Заземление технических средств.
Решением задачи построения правильного заземления технического средства занимается его пользователь в период установки и в процессе эксплуатации. По международному стандарту бытовая сеть электропитания кроме обычных для российской сети проводов “фаза” и “ноль” содержит третий провод “земля”, который для бытовых ТС является заземлением. Отсутствие в сети электропитания нашей страны провода “земля” определяет для пользователя ТС необходимость самостоятельной организации грамотного заземления.
В технике заземления используются заземлители, под которыми понимаются металлические электроды любой формы (труба, стержень, лист и т.п.), находящиеся непосредственно в земляном грунте и имеющие с ним электрический контакт определенного сопротивления (чем оно меньше, тем эффективнее заземление). Качество заземления зависит от количества заземлителей, площади их соприкосновения с грунтом, конечного сопротивления, равного сумме электрических сопротивлений подводящих от технических средств проводов, переходного контакта между заземлителями и грунтом, а также сопротивления растеканию токов в прилегающих слоях грунта. Последнее зависит от проводимости почвы, конструкции заземлителей и их расположения (эффективность заземления растет при увлажнении почвы соляным раствором). Часто встречающимися недостатками, приводящими к появлению мешающих помех в цепях заземления, являются случаи, когда:
разные технические средства заземляются общим проводником к шине заземления;
в цепях заземления образуются замкнутые контуры, общие для разных подключенных технических средств и другие.
Общими рекомендациями при организации заземления ТС с целью снижения помех могут быть:
активное и индуктивное сопротивление соединительных проводников должно быть минимальным, для чего их длина должна быть как можно меньше, а поперечное сечение по возможности больше (для шины заземления рекомендуется металлическая полоса сечением не менее 16 мм2, а для соединительных проводников - медный провод (“канатик”) сечением не менее 4 мм2);
электрические соединения во всех точках контакта должны обеспечивать его минимальное сопротивление, учитывая климатические и другие дестабилизирующие факторы (наличие неплотного контакта при существенных значениях тока могут привести к появлению контактных помех);
при построении заземления необходимо свести к минимуму число общих проводников для технических средств и контуров в системе;
при экранировании электрического поля на низких частотах все металлические элементы конструкции ТС должны быть соединены с его общим корпусом (землей).
Применяемые на практике схемы заземления условно можно разделить на три группы:
последовательное в одной точке (рис. 5а);
параллельное в одной точке (рис. 5б);
многоточечное (рис. 5в).
Рис. 5. Варианты схем заземления групп технических средств
Первый вариант заземления наиболее простой, но ему соответствует наибольший уровень помех, обусловленный протеканием токов по общим участкам заземляющей цепи.
Вторая схема не имеет этого недостатка, но требует большого числа протяженных проводников, из-за длины которых трудно обеспечить малое сопротивление заземления.
Многоточечная схема исключает недостатки первых двух вариантов, однако, при ее применении могут возникнуть трудности с появлением резонансных помех в контурах схемы. Обычно при организации заземления применяют гибридные схемы: на низких частотах отдают предпочтение одноточечной, а на более высоких частотах – многоточечной схеме.
Некоторые особенности имеются в заземлении информационных кабелей [5]. Дело в том, что на высоких частотах провод с незаземленной экранирующей оболочкой необходимого эффекта не дает. Потому как по внешней стороне оболочки течет такой же ток, как и по центральному проводнику (рис. 6а). Заземление оболочки кабеля в любой точке экранирует его от электрического поля, причем соединение должно осуществляться путем непосредственного физического контакта (лучше пайкой) (рис. 6б). Максимальное экранирование информационного кабеля достигается, если его оболочка заземлена в нескольких точках (рис. 6в). Применение в качестве информационного кабеля бифиляра (рис. 6г) или трифиляра (рис. 6д – 6з) существенно повышает устойчивость кабельной системы к внешним ЭМП. На рис. 6 приведены в качестве примера различные варианты выполнения заземления информационной линии между ТС, а также относительные значения эффективности экранирования от воздействия магнитного поля (на частоте 100 МГц) нормированные к величине его затухания в первом варианте.
Для протяженных информационных кабелей рекомендуется их экран заземлять через каждые 0,05…0,1 длины волны ожидаемой помехи [5].
а) 0 дБ б) -2 дБ
в) -5 дБ г) -49 дБ
д) -57 дБ е) -64 дБ
ж) -64 дБ з) -71 дБ
Рис. 6. Варианты схем заземления информационного кабеля
В заключение необходимо отметить, что выполнение изложенных выше рекомендаций по обеспечению ЭМС ТС и кабельного оборудования системы, обрабатывающей защищаемую информацию, существенно повышает ее невосприимчивость к ЭМП и тем самым способствует защите информации от непреднамеренного воздействия. Вместе с тем решение проблемы обеспечения ЭМС ТС является многогранной коллективной задачей, которая решается совместно всеми заинтересованными пользователями ТС в данном районе. Большая группа технических средств, применяемая в производственно-бытовой сфере человека, не требует отдельных согласований по обеспечению их ЭМС в государственных структурах при наличии у них знака и сертификата по ЭМС, и выполнении пользователем всех рекомендаций при их монтаже и в процессе эксплуатации. Однако согласно Постановления Правительства РФ от 25.12.2000 г. № 1002 “О государственной радиочастотной службе при Министерстве Российской Федерации по связи и информации” образована государственная структура, которая с 1 апреля 2001 г., является правопреемником Службы государственного надзора за связью в Российской Федерации. Она призвана выполнять контрольные функции, в том числе, и по выявлению ТС, вносящих помехи в окружающую ЭМО в результате неправильной эксплуатации или после некачественного ремонта. Кроме этого она призвана принимать меры по заявкам о мешающем воздействии работе ТС внешних ЭМП в радиочастотном диапазоне. Выявление факта эксплуатации ТС, параметры ЭМС которого не удовлетворяют требованиям государственных стандартов, влечет его исключение из эксплуатации, а при повторном событии предполагает административную, а при отягощающих обстоятельствах – юридическую ответственность.