невозможно, все электрооборудование и электронные устройства создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления, например 0.5, 2, 4, 8, 10, 30 и более Ом.

Для ориентирования приведу следующие значения:

  • для подстанции с напряжением 110 кВ сопротивление растеканию токов должно быть не более 0,5 Ом (ПУЭ 1.7.90)
  • при подключении телекоммуникационного оборудования, заземление обычно должно иметь сопротивление не более 2 или 4 Ом
  • для уверенного срабатывания газовых разрядников в устройствах защиты воздушных линий связи (например, локальная сеть на основе медного кабеля или радиочастотный кабель) сопротивление заземления, к которому они (разрядники) подключаются должно быть не более 2 Ом. Встречаются экземпляры с требованием в 4 Ом.
  • у источника тока (например, трансформаторной подстанции) сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока или 220 В источника однофазного тока (ПУЭ 1.7.101)
  • у заземления, использующегося для подключения молниеприёмников, сопротивление должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п. 8)
  • для частных домов, с подключением к электросети 220 Вольт / 380 Вольт:
    • при использовании системы TN-C-S необходимо иметь локальное заземление с рекомендованным сопротивлением не более 30 Ом (ориентируюсь на ПУЭ 1.7.103)
    • при использовании системы TT (изолирование заземления от нейтрали источника тока) и применении устройства защитного отключения (УЗО) с током срабатывания 100 мА необходимо иметь локальное заземление с сопротивлением не более 500 Ом (ПУЭ 1.7.59)
В3. Расчёт сопротивления заземления
Для успешного проектирования заземляющего устройства, имеющего необходимое сопротивление заземления, применяются, как правило, типовые конфигурации заземлителя и базовые формулы для расчётов.

Конфигурация заземлителя обычно выбирается инженером на основании его опыта и возможности её (конфигурации) применения на конкретном объекте.

Выбор формул расчёта зависит от выбранной конфигурации заземлителя.
Сами формулы содержат в себе параметры этой конфигурации (например, количество заземляющих электродов, их длину, толщину) и параметры грунта конкретного объекта, где будет размещаться заземлитель. Например, для одиночного вертикального электрода эта формула будет такой:

Точность расчёта обычно невысока и зависит опять же от грунта — на практике расхождения практических результатов встречается в почти 100% случаев. Это происходит из-за его (грунта) большой неоднородности: он изменяется не только по глубине, но и по площади — образуя трёхмерную структуру. Имеющиеся формулы расчёта параметров заземления с трудом справляются с одномерной неоднородностью грунта, а расчёт в трёхмерной структуре сопряжен с огромными вычислительными мощностями и требует крайне высокую подготовку оператора.
Кроме того, для создания точной карты грунта необходимо произвести большой объем геологических работ (например, для площади 10*10 метров необходимо сделать и проанализировать около 100 шурфов длиной до 10 метров), что вызывает значительное увеличение стоимости проекта и чаще всего не возможно.

В свете вышесказанного почти всегда расчёт является обязательной, но ориентировочной мерой и обычно ведётся по принципу достижения сопротивления заземления “не более, чем”. В формулы подставляются усредненные значения удельного сопротивления грунта, либо их наибольшие величины. Это обеспечивает “запас прочности” и на практике выражается в заведомо более низких (ниже — значит лучше) значениях сопротивления заземления, чем ожидалось при проектировании.

Строительство заземлителей
При строительстве заземлителей чаще всего применяются вертикальные заземляющие электроды. Это связано с тем, что горизонтальные электроды трудно заглубить на большую глубину, а при малой глубине таких электродов — у них очень сильно увеличивается сопротивление заземления (ухудшение основной характеристики) в зимний период из-за замерзания верхнего слоя грунта, приводящее к большому увеличению его удельного электрического сопротивления.

В качества вертикальных электродов почти всегда выбирают стальные трубы, штыри/ стержни, уголки и т.п. стандартную прокатную продукцию, имеющую большую длину (более 1 метра) при сравнительно малых поперечных размерах. Этот выбор связан с возможностью легкого заглубления таких элементов в грунт в отличии, например, от плоского листа.

Подробнее о строительстве — в следующих частях.

Продолжение:


Алексей Рожанков, специалист технического центра "ZANDZ.ru"

При подготовке данной части использовались следующие материалы:

  • Публикации на сайте “Заземление на ZANDZ.ru”
  • Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ), часть 1.7 в редакции седьмого издания (гуглить)
  • ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96)
    Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации (гуглить)
  • Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87 (гуглить)
  • Собственный опыт и знания
Виды заземлений - какие бывают? Системы и назначение конструкции

Заземление – это намеренное соединение определенной части оборудования или электрической цепи с грунтом. Чаще всего, для заземления используется один или несколько штырей из металла необходимой длины и диаметра, забитых в грунт и соединенных вместе.

Заземление

Конструкцию соединяют с кабелем, подключенному к заземляемому устройству. Штыри и провод, металлическая полоса, связывающая их, место установки заземления, оговорено по правилам монтажа электрических установок.

Электроустановки подразделяются:

  1. С напряжением более 1 кВ с эффективно или глухо заземленной нейтралью.
  2. С напряжением более 1 кВ с заземленной через резистор или изолированной нейтралью.
  3. С напряжением менее 1 кВ с глухо заземленной нейтралью.
  4. С напряжением менее 1 кВ с изолированной нейтралью.

С учетом технических особенностей электросетей и электрической установки, для ее работы может быть необходима какая-либо токоотводящая конструкция. Обычно, до проектирования электрического устройства, определяют перечень требования, в которых указывают необходимую конструкцию.

Сейчас в мире используют единую систематизацию подобных устройств, в которую входят три системы:

  1. Система IT.
  2. Система TT.
  3. Система TN.

Эта аббревиатура расшифровывается так:

  • Символ I — изолированный.
  • Символ N — подключено к нейтрали.
  • Символ T — заземление.

Системы TN

Такие конструкции отличаются наличием глухо заземленной нейтрали и подсоединением к ней всех способных проводить электроэнергию элементов сети.

Подключение к нейтрали производят используя нулевые проводники.

Электрошкафы, щиты и корпуса приборов, подключают к проводнику PEN. Выполняется это для создания короткого замыкания, при пробивании проводки на корпус, в результате чего, защитные автоматы обесточивают сеть, идущую на вышедший из строя участок сети, таким образом, предупреждая поражение током людей, находящихся поблизости.

Система с нулевым и расчлененным рабочим проводником

Заземление

Система TN-S

Система TN-S для безопасности оборудована двумя, а не одним нулевым проводом, один из них служит как защитный провод, а второй используется в качестве нейтрального проводника, подключенного к глухо заземленной нейтрали. Эта конструкция сегодня является самой безопасной, способной эффективно защитить от удара электричеством.

Принцип работы этой конструкции состоит в том, что используют всего одну фазу для подачи рабочего напряжения и ноль.

Разводку производят проводом из трех жил, одна из которых служит как нуль и подключается к вводному проводу.

Система c проводом PEN и двумя нулями

Заземление

Система TN и TN-C-S

Здесь характерно использование в определенном месте оборудования, соединенного с нулевым проводом, расщепляющимся на два проводника: PE и N, для последующего заземления оборудования.

Для бесперебойной работы, система TN-C-S после места раздвоения, оборудуется еще одним заземлителем.

Положительные свойства этой системы:

  1. Простой переход на нее во время ремонта старых домов.
  2. Простая конструкция защиты от молнии.
  3. Возможность создания защиты проводки простыми автоматами от замыкания.

Минусы этой системы:

  1. Риск перегорания нулевого провода вне здания, что грозит пробоем корпусов из металла электротоком.
  2. Нужда в использовании оборудования для уравнивания потенциалов.
  3. Сложность в создании действенной защиты внегородской черты.

Для частных, хозяйственных строений, ПУЭ советуют использовать совершенно другую систему — TT.

Независимые заземлители

Заземление

Система TT

В конструкции системы TT есть два заземлителя:

  1. Для источника электротока.
  2. Для незащищенных металлических элементов системы.

Положительным свойством этой конструкции является повышенная работоспособность нулевого провода на промежутке от оборудования до места подачи напряжения и независимость PE провода.

Сложность может появиться только с использованием собственного заземлителя, так как непросто подобрать для него подходящий диаметр. Но такой минус компенсируется с помощью системы защитного отключения.

Система с изолированным нейтральным проводом

Заземление

Система IT

В большинстве случаев, в такой конструкции, нейтраль изолируют от земли, или создают необходимое зануление IT, используя устройство со значительным сопротивлением.

В домашних условиях, устройства такого типа не нашли применения, они практически не используются, но позволяют их применять для питания специальных устройств, для которых необходима безопасность и максимальная стабильность при работе, к примеру, в лабораториях и лечебных учреждениях.

Технологии заземляющих устройств

Есть несколько способов изготовления контура заземления.

Чаще всего, используют две из них:

  1. Модульно-штыревое заземление.
  2. Традиционное заземление.

Конструкция модульного заземления

Модульно-стержневое заземление

Для ее устройства используют стержни, из покрытого медью качественного металла. Их вертикально забивают в грунт на глубину около 1 м, диаметр стержней 14 мм. По краям стержня нарезают по 30 мм резьбы и так же покрывают ее медью.

Металлические части конструкции соединяют вместе латунными муфтами. По горизонтали их соединяют стальными полосами с латунными зажимами или используют для этого комплект медного провода. Также, устраивают соединение контура заземления и щитка-распределителя. Для защиты элементов заземления от коррозии, в комплект входит защитная паста.

Традиционное заземление

Стандартное заземление

Изготавливают такую систему из черного металла: полос, труб, уголка. На 3 м в грунт, с промежутком 5 м вбивают треугольником три металлических электрода. Далее, электроды соединяют в общий контур, используя металлическую полосу и электросварку.

Такое заземление имеет несколько отрицательных свойств (к примеру, трудоемкость создания контура и коррозия, разрушающая металл изделия), по этой причине, в наше время вместо нее стараются использовать более совершенный способ заземления.

Естественные заземляющие элементы

Фундамент подстанции

Чаще всего, их используют для заземления электрического оборудования. В качестве естественных заземлителей применяют металлические элементы различных ЖБ конструкций, к примеру, фундаменты подстанций и линий электропередач и фундаменты строений.

Дополнительно, для естественного заземления подключают части подземных коммуникаций, изготовленных из металла, к примеру, подходит броня кабелей и всевозможные трубопроводы, иногда допустимо подключать и наземные коммуникации, к примеру, подойдут для этой цели рельсовые пути.

Какие ЖБ изделия нельзя применять для заземления?

ЗаземлениеНе стоит подключать заземляющий провод к фундаментам, собранным из отдельных ЖБ элементов. Желательно связать прутья арматуры блоков, и только тогда допустимо подключать заземлитель. Иначе, лучше использовать искусственный заземлитель.

Для этого используют металлический проводник, вбитый вертикально или горизонтально в грунт. Иногда используют несколько таких проводников, связав их вместе. Важно, чтобы отдельные электроды контура, были вбиты на необходимую глубину.

Горизонтальный заземлитель желательно уложить на глубину 50 см, если грунт на участке легкий, то укладку электрода желательно производить на глубине 1 м. Важно то, что у горизонтальных проводников, сопротивление больше чем у вертикальных.

По этой причине, лучше использовать вертикальный заземлитель.

Толщина искусственных заземлителей:

  1. Металлический прут — сечение 10 мм;
  2. Оцинкованный металлический прут — сечение 6 мм;
  3. Металлический уголок — толщина 4 мм, полка 75 мм;
  4. Металлическая полоса — 4 мм;
  5. Брак или БУ трубы — 3,5 мм толщина стенки;
  6. Общее сечение проводников забиваемых в землю — 160 мм.

Заземление нейтрального проводника

В нашей стране, сети 6-35 кВ эксплуатируются с не глухо заземленной нейтралью. Использование таких сетей хорошо тем, что у них низкое значение токов замыкания на грунт, но при ОЗЗ, изготовленных из металла, в таких сетях повышается напряжение на целых фазах относительно земли до уровня линейного, что плохо в этом случае.

Коэффициент замыкания на грунт — отношение разницы потенциалов между землей и фазой при замыкании остальных фаз на землю к разнице между землей и фазой в сети.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

как работает контур, зачем заземлять объекты, защитное и рабочее

Заземление электрической сетиКак бытовые приборы, так и мощные заводские агрегаты являются электропотребителями. Их использование должно быть не только удобным, но и безопасным. Именно поэтому любые электрические сети, или потребители, должны иметь заземление — оно помогает не только защитить электроустановку от поломки, но иногда и спасти человеческую жизнь.

Устройства заземления и их виды

Устройство заземленияОдним из главных элементов электрических сетей является заземление.

Профессиональное определение заземления гласит, что это преднамеренное электросоединение сети, оборудования или электроустановки с заземляющим устройством, которое позволяет обеспечить защиту человека и животных от опасных токов прикосновения, снижающихся заземлением.

В простых словах, это проводник, соединённый с одной стороны с частями оборудования, которые не должны находиться под напряжением, а с другой — с элементом, выполняющим функцию заземлителя. В случае когда корпус непредвиденно попадает под напряжение, такая система отводит токи в землю, а прикоснувшийся к прибору человек не получит повреждений.

В зависимости от назначения, существуют два вида контуров заземления: защитный и рабочий. Каждый из них несёт определённую функцию. Защитное заземление предназначено для защиты людей от поражения электрическим током. Рабочее же обеспечивает безопасное функционирование оборудования, хотя в некоторых случаях способно выполнять роль защитного.

Заземлитель чаще выполняется из трёх железных прутов, полностью вбитых в почву и соединенных между собой металлическими полосами, в виде треугольника с равными сторонами. А чтобы от заземлителя не приходилось тянуть заземляющий проводник к каждой установке, используют аналогичные полосы, выполняющие роль шины, которая проходит по всему зданию или сооружению — уже от неё можно подключать заземления к оборудованию.

От шины до потребителя проходит проводник, значительно меньший по сечению, нежели рабочие кабели, и маркированный жёлтым или жёлто-зелёным цветом. Он подключается к корпусам электроустановок или к клеммам, которые впоследствии будут соединены через вилку с заземляющим проводом электроприбора.

Защитный заземляющий контур

В случае пробоя защитное заземление вполне способно выполнить роль рабочего, а также может спасти оборудование при попадании молнии — естественно, если существует громоотвод. Однако основная задача защитного контура заключается всё же в защите людей от повреждения электрическим током.

Рабочее, или функциональное заземление

Рабочее заземление часто называют функциональным, и предназначено оно в первую очередь для защиты и сохранения работоспособности оборудования. Преимущественно оно используется для трёхфазных сетей и рассчитано на понижение напряжения до безопасных величин в случае пробоя на корпус. Это позволяет сохранить оборудование и приборы, не нарушив их функциональность.

Контур заземления

Если таким образом заземлено оборудование с напряжением до 1 кВ, то необходимо использовать изолированную нейтраль. Если значение напряжения выше 1 кВ, то нейтраль допускается любая.

При необходимости функциональное заземление способно выполнять роль защитного. Таким образом, при правильно работающем заземлении ток или напряжение становятся безопасными для человеческой жизни.

Требования безопасности

Монтаж заземляющего контураТак как заземление выполняет важную роль в обеспечении безопасности, она должна соответствовать определённым требованиям, которые оговорены в ПУЭ:

  • Заземлению подвергаются все без исключения электроустановки, включая дверцы электрощитов и шкафов.
  • Заземляющее устройство не должно превышать 4 Ом с заземляющей нейтралью.
  • Обязательно применение систем уравнивания потенциалов.

Относиться к требованиям ПУЭ нужно со всей серьёзностью, так как это может спасти жизнь, в случае опасности. Ведь удар электрическим током, за счёт слишком низкого сопротивления подошвы обуви и пола, является смертельно опасным.

Причины удара током

Поражение электрическим токомЧеловека может ударить электрическим током в самых обычных повседневных ситуациях:

  1. Во время работы стиральной машинки иногда можно почувствовать лёгкое пощипывание. Иногда удары могут быть значительно сильнее. Это и есть воздействие электричества на человека.
  2. Находясь в ванной и дотронувшись до металлических частей крана, можно ощутить слабое пощипывание и даже сильные мурашки внутри пальцев.

В обоих случаях незаземлённые предметы могут пропускать через себя ток, то есть заряженные частицы, которые, в зависимости от силы и напряжения, могут проявляться в виде покалывания или сильных ударов, сопровождающихся мышечными судорогами.

Понятно, что это крайне опасно — в крайних случаях от удара током возможны паралич и остановка сердца. Однако избежать подобных инцидентов можно достаточно просто — заземлив ванную или машинку. В таком случае ток, попавший на корпус, будет уходить по заземляющему проводнику в землю.

Как действуют заземлители

Почему же ток уходит в землю по заземляющему контуру?

В качестве «подопытного» можно взять всё ту же стиральную машинку. Со временем любой провод может надломиться, потерять изоляцию или получить пробой на корпус из-за микротрещины. Рано или поздно ток начнёт попадать на металлическое основание прибора.

Проверка заземления

Если не трогать машинку, то человеку ничего не угрожает. Но стоит прикоснуться к корпусу, и, в случае отсутствия заземления, можно почувствовать всю мощь электричества на себе.

А всё дело в том, что несмотря на обувь и пол, человеческое тело имеет (хоть и малый) контакт с землёй. Следовательно, не имея заземляющего провода, ток будет проходить через человека и уходить в землю. А так как фазный провод имеет потенциал выше земельного, то тело становится отличным проводником с собственным сопротивлением. В итоге проходящий через нас ток вызывает те же физические свойства, что и в любом другом проводнике.

Наличие заземления, а для надёжности — еще и установка УЗО, заставляет опасный потенциал притягиваться к безопасному потенциалу земли. В результате напряжение перетекает прямо в заземлитель.

Применение УЗО и дифавтоматов

Применение УЗО и дифавтоматовЗаземляющие системы вполне способны справиться со своей задачей — защитить человека или оборудование. Но, являясь простыми проводниками, они могут повреждаться и переставать выполнять свою функцию.

В качестве дополнительной защиты и подстраховки принято использовать УЗО, или дифавтоматы. УЗО расшифровывается как устройство защитного отключения, а дифавтомат — как дифференциальный автоматический выключатель. По сути, это УЗО и простой автомат в одном корпусе, что заметно снижает занимаемое защитным оборудованием место в распределительном шкафу или щитке.

УЗО реагирует на ток утечки. То есть если оно заметит, что часть электричества уходит на землю, то сразу же сработает, отключив поступление питания, обезопасив всю линию. В зависимости от чувствительности, установленной производителем, срабатывать УЗО может по-разному:

  • Слишком чувствительное и срабатывать будет часто, даже при минимальной утечке, что не всегда удобно.
  • Чересчур грубое УЗО нужно устанавливать лишь когда это целесообразно, так как оно может не сработать в нужный момент.

Исходя из условий использования, составляется проект, согласно которому и нужно подбирать защитные устройства.

УЗО спасёт жизнь человеку, даже если отсутствует заземление — оно мгновенно сработает, если человек дотронется до части прибора, находящейся под напряжением.

Контур заземления, его устройство, расчет и схема

Устройство контура заземления, установка и проверка уровня сопротивления контура – это работы, необходимость которых обусловлена спасением жизни человека и предохранением зданий от пожаров. Для производства работ следует выполнять требования ПУЭ, знать способы производства работ по монтажу защитного контура.

Каждый новичок хочет знать, что же это такое заземление и его контур.

Устройство и принцип действия заземления

Защитное устройство и его основное назначение – соединение всех потребителей электричества, при помощи заземляющего провода с контуром защиты. Систем заземления 3, но в жилом помещении наиболее часто устанавливают систему с маркировкой TN – 5. Эта система предусматривает проведение ноля и земли двумя отдельными проводами.

При коротком замыкании или утечке тока с корпуса приборов снимается опасное напряжение и по проводу подается на контур защитного заземления. Он должен монтироваться и изготавливаться, выполняя требования ГОСТа. Нормы, предусматривают оборудование контура с учетом уровня сопротивления. На его величину влияют:

  • виды почвы;
  • влажность и уровень грунтовых вод;
  • глубина погружения заземлителей;
  • количества заземлителей в контуре;
  • материалы электрода и всех составляющих устройства.

По форме, контур заземления, согласно нормам СНиП, делают в форме равностороннего треугольника, из вертикальных заземлителей и горизонтальных электродов. Они должны располагаться на определенной глубине. Из этого значения и свойства грунта производится расчет контура заземления. Каждый вид грунта имеет свой уровень сопротивления растекания токов КЗ.

Для обустройства контура защиты лучшим вариантом будет:

  • торфяник;
  • суглинистая почва;
  • глинистая, с близко расположенными грунтовыми водами.

Худшими свойствами обладают каменистые участки грунта и монолитные скалы. На выбор влияют климатические особенности региона установки.

Проведение расчета защитного контура

Сопротивление контура заземления следует проводить, определив несколько значений:

  1. Определить удельное сопротивление почвы на участке.
  2. Выявить влажность грунта.
  3. Уровень солености почвы.
  4. Средней температуры в регионе.
  5. Расстояние от фундамента до контура.
  6. Размеров заземлителей и других деталей устройства.

Методика расчетов «проста» — нужно знать множество физических формул и иметь инженерное образование. Но, как правило, никакая методика выполнения расчетов не может учитывать все значения. Поэтому, проведя монтаж наружного контура заземления и измерив, значение сопротивления защиты – вы увидите, что расчет не совпадает с фактическим результатом.

По этой причине, для обустройства в данном регионе выполняется типовой проект, остается только провести изменения, учитывая удаление устройства от здания. И затем проводят измерение сопротивления контура, вносят изменения до достижения номинального значения сопротивления, не более 4 Ом в жилищном строительстве.

Поэтому, выбрав лучшую схему, соблюдая все размеры и глубину забивания заземлителей, подобрав качественный материал, правильно сделать работу для вашего жилья не составит труда. А рассчитать заземление нужно обязательно для крупных промышленных и торговых зданий.

Объекты, требующие оснащения контуром

Для безопасного проживания и условий труда, каждое помещение, в котором установлены промышленные или бытовые электроустановки обязано быть защищено.

Для этого, оборудуется как внутренний контур заземления, так и наружный. Защита должна быть установлена в помещениях:

  • С различными по мощности железными кожухами и корпусами приборов, станков и осветительных устройств.
  • В электрощитовых, в которых находятся стальные корпуса щитков, шкафов и другого электротехнического оборудования, а также в комплектных трансформаторных подстанциях (ктп).
  • В местах с металлоконструкциями, оболочками кабелей, проводов различного сечения, а также защитных стальных трубопроводов для кабелей.
  • Вторичная обмотка измерительного трансформатора.

Заземление не проводится:

  • для арматуры изоляторов и штырей, крепления их на опорах электропередачи;
  • оборудования установленного на заземленные корпуса электроустановок;
  • электроизмерительные устройства, автоматы защиты, установленные в электрощитках или на одной из стен камеры распределяющего устройства.

При особо оговоренных условиях может не заземляться металлическая защитная оболочка контрольного кабеля.

Наружный контур заземления потребует проведения земляных работ, поэтому, приготовьтесь к тяжелой и небыстрой работе.

Установка контура заземления

Способов установки несколько. Новая, но более затратная методика модульно-штырьевого монтажа всем хороша. Но этот способ мы рассмотрим несколько позже. Мы разберем классический монтаж контура заземления.

Сначала проводятся подготовительные работы.

Подготовка к монтажу

Определяемся с местом установки защиты. Лучшим решением будет расположение контура недалеко от здания и со стороны установки распределительного электрощита.

Исходя из требований пункта 1.7.111 ПУЭ — все вертикально и горизонтально расположенные электроды должны изготавливаться из меди, оцинкованного или обычного стального уголка или другого профиля. Окрашивать поверхность заземлителей нельзя, для лучшего токоотведения и обнаружения дефектов.

Для обустройства, нам потребуется 50 уголков толщиной полок — 5 мм и полоса шириной — 40 мм. Это основные материалы для изготовления самого контура. Также нам потребуются провода достаточного сечения, для обустройства внутреннего контура заземления и разделения проводки на нулевой провод и проводник земли.

Теперь готовим к работе лопату и начинаем выполнение основного этапа работ.

Монтаж защитного устройства

Копаем треугольную траншею — длиной стороны 3 м, на ширину штыка лопаты и глубиной не менее полуметра. Можно выполнить прямую траншею — длиной не менее 6 м (таким способом оснащаются устройства с недавнего времени). Если делаем по старой методе, в углах равностороннего треугольника кувалдой забиваем заземлители до необходимой глубины. Его нельзя засовывать в готовую скважину, он должен плотно и без зазоров погрузится на глубине не более 3 м.

При оснащении прямолинейной системы, через каждый метр, забиваем по 1-му заземлителю, но не более 5-ти штук. Для лучшего захода в землю, заострите края уголка на заточном станке или обрежьте их болгаркой. Погрузиться в грунт колья должны не полностью, над поверхностью земли должен быть отрезок уголка не менее 200 мм.

Надеваем сварочный костюм и маску, готовим аппарат и подвариваем к вертикальным заземлителям горизонтальные электроды, из полосы шириной не менее 40 мм. От нее, к стене здания, по выкопанной траншее проводим полосу или отрезок силового кабеля достаточного сечения. Теперь, заводим в здание и подводим к входящему электрощиту, а от него выполняем заземление внутридомовой системы.

При проведении заземляющего проводника, с помощью силового кабеля, работы выполняют следующим способом: на вертикальный заземлитель, болтом и гайкой с надежным гровером, закрепляем, запакованный в концевой контакт отрезок кабеля. Для выполнения этой работы понадобится:

  • медная шина сечение которой более 10 мм2;
  • алюминиевая, сечением более 16 мм2;
  • металлический проводник более 75 мм2 сечением.

Все места сварки, проверив качество шва, покрываем грунтовкой или растопленной смолой. В месте сварки металл ослаблен из-за высокой температуры при сваривании и сильнее поддается коррозии. Выполнив все завершающие работы, засыпаем траншею. Сначала слоем песка, а потом заполняем вынутым грунтом.

Все основные работы выполнены, теперь нам остается выполнить измерение сопротивления контура заземления.

Замер сопротивления защитного устройства

Выполнять эту работу лучше в летнее или зимнее время. В эти моменты грунт имеет наибольшую величину электрического сопротивления. В разных условиях применения величина может быть различной. Для жилого здания, это значение не должно превышать 30 Ом. Для измерения сопротивления применяют специальные измерители сопротивления «МС- 08» или «М-416». Выполняется с использованием системы пробных электродов.

Выполнение замеров разбито на несколько этапов.

Между контуром и зданием расположен потенциальный зонд на расстоянии не менее 20–ти метров, а второй выносной электрод располагаем на прямой линии с потенциальным электродом и контуром, на расстоянии не более 40 метров. Подключаем напряжение и выполняем замер уровня сопротивления. Выполняем эту операцию несколько раз, приближая выносной кол на расстояние не менее 5 метров. Выполнив эти замеры, определяем сопротивление контура.

При замерах в обширных подземных коммуникациях, потребуется выполнение дополнительного измерения данной физической величины. Такие замеры проводятся на различных расстояниях между заземлителями и по разным направлениям.

Но во всех измерениях, номинальной величиной сопротивления заземления будет наихудший результат выполненных замеров. В любое время года и в различных погодных условиях, значение сопротивления защиты не должно быть выше наибольшей допустимой величины.

После выполнения замеров и определения сопротивления электрического тока цепи защитного устройства, комиссия составляет акт проведения и контрольного измерения заземления здания. В процессе пользования необходимо проверять надежность обтяжки болта на подключении к заземляющему проводнику, а также при очень высокой температуре, не забывайте смачивать места заглубления электродов.

Проведя все работы по монтажу и контрольному замеру, мы получаем безопасное жилое помещение, защищенное от токов короткого замыкания.

Заземление и его виды

Заземлением называют любое соединение с грунтом земли, а также соединение с «общим проводом» электросети, относительно которого замеряют потенциал. Так, например, в самолете или космическом корабле за «землю» принимается их металлический корпус, в приемниках с питанием от батареи «землей» считается система внутренних проводников, которая является общим проводом всей схемы устройства. Потенциал «земли» не всегда будет равен потенциалу грунта Земли. В летящем самолете, корпус которого генерирует значительный электростатический заряд, потенциал земли может на сотни и даже тысячи вольт отклоняться от потенциала земного грунта.

Для комического корабля аналогом земли считают «плавающую» землю, т.е. систему несоединенных с грунтом проводников, относительно которых отсчитывают потенциал электрической подсистемы. Так, например, модуль аналогового ввода, имеющий гальваническую развязку, может не соединяться с грунтом, либо соединяться через большое сопротивление (около 20 МОм).

Защитное заземление – так называют электрическое соединение электропроводящих элементов оборудования с грунтом посредством заземляющего устройства. Защитное заземление предназначается для защиты персонала от поражений электротоком.

Заземляющее устройства – система, состоящая из заземлителя (проводника, соединенного с грунтом Земли) и нескольких проводников заземления.

Общий провод (проводник) – проводник, относительно которого отсчитывают потенциалы. В большинстве случаев общий провод для источника питания и устройств, подключенных к нему, будет одним и тем же. Общий провод, почти во всех системах совпадает с землей, но он может вовсе не иметь соединения с грунтом Земли.

Сигнальное заземление – соединение общего провода цепи передачи сигнала с землей. Выделяют цифровую и аналоговую сигнальную землю. Последнюю в некоторых случаях подразделяют на землю аналоговых выходов или входов.

Силовой землей называют общий провод системы, который соединяется с защитной землей и по которому идет ток большой силы по сравнению с током передачи сигнала.

Основанием для этой классификации заземлений стали различия уровня чувствительности цифровых и аналоговых, а также силовых (мощных) и сигнальных цепей к помехам, и гальваническая разрядка указанных землей в промышленных автоматических системах.

Глухозаземленная нейтраль – это нейтраль, которая соединена с зазмелителем напрямую или через сопротивление (например, трансформатор).

Нулевой провод – это провод сети, который соединен с глухозаземленной нейтралью.

Изолированная нейтраль – это нейтраль генератора или транформатора, которая соединена с заземляющим устройством.

Зануление – это соединение прибора и глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сети трехфазного тока, либо соединение с глухозаземленным выводом однофазного источника тока.

Заземление в составе молниезащиты

Молниезащита используется для отвода разрядов атмосферного электричества от здания или объекта. Разряды молний, которые идут по пути с наименьшим сопротивлением попадают с молниеприемник из металла, который размещен над объектом, а затем спускаются до грунта по внешним молниеотводам из металла (располагают их, как правило, на стенах). Дойдя до грунта, разряды электричества расходятся в его толще.

Чтобы «привлечь» молнию к системе молниезащиты и для предотвращения расхождения токов молнии от элементов защитной системы (приемнику или отводам) внутрь здания, молниезащиту соединяют с грунтом при помощи заземления. При этом используется заземлитель с низким сопротивлением.

В такой системе заземление является необходимым компонентом, поскольку только оно может обеспечить быстрый и полный отвод токов молнии в грунт Земли, предотвращая их «растекание» по объекту.

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓
  • образование
  • Исследовательская работа
  • новаторство
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Alumni
  • О MIT
  • Больше ↓
    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Alumni
    • О MIT
Меню ↓ Поиск Меню О, похоже, мы не смогли найти то, что искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Посмотреть больше результатов

Предложения или отзывы?

,

Основы контура заземления

Что такое контур заземления?

Контур заземления возникает, когда есть несколько путей заземления между двумя частями оборудования. повторяющиеся наземные пути образуют эквивалент кольцевой антенны, которая очень эффективно улавливает помехи Токи. Трансформаторы сопротивления свинца эти токи в колебаниях напряжения. Как следствие заземления индуцированные напряжения, заземление в система больше не является стабильной потенциал, поэтому сигналы едут на шум.Шум становится частью программы сигнал.

Контур заземления - это общие условия подключения, при которых ток заземления может занять более одного пути для возврата к заземляющему электроду на СЕРВИСНОЙ ПАНЕЛИ. Все компьютеры с питанием от сети переменного тока подключены друг к другу через заземляющий провод в общей проводке здания. Компьютеры также могут быть связаны кабелями передачи данных. Поэтому компьютеры часто связаны друг с другом более чем одним путем. Когда существует многолучевое соединение между компьютерными цепями, результирующая схема называется «контур заземления».Всякий раз, когда существует контур заземления, существует опасность повреждения от INTER SYSTEM GROUND NOISE.

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

Обычно разность потенциалов на местах приводит к течению тока в межсоединениях. Это в свою очередь модулирует вход схема и рассматривается как любой другой сигнал, подаваемый через нормальный входы.Вот пример ситуации, когда два оборудования Grounde связаны между собой через заземление сигнального провода и провода заземления. В этой ситуации в проводе течет ток 1А. что вызывает разницу напряжения 0,1 В между этими двумя equipemt точки заземления.

Поскольку существует разница напряжения между приборами, сигнал в соединительном проводе видит, что разница добавлена ​​к сигналу. Это может быть слышно как гудение на проводе, потому что переменный ток вызвать разность напряжений этих потенциалов земли также Переменное напряжениеЭто одна из причин слышимого шума 50 или 60 Гц. в звуковом сигнале (или видеть в видеосигнале как раздражающие горизонтальные полосы).

Другая проблема - ток, протекающий в заземляющем проводе сигнального кабеля. Этот ток проходит через кабель и через оборудование. Из то, как парсеры тока не спроектированы, это может вызвать много шума к оборудованию или другим видам проблем (например, зависания компьютера). Многие дизайнеры рассчитывают на то, что они основаны и не оптимизируют их дизайн, чтобы устранить их чувствительность к шуму земли. Если вы продукт desiger, не забывайте заботиться о заземлении ток не вызывает проблем в вашем оборудовании при проектировании правильная схема заземления внутри оборудования.

Почему контура заземления является проблемой?

Контур заземления является распространенной проблемой при подключении нескольких аудиовизуальных Компоненты системы вместе, есть хорошее изменение, чтобы сделать противный контуры заземления. Проблемы с заземлением являются одной из наиболее распространенных проблем с шумом в аудиосистемах. Типичным признаком проблемы заземления является слышно 50 Гц или 60 Гц (зависит от частоты сетевого напряжения, используемого в твоя страна) шум в звуке.Чаще всего встречаются проблемы с заземлением, когда ваш Система включает в себя оборудование, подключенное к заземленной электрической розетке и антенная сеть или оборудование, подключенное к разным заземленным розеткам по комнате.

Все, что связано с одной земной сетью, которая обычно связана с все контакты заземления во всех розетках в одной комнате. Тогда антенная сеть также заземлен к той же точке заземления. Это было бы нормально, так как заземление связано только друг с другом в форме звезды от центрального заземляющего провода (ведущего к реальной земле через заземление кабель или металлическая труба) кабели заземления проходят через ваши силовые кабели в оборудование.

Как только вы примите во внимание, что часть вашего оборудования связана с Экранированный кабель вы, скорее всего, столкнетесь с некоторыми проблемами. Потоки вполне могли бы течь из одной части оборудования, в заземляющий кабель, в другой элемент оборудования, затем обратно к первому элементу через экранированный аудиокабель. Эта проволочная петля также может улавливать помехи от близлежащих магнитных полей и радиопередатчиков.

В результате нежелательный сигнал будет усиливаться до тех пор, пока слышно и явно нежелательно.Четные перепады напряжения ниже чем 1 мВ может вызвать раздражающий гудящий звук в вашей аудиосистеме.

Проблема со звуковым шумом, исходящим из вашей аудиосистемы, когда другие электронные компоненты (холодильник, кулер для воды и т. д.) могут быть результатом загрязненного заземления / нейтрального проводника в вашей проводке кондиционера и контур заземления в аудио системе. это может произойти при включении определенного типа устройств. Как правило, их сила расходные материалы нелинейны и выбрасывают мусор обратно на нейтраль и / или заземляющие проводники.Обычно линейные кондиционеры или устройства ИБП не подойдут что-нибудь, чтобы помочь решить эту проблему.

Распространенные причины проблем в компьютерной системе

Много раз, когда пользователь думает, что его система «плохая» или «испортилась» неисправность имеет электрический или магнитный характер. Проблемы с монитором очень часто вызваны близкими магнитными полями, гармоники нейтрального провода или проводимый / передаваемый электрический шум. Прерывистые блокировки компьютеров очень часто вызваны контур заземления, электрические явления, которые иногда проявляются сама, когда система и ее периферийные устройства неправильно подключены к различных электрических цепей.Многие даже не знают, если их стена Розетка правильно подключена и заземлена, что абсолютно необходимо для компьютера и периферийные устройства для надежной и безопасной работы.

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

Когда контур заземления не является проблемой

Контур заземления не вызывает проблем, когда все следующие вещь верная

  • Ни один из проводов в контуре не несет никакого тока
  • Петля не подвергается воздействию внешних изменяющихся магнитных полей
  • Нет радиочастотных помех поблизости

Если в каких-либо проводах есть ток, то есть Потенциальная разница, которая вызывает ток в других проводах что вызывает проблемы.Петля также будет действовать как катушка и собирать ток с изменяющегося магнитного поля. поля вокруг него. Проводная петля действует также как антенна, принимающая радио сигналы.

Какого размера проблемы разности потенциалов земли, о которых мы говорим?

В литературе говорится о синфазном шуме от 1 до 2 вольт в «хорошо заземленных» растениях и более 20 вольт в «плохо заземленных» растениях. Литература также говорит о токе, измеренном на главном Сервисное заземление (в большом здании) с точки зрения ампер.

Откуда возникает эта разница тока и напряжения?

Ток утечки конденсаторов между горячим и заземленным и между нейтральным и заземленным, в течение Например, основные фильтры, вызывают ток в проводах заземления (и контурах заземления). Ток утечки обычно измеряется в миллиамперах (обычно меньше чем 1 мА в компьютерном оборудовании) на оборудование. Когда вы подводите итог, возможно, сотни из такого оборудования вы можете легко получить ампер.

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

Даже очень маленькое индуцированное напряжение может вызвать очень большой ток в контур заземления, потому что сопротивление (и индуктивность) очень низкий. Эти токи действительно могут быть десятки ампер. Индукция тока может быть вызвана, например, кабелями, несущими большие токи и от трансформаторов.

Что могут делать эти токи заземления и разности напряжений?

Небольшие перепады напряжения просто вызывают шум в сигналах.Это может вызвать гудение звука, помехи для видеосигналов и ошибки передачи в компьютерные сети.

Более высокие токи могут вызвать более серьезные проблемы, такие как искрение в соединениях, повреждение оборудования и сгоревшая проводка. Мой собственный опыт в этой области ограничен искры разъемы, нагревательные кабели и поврежденные карты последовательного порта компьютера. Я читал о сгоревших сигнальных кабелей и курящих компьютеров из-за земные дифференциалы и вызванные ими большие токи.Так что будьте предупреждены об этой потенциальной проблеме и не делайте глупых установок.


Томи Энгдаль <[электронная почта защищена]>

,

контуров заземления

Обновлено с новым материалом 7 января 2019

Этот набор ц. «50 слайдов» - это кульминация моего опыта за 25 лет создания многочисленных усилителей мощности и предварительных усилителей. Я впервые начал работать с аудио около 1975 или 76 лет подростком. Некоторые из моих творений были достаточно тихими - благодаря чистой удаче - а другие напевали и ужасно шипели. Позже мои навыки значительно улучшились, особенно после прочтения одной из книг Генри Отта в 1988/89 году, когда я разработал цифровой индикаторный индикатор с высоким разрешением для промышленных приложений в компании, в которой я работал.Затем я оставил DIY audio около 15 лет (карьера, семья и т. Д.), Вернувшись к предмету снова около 15 лет назад, забыв о многих моих практических навыках. Путь от электромагнитной теории, изложенной на многочисленных веб-сайтах, примечаниях к приложениям и сообщениям на различных веб-форумах, к созданию тихих усилителей каждый раз непрост и требует некоторой практики. Основная теория может быть чрезвычайно сложной, однако, приложив некоторые усилия и внимание, вы сможете быстро освоить основы. Этот набор слайдов посвящен несбалансированным межсоединениям (он же «односторонний»), которые используют стандартные фоно-разъемы RCA, поскольку именно здесь чаще всего возникают проблемы.

Когда дело доходит до гудения и шипения усилителей, хороших практических советов мало, хотя часто кажется, что часто вводят в заблуждение мнения по этому вопросу.

Эта презентация (, которая будет оставаться в стадии разработки и время от времени будет расширяться ) предназначена для быстрого запуска и запуска аудиоконструкторов как на этапе построения / планирования, так и отладки. Надеемся, что он также послужит полезным справочным материалом для тех, кто хочет узнать немного больше об EMC применительно к усилителям.Одна важная вещь о EMC: вы никогда не перестанете учиться и находить новые проблемы для решения.

Контуры заземления

Вот отличные посты участника DIYaudio Ilimzn на эту тему, которые я собрал в единый документ

отличных сообщений ilimzn о наземных шлейфах

Вот еще один дополнительный материал

Руководство по проектированию печатных плат усилителя

для минимизации шума

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

Вот некоторые коммерческие продукты, которые используют методы, описанные в презентации: www.ovationhifidelity.com

На рисунке ниже показана внутренняя разводка одного из двух nx-усилителей, которые я сконструировал без проблем с шумом или гулом. Силовая проводка тесно связана, а небольшая сигнальная проводка находится вдали от трансформатора и других силовых проводов. На печатной плате блока питания строгое внимание к подключению конденсатора «T» и возврату «звезды» на землю приводит к исключительно тихому усилителю.


Наконец, вот видео на YouTube, КАК НЕ СДЕЛАТЬСЯ С ПЕРВЫМИ ПЕТЛЯМИ. Что действительно смущает по этому поводу, так это то, что если вы введете «Ground Loops» в Google, это, вероятно, будет первая ссылка, которая появится в списке.

Все основные правила безопасности при заземлении с помощью «заземлителя» полностью нарушены, и проблема шума фактически не решена - они обошли проблему и сделали продукт совершенно небезопасным.Вопрос, который следует задавать при рассмотрении потенциальной ошибки безопасности: «Что произойдет, если провод под напряжением ослабнет и коснется входного разъема или любых других металлоконструкций на изделии без подключенного защитного заземления?» Если ответ «Это было бы на живой потенциал» не делай этого! Никогда, никогда не используйте наземный подъемник так, как показано, чтобы избавиться от шума - это просто опасно и незаконно. Период.

,
Предотвращение контуров заземления в вашей конструкции печатной платы | Блог PCB Design
Altium Designer

30 марта 2018 года

Я думаю, что мы все были там.Вы покупаете эту удивительную стереосистему только для того, чтобы услышать знакомый гудящий звук на заднем плане. Когда вы берете его обратно в магазин, продавец обвиняет производителя. Затем производитель стерео обвиняет производителя компонентов, а производитель компонентов никого не может винить. В действительности источником проблемы являются контуры заземления, которые образуются из-за некачественного дизайна.

Контуры заземления создают шум в электрических цепях. Большие токи могут существовать в плоскостях заземления, а перепад напряжения между заземляющими соединениями вызывает образование контура заземления.Звуки звонка или гудения в некоторых аудиосистемах являются лишь одним из проявлений шума заземления.

Почему наземная маршрутизация имеет значение?

Если вы помните свой класс электроники 101, вы знаете, что все электрические токи движутся вокруг замкнутых контуров. На печатной плате сигналы направляются по плате с использованием сигнала и ближайших обратных трасс. Когда сигнал возрастает до полной силы и проходит через плату, сигнал и обратные трассы создают токовую петлю. Сила индуцированного обратного тока зависит от ряда факторов.Если кратко рассмотреть трассу и ее плоскость заземления в изоляции, то ток индуцируется в плоскости заземления через паразитную емкость между трассой и ее плоскостью заземления.

Так почему это важно? Если трасса находится ближе к плоскости заземления, емкостное сопротивление, видимое сигналом на трассе, будет ниже, что заставляет обратный путь следовать ближе к области под трассой. Это означает, что если вы хотите обеспечить надежный сигнал возврата на землю, ваш сигнал и возврат должны быть расположены как можно ближе друг к другу.Поместив трассу сигнала ближе к его заземляющей плоскости, вы обеспечите более низкую индуктивность контура, что поможет снизить восприимчивость к электромагнитным помехам. При размещении заземляющей плоскости под трассами сигнала, обратный сигнал, естественно, сформируется ниже трассы сигнала, и ваша цепь будет готова.

Preventing Ground Loops in Your PCB Design

Соединения наземной плоскости

Когда плоскость заземления находится непосредственно под плоскостью, содержащей ваши сигнальные трассы, все ваши сигнальные трассы будут индуцировать свой собственный обратный путь прямо в грунтовой плоскости.Это должно проиллюстрировать удобство использования большой заземляющей плоскости для маршрутизации обратных сигналов, а не индивидуальной маршрутизации обратных трасс.

Нет заземления идеальный проводник; у него есть некоторое сопротивление и реактивное сопротивление. Если две трассы сигнала соединяются с заземляющей плоскостью в разных точках, между этими двумя соединениями может существовать небольшой перепад напряжения. Это основной источник контуров заземления на плате заземления. Потенциалы контура заземления и обратного тракта имеют тенденцию быть порядка микровольт, но этого все же достаточно, чтобы вызвать проблемы с целостностью сигнала, особенно в слаботочных устройствах.


Правильное планирование может смягчить несколько потенциальных проблем с заземлением

Хотя шум, возникающий из-за контуров заземления, никогда не может быть полностью устранен, его можно значительно снизить, чтобы свести к минимуму его влияние на целостность сигнала. Вместо того, чтобы соединять заземления в разных точках, лучше направить трассы к заземлению с заземлением. Это сводит к минимуму любую разность потенциалов между соединениями заземления на плате, просто уменьшая расстояние между ними.

Возврат заземления к источнику питания также должен быть подключен к заземлению в одной точке. Когда заземляющая плоскость подключена к источнику питания только в одной точке, вся заземляющая плоскость будет удерживаться с почти одинаковым потенциалом. Если заземление подключено к возврату источника питания в нескольких точках, контуры заземления могут образоваться из-за разности напряжений между этими соединениями. Использование единственной и правильной точки заземления устраняет эти петли.

Правильная топология

К сожалению, только более простые конструкции с низкой межкомпонентной связью позволят размещать плоскость заземления, которая простирается ниже каждой трассы сигнала.Распределение заземляющей плоскости ниже трасс сигналов является хорошей идеей для низкочастотных устройств. Сохранение области, ограниченной вашими сигнальными трассами и заземлением, также уменьшает восприимчивость к внешним ЭМП.

Охват большой заземляющей плоскости под каждым компонентом может быть даже нежелателен в высокочастотных приложениях. Например, в высокочастотных схемах со смешанным сигналом, управляемых кварцевыми генераторами, размещение заземляющей плоскости непосредственно под сигнальными часами создает патч-антенну с центральным питанием.Это на самом деле усугубит проблемы электромагнитных помех, и целостность сигнала, вероятно, будет ухудшена без существенного экранирования.

Если вы решите использовать несколько плоскостей заземления, контуры заземления можно предотвратить между плоскостями заземления, используя правильную топологию. Вместо того, чтобы соединять заземляющие плоскости в кольцевой или гирляндной топологии, заземляющие плоскости могут быть подключены к заземлению источника питания в звездообразной топологии. Маргаритка, соединяющая ваши наземные самолеты, может создавать контуры заземления между наземными самолетами.Звездная топология соединяет каждую плоскость непосредственно с источником питания и устраняет петли между заземляющими плоскостями.


Используйте звездообразную топологию для соединения нескольких заземляющих плоскостей

Если в вашем проекте используется несколько наземных плоскостей, старайтесь не прокладывать трассы по нескольким наземным плоскостям. Следы следует направлять только на их собственную наземную плоскость. Это особенно важно при проектировании смешанных сигналов. Например, если цифровой сигнал направляется через аналоговую плоскость заземления, может возникнуть шумовая связь между цифровым и аналоговым сигналами.Это побеждает всю цель топологии звезды.

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

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *