330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / ЗаземлениеПромАвтоматЧ2
.pdf
В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА
Виктор Денисенко
Заземление в системах промышленной автоматизации
ЧАСТЬ 2
ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА
Гальваническая развязка цепей яв ляется радикальным решением боль шинства проблем, связанных с зазем лением, и её применение фактически стало стандартом в системах промыш ленной автоматизации.
Для осуществления гальванической развязки (изоляции) необходимо вы полнить подачу энергии и передачу сигнала в изолированную часть цепи. Подача энергии выполняется посред ством развязывающего трансформа тора (в DC/DC или AC/DC преобра зователях) или с помощью автоном ных источников питания (гальваниче ских батарей и аккумуляторов). Пере дача сигнала осуществляется через оп троны и трансформаторы, элементы с магнитной связью, конденсаторы или оптоволокно.
Основная идея гальванической раз вязки заключается в том, что в элек трической цепи полностью устраняет ся путь, по которому возможна пере дача кондуктивной помехи.
Гальваническая изоляция позволяет решить следующие проблемы:
●исключает появление паразитных токов по земле, уравнивающих по тенциалы, и тем самым снижает ин дуктивные наводки, вызванные эти ми токами;
●уменьшает практически до нуля на пряжение синфазной помехи на вхо де дифференциального приёмника аналогового сигнала (например, на рис. 3 синфазное напряжение на тер мопаре относительно Земли не влия ет на дифференциальный сигнал на входе модуля ввода);
●защищает от пробоя вследствие син фазного перенапряжения входные и выходные цепи модулей ввода и вы вода (например, на том же рис. 3 син фазное напряжение на термопаре от носительно Земли может быть каким
76 |
Часть 1 опубликована в «СТА» № 2/2006, стр. 94. |
угодно большим, если оно не превы |
ляции. В зарубежной литературе для |
||||||||||||
шает напряжение пробоя изоляции). |
этого используют три стандарта: UL |
||||||||||||
Для применения |
гальванической |
1577, VDE 0884 и IEC 61010 01, но в |
|||||||||||
развязки система автоматизации де |
описаниях устройств гальванической |
||||||||||||
лится на автономные изолированные |
развязки не всегда даются на них ссыл |
||||||||||||
подсистемы, между которыми отсут |
ки. Поэтому |
понятие |
«напряжение |
||||||||||
ствуют проводники |
(гальванические |
изоляции» трактуется в отечественных |
|||||||||||
связи). Каждая подсистема имеет |
описаниях зарубежных приборов не |
||||||||||||
свою локальную землю. Подсистемы |
однозначно. Главное различие состоит |
||||||||||||
заземляют только для |
обеспечения |
в том, что в одних случаях речь идёт о |
|||||||||||
электробезопасности и локальной за |
напряжении, которое может быть при |
||||||||||||
щиты от помех. |
|
|
|
|
|
|
|
ложено к |
изоляции неограниченно |
||||
Основным |
недостатком |
цепей |
с |
долго (рабочее напряжение изоляции), |
|||||||||
гальванической |
развязкой |
является |
а в других случаях речь идёт об испыта |
||||||||||
повышенный |
уровень |
помех |
|
от |
тельном |
напряжении |
(напряжение |
||||||
DC/DC преобразователя, |
который, |
изоляции), которое прикладывается к |
|||||||||||
однако, для |
низкочастотных |
схем |
образцу в течение времени от 1 минуты |
||||||||||
можно сделать достаточно малым с |
до нескольких микросекунд. Испыта |
||||||||||||
помощью цифровой и |
аналоговой |
тельное напряжение может в 10 раз |
|||||||||||
фильтрации (см. раздел «Характери |
превышать рабочее и предназначено |
||||||||||||
стики помех»). На высоких частотах |
для ускоренных испытаний в процессе |
||||||||||||
ёмкость подсистемы на землю и |
производства, поскольку определяе |
||||||||||||
ёмкость между обмотками трансфор |
мое этим напряжением воздействие на |
||||||||||||
матора являются факторами, ограни |
изоляцию зависит также от длительно |
||||||||||||
чивающими достоинства гальваниче |
сти тестового импульса. |
|
|||||||||||
ски изолированных систем. Ёмкость |
Табл. 1 показывает связь между рабо |
||||||||||||
на землю можно уменьшить, приме |
чим и испытательным (тестовым) на |
||||||||||||
няя оптический кабель и уменьшая |
пряжением изоляции по стандарту IEC |
||||||||||||
геометрические размеры гальваниче |
61010 01. Как видно из таблицы, такие |
||||||||||||
ски изолированной подсистемы. |
|
|
понятия, как рабочее напряжение, по |
||||||||||
Распространённой |
ошибкой |
при |
стоянное, среднеквадратическое или |
||||||||||
применении гальванически развязан |
пиковое значение тестового напряже |
||||||||||||
ных цепей является неверная трактов |
ния могут отличаться очень сильно. |
||||||||||||
ка понятия «напряжение изоляции». В |
Электрическая прочность изоляции |
||||||||||||
частности, если напряжение изоляции |
отечественных средств автоматизации |
||||||||||||
модуля ввода составляет 3 кВ, это не |
испытывается по ГОСТ 51350 или |
||||||||||||
означает, что его входы могут нахо |
ГОСТ Р МЭК 60950 2002, то есть си |
||||||||||||
диться под таким высоким напряже |
нусоидальным напряжением с часто |
||||||||||||
нием в рабочих условиях. Рассмотрим |
той 50 Гц в течение 1 минуты при на |
||||||||||||
методы описания характеристик изо |
пряжении, указываемом в руково |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
Зависимость между рабочим и испытательным напряжением изоляции |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Испытательное напряжение, В |
|
||
Рабочее |
|
Воздушный |
|
Пиковое |
|
Среднеквадратическое |
Постоянное напряжение или |
||||||
напряжение, В |
|
зазор, мм |
|
|
напряжение |
(действующее) значение, |
пиковое значение напряжения, |
||||||
|
|
|
|
|
импульса, 50 мкс |
|
50/60 Гц, 1 мин |
|
50/60 Гц, макс., 1 мин |
||||
150 |
|
|
1,6 |
|
|
|
2550 |
|
|
1400 |
|
|
1950 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
3,3 |
|
|
|
4250 |
|
|
2300 |
|
|
3250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
6,5 |
|
|
|
6800 |
|
|
3700 |
|
|
5250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1000 |
|
11,5 |
|
|
10200 |
|
|
5550 |
|
|
7850 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
www.cta.ru |
СТА 3/2006 |
|
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
В З А П И С Н У Ю К Н И Ж К У И Н Ж Е Н Е Р А
дстве по эксплуатации как напряже |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ние изоляции. Например, при испы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
тательном напряжении |
изоляции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2300 В рабочее напряжение изоляции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
составляет всего 300 В (табл. 1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ НА ШИНЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ЗЕМЛИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Все помехи, воздействующие на ка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
бели, датчики, исполнительные меха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
низмы, контроллеры и металлические |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
шкафы автоматики, |
в |
большинстве |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
случаев протекают и по заземляющим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
проводникам, |
создавая |
паразитное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
электромагнитное поле вокруг них и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
падение напряжения помехи на про |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
водниках. Источниками и причинами |
Рис. 7. Относительный уровень спектральной плотности мощности и частоты основных |
|
||||||||||||||||
помех могут быть молния, статическое |
источников электромагнитных помех |
|
|
|
|
|
||||||||||||
электричество, |
электромагнитное из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
лучение, «шумящее» |
оборудование, |
вых схем, имеют частоты до |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
сеть питания 220 В с частотой 50 Гц, |
десятков килогерц. На циф |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
переключаемые сетевые нагрузки, три |
ровые |
цепи воздействуют |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
боэлектричество, гальванические па |
помехи в полосе до сотен |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ры, термоэлектрический эффект, элек |
мегагерц. Помехи |
гигагер |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
тролитические |
процессы, |
движение |
цевого диапазона непосред |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
проводника в магнитном поле и др. |
ственного влияния на сис |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Государственные центры стандарти |
темы автоматизации не ока |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
зации и сертификации во всех странах |
зывают, однако после детек |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
мира не разрешают производство обо |
тирования |
в нелинейных |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
рудования, являющегося источником |
элементах они порождают |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
помех недопустимо высокого уровня. |
низкочастотные помехи, ле |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Однако уровень помех невозможно |
жащие в границах воспри |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
сделать равным нулю. Кроме того, на |
нимаемого спектра. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
практике встречается достаточно мно |
В сигнальных цепях и це |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
го источников помех, связанных с не |
пях заземления систем авто Рис. 8. Зависимость динамической погрешности от частоты |
|
||||||||||||||||
исправностями или применением не |
матизации содержится весь входного сигнала на примере модулей RealLab! серии NL |
|
||||||||||||||||
сертифицированного оборудования. |
спектр |
возможных |
помех. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
В России допустимый уровень по |
Однако |
влияние |
оказывают |
только |
ляет 0,3 с, что приблизительно соот |
|
||||||||||||
мех и устойчивость оборудования к |
помехи, частоты которых лежат в по |
ветствует полосе пропускания сигнала |
|
|||||||||||||||
их воздействию нормируются ГОСТ |
лосе пропускания систем автоматиза |
ƒ0,7 = 0,5 Гц (ƒ0,7 = 1/2 π·τ), то ограни |
|
|||||||||||||||
Р 51318.14.1, |
ГОСТ |
Р 51318.14.2, |
ции. Среднеквадратическое значение |
чение |
полосы пропускания модуля |
|
||||||||||||
ГОСТ Р 51317.3.2, ГОСТ Р 51317.3.3, |
напряжения (или тока) помехи Епомехи |
ввода |
величиной |
0,5 Гц |
позволит |
|
||||||||||||
ГОСТ Р 51317.4.2, ГОСТ 51317.4.4, |
определяется шириной её спектра: |
уменьшить уровень помехи и тем са |
|
|||||||||||||||
ГОСТ Р 51317.4.11, ГОСТ |
Р 51522, |
|
|
|
|
|
|
_________ |
|
мым повысить точность измерений, |
|
|||||||
ГОСТ Р 50648. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ƒв |
|
снизить требования к заземлению, эк |
|
||||
При конструировании электронной |
|
Е |
помехи |
= |
|
∫ e2 (ƒ) dƒ , |
|
ранированию и монтажу системы. Од |
|
|||||||||
аппаратуры для снижения уровня по |
|
|
|
√ƒ |
|
нако фильтр вносит динамическую |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
||||||||||
мех используют микромощную эле |
где e2 (ƒ) – спектральная плотность |
погрешность в результаты измерения, |
|
|||||||||||||||
ментную базу с минимально достаточ |
мощности |
помехи, |
В2/Гц; ƒ |
и ƒ – |
зависящую от частоты (спектра) вход |
|
||||||||||||
ным быстродействием, а также прак |
|
|
|
|
|
|
н |
в |
ного сигнала. В качестве примера на |
|
||||||||
нижняя и верхняя границы спектра |
|
|||||||||||||||||
тикуют уменьшение длины проводни |
помехи. В частном случае, когда e2 (ƒ) |
рис. 8 приведена зависимость погреш |
|
|||||||||||||||
ков и экранирование. |
|
|
|
слабо зависит от частоты, приведён |
ности измерений модулей RealLab! се |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
ное соотношение упрощается: |
|
рии NL от частоты: при частоте вход |
|
||||||||||
Характеристики помех |
|
|
|
|
|
|
_________ |
|
ного сигнала 0,5 Гц (как в рассматри |
|
||||||||
Основная характеристика помехи – |
|
Епомехи ≈ √e2 · (ƒв – ƒн). |
ваемом примере) погрешность, вно |
|
||||||||||||||
это зависимость спектральной плот |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
симая фильтром, составляет –0,05%. |
|
|||||||
ности мощности помехи от частоты. |
Таким образом, |
для уменьшения |
Наиболее мощной в системах авто |
|
||||||||||||||
Помехи, воздействующие на системы |
влияния помех на системы автомати |
матизации является помеха с частотой |
|
|||||||||||||||
промышленной автоматизации, име |
зации нужно сужать ширину полосы |
питающей сети 50 Гц. Поэтому для её |
|
|||||||||||||||
ют спектр от нулевой частоты до еди |
пропускания (ƒв – ƒн) аналоговых мо |
подавления используют узкополосные |
|
|||||||||||||||
ниц гигагерц (рис. 7) [15]. Помехи, ле |
дулей ввода и вывода. Например, если |
фильтры, настроенные точно (с помо |
77 |
|||||||||||||||
жащие в полосе пропускания аналого |
постоянная времени датчика τ состав |
щью |
кварца) на |
частоту |
50 Гц. На |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СТА 3/2006 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
www.cta.ru |
|
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
тах, то из сигнала помехи выделяется постоянная или низкочастотная составляю щая, которая уже не может быть ослаблена фильтром модуля ввода. В качестве не линейных элементов могут выступать, например, кон такты разнородных метал лов, защитные диоды, ста билитроны, варисторы.
Помехи из сети электроснабжения
Питающая сеть 220/380 В с частотой 50 Гц и под ключённые к ней блоки пи тания являются источниками следую
щих помех:
●фон с частотой 50 Гц;
●выбросы напряжения от разряда молнии (рис. 10 а);
●кратковременные затухающие коле бания при переключении индуктив ной нагрузки (рис. 10 б);
●высокочастотный шум (например, помеха от работающей радиостан ции), наложенный на синусоиду 50 Гц (рис. 10 в);
●инфранизкочастотный шум, прояв ляющийся как нестабильность во времени величины среднеквадрати ческого значения сетевого напряже ния (рис. 11);
●долговременные искажения формы синусоиды и гармоники при насы щении сердечника трансформатора и по другим причинам.
Наибольшее влияние на системы промышленной автоматики оказыва ют первые три вида помех. Для умень шения кратковременных выбросов напряжения используют специальные защитные диоды и варисторы. Ин франизкочастотный шум и искажения синусоиды отфильтровываются стаби лизатором и сглаживающим фильтром сетевого источника питания и не про ходят сквозь паразитные ёмкости се тевого трансформатора.
Причинами и источниками сетевых помех могут быть разряды молнии при попадании в линию электропередачи, включение или выключение электро приборов, тиристорные регуляторы мощности, реле, электромагнитные клапаны, электродвигатели, электро сварочное оборудование и др.
Путь проникновения сетевой помехи показан на рис. 12. Силовой или развя зывающий трансформатор включён в сеть 220 В (50 Гц). Сеть представлена эквивалентным источником напряже
ния сети Е~220В и эквивалентным ис точником помех Епомехи, описанными ранее. Нулевой провод источника сете
вого напряжения заземлён на главном щите у ввода в здание. Если выход ис точника питания тоже заземлён, что часто необходимо для целей электро безопасности, то возникает путь проте кания тока помехи, показанный на рис. 12, включающий сопротивление земли между двумя заземлителями
RЗемли. Основным звеном в этой цепи является паразитная ёмкость между об
мотками силового трансформатора
Спар1, для уменьшения влияния кото рой часто используют заземлённый
электростатический экран (рис. 13). Ток помехи протекает по общему про воду источника питания и заземлителю (рис. 12), создавая на их сопротивле нии падение напряжения помехи, о ко тором речь пойдёт в следующих разде лах (на рис. 12 эти участки цепи выде лены жирной линией). Ток помехи фактически может замыкаться не на подстанции, а через внутреннее сопро тивление других электроприборов, подключённых к электрической сети, а также через ёмкость кабеля.
Наиболее значительной помехой, проникающей в шину заземления из сети 220 В (50 Гц), являются ёмкост ные токи, протекающие через ёмкость между обмоткой двигателя и его кор пусом, токи между сетевой обмоткой трансформатора и сердечником, токи через конденсаторы сетевых фильтров.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
б |
|
|
в |
|
|
|
78 |
Рис. 10. Виды помех, проникающих из сети питания: а — от разряда молнии; б — при переключении индуктивной нагрузки; в — от радиостанций |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
www.cta.ru |
|
|
|
|
|
СТА 3/2006 |
||
|
|
|
|
|
||||||
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
В З А П И С Н У Ю К Н И Ж К У И Н Ж Е Н Е Р А
Путь тока помехи через ёмкость |
[3]. Молнии |
могут |
|
|
|
||
между первичной обмоткой транс |
образовываться так |
|
|
|
|||
форматора и его заземлённым сердеч |
же при пылевых бу |
|
|
|
|||
ником Спар3 показан на рис. 12. Этот |
рях, метелях, извер |
|
|
|
|||
ток также протекает через общий про |
жениях |
вулканов. |
|
|
|
||
вод источника питания и заземлитель. |
Частота |
поражения |
|
|
|
||
Наличие ёмкости приводит к тому, что |
молнией зданий вы |
|
|
|
|||
незаземлённые |
электроприборы |
сотой 20 м и разме |
|
|
|
||
«бьют током». При отсутствии зазем |
рами |
в |
плане |
|
|
|
|
ления потенциал металлического кор |
100×100 м составля |
|
|
|
|||
пуса приборов, подключённых к сети |
ет 1 раз в 5 лет, а для |
|
|
|
|||
220 В, составляет от нескольких десят |
зданий с размерами |
|
|
|
|||
ков до 220 В в зависимости от сопро |
порядка 10×10 м – 1 |
Рис. 11. Изменения средневыпрямленного значения сетевого |
|||||
тивления утечки на землю. Поэтому |
попадание за 50 лет |
напряжения в течение суток (измерено в НИЛ АП 12.11.2005) |
|||||
корпуса приборов, включённых в сеть |
(РД 34.21.122 87). |
|
|
|
|||
220 В, должны быть заземлены. |
Количество прямых ударов молнии в |
молнии. Для зданий с большой пло |
|||||
При использовании DC/DC и |
Останкинскую телебашню высотой |
щадью крыши молниеотводы устанав |
|||||
AC/DC преобразователей к источнику |
540 м составляет 30 ударов в год. |
ливают на крыше и соединяют между |
|||||
помехи Епомехи добавляется ёмкостная |
Для защиты от прямого удара мол |
собой и с заземлителем стальными по |
|||||
и индуктивная наводка от собственно |
нии используют молниеотводы, кото |
лосами. Заземлитель молниеотвода |
|||||
го генератора преобразователя. Поэто |
рые состоят из штыря (молние |
выполняют отдельно от защитного за |
|||||
му в общем случае уровень помех на |
приёмника), находящегося над здани |
земления здания, но электрически со |
|||||
общем проводе у DC/DC и AC/DC |
ем, заземлителя и соединяющего их |
единяют с ним с целью выравнивания |
|||||
преобразователей выше, чем в источ |
проводника. Система молниеотвода |
потенциалов и устранения возможных |
|||||
никах с обычным силовым трансфор |
образует низкоимпедансный путь для |
искрений (РД 34.21.122 87). |
|||||
матором, хотя |
проходная ёмкость |
прохождения тока молнии на землю, |
Ток молнии, проходя по земле, соз |
||||
Спар1 в преобразователях может быть |
минуя структуры здания. Молниеот |
даёт в ней падение напряжения, кото |
|||||
уменьшена до единиц пикофарад по |
вод должен находиться как можно |
рое может вывести из строя драйверы |
|||||
сравнению с сотнями пикофарад для |
дальше от здания, чтобы ослабить эф |
интерфейсов, если они не имеют галь |
|||||
обычного силового трансформатора. |
фект взаимной индукции, и в то же |
ванической развязки и расположены в |
|||||
Для уменьшения проникновения |
время достаточно близко, чтобы за |
разных зданиях (с разными заземлите |
|||||
помехи в источниках питания исполь |
щитить здание от прямого попадания |
лями). |
|||||
зуют раздельное экранирование пер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вичной и вторичной обмоток транс |
|
|
|
|
|
|
|
форматора, а также разделение сиг |
|
|
|
|
|
|
|
нальной и корпусной земли (рис. 13). |
|
|
|
|
|
|
|
На рисунке сплошной жирной линией |
|
|
|
|
|
|
|
нарисован металлический корпус при |
|
|
|
|
|
|
|
бора, кружочки обозначают клеммные |
|
|
|
|
|
|
|
соединители. Методы соединения раз |
|
|
|
|
|
|
|
личных земель между собой будут опи |
|
|
|
|
|
|
|
саны далее (см. раздел «Методы зазем |
|
|
|
|
|
|
|
ления»). |
|
|
|
|
|
|
|
Молния и атмосферное
электричество |
Рис. 12. Путь проникновения помехи из сети 220 В (50 Гц) в систему заземления и общий |
|
Молнии являются одними из рас |
провод источника питания |
|
пространённых причин нежелатель |
|
|
|
|
|
ных перенапряжений, сбоев и отказов |
|
|
в системах автоматизации. Заряд, на |
|
|
капливаемый в облаках, имеет потен |
|
|
циал величиной около нескольких |
|
|
миллионов вольт относительно по |
|
|
верхности Земли и является отрица |
|
|
тельным. Длительность разряда мол |
|
|
нии составляет в среднем 0,2 с, редко |
|
|
до 1…1,5 с, длительность переднего |
|
|
фронта импульса – от 3 до 20 мкс, ток |
|
|
составляет несколько тысяч ампер и |
|
|
даже до 100 кА (рис. 14), температура в |
|
|
канале достигает 20 000°C, появляется |
Рис. 13. Источник питания с тремя типами земель (слева направо): защитной, экранной и |
79 |
мощное магнитное поле и радиоволны |
сигнальной |
|
|
|
|
СТА 3/2006 |
www.cta.ru |
|
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
В З А П И С Н У Ю К Н И Ж К У И Н Ж Е Н Е Р А
В линиях электропередачи разряд |
промышленные сети про |
молнии |
|
||
молнии принимается на экранирую |
кладывают экранированной |
|
|||
щий провод, который отводит молнию |
витой парой. Экран кабеля |
|
|||
разряда |
|
||||
в землю через заземлитель. Экранирую |
нужно заземлять только в |
|
|||
щий провод протягивают над фазовы |
одной точке (см. подраздел |
|
|||
Ток |
|
||||
ми проводами, однако на фазовых про |
«Заземление экранов |
сиг |
|
||
|
|
||||
водах наводится импульс эдс вследст |
нальных кабелей»). |
|
|
|
|
вие явления электромагнитной индук |
Следует отметить, |
что |
|
Время |
|
ции. Этот импульс проходит на транс |
молниеотводы, служащие |
|
|||
|
|
||||
форматорную подстанцию, где ослаб |
для защиты от прямого уда Рис. 14. Типовая форма импульса тока при разряде молнии [3] |
||||
ляется искровыми разрядниками. Ос |
ра молнии, не могут суще |
|
|
||
таточный импульс проходит в потреби |
ственно уменьшить |
напряжённость |
зарядов с ремней и других электризую |
||
тельскую линию (рис. 10 a) и через си |
электрического поля атмосферных за |
щихся предметов используют за |
|||
ловой трансформатор — в цепи зазем |
рядов и никак не защищают аппарату |
землённый подпружиненный металли |
|||
ления систем автоматизации (рис. 12). |
ру от мощного электромагнитного им |
ческий гребешок или щётку, которые |
|||
На системы автоматизации молнии |
пульса во время грозы. |
|
касаются движущейся поверхности. |
||
воздействуют |
через электромагнит |
|
|
|
Конвейерные ленты электризуются ху |
ный импульс, который может вывести |
Статическое электричество |
же ремённого привода вследствие более |
|||
из строя устройства гальванической |
Статическое электричество возни |
низкой скорости движения ленты. |
|||
развязки и пережечь провода малого |
кает на диэлектрических материалах. |
Вторым способом борьбы со статиче |
|||
поперечного сечения током, который |
Величина заряда зависит от скорости |
ским электричеством является установ |
|||
генерируется |
вследствие явления |
движения трущихся тел, их материала |
ка в помещении увлажнителя воздуха |
||
электромагнитной индукции [8]. |
и величины поверхности соприкосно |
для получения влажности выше 50%. |
|||
Вторым природным явлением, свя |
вения. Примерами трущихся тел мо |
Для уменьшения зарядов на теле че |
|||
занным с грозой, является атмосферное |
гут быть: |
|
|
ловека используют заземление запя |
|
электричество. Электрический потен |
● ремённый привод; |
|
|
стья работников, электропроводные |
|
циал грозового облака во время дождя |
● лента конвейера; |
|
|
полы, электропроводную одежду, ув |
|
может составлять десятки миллионов и |
● синтетическая одежда и обувь на те |
лажнение воздуха. |
|||
даже до 1 миллиарда вольт. Когда на |
ле человека; |
|
|
Результатом возникновения стати |
|
пряжённость электрического поля меж |
● поток непроводящих твёрдых частиц |
ческих электрических зарядов может |
|||
ду облаком и поверхностью земли дос |
(пыли), газа или воздуха через сопло; |
быть пробой входных каскадов изме |
|||
тигает 500…1000 В/м, начинается элек |
● движение непроводящей жидкости, |
рительных систем, появление линий |
|||
трический разряд с острых предметов |
заполняющей цистерну; |
|
на ЭЛТ мониторах, переход триггеров |
||
(мачты, трубы, деревья и т.п.). |
● автомобильные шины, катящиеся |
в другое состояние, поток ошибок в |
|||
Высокая напряжённость поля, вы |
по непроводящей дороге; |
|
цифровых системах, пробой изоляции |
||
званная атмосферным электричест |
● резиновые ролики под стульями, |
гальванически изолированных цепей |
|||
вом, может наводить заряды в «пла |
когда стулья перемещаются по не |
с большим сопротивлением на землю, |
|||
вающих» цепях с высоким сопротивле |
проводящему полу. |
|
|
воспламенение взрывоопасной смеси. |
|
нием изоляции относительно земли ве |
Ремённый привод, состоящий из ди |
Для защиты систем автоматизации |
|||
личиной в несколько тысяч вольт и |
электрического ремня и двух шкивов, |
от сбоев, вызванных статическим |
|||
приводить к пробою оптронов в моду |
является наиболее общим примером |
электричеством, используют электро |
|||
лях гальванической развязки. Для за |
генератора статического электричества. |
статические экраны, соединённые с |
|||
щиты от атмосферного электричества |
Потенциал статического заряда на рем |
экранным заземлением, а также пре |
|||
гальванически |
изолированные цепи, |
не может достигать 60…100 кВ, а про |
образователи интерфейсов с защитой |
||
не имеющие низкоомного пути на зем |
биваемый воздушный промежуток – |
от статического электричества (на |
|||
лю, должны быть помещены в зазем |
9 см. Поэтому на взрывоопасных про |
пример, преобразователь интерфей |
|||
лённый электростатический экран. В |
изводствах (элеваторы, мельницы) рем |
сов NL 232C имеет защиту от статиче |
|||
частности, атмосферное электричество |
ни используют с проводящими присад |
ских зарядов с потенциалом до ±8 кВ |
|||
является одной из причин, по которым |
ками или металлизацией. Для снятия |
по стандарту IEC 1000 4 2). |
|||
|
|
|
|
|
а |
|
|
б |
|
80 Рис. 15. Прохождение кондуктивной помехи при неправильном соединении земель и цепей сигнала (а) и при правильном соединении (б)
|
www.cta.ru |
СТА 3/2006 |
|
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
В З А П И С Н У Ю К Н И Ж К У И Н Ж Е Н Е Р А
Кондуктивные наводки
Кондуктивная наводка – это поме ха, которая передаётся из соседних электрических цепей не через элек тромагнитное поле, а путём переноса электрического тока по общим для обеих цепей проводникам, в основном через общие участки цепей заземле ния или питания. Обычно источни ком кондуктивных помех являются ге нераторы, цепи с большим током, цифровая часть аналого цифровой схемы, реле, DC/DC и AC/DC пре образователи, шаговые двигатели с импульсным питанием, мощные печи с ШИМ управлением, а также помехи из сети питания, протекающие по об щему участку заземления, и помехи с частотой преобразования источника бесперебойного питания (UPS).
Наиболее типичной причиной по явления кондуктивных помех в систе мах промышленной автоматизации является неправильно выполненное заземление.
Рассмотрим пример (рис. 15). Ток питания цифровой части модуля ввода Iпом проходит по общему участку про вода, который имеет сопротивление Rобщ и создаёт на нём падение напря жения помехи Vпом. При неправиль ном соединении аналогового входа модуля ввода с источником сигнала (на рис. 15 а показано зачёркнутой ли нией) ко входу модуля прикладывается сумма напряжения измеряемого сиг нала и напряжения помехи Ес + Vпом. При более правильном соединении входа «–» модуля с источником сигна ла (на рис. 15 а показано штриховой линией) на вход модуля действует
синфазная помеха Vпом, которая при недостаточном коэффициенте подав ления синфазного сигнала может вно сить погрешность в результат измере ния. Для устранения обоих источни ков погрешности соединение аналого вой и цифровой земли необходимо выполнять в одной общей точке (рис. 15 б). При этом падение напря жения помехи на заземляющем про воднике никак не сказывается на ана логовой части модуля.
Электромагнитные наводки
Электромагнитные наводки появля ются вследствие явления электромаг нитной индукции: в проводящем кон туре, находящемся в электромагнитном поле, возникает эдс индукции, если контур разомкнут, или индукционный ток, если контур замкнут. Источниками электромагнитного поля помехи могут быть радиомодем, радиотелефон, ра диоретранслятор, радиостанция, сото вый передатчик на крыше здания, дви гатель с искрящимися щётками, элек тросварочный аппарат, трамвай, люми несцентные лампы, тиристорный регу лятор, компьютер, телевизионные и ра диостанции, сотовые телефоны, циф ровая часть измерительной системы, реле регулятора, космическое коротко волновое излучение, удар молнии и др.
Источником электромагнитной по мехи может быть также и цифровая (дискретная) подсистема системы авто матизации, например, компьютер, ре ле, тиристоры, мощные выходы дис кретных модулей. Сильными источни ками электромагнитных помех являют ся и оптоволоконные передатчики, по
скольку они потребляют большой ток и работают на высоких частотах. Излуча ются помехи с помощью случайных проводников, образующих дипольную или рамочную антенну. Дипольная ан тенна является источником преимуще ственно электрического поля в её окре стности, рамочная – источником маг нитного поля. Вдали от таких источни ков доминирующего поля нет, есть по перечная электромагнитная волна. Ре альные системы образуют множество излучающих антенн, состоящих из про водников, кабелей и различных метал лических поверхностей.
Наводятся электромагнитные поме хи на всех проводящих предметах, ко торые в рассматриваемом случае игра ют роль антенн. Мощность наведён ной помехи зависит от площади кон тура, охваченного проводником, или от длины провода. Помеха, наведён ная в такой антенне, кондуктивным путём может передаваться в сигналь ные цепи или цепи заземления, вызы вая поток ошибок в цифровых схемах или погрешность передачи сигнала в аналоговых.
Наиболее распространёнными при ёмниками электромагнитных помех яв ляются длинные провода: цепи зазем ления, промышленные сети (полевые шины), кабели, соединяющие датчики и модули аналогового ввода, кабели ин формационных коммуникаций. Под робнее о защите кабелей систем авто матики от электромагнитных помех см. [2]. «Замаскированными» приёмника ми электромагнитных помех являются металлические конструкции в зданиях: металлические стеллажи, окна с метал
81
СТА 3/2006 |
www.cta.ru |
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
ются уменьшение площади контура, принимающего по меху, и применение дифференциально го способа переда чи сигнала в соче тании с витыми па рами проводов [2]. Однако даже в кон туре с маленькой площадью может наводиться боль шая помеха, если при монтаже до пустить ошибку, показанную на
рис. 16: в металлической раме стелла жа (стола) наводится ток помехи Iпом от источника I1, который далее наво дит напряжение Vпом во втором витке провода, то есть происходит транс
формация сигнала помехи через ко роткозамкнутый виток, образуемый рамой стеллажа.
МЕТОДЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Техника заземления в системах про мышленной автоматизации сильно различается для гальванически свя занных и гальванически развязанных цепей. Большинство методов, описан ных в литературе, относится к гальва нически связанным цепям, доля кото рых в последнее время существенно уменьшилась в связи с резким падени ем цен на DC/DC преобразователи.
Заземление гальванически связанных цепей
Мы рекомендуем избегать примене ния гальванически связанных цепей, а если другого варианта нет, то желатель но, чтобы размер этих цепей был по
82
СТА 3/2006
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В З А П И С Н У Ю К Н И Ж К У И Н Ж Е Н Е Р А |
|
|
|
возможности малым и чтобы они рас |
щей точке (при этом ток Iпит уже не |
ном диапазоне от 1 до 10 МГц следует |
|
|||||||
|
полагались в пределах одного шкафа. |
протекает через сопротивление R1, а |
использовать одноточечную схему, ес |
|
|||||||
|
Примером гальванически |
связан |
падение напряжения на сопротив |
ли наиболее длинный проводник в це |
|
||||||
|
ной цепи является соединение источ |
лении проводника R2 не складыва |
пи заземления меньше 1/20 от длины |
|
|||||||
|
ника и приёмника стандартного сиг |
ется с выходным напряжением ис |
волны помехи. В противном случае ис |
|
|||||||
|
нала 0…5 В (рис. 17, 18). Чтобы пояс |
точника сигнала Vвых). |
|
|
пользуется многоточечная схема [16]. |
|
|||||
|
нить, как корректно выполнить зазем |
Общим правилом ослабления связи |
Заземление в одной точке часто ис |
|
|||||||
|
ление, рассмотрим вариант непра |
через общий провод заземления явля |
пользуется в военных и космических |
|
|||||||
|
вильного |
(рис. 17) и |
правильного |
ется деление земель на аналоговую, |
устройствах [16]. |
|
|||||
|
(рис. 18) монтажа. На рис. 17 допуще |
цифровую, силовую и защитную с по |
|
|
|
||||||
|
ны следующие ошибки: |
|
|
следующим их соединением только в |
Заземление гальванически |
|
|||||
|
● ток мощной нагрузки (двигателя по |
одной точке. При разделении заземле |
развязанных цепей |
|
|||||||
|
стоянного тока) протекает по той же |
ний гальванически связанных цепей |
Радикальным решением описанных |
|
|||||||
|
шине заземления, что и сигнал, соз |
используется общий принцип: цепи |
проблем (рис. 17 и 18) является при |
|
|||||||
|
давая падение напряжения VЗемли; |
заземления с большим уровнем шума |
менение гальванической изоляции с |
|
|||||||
|
● использовано однополярное вклю |
должны выполняться отдельно от це |
раздельным заземлением цифровой, |
|
|||||||
|
чение приёмника сигнала, а не диф |
пей с малым уровнем шума, а соеди |
аналоговой и силовой частей системы |
|
|||||||
|
ференциальное; |
|
|
няться они должны только в одной об |
(рис. 19). Силовая часть обычно за |
|
|||||
|
● использован модуль ввода без галь |
щей точке. Точек заземления может |
земляется через шину защитного за |
|
|||||||
|
ванической развязки |
цифровой и |
быть несколько, если топология такой |
земления. Применение гальваниче |
|
||||||
|
аналоговой частей, поэтому ток пи |
цепи не приводит к появлению участ |
ской изоляции позволяет разделить |
|
|||||||
|
тания цифровой части, содержащий |
ков «грязной» земли в контуре, вклю |
аналоговую и цифровую землю, а это, |
|
|||||||
|
помеху, |
протекает |
через |
вывод |
чающем источник и приёмник сигна |
в свою очередь, исключает протекание |
|
||||
|
AGND и создаёт дополнительное па |
ла, а также если в цепи заземления не |
по аналоговой земле токов помехи от |
|
|||||||
|
дение напряжения помехи на сопро |
образуются замкнутые контуры, при |
силовой и цифровой земли. |
|
|||||||
|
тивлении R1. |
|
|
нимающие электромагнитные помехи. |
Аналоговая земля может быть со |
|
|||||
|
Перечисленные ошибки приводят к |
Недостатком |
метода |
разделения |
единена с защитным заземлением че |
|
|||||
|
тому, что напряжение на входе |
проводников |
заземления |
является |
рез сопротивление RAGND (подробнее |
|
|||||
|
приёмника Vвх равно сумме напряже |
низкая эффективность |
на |
высоких |
см. разделы «,,Плавающая“ земля» и |
|
|||||
|
ния сигала Vвых и напряжения помехи |
частотах, когда большую роль играет |
«Гальваническая развязка»). |
|
|||||||
|
VЗемли = R1 · (Iпит + IМ). Для устране |
взаимная индуктивность между рядом |
Заземление экранов |
|
|||||||
|
ния этого недостатка в качестве про |
идущими проводниками заземления, |
|
||||||||
|
водника заземления можно использо |
которая только заменяет гальваниче |
сигнальных кабелей |
|
|||||||
|
вать медную шину большого сечения, |
ские связи на индуктивные, не решая |
Вопросы передачи сигналов по ка |
|
|||||||
|
однако лучше выполнить заземление |
проблемы в целом. |
|
|
белю подробно описаны в работе [2]. |
|
|||||
|
так, как показано на рис. 18, а именно: |
Большая длина проводников приво |
Здесь мы рассмотрим только заземле |
|
|||||||
|
● все цепи заземления соединить в од |
дит также к увеличению сопротивле |
ние при передаче сигнала по витой эк |
|
|||||||
|
ной точке (при этом ток помехи IМ |
ния заземления, что важно на высоких |
ранированной паре, поскольку этот |
|
|||||||
|
уже не протекает через сопротивле |
частотах. Поэтому заземление в одной |
случай наиболее типичен для систем |
|
|||||||
|
ние R1); |
|
|
|
точке используется на |
частотах до |
промышленной автоматизации. |
|
|||
|
● проводник заземления приёмника |
1 МГц, свыше 10 МГц заземлять лучше |
Так как длина сигнального кабеля |
|
|||||||
|
сигнала присоединить к той же об |
в нескольких точках, а в промежуточ |
обычно составляет десятки и сотни |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 19. Пример радикального решения проблемы, показанной на рис. 17 и 18 |
83 |
|
|
СТА 3/2006 |
www.cta.ru |
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
В З А П И С Н У Ю К Н И Ж К У И Н Ж Е Н Е Р А
метров, он должен быть защищён от переменного магнитного поля (при менением витой пары), электростати ческих зарядов и ёмкостных наводок (экранированием).
Если частота помехи не превышает 1 МГц, то кабель надо заземлять с од ной стороны. Если его заземлить с двух сторон (рис. 20), то образуется замкнутый контур, который будет ра ботать как антенна, принимая элек тромагнитную помеху (на рис. 20 путь тока помехи показан штриховой ли нией). Ток помехи, проходя по экрану
|
|
кабеля, будет наводить на централь |
Рис. 20. Пример неправильного (с двух сторон) заземления экрана кабеля на низких частотах |
||||
|
|
ных жилах кабеля помеху через взаим |
|
|
|
||
|
|
ную индуктивность. |
|
|
|
|
|
|
|
Если точки заземления концов кабе |
|
|
|
||
|
|
ля разнесены на значительное расстоя |
|
|
|
||
|
|
ние, между ними может существовать |
|
|
|
||
|
|
разность |
потенциалов, |
вызванная |
|
|
|
|
|
блуждающими токами в земле или по |
|
|
|
||
|
|
мехами в шине заземления. Блуждаю |
|
|
|
||
|
|
щие токи наводятся электрифициро |
|
|
|
||
|
|
ванным транспортом (трамваями, по |
|
|
|
||
|
|
ездами метрополитена и железных до |
|
|
|
||
|
|
рог), сварочными агрегатами, устройст |
|
|
|
||
|
|
вами электрохимической защиты, есте |
|
|
|
||
|
|
ственными электрическими полями, |
|
|
|
||
|
|
вызванными фильтрацией вод в горных |
|
|
|
||
|
|
породах, диффузией водных растворов |
Рис. 21. Пример неправильного (со стороны приёмника сигнала) заземления экрана кабеля |
||||
|
|
и др. Особенно большие токи возника |
|
|
|
||
|
|
ют при ударе молнии. Блуждающие то |
|
|
|
||
|
|
ки вызывают разность потенциалов |
|
|
|
||
|
|
Епомехи между концами оплётки кабеля |
|
|
|
||
|
|
и паразитный ток, который также наво |
|
|
|
||
|
|
дит в центральных жилах помеху вслед |
|
|
|
||
|
|
ствие взаимной индукции. |
|
|
|
|
|
|
|
Оплётку кабеля надо заземлять со |
|
|
|
||
|
|
стороны источника сигнала. Если за |
|
|
|
||
|
|
земление |
сделать со |
стороны |
|
|
|
|
|
приёмника, то ток помехи будет проте |
|
|
|
||
|
|
кать по пути, показанному на рис. 21 |
|
|
|
||
|
|
штриховой линией, то есть через |
|
|
|
||
|
|
ёмкость между жилами кабеля, созда |
|
|
|
||
|
|
вая на ней и, следовательно, между |
|
|
|
||
|
|
дифференциальными входами напря |
Рис. 22. Правильное заземление экрана (дополнительное заземление справа используется |
||||
|
|
жение помехи. Поэтому заземлять оп |
для случая высокочастотного сигнала) |
|
|
||
|
|
лётку надо со стороны источника сиг |
|
|
|
||
|
|
нала (рис. 22), в этом случае путь для |
ду оплёткой и жилами. Кроме того, |
помехи одна от другой. При этом по |
|||
|
|
прохождения тока помехи отсутствует. |
при длине кабеля, сравнимой с дли |
оплётке кабеля будет протекать часть |
|||
|
|
Если источник сигнала не заземлён |
ной волны помехи (длина волны по |
тока IЗемли, передающего помеху в |
|||
|
|
(например, термопара), то заземлять |
мехи на частоте 1 МГц равна 300 м, на |
центральную жилу через взаимную |
|||
|
|
экран можно с любой стороны, так |
частоте 10 МГц – 30 м), возрастает со |
индуктивность. Ёмкостный ток также |
|||
|
|
как в этом случае замкнутый контур |
противление оплётки (см. раздел «Мо |
будет протекать по пути, показанному |
|||
|
|
для тока помехи не образуется. |
дель ,,земли“»), что резко повышает |
на рис. 21, однако высокочастотная |
|||
|
|
На частотах более 1 МГц увеличива |
напряжение помехи на оплётке. По |
составляющая помехи будет ослабле |
|||
|
|
ется индуктивное сопротивление эк |
этому на высоких частотах оплётку ка |
на. Выбор количества точек заземле |
|||
|
|
рана, и токи ёмкостной наводки соз |
беля надо заземлять не только с обеих |
ния кабеля зависит от разницы напря |
|||
|
|
дают на нём большое падение напря |
сторон, но и в нескольких точках меж |
жений помехи на концах экрана, час |
|||
|
84 |
жения, которое может передаваться на |
ду ними (рис. 23). Эти точки выбира |
тоты помехи, требований к защите от |
|||
|
внутренние жилы через ёмкость меж |
ют на расстоянии 1/10 длины волны |
ударов молнии или от величины то |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
www.cta.ru |
|
|
|
СТА 3/2006 |
|
|
|
|
|
|
|||
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
В З А П И С Н У Ю К Н И Ж К У И Н Ж Е Н Е Р А
Рис. 23. Заземление экрана длинного кабеля на высоких частотах
|
|
|
|
Рис. 24. Двойное экранирование длинного кабеля |
|
|
ков, протекающих через экран в слу |
костной помехи по пути, показанному |
|
чае его заземления. |
на рис. 21, а внешний экран уменьша |
|
В качестве промежуточного вариан |
ет высокочастотные наводки. |
|
та можно использовать второе зазем |
Во всех случаях экран должен быть |
|
ление экрана через ёмкость (рис. 22). |
изолирован, чтобы предотвратить его |
|
При этом по высокой частоте экран |
случайные контакты с металлически |
|
получается заземлённым с двух сто |
ми предметами и землёй. |
|
рон, по низкой частоте – с одной. Это |
Отметим, что частота помехи – это |
|
имеет смысл в том случае, когда часто |
частота, которую могут воспринимать |
|
та помехи превышает 1 МГц, а длина |
чувствительные входы устройств сис |
|
кабеля в 10…20 раз меньше длины вол |
тем автоматизации. В частности, если |
|
ны помехи, то есть когда ещё не нуж |
на входе аналогового модуля имеется |
|
но выполнять заземление в несколь |
фильтр, то максимальная частота по |
|
ких промежуточных точках. Величину |
мехи, которую надо учитывать при эк |
|
ёмкости можно рассчитать по форму |
ранировании и заземлении, определя |
|
ле Свч = 1/(2 · π · ƒ · XC), где ƒ — верх |
ется верхней граничной частотой по |
|
няя частота границы спектра помехи, |
лосы пропускания фильтра. |
|
XC – ёмкостное сопротивление зазем |
Поскольку даже при правильном за |
|
ляющего конденсатора (доли ома). |
землении, но длинном кабеле помеха |
|
Например, на частоте 1 МГц конден |
всё равно проходит через экран, то для |
|
сатор ёмкостью 0,1 мкФ имеет сопро |
передачи сигнала на большое расстоя |
|
тивление 1,6 Ом. Конденсатор должен |
ние или при повышенных требованиях |
|
быть высокочастотным, с малой соб |
к точности измерений нужно переда |
|
ственной индуктивностью. |
вать сигнал в цифровой форме или ещё |
|
Для качественного экранирования в |
лучше через оптический кабель. Для |
|
широком спектре частот используют |
этого можно использовать, например, |
|
двойной экран (рис. 24) [8]. Внутрен |
модули аналогового ввода RealLab! се |
|
ний экран заземляют с одной сторо |
рии NL или ADAM 4000 и оптоволо |
86 |
ны — со стороны источника сигнала, |
конные преобразователи интерфейса |
чтобы исключить прохождение ём |
RS 485, например типа SN OFC ST |
|
62.5/125 фирмы НИЛ АП или ADAM 4541/4542+ компании Advantech.
Заземление экранов кабелей систем автоматизации на электрических подстанциях
На электрических подстанциях на оплётке (экране) сигнального кабеля системы автоматизации, проложенно го под высоковольтными проводами на уровне земли и заземлённого с од ной стороны, может наводиться на пряжение величиной в сотни вольт [17] во время коммутации тока вы ключателем. Поэтому с целью элек тробезопасности оплётку кабеля за земляют с двух сторон.
Для защиты от электромагнитных полей с частотой 50 Гц экран кабеля также заземляют с обеих сторон. Это оправданно в случаях, когда известно, что электромагнитная наводка с час тотой 50 Гц больше, чем наводка, вы званная протеканием выравнивающе го тока через оплётку.
Заземление экранов кабелей для защиты от молнии
Для защиты от магнитного поля молнии сигнальные кабели систем ав томатизации, проходящие по откры той местности, должны быть проло жены в металлических трубах из фер ромагнитного материала, например стали. Трубы играют роль магнитного экрана [3]. Нержавеющую сталь ис пользовать нельзя, поскольку этот ма териал не является ферромагнитным. Трубы прокладывают под землёй, а при наземном расположении они должны быть заземлены примерно че рез каждые 3 метра [8]. Кабель должен быть экранирован и экран заземлён. Заземление экрана должно быть про изведено очень качественно с мини мальным сопротивлением на землю.
Внутри здания магнитное поле ослаб ляется, если здание железобетонное, и не ослабляется, если оно кирпичное.
Радикальным решением проблем за щиты от молнии является применение оптоволоконного кабеля, который стоит уже достаточно дёшево и легко подключается к интерфейсу RS 485.
Заземление при дифференциальных измерениях
Если источник сигнала не имеет со противления на землю, то при диффе ренциальном измерении образуется «плавающий» вход. На «плавающем»
|
www.cta.ru |
СТА 3/2006 |
|
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru