3.2.2. Гальваническое влияние по контурам заземления

Два прибора G₁ и G₂ пространственно разделены друг от друга. Контур полезного сигнала заземлен в двух точках у корпусов приборов. По условиям техники безопасности корпуса приборов должны быть заземлены, а общие шины сигнального контура соединяются с корпусом прибора (рис. 3.2.).

Между точками 1 и 2 может возникнуть разность потенциалов из–за тока в контуре заземления (однофазное короткое замыкание, удар молнии). Эта разность потенциалов U₁₂ вызывает ток помехи I_st, который обуславливает величину помехи U_st.

Рис. 3.2. Гальваническое влияние через разомкнутую петлю заземлений:

а – схема устройства; б – схема, поясняющая формирование напряжений помехи U_st

Для снижения этого вида помех необходимо:

1. Уменьшать сопротивление между точками 1 и 2 путем выполнения пола в виде проводящей поверхности или соединением приборов массивными с большим сечением проводниками;

2. Вторым путем уменьшения влияния помехи является уменьшение тока I_st путем разделения контуров заземления. При этом общий провод прибора G₁ не соединяют с корпусом прибора, а вместо этого соединения появляется емкостная связь (паразитная) z_c. Эта емкость вызывает уменьшение тока помехи I_st.

3. Применение разделительного трансформатора в сигнальном контуре. Эффективно лишь для сигналов с низкой и средней частотой. (Рис. 3.3.)

4. Применение нейтрализующего трансформатора, при этом обмотки намотаны согласно, магнитные потоки от полезного сигнала компенсируются, а от токов помех суммируются. Защитный эффект пропорционален частоте помехи. (Рис. 3.4.)

5. Применение ферритовых колец. Сигнальный контур проходит внутри ферритового кольца. При этом магнитные поля от сигнала компенсируются, а помехи усиливаются. (Рис. 3.5.)

Рис. 3.3. Разделительный трансформатор

Рис. 3.4. Нейтрализующий трансформатор

Рис. 3.5. Ферритовые кольца

6. Применение оптической развязки в виде оптотронной пары. Пригодна лишь для бинарных (цифровых) сигналов, проходная емкость менее 1 пФ, электрическая прочность от 0,5 до 10 кВ. (Рис. 3.6.)

Рис. 3.6. Оптическая развязка

7. Симметричная передача (рис. 3.7.). Входы и выходы приборов выполняют симметрично, среднюю точку входа и выхода заземляют. При полной симметрии U_st = 0; .

Рис. 3.7. Симметричная передача

3.3. Емкостное влияние

Причиной емкостного влияния могут быть паразитные емкости. Это влияние можно разделить на три случая:

1. Влияющий и испытывающий влияние контуры гальванически разделены;

2. Оба контура имеют общий провод опорного потенциала;

3. Провода токового контура имеют большую емкость относительно земли.

Рассмотрим все эти случаи в отдельности.

3.3.1. Гальванически разделенные контуры

На рис. 3.8. а показана упрощенная модель ёмкостного влияния, а на рис. 3.8. б её схема замещения; отсюда нетрудно заметить, что напряжение помехи U_st равно нулю, если соблюдать условия симметрии . Это условие можно обеспечить попарным скручиванием проводников (проводов 1 и 2 и проводов 3 и 4).

Вторая возможность для снижения емкостного влияния – применение экранирующих проводов, экраны которых соединяются с одной стороны обратным проводом (см. рис. 3.8. в). Экранирующее воздействие тем лучше, чем больше емкость С₃₄ проводника относительно экрана по сравнению с емкостями С₁₃ и С₂₄.

Рис. 3.8. Емкостное влияние между гальванически разделенными контурами:

а – модель влияния; б – схема замещения; в – модель влияния при экранировании обоих контуров; г – схема замещения при наличии экранов