Împământarea în sistemele de automatizare industrială. Cabinet de automatizare. Metode de împământare Împământarea ecranelor cablurilor sistemelor de automatizare la stațiile electrice

Împământare incorectă cauzează timpi de nefuncționare costisitoare și daune echipamentelor sensibile utilizate în industria petrolieră, auto și minieră în 40% din cazuri. Consecința unei legături necorespunzătoare la pământ poate fi defecțiuni ocazionale ale sistemului, eroare crescută de măsurare, defecțiune a elementelor sensibile, încetinirea sistemului din cauza apariției unui flux de erori în canalele de schimb, instabilitatea parametrilor reglabili, erori în datele colectate. Problemele de împământare sunt strâns legate de problemele și metodele de ecranare. anti-blocareîn sistemele electronice.

Împământarea este subiectul cel mai puțin înțeles în automatizare.

Complexitatea problemei se datorează faptului că sursele de interferență, receptorii și căile lor sunt distribuite în spațiu, momentul apariției lor este adesea variabilă aleatorie, iar locația este a priori necunoscută. De asemenea, este dificil de măsurat interferența. Practic imposibil de realizat și destul de precis analiza teoretică, deoarece problema este de obicei tridimensională și este descrisă de un sistem de ecuații cu diferențe parțiale.

Prin urmare, justificarea uneia sau alteia metode de fundamentare, care, strict vorbind, ar trebui să se bazeze pe calcule matematice, în practică trebuie făcută pe baza experienței și a intuiției. Rezolvarea problemelor de împământare este în prezent la limita între înțelegere, intuiție și noroc.

Studiu de interferență asociat cu împământarea incorectă se reduce la compilarea unor modele simplificate plauzibile ale sistemului, inclusiv surse, receptori și căi de interferență, urmată de o analiză a impactului acestora asupra caracteristicilor sistemului și sinteza metodelor de combatere a acestora.

Nu vom lua în considerare problemele legate de împământarea instalațiilor electrice. Acesta este un subiect separat, care este considerat suficient de detaliat în literatura despre industria energiei electrice. Acest articol tratează numai împământare utilizată în sistemele de automatizare industrială să asigure funcționarea stabilă a acestora, precum și împământarea pentru a proteja personalul împotriva șocurilor electrice, deoarece aceste două aspecte nu pot fi luate în considerare izolat una de cealaltă fără a încălca standardele sistemului de siguranță a muncii.

Definiții

Subteranînțelegeți atât legătura cu pământul Pământului, cât și legătura cu vreun „fir comun” al sistemului electric, în raport cu care se măsoară potențialul electric. De exemplu, într-o navă spațială sau avion, „solul” este considerat a fi o carcasă metalică. Într-un receptor alimentat cu baterie, pământul este luat ca un sistem de conductori interni, care sunt firul comun pentru întregul circuit electronic. În cele ce urmează, vom folosi această noțiune "terenuri", nemai înglobând acest cuvânt între ghilimele, întrucât a devenit de mult termen fizic. Potențialul pământului sistem electric nu este întotdeauna egal cu zero în raport cu solul Pământului. De exemplu, într-un avion zburător, datorită generării unei sarcini electrostatice, potențialul pământului (corpului) aeronavei poate fi de sute și mii de volți în raport cu suprafața Pământului.

Un analog al pământului unei nave spațiale este teren „plutitor”.- un sistem de conductori neconectați la pământul Pământului, în raport cu care se măsoară potențialul din subsistemul electric. De exemplu, într-un modul de intrare analogic izolat galvanic, masa analogică internă a modulului poate să nu fie conectată la împământare sau poate fi conectată la acesta printr-o rezistență mare, să zicem 20 MΩ.

Sub pământ de protecțieînțelegeți legătura electrică a părților conductoare ale echipamentului cu împământarea Pământului printr-un dispozitiv de împământare pentru a proteja personalul de șoc electric.

dispozitiv de împământare numit un set de conductori de împământare (adică un conductor în contact cu pământul) și conductori de împământare.

fir comun(conductor) este conductorul din sistem, în raport cu care sunt măsurate potențialele. Este de obicei comună sursei de alimentare și dispozitivelor electronice conectate la aceasta.

Un exemplu ar fi un fir care este comun tuturor celor 8 intrări ale unui modul de intrare analogic cu 8 canale cu intrări simple (nediferențiale). Firul comun este în multe cazuri sinonim cu pământ, dar este posibil să nu fie deloc conectat la pământ.

Masa semnal numită legătura la masă a firului comun al circuitelor de transmisie a semnalului.

Masa semnalului este împărțită în masă digitală și analogică. Masa analogică a semnalului este uneori împărțită în masă de intrare analogică și masă de ieșire analogică.

forța terenului vom numi firul comun din sistemul conectat la pământul de protecție, prin care circulă un curent mare (mare în comparație cu curentul pentru transmiterea semnalului).

Această împărțire a pământului se bazează pe diferite niveluri de sensibilitate la interferențe circuite analogice și digitale, precum și circuite de semnal și putere (putere) și, de regulă, izolarea galvanică între terenurile indicate în sistemele de automatizare industrială.

Neutru profund împământat numit neutru al unui transformator sau generator, conectat la electrodul de împământare direct sau prin rezistență scăzută (de exemplu, printr-un transformator de curent).

Sârmă zero se numește un fir de rețea conectat la un neutru cu împământare.

neutru izolat numit neutru al unui transformator sau generator care nu este conectat la un dispozitiv de împământare.

Reducerea la zero numiți conectarea echipamentelor cu un neutru solid împământat al unui transformator sau generator în rețele de curent trifazat sau cu o ieșire solid împământat a unei surse de curent monofazate.

În cele ce urmează, vom folosi și termenul "conductiv"- de la cuvântul conductor (conductor), adică asociat cu conductivitatea materialului. De exemplu, interferența condusă este indusă printr-un conductor care conectează două circuite.

Scopuri de împământare

Pământ protector servește exclusiv pentru a proteja oamenii de șoc electric.

Nevoie de îndeplinit pământ de protecție duce adesea la o creștere nivelul de interferențăîn sistemele de automatizare, totuși, această cerință este necesară, prin urmare, execuția semnalului și a împământului de putere ar trebui să se bazeze pe presupunerea că împământarea de protecție este disponibilă și este realizată în conformitate cu PUE. Împământarea de protecție poate fi omisă numai pentru echipamentele cu o tensiune de alimentare de până la 42 V AC sau 110 V DC, cu excepția zone explozive.

Pentru mai multe detalii, consultați secțiunea „Legătura la pământ la instalații industriale explozive” și PUE (capitolul 1.7).

Reguli de bază pentru a reduce interferența de la rețeaua de 50 Hz în sistemele de automatizare, depinde dacă rețeaua este utilizată cu neutru solid împământat sau izolat. Împământare neutră transformatorul de la substație se realizează pentru a limita tensiunea care poate apărea pe firele rețelei de 220/380 V față de Pământ în timpul unei lovituri directe de trăsnet sau ca urmare a contactului accidental cu linii de tensiune mai mare, sau ca un rezultat al defectării izolației părților purtătoare de curent ale rețelei de distribuție.

Rețelele electrice cu neutru izolat sunt utilizate pentru a evita întreruperile sursei de alimentare a consumatorului cu o singură defecțiune de izolație, deoarece în cazul unei defecțiuni a izolației la masă în rețelele cu neutru de pământ mort protecția este declanșată și sursa de alimentare este întreruptă.

În plus, în circuitele cu un neutru izolat la defecțiune la pământ nu există nicio scânteie, ceea ce este inevitabil în rețelele cu un neutru solid împământat. Această proprietate este foarte importantă la alimentarea echipamentelor într-o zonă explozivă. În Statele Unite, industria petrolului și gazelor și industria chimică utilizează, de asemenea împământare neutru prin rezistență limitarea curentului la pământ în cazul unui scurtcircuit.

masă de semnal servește la simplificare circuit electricși dispozitive și sisteme mai ieftine de automatizare industrială. Folosind masa de semnal ca un fir comun pentru diferite circuite, devine posibilă utilizarea unei singure surse de alimentare comune pentru întregul circuit electricîn loc de mai multe surse de alimentare „plutitoare”. Circuitele electrice fără un fir comun (fără împământare) pot fi întotdeauna convertite în circuite cu un fir comun și invers, conform regulilor stabilite în lucrare.

În funcție de scopul aplicației, motivele de semnal pot fi împărțite în bază și ecran. Teren de bază folosit pentru numărarea și transmiterea unui semnal într-un circuit electronic și ecran pământ folosit pentru împământarea ecranului.

teren ecran utilizat pentru împământarea ecranelor de cabluri, pereții despărțitori, carcase pentru instrumente, precum și pentru îndepărtarea sarcinilor statice de la frecarea părților benzilor transportoare, a curelelor de transmisie electrică etc.

Probleme generale de împământare

Împământarea de protecție a clădirilor

Utilizați ca conductori de protecție la pământ împământare naturală și artificială. Conductoarele naturale de împământare includ, de exemplu, cadre din oțel și din beton armat ale clădirilor industriale, structuri metalice de uz industrial, țevi de oțel pentru cablaje electrice, mantale de cabluri din aluminiu, conducte metalice fixe deschise de toate valorile, cu excepția conductelor de combustibil și substanţe explozive, canalizare şi încălzire centrală. Dacă conductivitatea lor îndeplinește cerințele pentru împământare, atunci conductorii suplimentari pentru împământare nu sunt utilizați. Posibilitatea utilizării unei fundații din beton armat a clădirii se explică prin faptul că rezistivitatea betonului umed este aproximativ egală cu rezistivitatea pământului (150 ... 300 Ohm.m).

Electrozi de împământare artificiali (confecționați special). utilizat atunci când rezistența la sol depășește standardele stabilite de PUE.

Structural sunt conducte, unghiuri, tije asezate vertical in pamant pana la o adancime de 3 m sau orizontal la o adancime de minim 50 ... 70 cm dunga. La substațiile electrice se folosește o rețea de conductori de împământare.

La conectarea conductoarelor de împământare între ele, nu se recomandă formarea buclă închisă o zonă mare, deoarece este o „antenă” în care poate circula un curent mare în timpul descărcărilor fulgerelor.

Cele mai bune rezultate se obțin prin conectarea electrozilor de împământare sub formă de rețea, atunci când aria fiecărui contur de rețea este mult mai mică decât aria totală acoperită de electrozii de pământ. Diverse modele dispozitivele de împământare sunt date în Manualul: „Dispozitive de împământare a instalațiilor electrice” R.N.Karyakin.

În ciuda recomandărilor multor autori de a evita buclele la cablarea autobuzelor de împământare în jurul unei clădiri, în practică, de exemplu, atunci când se folosesc electrozi de împământare naturali, acest lucru nu poate fi evitat adesea. Structurile din beton armat ale clădirilor industriale conțin bare metalice de armare, care sunt interconectate prin sudare. Astfel, sistemul de împământare al clădirii este o cușcă metalică, a cărei parte inferioară este conectată electric la pământ. Organizarea montajului asigură contactul fiabil între toate structurile metalice ale clădirii și întocmește acte pentru lucrări ascunse.

Contact cu solul pentru conectarea echipamentelor, în acest caz, este un șurub de împământare sudat pe o structură metalică încorporată a unui element de coloană sau a unei fundații a clădirii.

La instalarea sistemelor de împământare este necesar să se evite golurile din circuite care pot fi induse de câmpul magnetic al fulgerului pentru a evita scânteile și eventuala aprindere a substanțelor combustibile din clădire.

În clădirile pentru amplasarea echipamentelor de comunicație, sistemul de conductori de pământ este realizat sub formă de rețea. Rețeaua îndeplinește simultan funcțiile de împământare și ecran electromagnetic al clădirii. La centralele electrice dintr-o încăpere cu dispozitive de automatizare industrială, pereții și tavanul sunt ecranați cu plăci de oțel, ferestrele și deschiderile pentru aer condiționat sunt acoperite cu plasă de cupru, podeaua este din plastic conductiv electric. Este necesar să se acorde atenție calității contactelor din circuitul de masă.

In articol: Burleson J. Cablări și împământare pentru a preveni problemele de calitate a energiei electrice cu echipamentele industriale// Conferința tehnică a industriei textilelor, fibrelor și filmului, 89 mai 1991. R. 15/5/6 descrie un caz în care un șurub strâns prost în circuitul de masă a dus la defecțiuni ale sistemului, a căror cauză a fost căutată timp de câțiva ani. Când proiectați împământare Nu utilizați contacte metalice diferite astfel încât să nu se formeze vapori galvanici, care sunt locuri de coroziune rapidă.

Când instalați echipamente într-o clădire construită, sistemul de conductori de împământare, de regulă, este deja instalat, iar magistrala de împământare de protecție este direcționată în întreaga clădire.

Împământare autonomă

Spre sistem pământ de protecție instalația industrială poate fi conectată la centrale electrice care alimentează o mare curent de interferențăîn firul de împământare. Prin urmare, pot fi necesare măsurători precise teren separat realizate conform tehnologiei de împământare artificială în pământ. O astfel de împământare este conectată la împământarea generală a clădirii într-un singur punct în scopul egalizării potențialului dintre diferite terenuri, ceea ce este important în cazul unui fulger.

A doua versiune a unui pământ autonom, „curat” poate fi obținută folosind un fir izolat, care nu este conectat nicăieri la structurile metalice ale clădirii, ci este conectat la borna principală de împământare la intrarea neutrului alimentatorului de alimentare. la clădire. Autobuzul unei astfel de împământare este fabricat din cupru, secțiunea sa transversală este de cel puțin 13 metri pătrați. mm.

Conductoare de împământare

Conductoarele care conectează echipamentul la electrodul de pământ trebuie să fie cât mai scurte posibil pentru a le reduce rezistența activă și inductivă. Pentru o împământare eficientă la frecvențe de peste 1 MHz, conductorul trebuie să fie mai scurt de 1/20 și mai bun de 1/50 din lungimea de undă a celei mai înalte armonice din spectrul de interferență (vezi și secțiunea „Modelul Pământului”). Cu o frecvență de interferență de 10 MHz (lungime de undă 30 m) și o lungime a conductorului de 7,5 m (1/4 din lungimea de undă), modulul rezistenței sale complexe la frecvența de interferență va fi egal cu infinit, adică un astfel de conductor poate fi folosit ca izolator, dar nu pentru împământare.

Dacă există filtre în sistemul de automatizare, frecvența de limitare superioară a filtrului poate fi luată ca frecvență maximă a interferenței de influență.

Pentru a reduce căderea de tensiune pe electrodul de masă, este necesar să reduceți lungimea acestuia. Reactanța inductivă a firului de împământare la frecvența de interferență f este:

XL = 2 π f L l ,

Unde L- inductanța liniară a firului, în cazuri tipice egală cu aproximativ 0,8 μH / m, l- lungimea firului.

Dacă firele de împământare sunt situate aproape unul de celălalt, atunci se produce interferențe între ele prin inductanță reciprocă, care este deosebit de semnificativă la frecvențe înalte.

Firele de împământare nu ar trebui să formeze bucle închise care sunt receptoare (antene) ale pickup-urilor electromagnetice.

Conductorul de împământare nu trebuie să intre în contact cu alte obiecte metalice, deoarece astfel de contacte aleatorii instabile pot fi o sursă de interferență suplimentară.

model de pământ

Pe baza celor de mai sus, este posibil să se propună un model electric al sistemului de împământare prezentat în Fig. 1. La compilarea modelului, s-a presupus că sistemul de împământare constă din electrozi de împământare interconectați printr-o magistrală de împământare solidă, la care este sudată o placă de împământare (terminal). De exemplu, două magistrale de împământare (doi conductori) sunt conectate la terminalul de împământare, la care echipamentele împământate sunt conectate în locuri diferite.

Dacă barele de împământare sau conductorii de împământare rulează aproape unul de celălalt, atunci există o conexiune magnetică între ele coeficientul de inducție reciprocă M(Fig. 1).

Fiecare secțiune a conductorului (bus) a sistemului de împământare are o inductanță Lij, rezistenţă Rij, iar emf este indusă în ea Eij prin inducție electromagnetică. Pe diferite părți ale magistralei de masă, echipamentele sistemului de automatizare sunt conectate la acesta, care furnizează curent de interferență magistralei de masă In21... In23, cauzate de cele descrise în secțiune „Surse de interferență pe magistrala terestră” cauzele, iar curentul de alimentare revine la sursa de alimentare prin magistrala de masă. Pe fig. 1 arată, de asemenea, rezistența dintre electrozii de masă R Pământși curent de interferență În Pământ, care curge de-a lungul solului, de exemplu, în timpul loviturilor de fulger sau în timpul unui scurtcircuit (scurtcircuit) la pământul unui echipament puternic.

Dacă magistrală de masă de semnal este utilizat simultan pentru alimentarea sistemului de automatizare (acest lucru trebuie evitat), atunci trebuie luată în considerare rezistența acestuia. Rezistenţă sârmă de cupru 1 m lungime și 1 mm în diametru este egal cu 0,022 ohmi. În sisteme automatizare industriala atunci când senzorii sunt amplasați pe o suprafață mare, de exemplu, într-un lift sau într-un atelier, lungimea conductorului de împământare poate ajunge la 100 m sau mai mult. Pentru un conductor de 100 m lungime, rezistența va fi de 2,2 ohmi. Cu numărul de module ale sistemului de automatizare alimentat de la o sursă egal cu 20, iar consumul de curent al unui modul este de 0,1 A, căderea de tensiune pe rezistența conductorului de împământare va fi de 4,4 V.

La o frecvență de interferență mai mare de 1 MHz, crește rolul rezistenței inductive a circuitului de masă, precum și cuplarea capacitivă și inductivă între secțiunile circuitelor de masă. Firele de împământare încep să radieze unde electromagnetice și devin surse de interferență.

La frecvențe înalte, conductorul de pământ sau ecranul cablului, așezat paralel cu podeaua sau peretele clădirii, formează, împreună cu structurile metalice împământate ale clădirii, o linie lungă cu o impedanță de undă de ordinul 500 ... 1000. Ohm, scurtcircuitat la sfârșit. Prin urmare, rezistența unui conductor pentru interferența de înaltă frecvență este determinată nu numai de inductanța acestuia, ci și de fenomenele asociate cu interferența dintre unda de interferență incidentă și cea reflectată de capătul împământat al firului.

Dependența modulului de rezistență complexă a conductorului de împământare dintre punctul de conectare a acestuia la echipamentul împământat și cel mai apropiat punct al structurii din beton armat a clădirii de lungimea acestui conductor poate fi descrisă aproximativ prin formula pentru un linie de transmisie aeriană cu două fire:

Zin ≈ Rin tg (2π L/λ),

Unde Rv- rezistenta undelor, L- lungimea conductorului de împământare, λ - lungime de undă de interferență (λ ≈ c/f, s- viteza luminii în vid, egală cu 300.000 km/s, f- frecvența de interferență).

Graficul construit conform acestei formule pentru un conductor tipic de împământare (ecran) cu un diametru de 3 mm la distanță de cea mai apropiată bară de armătură din beton armat a clădirii este de 50 cm (în acest caz, rezistența undei este de 630 Ohm) este prezentat în Fig. 2.

Rețineți că atunci când lungimea conductorului se apropie de 1/4 din lungimea de undă de interferență, rezistența acestuia tinde spre infinit.

Deci autobuzul de la sol este în general pământ „murdar”., o sursă de interferență, are rezistență activă și inductivă. Este echipotențial doar în ceea ce privește protecția împotriva șocurilor electrice, nu și în ceea ce privește transmiterea semnalului. Prin urmare, dacă un circuit care include o sursă de semnal și un receptor include o secțiune de pământ „murdar”, atunci tensiunea de interferență va fi adăugată la tensiunea sursei de semnal și aplicată la intrarea receptorului (consultați secțiunea „Interferență conductivă”). .

Tipuri de împământare

Una dintre modalitățile de a slăbi influență nocivă circuite de împământare pentru sisteme de automatizare este implementarea separată a sistemelor de împământare pentru dispozitive care au sensibilitate diferită la interferențe sau sunt surse de interferență de putere diferită.

Execuția separată a conductoarelor de împământare permite realizarea acestora conectarea la pământ de protecție la un punct.În același timp, diferite sisteme de pământ reprezintă razele unei stele, al cărei centru este contactul cu magistrala de împământare de protecție a clădirii. Datorită acestei topologii, zgomotul de pământ murdar nu trece prin conductorii de pământ curat. Astfel, în ciuda faptului că sistemele terestre sunt separate și au nume diferite, în cele din urmă toate sunt conectate la Pământ prin sistem de împământare de protecție.

Singura excepție este pământul „plutitor” (vezi secțiunea Teren „plutitor”.).

Pământ de alimentare

În sistemele de automatizare relee electromagnetice, servomotoare de microputere, electrovalveși alte dispozitive, al căror consum de curent depășește semnificativ consumul de curent al modulelor I/O și controlerelor. Circuitele de alimentare ale unor astfel de dispozitive sunt realizate de o pereche separată de fire răsucite (pentru a reduce interferență radiată), dintre care unul este conectat la magistrala de împământare de protecție. Firul comun al unui astfel de sistem (de obicei, firul conectat la borna negativă a sursei de alimentare) este masa de alimentare.

Masă analogică și digitală

Sistemele de automatizare industriale sunt analog-digitale. Prin urmare, una dintre sursele de erori în partea analogică este zgomotul generat de partea digitală a sistemului. Pentru a preveni trecerea interferențelor prin circuitele de împământare, împământarea digitală și analogică sunt realizate sub formă de conductori neconectați conectați împreună la un singur punct comun. Modulele I/O și controlerele industriale au pini de masă analogici separati pentru aceasta. (A.GND)și digitală (D.GND).

Teren „plutitor”.

O masă „plutitoare” apare atunci când firul comun al unei părți mici a sistemului nu este conectat electric la magistrala de protecție a pământului (adică la Pământ). Exemple tipice de astfel de sisteme sunt contoarele de baterie, automatizarea mașinilor, sistemele de bord pentru avioane sau nave spațiale. O masă „plutitoare” poate fi obținută și folosind convertoare DC/DC sau AC/DC, dacă ieșirea sursei de alimentare secundare din acestea nu este împămânțată. Această soluție vă permite să eliminați complet interferența conductivă printr-un fir comun de împământare. În plus, tensiunea admisibilă în modul comun poate ajunge la 300 de volți sau mai mult, suprimarea trecerii interferenței în modul comun la ieșirea sistemului devine aproape 100%, iar efectul interferenței capacitive este redus. Cu toate acestea, la frecvențe înalte, curenții prin capacitatea la sol reduc semnificativ ultimele două avantaje.

Dacă pământul plutitor este obținut folosind dispozitive de izolare galvanică pe optocuptoare și convertoare DC/DC, atunci trebuie luate măsuri speciale pentru a preveni acumularea de sarcină în capacitatea dintre pământ și pământul plutitor, ceea ce poate duce la defectarea optocuplerului ( vezi sectiunile „Izolarea galvanică”Și "Electricitate statica"). Un exemplu de formare a unui pământ „plutitor” este prezentat în fig. 3.

Legendă: AGND- masă analogică; DGND- pământ digital; Date— portul de informații al modulului (intrare/ieșire date); Păi— ieșire discretă; Aliaj- capacitate echivalentă la pământ; Scurgeri— curent de scurgere; Vpit- borna de conectare la alimentare.

Pinul AGND al modulului de intrare al termocuplului nu este conectat la masă. Decalajul afișat condiționat în imaginea modulului simbolizează izolarea galvanică dintre părțile sale. Partea analogică a modulului are o capacitate echivalentă la împământare aliaj, care include capacitatea circuitelor de intrare la masă, capacitatea conductorilor placă de circuit imprimat la masă, capacitatea de trecere a convertorului DC/DC și optocuplelor cu izolare galvanică.

Valoarea acestei capacități poate fi de aproximativ 100 pF sau mai mult. Deoarece aerul și alți dielectrici cu care capacitatea aliajului este în contact au un caracter neinfinit. rezistență electrică, atunci capacitatea poate fi încărcată lent, în minute sau ore, de curentul de scurgere Scurgeri la potențialul corpurilor electrificate, sursele de alimentare de înaltă tensiune sau potențialul asociat cu electricitatea atmosferică (vezi secțiunile „Fulger și electricitate atmosferică” și „Static electricitate").

Potențialul de pământ plutitor poate depăși tensiunea de defectare a izolației optocuplerului și poate distruge sistemul.

Ca măsuri de protecție atunci când se utilizează un pământ „plutitor”, este posibil să se recomande conectarea părții „plutitoare” cu pământul printr-o rezistență care variază de la zeci de kiloohmi la unități de megaohmi. A doua modalitate este de a folosi energia bateriei și de a transmite informații printr-un cablu optic.

Pământul plutitor este utilizat mai frecvent în tehnologia de măsurare a semnalelor mici și mai rar în sistemele de automatizare industrială. .

Modele de componente ale sistemelor de automatizare

Pentru analiza și sinteza ulterioară a sistemelor de împământare, este necesară prezentarea structurii modulelor sistemelor de automatizare industrială. O astfel de reprezentare este dată de modelele de module tipice de intrare și ieșire analogă și discretă prezentate în fig. 4, 5 și 6.

Următoarele simboluri sunt folosite în aceste figuri: AGND- masă analogică, DGND- pământ digital, GND- masă de alimentare a portului de comunicație, Date- portul de informații al modulului (intrare/ieșire date), Ain - intrare analogică, Păi- ieșire discretă, Din- intrare discretă, Afară- iesire analogica, Vpit - borna de conectare la alimentare; O întrerupere a imaginii modulului înseamnă izolarea galvanică între părțile „rupte”. Modulele de intrare analogică și de ieșire discretă sunt disponibile fără izolație galvanică (Fig. 4 a - un exemplu de model de modul CL8AI de la NILAP), cu izolarea intrărilor analogice și fără izolarea ieșirilor discrete (Fig. 4 b - un exemplu de ADAM -4016 model de modul de la Advantech) și prin izolarea simultană a ambelor intrări analogice și ieșiri discrete (Fig. 4c este un exemplu de model de modul NL8TI de la NIL AP).

În mod similar, modulele cu intrări discrete sau de numărare și ieșiri discrete pot fi fără izolație galvanică (Fig. 5a - un exemplu de model de modul ADAM-4050 de la Advantech), cu izolație de intrare (Fig. 5b - un exemplu de model de modul ADAM4052 de la Advantech) și cu izolare atât intrările cât și ieșirile (Fig. 5c - un exemplu de model de modul NL16DI de la NIL AP).

Modulele de ieșire analogică sunt de obicei realizate cu izolație galvanică de ieșire (Fig. 6). Astfel, un modul I/O poate conține până la trei pini de masă diferiți.

În modelele din fig. 4, 5 și 6, de dragul simplității, nu sunt prezentate rezistențele de intrare, care uneori trebuie luate în considerare.

Izolarea galvanică

Izolarea galvanică circuite este o soluție radicală la majoritatea problemelor de împământare și a devenit standardul de facto în sistemele de automatizare industrială.

Pentru a implementa izolarea galvanică (izolarea), este necesar să furnizați energie și semnal unei părți izolate a circuitului.

Energia este furnizată prin intermediul unui transformator de izolare (în convertoare DC/DC sau AC/DC) sau prin intermediul surselor de alimentare autonome (baterii și acumulatori galvanici). Transmiterea semnalului se realizează prin optocuple și transformatoare, elemente cu cuplaj magnetic, condensatoare sau fibră optică.

Pentru aplicarea izolației galvanice, sistemul de automatizare este împărțit în subsisteme izolate autonome, între care nu există conductori (legături galvanice). Fiecare subsistem are propriul său teren local. Subsistemele sunt împământate numai pentru siguranța electrică și protecția locală împotriva interferențelor.

Principalul dezavantaj al circuitelor cu izolație galvanică este nivel crescut de interferență de la convertorul DC/DC, care, totuși, poate fi făcut suficient de mic pentru circuitele de joasă frecvență cu ajutorul filtrării digitale și analogice (vezi secțiunea „Caracteristici de interferență”). La frecvențe înalte, capacitatea subsistemului la masă și capacitatea dintre înfășurările transformatorului sunt factori care limitează meritul sistemelor izolate galvanic. Capacitatea la masă poate fi redusă prin aplicare cablu optic si reducand dimensiuni geometrice subsistem izolat galvanic.

O greșeală comună atunci când se utilizează circuite izolate galvanic este interpretarea incorectă a conceptului "tensiune de izolare". În special, dacă tensiunea de izolație a unui modul de intrare este de 3 kV, aceasta nu înseamnă că intrările sale pot transporta astfel de tensiuni înalte în condiții de funcționare.

Luați în considerare metode de descriere a caracteristicilor izolației. În literatura străină, trei standarde sunt utilizate pentru aceasta: UL 1577, VDE 0884 și IEC 61010-01, dar descrierile dispozitivelor de izolare galvanică nu se referă întotdeauna la acestea. Prin urmare, conceptul de „tensiune de izolare” este interpretat în mod ambiguu în descrierile interne ale dispozitivelor străine. Principala diferență este că în unele cazuri vorbim despre o tensiune care poate fi aplicată izolației pe termen nelimitat (tensiunea de lucru a izolației), iar în alte cazuri vorbim despre o tensiune de testare (tensiune de izolație) care se aplică la probă pentru o perioadă de timp.de la 1 minut la câteva microsecunde. Tensiunea de testare poate fi de până la 10 ori tensiunea de operare și este destinată testării accelerate în timpul producției, deoarece efectul asupra izolației determinat de această tensiune depinde și de durata impulsului de testare.

Tab. 1 arată relația dintre tensiunea de funcționare și tensiunea de izolație de testare (test) conform standardului IEC 61010-01. După cum puteți vedea din tabel, concepte precum tensiunea de funcționare, constantă, rms sau valoarea de vârf a tensiunii de testare pot varia foarte mult.

Rezistența electrică a izolației echipamentelor de automatizare casnică este testată conform GOST 51350 sau GOST R IEC 60950-2002, adică c este o tensiune sinusoidală cu o frecvență de 50 Hz timp de 1 minut la o tensiune indicată în manualul de instrucțiuni ca tensiune de izolație. De exemplu, cu o tensiune de testare a izolației de 2300 V, tensiunea de funcționare a izolației este de numai 300 V (Tabelul 1).

Surse de zgomot pe autobuzul de la sol

Sursele și cauzele interferenței pot fi fulgerul, electricitatea statică, radiațiile electromagnetice, echipamentele „zgomotoase”, rețeaua de alimentare 220 V cu o frecvență de 50 Hz, sarcinile rețelei comutate, triboelectricitatea, cuplurile galvanice, efectul termoelectric, procesele electrolitice, mișcarea unui conductor într-un câmp magnetic etc.

Centrele de stat de standardizare și certificare din toate țările lumii nu permit producerea de echipamente care reprezintă o sursă de interferență de un nivel inacceptabil de ridicat.

Cu toate acestea, nivelul de interferență nu poate fi egal cu zero. În plus, în practică există destul de multe surse de interferență asociate cu defecțiunile sau utilizarea echipamentelor necertificate.

În Rusia, nivelul admisibil de interferență și rezistența echipamentelor la efectele lor sunt standardizate GOST R 51318.14.1, GOST R 51318.14.2, GOST R 51317.3.2, GOST R 51317.3.3, GOST R 51317.4.2, GOST 51317.4.4, GOST R 51317.3.2, GOST R 51317.2515, GOST.

La proiectarea echipamentelor electronice, pentru a reduce nivelul de interferență, se utilizează o bază de element de microputere cu o viteză minimă suficientă și, de asemenea, practică reducerea lungimii conductorilor și a ecranului.

Caracteristici de interferență

Principala caracteristică a interferenței este dependența densității puterii spectrale a interferenței de frecvență.

Interferențe care afectează sistemele de automatizare industrială, au un spectru de la frecvența zero la unități de gigaherți (Fig. 7). Interferențele care se află în banda de trecere a circuitelor analogice au frecvențe de până la zeci de kiloherți. Circuitele digitale sunt afectate de interferența în bandă de până la sute de megaherți. Interferența gigaherți nu afectează în mod direct sistemele de automatizare, cu toate acestea, după ce sunt detectate în elemente neliniare, ele generează interferențe de joasă frecvență care se află în limitele spectrului perceput.

Circuitele de semnal și de masă ale sistemelor de automatizare conțin întreaga gamă de interferențe posibile. Cu toate acestea, doar interferențele ale căror frecvențe se află în lățimea de bandă a sistemelor de automatizare au efect. Valoarea efectivă a tensiunii (sau curentului) interferenței E este determinată de lățimea spectrului său:

unde: e2 (f) - densitatea spectrală a puterii de interferență, V2/Hz; fn și fv sunt limitele inferioare și superioare ale spectrului de interferență. În cazul particular când e2 (f) depinde slab de frecvență, relația de mai sus este simplificată:

Astfel, pentru a reduce efectul interferenței asupra sistemelor de automatizare, este necesar să se îngusteze lățimea de bandă (fb - fn) a modulelor de intrare și ieșire analogice. De exemplu, dacă constanta de timp a senzorului τ este 0,3 s, care este aproximativ lățimea de bandă a semnalului

apoi limitarea lățimii de bandă a modulului de intrare la 0,5 Hz va reduce nivelul de zgomot și, prin urmare, va crește acuratețea măsurătorilor, va reduce cerințele pentru împământare, ecranare și instalarea sistemului. Cu toate acestea, filtrul introduce o eroare dinamică în rezultatele măsurătorii, care depinde de frecvența (spectrul) semnalului de intrare. De exemplu, în fig. Figura 8 arată dependența erorii de măsurare a modulelor RealLab! Seria NL pe frecvență: cu o frecvență a semnalului de intrare de 0,5 Hz (ca în acest exemplu), eroarea introdusă de filtru este -0,05%.

Cel mai puternic din sistemele de automatizare este interferența cu o frecvență de alimentare de 50 Hz. Prin urmare, pentru a-l suprima, se folosesc filtre cu bandă îngustă, reglate cu precizie (folosind cuarț) la o frecvență de 50 Hz. Pe fig. Figura 9 prezintă ca exemplu răspunsul în frecvență (AFC) al unui filtru digital utilizat în modulele analogice NL: filtrul este configurat să atenueze 120 dB (6 ordine de mărime) de zgomot de 50 Hz. Trebuie remarcat faptul că eroarea dinamică este inerentă tuturor metodelor cunoscute de atenuare a interferențelor de tip normal, deși adesea nu este indicată în caracteristicile modulelor analogice, ceea ce poate induce în eroare utilizatorul.

Cu o inerție și mai mare a senzorilor sau a unui sistem controlat (de exemplu, când senzorul este într-un cuptor, timpul necesar pentru a ajunge la modul este de câteva ore), este posibil să se reducă semnificativ cerințele pentru nivelul de zgomot prin introducerea procedura de măsurători multiple și filtrare digitală suplimentară în controlerul de control sau computer. În general, cu cât timpul de măsurare este mai lung, cu atât semnalul poate fi distins mai precis de fondul de zgomot.

Trebuie remarcat faptul că prezența unui filtru nu salvează întotdeauna de influența interferenței. De exemplu, dacă interferența de înaltă frecvență este detectată sau rectificată pe elemente neliniare înainte de a intra în modulul de intrare, atunci din semnalul de interferență este extrasă o componentă constantă sau de joasă frecvență, care nu mai poate fi atenuată de filtrul de intrare. modul. Elementele neliniare pot fi, de exemplu, contacte de metale diferite, diode de protecție, diode Zener, varistoare.

Interferențe din rețeaua de alimentare

Sursa de alimentare 220/380 V cu o frecvență de 50 Hz și sursele de alimentare conectate la aceasta sunt surse ale următoarelor interferențe:

• fundal cu o frecvență de 50 Hz;
• vârfuri de tensiune de la o descărcare de fulger (Fig. 10 a);
• oscilații amortizate pe termen scurt la comutarea unei sarcini inductive (Fig. 10 b);
• zgomot de înaltă frecvență(de exemplu, interferență de la o stație radio de lucru) suprapusă pe o sinusoidă de 50 Hz (Fig. 10 c);
• zgomot de frecvență infra joasă manifestată ca instabilitate în timp a valorii rădăcină pătratică medie a tensiunii de reţea (Fig. 11);
• distorsiunea pe termen lung a formei sinusoideși armonici în timpul saturației miezului transformatorului și din alte motive.

Cauzele și sursele de interferență în rețea pot fi lovituri de fulger atunci când intră în linia de alimentare, pornirea sau oprirea aparatelor electrice, controlere de putere cu tiristoare, relee, supape electromagnetice, motoare electrice, echipamente electrice de sudare etc.

Curentul de interferență trece prin firul comun al sursei de alimentare și al electrodului de masă (Fig. 12), creând o cădere de tensiune de interferență pe rezistența lor, care va fi discutată în următoarele secțiuni (în Fig. 12, aceste secțiuni ale circuitului). sunt evidențiate cu o linie groasă). Curentul de interferență poate fi de fapt închis nu la substație, ci prin rezistența internă a altor aparate electrice conectate la rețeaua electrică, precum și prin capacitatea cablului.

Cea mai semnificativă interferență care pătrunde în magistrala de masă dintr-o rețea de 220 V (50 Hz) sunt curenții capacitivi care circulă prin capacitatea dintre înfășurarea motorului și carcasa acestuia, curenții dintre înfășurarea de rețea a transformatorului și miez, curenții prin condensatorii rețelei. filtre.

Calea curentului de interferență prin capacitatea dintre înfășurarea primară a transformatorului și miezul împământat Spar3 este prezentată în Fig. 12. Acest curent curge și prin firul comun al sursei de alimentare și al pământului.

Prezența unei capacități duce la faptul că aparatele electrice neîmpământate „șoc”. În absența împământării, potențialul carcasei metalice a dispozitivelor conectate la o rețea de 220 V variază de la câteva zeci la 220 V, în funcție de rezistența de scurgere la masă. Prin urmare, carcasele dispozitivelor conectate la rețeaua de 220 V trebuie împământate.

Când utilizați convertoare DC/DC și AC/DC, la sursa de interferență Enoise este adăugată captarea capacitivă și inductivă de la generatorul propriu al convertorului. Prin urmare, în cazul general, nivelul de zgomot pe firul comun al convertoarelor DC / DC și AC / DC este mai mare decât în ​​sursele cu un transformator de putere convențional, deși capacitatea Сpar1 în convertoare poate fi redusă la unități de picofarad comparativ cu sute de picofaradi pentru un transformator de putere convențional.transformator.

Pentru a reduce pătrunderea interferenței în sursele de energie, se utilizează ecranarea separată a înfășurărilor primare și secundare ale transformatorului, precum și separarea semnalului și a pământului carcasei (Fig. 13).

Fulgerul și electricitatea atmosferică

Fulgerul este una dintre cauzele comune ale supratensiunilor, defecțiunilor și defecțiunilor nedorite în sistemele de automatizare. Sarcina acumulată în nori are un potențial de aproximativ câteva milioane de volți în raport cu suprafața Pământului și este negativă. Durata unei descărcări de fulger este în medie de 0,2 s, rareori până la 1 ... 1,5 s, durata frontului de avans al impulsului este de la 3 la 20 μs, curentul este de câteva mii de amperi și chiar de până la 100 kA (Fig. 14), temperatura în canal ajunge la 20.000°C, apar un câmp magnetic puternic și unde radio. Fulgerele se pot forma și în timpul furtunilor de praf, zăpezii, erupțiilor vulcanice. Frecvența daunelor cauzate de trăsnet la clădirile cu înălțimea de 20 m și dimensiuni în termeni de 100x100 m este de 1 dată în 5 ani, iar pentru clădirile cu dimensiunile de aproximativ 10x10 m - 1 lovitură în 50 de ani (RD 34.21.122-87) .

Numărul de lovituri directe de fulgere către turnul de televiziune Ostankino, înalt de 540 m, este de 30 de lovituri pe an. Pentru a proteja împotriva unei lovituri directe de trăsnet, se folosesc paratrăsnet, care constau dintr-un știft (paratrăsnet) situat deasupra clădirii, un electrod de împământare și un conductor care le conectează. Sistemul de protecție împotriva trăsnetului oferă o cale de impedanță scăzută pentru curentul de trăsnet la pământ, ocolind structurile clădirii. Paratrăsnetul trebuie amplasat cât mai departe posibil de clădire pentru a reduce efectul inducției reciproce și, în același timp, suficient de aproape pentru a proteja clădirea de un fulger direct. Pentru clădirile cu o suprafață mare a acoperișului, paratrăsnetele sunt instalate pe acoperiș și conectate între ele și la electrodul de împământare cu benzi de oțel.

Conductorul de împământare paratrăsnet se realizează separat de împământarea de protecție a clădirii, dar conectat electric la aceasta pentru a egaliza potențialele și a elimina eventualele scântei (RD 34.21.122-87).

Curentul de fulger, care trece prin pământ, creează o cădere de tensiune în acesta, care poate dezactiva driverele de interfață dacă nu au izolare galvanică și sunt amplasate în clădiri diferite (cu electrozi de împământare diferiți).

În liniile electrice, o descărcare de fulger este primită pe un fir de ecranare, care deviază fulgerul către pământ printr-un electrod de împământare. Firul de ecranare este tras peste firele de fază, cu toate acestea, un impuls de f.e.m. este indus pe firele de fază din cauza fenomenului de inducție electromagnetică. Acest impuls trece la stația de transformare, unde este atenuat de eclatoarele de scânteie. Impulsul rezidual trece în linia de consum (Fig. 10 a) și prin transformatorul de putere - în circuitul de masă al sistemelor de automatizare (Fig. 12).

Sistemele de automatizare a fulgerelor sunt afectate de un impuls electromagnetic, care poate dezactiva dispozitivele de izolare galvanică și poate arde fire de secțiune transversală mică cu un curent care este generat din cauza fenomenului de inducție electromagnetică. Al doilea fenomen natural asociat cu furtunile este electricitatea atmosferică. Potențialul electric al unui nor cu tunet în timpul ploii poate fi de zeci de milioane și chiar de până la 1 miliard de volți. Când intensitatea câmpului electric dintre nor și suprafața pământului atinge 500...1000 V/m, de la obiecte ascuțite (catarge, țevi, copaci etc.) începe o descărcare electrică.

Intensitățile ridicate ale câmpului cauzate de electricitatea atmosferică pot induce sarcini în circuitele „plutitoare” cu rezistență mare de izolație la masă de câteva mii de volți și pot duce la defectarea optocuplelor din modulele de izolare galvanică. Pentru a proteja împotriva electricității atmosferice, circuitele izolate galvanic care nu au o cale de rezistență scăzută la masă trebuie plasate într-un scut electrostatic împământat. În special, electricitatea atmosferică este unul dintre motivele pentru care rețelele industriale sunt așezate cu perechi răsucite ecranate. Ecranul cablului trebuie împământat doar într-un punct (vezi subsecțiunea „Legarea la pământ a ecranelor cablurilor de semnal”).

Trebuie remarcat faptul că paratrăsnetul, care servesc la protejarea împotriva unei lovituri directe de fulger, nu pot reduce în mod semnificativ intensitatea câmpului electric al sarcinilor atmosferice și nu protejează în niciun fel echipamentul de un impuls electromagnetic puternic în timpul unei furtuni.

Electricitate statica

Electricitatea statică apare pe materialele dielectrice. Mărimea sarcinii depinde de viteza de mișcare a corpurilor de frecare, de materialul acestora și de dimensiunea suprafeței de contact. Exemple de corpuri de frecare pot fi:

• transmisie prin curea;
• banda rulanta;
• îmbrăcăminte și încălțăminte sintetice pe corpul uman;
• fluxul de particule solide neconductoare (praf), gaz sau aer prin duză;
• mișcarea unui lichid neconductor care umple rezervorul;
• anvelope auto, rulare pe un drum neconductiv;
• role de cauciuc sub scaune atunci când scaunele se deplasează pe o podea neconductivă.

O curea de transmisie, constând dintr-o curea dielectrică și două scripete, este cel mai comun exemplu de generator de electricitate statică.

Potențialul unei sarcini statice pe o curea poate ajunge la 60 ... 100 kV, iar spațiul de aer străpuns este de 9 cm.De aceea, în industriile explozive (ascensoare, mori), curelele sunt utilizate cu aditivi conductivi sau metalizare. Pentru a îndepărta încărcăturile de pe curele și alte obiecte electrizante, utilizați un pieptene sau o perie de metal cu arcuri care ating o suprafață în mișcare.

Benzile transportoare sunt electrificate mai rău decât o transmisie cu bandă din cauza vitezei mai mici a benzii.

A doua cale combate electricitatea statică este să instalați un umidificator în cameră pentru a obține umiditate peste 50%.

Pentru a reduce sarcinile de pe corpul uman, se utilizează împământarea încheieturilor lucrătorilor, podele conductoare, îmbrăcăminte conducătoare și umidificarea aerului.

Rezultatul apariției sarcinilor electrice statice poate fi o defalcare a etapelor de intrare ale sistemelor de măsurare, apariția liniilor pe monitoarele CRT, trecerea declanșatorilor într-o altă stare, fluxul de erori în sistemele digitale, defalcarea izolației. a circuitelor izolate galvanic cu rezistență mare la masă, aprinderea unui amestec exploziv.

Pentru a proteja sistemele de automatizare de defecțiuni cauzate de electricitatea statică, se folosesc scuturi electrostatice, conectate la pământul scutului, precum și convertoare de interfață cu protecție împotriva electricității statice (de exemplu, convertorul de interfață NL_232C are protecție împotriva sarcinilor statice cu un potențial de până la la ± 8 kV conform standardului IEC 1000 -4-2).

Ridicare efectuată

Preluare conductivă- aceasta este interferența care este transmisă de la circuitele electrice învecinate nu printr-un câmp electromagnetic, ci prin transferul de curent electric de-a lungul conductoarelor comune ambelor circuite, în principal prin secțiuni comune ale circuitelor de masă sau de putere. Sursele tipice de interferență condusă sunt generatoarele, circuitele de curent ridicat, partea digitală a circuitului A/D, releele, convertoarele DC/D și AC/DC, motoarele pas cu pas cu puterea pulsului, cuptoare mari PWM, precum și zgomot de la rețeaua care curge prin zona comună de pământ și zgomot de la frecvența de conversie a unei surse de alimentare neîntreruptibilă (UPS).

Cea mai frecventă cauză a interferențelor conduse în sistemele de automatizare industrială este împământarea necorespunzătoare.

Luați în considerare un exemplu (Fig. 15). Curentul de alimentare al părții digitale a modulului de intrare I pom trece prin secțiunea comună a firului, care are rezistența Rtot și creează o cădere de tensiune Vp pe aceasta. Dacă intrarea analogică a modulului de intrare este conectată incorect la sursa de semnal (indicată printr-o linie încrucișată în Fig. 15 a), la intrarea modulului se aplică suma tensiunii semnalului măsurat și a tensiunii de interferență Ec + Vpm .

Cu o conexiune mai corectă a intrării "-" a modulului cu sursa de semnal (prezentată în Fig. 15 a printr-o linie întreruptă), intrarea modulului este afectată de zgomotul de mod comun Vp, care, dacă -coeficientul de suprimare a semnalului de mod este insuficient, poate introduce o eroare în rezultatul măsurării. Pentru a elimina ambele surse de eroare, conectarea împământului analog și digital trebuie efectuată într-un punct comun (Fig. 15 b). În acest caz, scăderea tensiunii de zgomot pe conductorul de împământare nu afectează în niciun fel partea analogică a modulului.

Interferență electromagnetică

Interferență electromagnetică apar ca urmare a fenomenului de inducție electromagnetică: într-un circuit conducător situat într-un câmp electromagnetic, apare o fem de inducție dacă circuitul este deschis, sau un curent de inducție dacă circuitul este închis. Sursele de interferență electromagnetică pot fi un radio modem, radiotelefon, repetitor radio, stație radio, transmițător celular pe acoperișul unei clădiri, motor cu perii strălucitoare, aparat de sudură electric, tramvai, lămpi fluorescente, regulator tiristor, computer, posturi de televiziune și radio. , telefoane mobile, parte digitală a sistemului de măsurare, releu regulator, radiație cosmică de unde scurte, fulger etc.

Un subsistem digital (discret) al unui sistem de automatizare, de exemplu, un computer, relee, tiristoare și ieșiri puternice ale modulelor discrete, poate fi, de asemenea, o sursă de interferență electromagnetică. Transmițătoarele cu fibră optică sunt, de asemenea, surse puternice de interferență electromagnetică, deoarece consumă curent mare și funcționează la frecvențe înalte. Interferența este emisă cu ajutorul conductoarelor aleatorii care formează un dipol sau o antenă buclă. O antenă dipol este o sursă de câmp predominant electric în vecinătatea ei, o antenă buclă este o sursă de câmp magnetic. Departe de astfel de surse nu există câmp dominant, există o undă electromagnetică transversală. Sistemele reale formează un set de antene radiante, constând din conductori, cabluri și diferite suprafețe metalice.

Interferența electromagnetică este indusă asupra tuturor obiectelor conductoare, care în acest caz joacă rolul de antene. Puterea interferenței induse depinde de zona circuitului acoperită de conductor sau de lungimea firului. Interferența indusă într-o astfel de antenă poate fi condusă în circuitele de semnal sau circuitele de masă, provocând un flux de erori în circuitele digitale sau o eroare de transmisie a semnalului în circuitele analogice.

Cele mai comune receptoare de interferență electromagnetică sunt firele lungi: circuite de masă, rețele industriale (magistrale de câmp), cabluri de conectare a senzorilor și modulelor de intrare analogice, cabluri de comunicații informaționale. Citiți mai multe despre protecția cablurilor sistemelor de automatizare împotriva interferențelor electromagnetice. Receptoarele „mascate” de interferență electromagnetică sunt structuri metalice din clădiri: rafturi metalice, ferestre cu cadru metalic, conducte pentru alimentarea cu apă și încălzirea unei clădiri, împământarea conturului de protecție a unei clădiri etc.

Principalele metode de combatere a pickup-urilor electromagnetice sunt reducerea zonei circuitului care primește interferențe și utilizarea unei metode de transmitere a semnalului diferențial în combinație cu perechi răsucite de fire.

Cu toate acestea, chiar și într-un circuit cu o suprafață mică, poate fi indusă o interferență mare dacă, în timpul instalării, se comite o eroare, prezentată în Fig. 16: curent de interferență este indus în cadrul metalic al rackului (tabel) Iom de la sursa I1, care mai induce tensiune Vpomîn a doua tură a firului, adică semnalul de interferență este transformat printr-o tură scurtcircuitată formată de cadrul rackului.

Metode de împământare

Tehnicile de împământare în sistemele de automatizare industriale sunt foarte diferite pentru circuitele cuplate galvanic și izolate galvanic.

Majoritatea metodelor descrise în literatură se referă la circuite cuplate galvanic, a căror pondere a scăzut recent în mod semnificativ din cauza scăderii puternice a prețurilor la convertoarele DC/DC.

Legarea la pământ a circuitelor cuplate galvanic

Un exemplu de circuit conectat galvanic este conectarea sursei și receptorului unui semnal standard 0 ... 5 V (Fig. 17, 18).

Pentru a explica modul de împământare corect, luați în considerare opțiunea de instalare incorectă (Fig. 17) și corectă (Fig. 18).

Pe fig. 17. S-au făcut următoarele erori:

• Curentul de sarcină mare (motor DC) circulă pe aceeași șină de masă ca și semnalul, creând o cădere de tensiune V Pământ;
• a folosit includerea unipolară a receptorului de semnal și nu diferențial;
• a fost utilizat un modul de intrare fără izolarea galvanică a părților digitale și analogice, astfel încât curentul de alimentare al părții digitale, care conține interferențe, curge prin ieșire AGNDși creează o scădere suplimentară a tensiunii de interferență pe rezistență R1.

Aceste erori duc la faptul că tensiunea la intrarea receptorului Vin egală cu suma tensiunii semnalului Voutși tensiune de interferență VGrounds = R1 (Ipit + IM)

Pentru a elimina acest dezavantaj, o bară mare de cupru poate fi utilizată ca conductor de împământare, dar este mai bine să efectuați împământarea așa cum se arată în fig. 18:

și anume:

• conectați toate circuitele de masă la un punct (în acest caz, curentul de interferență SUNT R1);
• conectați conductorul de masă al receptorului de semnal la același punct comun (în acest caz, curentul Ipit nu mai curge prin rezistență R1, și căderea de tensiune pe rezistența conductorului R2 nu se adaugă la tensiunea de ieșire a sursei de semnal Vout).

Regula generală pentru slăbirea conexiunii printr-un fir comun de împământare este împărțirea terenurilor în analogic, digital, putereȘi de protecţie urmată de conexiunea lor la un singur punct.

La separarea împământărilor circuitelor cuplate galvanic, principiu general: circuitele de masă cu zgomot ridicat trebuie să fie separate de circuitele cu zgomot redus și trebuie conectate doar la un punct comun.

Pot exista mai multe puncte de împământare dacă topologia unui astfel de circuit nu duce la apariția unor zone de împământare „murdare” în circuit, inclusiv sursa și receptorul semnalului și, de asemenea, dacă nu se formează bucle închise care primesc interferențe electromagnetice. în circuitul de masă.

Dezavantajul metodei de separare a conductorilor de împământare este eficiența scăzută la frecvențe înalte, când un rol important joacă inductanța reciprocă între conductorii de împământare adiacenți, care înlocuiește doar cuplajele galvanice cu cele inductive, fără a rezolva problema în ansamblu.

Lungimile mari ale conductorului cresc, de asemenea, rezistența la sol, ceea ce este important la frecvențe înalte.

Prin urmare, împământarea într-un punct este utilizată la frecvențe de până la 1 MHz, peste 10 MHz este mai bine să împământați în mai multe puncte, iar în intervalul intermediar de la 1 la 10 MHz, trebuie utilizat un circuit într-un singur punct dacă cel mai lung conductor în circuitul de masă este mai mică de 1/20 din lungimea de undă de interferență.

În caz contrar, se utilizează o schemă multipunct. Împământarea cu un singur punct este adesea folosită în aplicații militare și spațiale.

Legarea la pământ a circuitelor izolate galvanic

O soluție radicală la problemele descrise (Fig. 17 și 18) este utilizarea izolației galvanice cu împământare separată a părților digitale, analogice și de putere ale sistemului (Fig. 19).

Secțiunea de putere este de obicei împământă printr-o magistrală de protecție de pământ. Utilizarea izolației galvanice vă permite să separați pământul analogic și cel digital, iar aceasta, la rândul său, elimină fluxul de curenți de interferență prin pământul analogic de la putere și pământul digital.

Masa analogică poate fi conectată la pământ de protecție printr-un rezistor. RAGND(Pentru mai multe detalii, vezi secțiunile „Plutitor” pământ „și „Izolație galvanică”).

Legarea la pământ a ecranelor cablurilor de semnal

Problemele transmisiei semnalului prin cablu sunt descrise în detaliu în lucrare. Aici vom lua în considerare împământarea numai atunci când transmitem un semnal printr-o pereche ecranată răsucită, deoarece acest caz este cel mai tipic pentru sistemele de automatizare industrială.

Deoarece lungimea cablului de semnal este de obicei de zeci și sute de metri, acesta trebuie protejat de un câmp magnetic alternativ (folosind pereche răsucită), încărcături electrostatice și captare capacitive (ecranaj).

Dacă frecvența de interferență nu depășește 1 MHz, atunci cablul trebuie să fie împământat pe o parte. Dacă este împământat din ambele părți (Fig. 20), atunci se formează un circuit închis, care va funcționa ca o antenă, primind interferențe electromagnetice (în Fig. 20, calea curentului de interferență este afișată printr-o linie întreruptă).

Curentul de interferență, care trece prin ecranul cablului, va induce interferențe asupra conductorilor centrali ai cablului prin inductanță reciprocă.

Dacă punctele de împământare ale capetelor cablurilor sunt separate la o distanță considerabilă, poate exista o diferență de potențial între ele, cauzată de curenții paraziți în sol sau de zgomot în magistrala de masă.

Curenții vagabonzi sunt induși de transportul electrificat (tramvaie, metrou și trenuri de cale ferată), unități de sudură, dispozitive de protecție electrochimică, câmpuri electrice naturale cauzate de filtrarea apei în roci, difuzia soluțiilor apoase etc.

Învelișul cablului trebuie să fie împământat pe partea sursei de semnal. Dacă împământarea se face din partea laterală a receptorului, atunci curentul de interferență va curge de-a lungul căii prezentate în Fig. 21 linie întreruptă, adică prin capacitatea dintre miezurile cablului, creând tensiune de interferență asupra acesteia și, prin urmare, între intrările diferențiale.

Prin urmare, este necesară împământarea împământării din partea sursei de semnal (Fig. 22), în acest caz nu există o cale pentru trecerea curentului de interferență.

Dacă sursa de semnal nu este împămânțată (de exemplu, un termocuplu), atunci scutul poate fi împământat din ambele părți, deoarece în acest caz nu se formează o buclă închisă pentru curentul de interferență.

La frecvențe de peste 1 MHz, rezistența inductivă a ecranului crește, iar curenții capacitivi de captare creează o cădere mare de tensiune pe acesta, care poate fi transmisă conductoarelor interne prin capacitatea dintre împletitură și conductori.

În plus, cu o lungime a cablului comparabilă cu lungimea de undă de interferență (lungimea de undă de interferență la o frecvență de 1 MHz este de 300 m, la o frecvență de 10 MHz - 30 m), rezistența împletiturii crește (vezi „Model, Teme ", care crește brusc tensiunea de interferență pe împletitură.

Prin urmare, la frecvențe înalte, împământarea cablului trebuie să fie împământă nu numai pe ambele părți, ci și în mai multe puncte între ele (Fig. 23).

Aceste puncte sunt alese la o distanță de 1/10 din lungimea de undă de interferență unul față de celălalt. În acest caz, o parte din curent va curge prin împletitura cablului eu Pământ, care transmite interferența miezului central prin inductanță reciprocă.

Curentul capacitiv va curge, de asemenea, pe traseul prezentat în Fig. 21, totuși, componenta de înaltă frecvență a interferenței va fi atenuată. Alegerea numărului de puncte de împământare a cablurilor depinde de diferența de tensiuni de interferență la capetele ecranului, de frecvența interferenței, de cerințele de protecție împotriva loviturilor de trăsnet sau de mărimea curenților care curg prin ecran, dacă este împământat.

Ca opțiune intermediară, puteți utiliza a doua împământare a ecranului prin capacitatea(Fig. 22). În același timp, la o frecvență înaltă, ecranul se dovedește a fi împământat din două părți, la o frecvență joasă - dintr-o parte. Acest lucru are sens în cazul în care frecvența de interferență depășește 1 MHz, iar lungimea cablului este de 10 ... 20 de ori mai mică decât lungimea de undă de interferență, adică atunci când nu este încă necesară împământarea în mai multe puncte intermediare.

Valoarea capacității poate fi calculată folosind formula Cuptor cu microunde = 1/(2 π ƒ Xs), Unde ƒ limita superioară de frecvență a spectrului de interferență, Xc- rezistența capacitivă a condensatorului de împământare (fracții de ohm). De exemplu, la o frecvență de 1 MHz, un condensator de 0,1 uF are o rezistență de 1,6 ohmi.

Condensatorul trebuie să fie de înaltă frecvență, cu auto-inductanță scăzută. Pentru screening de înaltă calitate într-o gamă largă de frecvențe, se utilizează un ecran dublu (Fig. 24).

Ecranul interior este împământat pe o parte - din partea sursei de semnal, pentru a exclude trecerea interferențelor capacitive de-a lungul căii prezentate în Fig. 21, iar scutul exterior reduce interferența de înaltă frecvență.

În toate cazurile, ecranul trebuie izolat pentru a preveni contactul accidental cu obiectele metalice și pământul.

Rețineți că frecvența de interferență este frecvența care poate fi percepută de intrările sensibile ale dispozitivelor sistemelor de automatizare. În special, dacă există un filtru la intrarea modulului analogic, atunci frecvența maximă de zgomot care trebuie luată în considerare pentru ecranare și împământare este determinată de frecvența de tăiere superioară a benzii de trecere a filtrului.

Deoarece chiar și cu împământare corespunzătoare, dar cu un cablu lung, interferența trece în continuare prin ecran, pentru a transmite un semnal pe o distanță lungă sau cu cerințe crescute pentru precizia măsurării, este necesar să se transmită un semnal în formă digitală sau, si mai bine, printr-un cablu optic. Pentru a face acest lucru, puteți utiliza, de exemplu, module de intrare analogică RealLab! seria NL sau ADAM-4000și convertoare de interfață cu fibră optică RS-485, de exemplu, tastați SN-OFC-ST62.5 / 125 de la NIL AP sau ADAM-4541/4542+ companii Advantech.

Legarea la pământ a ecranelor de cabluri ale sistemelor de automatizare din stațiile electrice

La substațiile electrice, pe împletitura (ecranul) cablului de semnal al sistemului de automatizare, așezat sub fire de înaltă tensiune la nivelul solului și împământat pe o parte, poate fi indusă o tensiune de sute de volți în timpul comutării curentului prin schimbarea. Prin urmare, în scopul siguranței electrice, împământarea cablului este împămânțată pe ambele părți.

Pentru a proteja împotriva câmpurilor electromagnetice cu o frecvență de 50 Hz, ecranul cablului este, de asemenea, împământat pe ambele părți. Acest lucru este justificat în cazurile în care se știe că captarea electromagnetică cu o frecvență de 50 Hz este mai mare decât captarea cauzată de fluxul de curent de egalizare prin împletitură.

Ecranele cablurilor de împământare pentru protecție împotriva trăsnetului

Pentru a proteja împotriva câmpului magnetic al fulgerelor, cablurile de semnal ale sistemelor de automatizare care trec prin zone deschise trebuie să fie așezate în tevi metalice material feromagnetic cum ar fi oțelul. Țevile joacă rolul unui ecran magnetic. Oțelul inoxidabil nu poate fi utilizat deoarece acest material nu este feromagnetic. Conductele sunt așezate sub pământ, iar atunci când sunt situate deasupra solului, acestea trebuie împământate aproximativ la fiecare 3 metri. Cablul trebuie să fie ecranat, iar ecranul trebuie să fie împământat. Împământarea ecranului trebuie să fie de foarte bună calitate, cu rezistență minimă la pământ.

În interiorul clădirii, câmpul magnetic este slăbit dacă clădirea este din beton armat și nu este slăbit dacă este cărămidă. O soluție radicală la problemele protecției împotriva trăsnetului este utilizarea cablului de fibră optică, care este deja destul de ieftin și ușor conectat la interfața RS.485.

Împământare pentru măsurători diferențiale

Dacă sursa de semnal nu are rezistență la masă, măsurarea diferențială produce o intrare flotantă. Intrarea plutitoare poate fi încărcată static de electricitatea atmosferică (vezi și Electricitatea fulgerului și atmosferică, Pământ plutitor) sau curentul de scurgere de intrare al unui amplificator operațional.

Pentru a evacua sarcina și curentul la masă, intrările potențiale ale modulelor de intrare analogice conțin în mod obișnuit rezistențe interne de la 1 la 20 MΩ care conectează intrările analogice la masă. Cu toate acestea, cu un nivel ridicat de interferență sau o impedanță ridicată a sursei de semnal, chiar și o rezistență de 20 MΩ poate să nu fie suficientă și atunci este necesar să se utilizeze suplimentar rezistențe externe cu o valoare de zeci de kΩ la 1 MΩ sau condensatoare. cu aceeași rezistență la frecvența de interferență (Fig. 25).

Împământarea senzorilor inteligenți

Recent, așa-numiții senzori inteligenți au fost utilizați și dezvoltați pe scară largă, care conțin un microcontroler pentru liniarizarea caracteristicii de conversie a senzorului. Senzorii inteligenți oferă un semnal în formă digitală sau analogică.

Datorită faptului că partea digitală a senzorului este combinată cu partea analogică, semnalul de ieșire are un nivel de zgomot crescut dacă pământul este incorect.

Unii senzori, precum cei de la Honeywell, au un DAC cu o ieșire de curent și, prin urmare, necesită o rezistență externă de sarcină de ordinul a 20 kΩ, astfel încât semnalul util din ei se obține sub forma unei căderi de tensiune pe rezistorul de sarcină atunci când curentul de ieșire al senzorului circulă.

Luați în considerare un exemplu (Fig. 26).

Tensiunea de sarcină este: Vload = Vout - Iload R1+ I2 R2,

adică depinde de curent I2, care include curentul digital de masă. Curentul digital de masă conține zgomot și, în conformitate cu formula de mai sus, afectează tensiunea la sarcină. Pentru a elimina acest efect, circuitele de masă trebuie realizate așa cum se arată în Fig. 27. Aici curentul digital de masă nu trece prin rezistență. R21și prin urmare nu introduce zgomot în tensiunea semnalului la sarcină.

Legarea la pământ a dulapurilor cu echipamente ale sistemelor de automatizare

Instalarea dulapurilor cu echipamente trebuie să țină cont de toate informațiile menționate anterior. Cu toate acestea, este imposibil să spunem în prealabil care cerințe sunt obligatorii și care nu sunt, deoarece setul de cerințe obligatorii depinde de precizia de măsurare necesară și de mediul electromagnetic.

Pe fig. 28 prezintă un exemplu în care fiecare diferență față de Fig. 29 crește probabilitatea defecțiunilor digitale și degradează eroarea analogică.

Pe fig. 28 a făcut următoarele conexiuni „greșite”:

• dulapurile sunt împământate în puncte diferite, astfel încât potențialele împământării lor sunt diferite (Fig. 17 și 18);
• dulapurile sunt interconectate, ceea ce creează un circuit închis în circuitul de împământare (a se vedea Fig. 16, precum și secțiunile „Legătura de protecție a clădirilor”, „Conductoare de împământare” și „Capturi electromagnetice”);
• conductoare de împământare analogice și digitale în dulapul din stânga porniți suprafata mare mergeți în paralel, astfel încât pickup-urile inductive și capacitive de la pământ digital pot apărea pe pământul analogic;
• concluzie GND unitatea de alimentare este conectată la corpul dulapului în cel mai apropiat punct și nu la borna de masă, prin urmare, curentul de interferență trece prin corpul dulapului, pătrunzând prin transformatorul de alimentare (Fig. 12 și 13);
• o sursă de alimentare este utilizată pentru două dulapuri, ceea ce mărește lungimea și inductanța conductorului de masă;
• în dulapul din dreapta, bornele de împământare nu sunt conectate la borna de împământare, ci direct la corpul dulapului. În acest caz, corpul dulapului devine o sursă de captare inductivă pe toate firele care trec de-a lungul pereților săi;
• în dulapul din dreapta din rândul din mijloc, împământările analogice și digitale sunt conectate direct la ieșirea blocurilor, ceea ce este greșit (Fig. 17, 18, 19)

Aceste neajunsuri sunt eliminate în fig. 29.

O îmbunătățire suplimentară a cablajului în acest exemplu ar fi utilizarea unui conductor de împământare separat pentru modulele de intrare analogice cele mai sensibile.

În cadrul unui dulap (rack), este de dorit să grupați modulele analogice separat și modulele digitale separat, astfel încât atunci când așezați fire într-o conductă de cabluri, lungimea secțiunilor de trecere paralelă a circuitelor de împământare digitale și analogice să fie redusă.

Împământarea în sistemele de control distribuit

În sistemele de control distribuite pe o anumită zonă cu dimensiuni caracteristice de zeci și sute de metri, este imposibil să se utilizeze module de intrare fără izolație galvanică. Doar izolarea galvanică vă permite să conectați circuite împământate în puncte cu potențial diferit.

Cablurile care trec prin zone deschise trebuie protejate de impulsurile magnetice care apar în timpul unei furtuni (vezi secțiunile „Fulger și electricitate atmosferică”, „Scurturi pentru cabluri de împământare pentru protecție împotriva trăsnetului”) și de câmpurile magnetice care apar la comutarea sarcinilor puternice (vezi secțiunea „Legarea la pământ a ecranelor cablurilor sistemelor de automatizare din stațiile electrice”). Acordați o atenție deosebită legăturii la pământ a ecranului cablului (vezi secțiunea „Legarea la pământ a ecranelor cablurilor de semnal”).

O soluție radicală pentru un sistem de control distribuit geografic este transmisia de informații prin fibră optică sau canal radio.

Rezultate bune pot fi obținute prin refuzul de a transmite informații prin standarde analogice în favoarea celor digitale. Pentru a face acest lucru, puteți utiliza modulele adecvate pentru a construi sisteme de control distribuit, cum ar fi seria ADAM-4000 sau NL. Esența acestei abordări este că modulul de intrare este situat lângă senzor, reducând astfel lungimea firelor cu semnale analogice, iar semnalul este transmis către PLC printr-un canal digital.

O variație a acestei abordări este utilizarea senzorilor cu ADC-uri încorporate și interfețe digitale. Astfel de senzori sunt acum printre produsele multor companii, precum Pepperl + Fuchs, Siemens, Omron etc.; astfel de senzori din seria NL deja menționată sunt produși, de exemplu, senzorul de umiditate NL-1DT100.

Împământarea circuitelor de măsurare sensibile

Pentru circuitele de măsurare extrem de sensibile în medii electromagnetice slabe, pământul plutitor (consultați secțiunea Sol plutitor) împreună cu puterea bateriei și transmisia prin fibră optică oferă cele mai bune rezultate.

Legarea la pământ a echipamentelor de acţionare şi a acţionărilor APCS

Circuitele de alimentare pentru motoarele controlate cu impulsuri, servomotoarele și actuatoarele controlate prin PWM trebuie să fie perechi răsucite pentru a reduce câmpul magnetic și ecranate pentru a reduce componenta electrică a interferenței radiate.

Ecranul cablului trebuie să fie împământat pe o parte.

Circuitele pentru conectarea senzorilor unor astfel de sisteme ar trebui plasate într-un ecran separat și, dacă este posibil, la distanță spațială de dispozitivele de acționare.

Împământare în rețele industriale

Interfață bazată pe rețea industrială RS-485 efectuate ecranat pereche răsucită cu utilizare obligatorie module de izolare galvanică(Fig. 30).

Pentru distanțe scurte (aproximativ 10 m), în absența surselor de interferență în apropiere, ecranul nu poate fi utilizat. La distanțe mari (standardul permite o lungime a cablului de până la 1,2 km), diferența de potențial de masă în puncte îndepărtate unul de celălalt poate ajunge la câteva unități și chiar zeci de volți (vezi secțiunea „Legarea la pământ a ecranelor cablurilor de semnal”) .

Prin urmare, pentru a preveni trecerea curentului prin ecran, egalând aceste potențiale, ecranul cablului trebuie să fie împământat doar într-un singur punct (nu contează care). De asemenea, va preveni o buclă închisă de suprafață mare în circuitul de masă, în care pot fi induși curenți mari din cauza inducției electromagnetice în timpul loviturilor de trăsnet sau a comutării sarcinilor puternice.

Curentul prin inductanța reciprocă induce o fem pe perechea de cabluri centrale, care poate distruge cipurile driverului portului.

La utilizarea unui cablu neecranat, poate fi indusă asupra acestuia o sarcină statică mare (câțiva kilovolți) din cauza electricității atmosferice, care poate dezactiva elementele de izolare galvanică. Pentru a preveni acest efect, partea izolată a dispozitivului de izolare galvanică ar trebui să fie împământată printr-o rezistență, de exemplu 0,1 ... 1 MΩ.

Rezistența prezentată în fig. Linia întreruptă 30 reduce, de asemenea, posibilitatea de aprindere în caz de defecțiuni la pământ sau rezistență mare de izolare galvanică atunci când este utilizat un cablu ecranat.

Efectele descrise sunt deosebit de pronunțate în rețelele Ethernet cu cablu coaxial, atunci când mai multe plăci de rețea Ethernet se defectează în timpul unei furtuni la împământare în mai multe puncte (sau lipsă de împământare) în timpul unei furtuni.

În rețelele Ethernet cu lățime de bandă mică (10 Mbps), scutul ar trebui să fie împământat doar într-un punct. Pentru Fast Ethernet (100 Mbps) și Gigabit Ethernet (1 Gbps), ecranul trebuie să fie împământat în mai multe puncte, urmând recomandările din Grounding Signal Cable Shields.

De asemenea, este necesar să vă ghidați după regulile din această secțiune atunci când așezați cablul în zone deschise.

Legătura la pământ la instalații industriale explozive

La instalațiile industriale explozive, atunci când se instalează împământarea cu un fir torsionat, nu este permisă utilizarea lipirii pentru lipirea miezurilor împreună, deoarece din cauza fluxului rece al lipirii, este posibilă slăbirea punctelor de presiune de contact în bornele șuruburilor.

Ecran pentru cablu de interfață RS-485împământat într-un punct din afara zonei periculoase. În zona periculoasă, acesta trebuie protejat de contactul accidental cu conductorii împământați. circuite intrinsec sigure nu trebuie împământat decât dacă este cerut de condițiile de funcționare ale echipamentului electric ( GOST R 51330,10, p6.3.5.2).

circuite intrinsec sigure trebuie instalat astfel încât interferențele de la câmpurile electromagnetice externe (de exemplu, de la un transmițător radio situat pe acoperișul unei clădiri, de la liniile electrice aeriene sau cablurile de mare putere din apropiere) să nu creeze o tensiune sau curent periculoasă în siguranță intrinsecă. circuite.

Acest lucru poate fi realizat prin ecranarea sau îndepărtarea circuitelor cu siguranță intrinsecă de la sursa de interferență electromagnetică.

Atunci când sunt amplasate într-un mănunchi sau canal comun, cablurile cu circuite intrinsec sigure și intrinsec sigure trebuie separate printr-un strat intermediar de material izolator sau un despărțitor metalic împământat. Nu este necesară separarea dacă sunt utilizate cabluri cu înveliș metalic sau ecranate.

Structurile metalice împământate nu ar trebui să aibă goluri și contacte slabe între ele, care pot produce scântei în timpul unei furtuni sau la comutarea echipamentelor puternice.

În instalațiile industriale explozive, rețelele electrice de distribuție cu un neutru izolat sunt utilizate în mod predominant pentru a elimina posibilitatea unei scântei în timpul unui scurtcircuit fază-pământ și declanșarea siguranțelor de protecție dacă izolația este deteriorată.

Pentru protectie impotriva electricitate statica utilizați împământarea descrisă în secțiunea corespunzătoare. Electricitatea statică poate aprinde un amestec exploziv. De exemplu, cu o capacitate a corpului uman de 100 ... 400 pF și un potențial de încărcare de 1 kV, energia de descărcare a scânteii din corpul uman va fi de 50 ... 200 μJ, ceea ce poate fi suficient pentru a aprinde un amestec exploziv de grupa IIC (60 μJ).

Verificare la sol

Osciloscoapele și înregistratoarele plutitoare (cu baterie) sunt folosite pentru a detecta problemele de împământare.

Înregistratoarele ajută la găsirea de contacte proaste („foșnet”) în circuitele de împământare și de alimentare ale echipamentelor, rareori apărând defecțiuni în sistemele de automatizare. Pentru a face acest lucru, folosind un înregistrator de computer cu mai multe canale, sunt monitorizate parametrul de interes, tensiunea în circuitul de alimentare de joasă tensiune, în rețeaua de alimentare de 220 V și diferența de tensiune între mai multe puncte ale sistemului de împământare. Înregistrarea continuă a parametrilor de proces și a tensiunilor vă permite să stabiliți o relație cauzală între defecțiunile parametrilor de proces și supratensiunile în circuitele de putere și de masă.

Osciloscoapele cu putere plutitoare vă permit să monitorizați magnitudinea și frecvența interferențelor la bornele de împământare din carcasele de automatizare, să evaluați nivelul și să localizați sursa câmpului magnetic de interferență folosind o antenă cu mai multe ture conectată la osciloscop.

Victor Denisenko, cercetător al NIL AP Articolul a fost publicat în revista „STA” nr. 2, 2006

Astăzi vom vorbi despre împământarea în stațiile de transformare și industriale, ale căror obiective principale sunt personalul de întreținere și funcționarea stabilă. Mulți înțeleg greșit subiectul împământării sisteme industriale, iar conexiunea sa incorectă duce la consecințe nefaste, accidente și chiar timpuri de nefuncționare costisitoare din cauza încălcării și defecțiunii. Interferența este o variabilă aleatorie, care este foarte greu de detectat fără echipamente speciale.

Surse de interferență pe magistrala de la sol

Sursele și cauzele de interferență pot fi fulgerul, electricitatea statică, radiațiile electromagnetice, echipamentele „zgomotoase”, rețeaua de alimentare 220 V cu o frecvență de 50 Hz, sarcinile rețelei comutate, triboelectricitatea, cuplurile galvanice, efectul termoelectric, electrolitic, mișcarea conductorului într-un câmp magnetic etc. În industrie, există o mulțime de interferențe asociate cu defecțiunile sau utilizarea echipamentelor necertificate. În Rusia, interferența este reglementată de standarde - R 51318.14.1, GOST R 51318.14.2, GOST R 51317.3.2, GOST R 51317.3.3, GOST R 51317.4.2, GOST 51317.4.4, GOST 51317.4.4, GOST 745.131, GOST. R 51522, GOST R 50648. Pentru proiectare echipament industrial Pentru a reduce nivelul de interferență, folosesc o bază de element de putere redusă cu viteză minimă și încearcă să reducă lungimea conductorilor și a ecranării.

Definiții de bază pe tema „Înțelegere comună”

Pământ protector- conectarea părților conductoare ale echipamentului cu împământarea Pământului printr-un dispozitiv de împământare pentru a proteja o persoană de șoc electric.
Dispozitiv de împământare- un set de conductori de împământare (adică un conductor în contact cu pământul) și conductori de împământare.
Sârmă comună - un conductor în sistem, în raport cu care se măsoară potențialele, de exemplu, firul comun al PSU și al dispozitivului.
Masa semnal- conectarea la masă a firului comun al circuitelor de transmisie a semnalului.
Masa semnalului este împărțită în digital pământ și analogic. Masa analogică a semnalului este uneori împărțită în masă de intrare analogică și masă de ieșire analogică.
forța terenului- un fir comun în sistem, conectat la pământ de protecție, prin care trece un curent mare.
Neutru solid împământat b - neutrul transformatorului sau generatorului, conectat la electrodul de împământare direct sau prin rezistență scăzută.
Sârmă zero- un fir conectat la un neutru solid împământat.
Neutru izolat b - neutru al transformatorului sau al generatorului, neconectat la dispozitivul de împământare.
Reducerea la zero- conectarea echipamentelor cu un neutru solid împământat al unui transformator sau generator în rețele de curent trifazat sau cu o ieșire solid împământat a unei surse de curent monofazate.

Împământarea APCS este de obicei subdivizată în:

1. Împământare de protecție.
2. Teren de lucru, sau FE.

Scopuri de împământare

Împământarea de protecție este necesară pentru a proteja oamenii împotriva șocurilor electrice pentru echipamentele cu o tensiune de alimentare de 42 V AC sau 110 V DC, cu excepția zonelor periculoase. Dar, în același timp, împământarea de protecție duce adesea la o creștere a nivelului de interferență în sistemul de control al procesului.

Rețelele electrice cu neutru izolat sunt utilizate pentru a evita întreruperile alimentării cu energie electrică a consumatorului cu o singură defecțiune de izolație, deoarece în cazul unei defecțiuni a izolației la pământ în rețelele cu un neutru fără împământare, este declanșată protecția și alimentarea către rețeaua este întreruptă.
Masa semnalului servește la simplificarea circuitului electric și la reducerea costurilor dispozitivelor și sistemelor industriale.

În funcție de scopul aplicației, temeliile de semnal pot fi împărțite în cele de bază și de ecran. Masa de referință este utilizată pentru transmisia de referință și semnal în circuitul electronic, iar masa de ecranare este utilizată pentru împământarea scuturilor. Pământul ecranului este utilizat pentru împământarea ecranelor de cabluri, ecranare, carcase pentru instrumente, precum și pentru îndepărtarea sarcinilor statice din părțile de frecare ale benzilor transportoare, curelelor de transmisie electrică.

Tipuri de împământare

Una dintre modalitățile de atenuare a efectului dăunător al circuitelor de împământare asupra sistemelor de automatizare este implementarea separată a sistemelor de împământare pentru dispozitivele care au sensibilitate diferită la interferențe sau sunt surse de interferență de putere diferită. Proiectarea separată a conductorilor de împământare permite conectarea acestora la pământul de protecție la un punct. În același timp, diferite sisteme de pământ reprezintă razele unei stele, al cărei centru este contactul cu magistrala de împământare de protecție a clădirii. Datorită acestei topologii, zgomotul de pământ murdar nu trece prin conductorii de pământ curat. Astfel, deși sistemele de pământ sunt separate și au denumiri diferite, în cele din urmă toate sunt conectate la Pământ printr-un sistem de protecție de pământ. Singura excepție este terenul „plutitor”.

Pământ de alimentare

Sistemele de automatizare pot folosi relee electromagnetice, servomotoare de microputere, supape electromagnetice și alte dispozitive, al căror consum de curent depășește semnificativ consumul de curent al modulelor I/O și controlerelor. Circuitele de alimentare ale unor astfel de dispozitive sunt realizate cu o pereche separată de fire răsucite (pentru a reduce interferența radiată), dintre care unul este conectat la magistrala de protecție de masă. Firul comun al unui astfel de sistem (de obicei, firul conectat la borna negativă a sursei de alimentare) este masa de alimentare.

Masă analogică și digitală

Sistemele de automatizare industriale sunt analog-digitale. Prin urmare, una dintre sursele părții analogice este interferența creată de partea digitală a sistemului. Pentru a preveni trecerea interferențelor prin circuitele de împământare, împământarea digitală și analogică sunt realizate sub formă de conductori neconectați conectați împreună la un singur punct comun. Modulele I/O și controlerele industriale au ieșiri separate pentru aceasta. masă analogică(A.GND) și digital(D.GND).

Teren „plutitor”.

O masă „plutitoare” apare atunci când firul comun al unei părți mici a sistemului nu este conectat electric la magistrala de protecție a pământului (adică la Pământ). Exemple tipice de astfel de sisteme sunt contoarele de baterie, automatizarea mașinilor, sistemele de bord pentru avioane sau nave spațiale. Pământul plutitor este folosit mai des în tehnologia de măsurare a semnalelor mici și mai rar în sistemele de automatizare industrială.

Izolarea galvanică

Izolarea galvanică rezolvă multe probleme de împământare, iar utilizarea sa a devenit de fapt în sistemele de control al procesului. Pentru a implementa izolarea galvanică (izolare), este necesară alimentarea cu energie printr-un transformator de izolare și transmiterea unui semnal către o parte izolată a circuitului prin optocuple și transformatoare, elemente cu cuplaj magnetic, condensatoare sau fibră optică. În circuitul electric, calea prin care este posibilă transmiterea interferenței conduse este complet eliminată.

Metode de împământare

Împământarea pentru circuitele cuplate galvanic este foarte diferită de împământarea pentru circuitele decuplate.

Legarea la pământ a circuitelor cuplate galvanic

Vă recomandăm să evitați utilizarea circuitelor cuplate galvanic și, dacă nu există altă opțiune, este de dorit ca aceste circuite să fie dimensionate astfel încât
oportunități mici și că acestea se află în cadrul aceluiași cabinet.

Un exemplu de împământare incorectă a sursei și receptorului unui semnal standard 0 ... 5 V

Iată următoarele erori:

• curentul de sarcină mare (motor DC) circulă pe aceeași magistrală de masă ca și semnalul, creând o cădere de tensiune la masă;
• a folosit includerea unipolară a receptorului de semnal și nu diferențial;
• a fost utilizat un modul de intrare fără izolarea galvanică a părților digitale și analogice, astfel încât curentul de alimentare al părții digitale, care conține interferențe, curge prin ieșire AGNDși creează o scădere suplimentară a tensiunii de interferență pe rezistență R1

Aceste erori duc la faptul că tensiunea la intrarea receptorului Vin egală cu suma tensiunii semnalului Voutși tensiune de interferență VGrounds = R1 (Ipit + IM)
Pentru a depăși acest dezavantaj, o bară mare de cupru poate fi folosită ca conductor de împământare, dar este mai bine să faceți împământarea așa cum se arată mai jos.

Trebuie sa fac:

• conectați toate circuitele de masă la un punct (în acest caz, curentul de interferență SUNT R1);
• conectați conductorul de masă al receptorului de semnal la același punct comun (în acest caz, curentul Ipit nu mai curge prin rezistență R1, A
  căderea de tensiune pe rezistența conductorului R2 nu se adaugă la tensiunea de ieșire a sursei de semnal Vout)

Exemplu de împământare corectă a sursei și receptorului unui semnal standard 0…5 V

Regula generală pentru slăbirea conexiunii printr-un fir comun de împământare este împărțirea terenurilor în analogic, digital, putereȘi de protecţie urmată de conexiunea lor la un singur punct.

La separarea împământărilor circuitelor cuplate galvanic, se utilizează un principiu general: circuitele de împământare cu un nivel ridicat de zgomot trebuie efectuate separat de circuitele cu un nivel scăzut de zgomot și trebuie conectate numai la un punct comun. Pot exista mai multe puncte de împământare dacă topologia unui astfel de circuit nu duce la apariția unor zone de împământare „murdare” în circuit, inclusiv sursa și receptorul semnalului și, de asemenea, dacă nu se formează bucle închise care primesc interferențe electromagnetice. în circuitul de masă.

Legarea la pământ a circuitelor izolate galvanic

O soluție radicală la problemele descrise este utilizarea izolației galvanice cu împământare separată a părților digitale, analogice și de putere ale sistemului.

Secțiunea de putere este de obicei împământă printr-o magistrală de protecție de pământ. Utilizarea izolației galvanice vă permite să separați pământul analogic și cel digital, iar aceasta, la rândul său, elimină fluxul de curenți de interferență prin pământul analogic de la putere și pământul digital. Masa analogică poate fi conectată la pământ de protecție printr-un rezistor. RAGND.

Împământarea ecranelor cablurilor de semnal în sistemele de control al procesului

Un exemplu de incorect ( de ambele părți) punerea la pământ a ecranului cablului la frecvente joase, dacă frecvența de interferență nu depășește 1 MHz, atunci cablul trebuie împământat pe o parte, altfel se formează o buclă închisă care va funcționa ca antenă.

Un exemplu de împământare incorectă (pe partea receptorului de semnal) a ecranului cablului. Învelișul cablului trebuie să fie împământat pe partea sursei de semnal. Dacă împământarea se face pe partea receptorului, atunci curentul de interferență va trece prin capacitatea dintre miezurile cablului, creând o tensiune de interferență pe acesta și, prin urmare, între intrările diferențiale.

Prin urmare, este necesară împământarea împletiturii din partea sursei de semnal, în acest caz nu există o cale pentru trecerea curentului de interferență.

Împământarea corectă a ecranului (împământarea suplimentară din dreapta este utilizată pentru semnalul de înaltă frecvență). Dacă sursa de semnal nu este împămânțată (de exemplu, un termocuplu), atunci scutul poate fi împământat din ambele părți, deoarece în acest caz nu se formează o buclă închisă pentru curentul de interferență.

La frecvențe de peste 1 MHz, rezistența inductivă a ecranului crește, iar curenții capacitivi de captare creează o cădere mare de tensiune pe acesta, care poate fi transmisă conductoarelor interne prin capacitatea dintre împletitură și conductori. În plus, cu o lungime a cablului comparabilă cu lungimea de undă de interferență (lungimea de undă de interferență la o frecvență de 1 MHz este de 300 m, la o frecvență de 10 MHz - 30 m), rezistența împletiturii crește, ceea ce crește brusc tensiunea de interferență pe tresă. Prin urmare, la frecvențe înalte, împământarea cablului trebuie să fie împământă nu numai pe ambele părți, ci și în mai multe puncte între ele.

Aceste puncte sunt alese la o distanță de 1/10 din lungimea de undă de interferență unul față de celălalt. În acest caz, o parte din curent va curge prin împletitura cablului eu Pământ, care transmite interferența miezului central prin inductanță reciprocă.

Curentul capacitiv va curge, de asemenea, pe traseul prezentat în Fig. 21, totuși, componenta de înaltă frecvență a interferenței va fi atenuată. Alegerea numărului de puncte de împământare a cablurilor depinde de diferența de tensiuni de interferență la capetele ecranului, de frecvența interferenței, de cerințele de protecție împotriva loviturilor de trăsnet sau de mărimea curenților care curg prin ecran, dacă este împământat.

Ca opțiune intermediară, puteți utiliza a doua împământare a ecranului prin capacitatea. În același timp, la frecvență înaltă, ecranul se dovedește a fi împământat din două părți, la frecvență joasă - dintr-o parte. Acest lucru are sens în cazul în care frecvența de interferență depășește 1 MHz, iar lungimea cablului este de 10 ... 20 de ori mai mică decât lungimea de undă de interferență, adică atunci când nu este încă necesară împământarea în mai multe puncte intermediare.

Scutul interior este împământat pe o parte - partea sursei de semnal, pentru a exclude trecerea interferențelor capacitive de-a lungul căii afișate, iar scutul exterior reduce interferența de înaltă frecvență. În toate cazurile, ecranul trebuie izolat pentru a preveni contactul accidental cu obiectele metalice și pământul. Pentru transmiterea semnalului pe distanțe mari sau cu cerințe crescute de precizie a măsurătorilor, este necesară transmiterea semnalului în formă digitală sau, și mai bine, printr-un cablu optic.

Legarea la pământ a ecranelor de cabluri ale sistemelor de automatizare din stațiile electrice

La substațiile electrice, pe împletitura (ecranul) cablului de semnal al sistemului de automatizare, așezat sub fire de înaltă tensiune la nivelul solului și împământat pe o parte, poate fi indusă o tensiune de sute de volți în timpul comutării curentului prin schimbarea. Prin urmare, în scopul siguranței electrice, împământarea cablului este împămânțată pe ambele părți. Pentru a proteja împotriva câmpurilor electromagnetice cu o frecvență de 50 Hz, ecranul cablului este, de asemenea, împământat pe ambele părți. Acest lucru este justificat în cazurile în care se știe că captarea electromagnetică cu o frecvență de 50 Hz este mai mare decât captarea cauzată de fluxul de curent de egalizare prin împletitură.

Ecranele cablurilor de împământare pentru protecție împotriva trăsnetului

Pentru a proteja împotriva câmpului magnetic al fulgerului, cablurile de semnal (cu un scut împământat) ale sistemului de control al procesului care trec prin zona deschisă trebuie așezate în țevi metalice din oțel, așa-numitul scut magnetic. Mai bine sub pământ, altfel pământ la fiecare 3 metri. Câmpul magnetic are un efect redus în interiorul unei clădiri din beton armat, spre deosebire de alte materiale.

Împământare pentru măsurători diferențiale

Dacă sursa de semnal nu are rezistență la masă, măsurarea diferențială produce o intrare flotantă. Intrarea flotantă poate fi încărcată static de electricitatea atmosferică sau de curentul de scurgere de intrare al unui amplificator operațional. Pentru a evacua sarcina și curentul la masă, intrările potențiale ale modulelor de intrare analogice conțin în mod obișnuit rezistențe interne de la 1 la 20 MΩ care conectează intrările analogice la masă. Cu toate acestea, cu un nivel ridicat de interferență sau o sursă mare de semnal, chiar și o rezistență de 20 MΩ poate să nu fie suficientă și atunci este necesar să se utilizeze suplimentar rezistențe externe cu o valoare de zeci de kΩ la 1 MΩ sau condensatoare cu aceeași rezistență la frecvența de interferență.

Împământarea senzorilor inteligenți

În zilele noastre, așa-numitul senzori inteligenți cu un microcontroler în interior pentru a lineariza ieșirea de la senzor, dând un semnal în formă digitală sau analogică. Datorită faptului că partea digitală a senzorului este combinată cu partea analogică, semnalul de ieșire are un nivel de zgomot crescut dacă pământul este incorect. Unii senzori au un DAC cu o ieșire de curent și, prin urmare, necesită o rezistență externă de sarcină de ordinul a 20 kΩ, astfel încât semnalul util din ei este obținut sub forma unei căderi de tensiune pe rezistorul de sarcină atunci când curge curentul de ieșire a senzorului.

Tensiunea de sarcină este:

Vload = Vout – Iload R1+ I2 R2,

adică depinde de curent I2, care include curentul digital de masă. Curentul digital de masă conține zgomot și afectează tensiunea pe sarcină. Pentru a elimina acest efect, circuitele de masă trebuie realizate așa cum se arată mai jos. Aici curentul digital de masă nu trece prin rezistență R21și nu introduce zgomot în semnal la sarcină.

Împământarea corectă a senzorilor inteligenți:

Legarea la pământ a dulapurilor cu echipamente ale sistemelor de automatizare

Instalarea dulapurilor APCS trebuie să țină cont de toate informațiile menționate anterior. Următoarele exemple de dulapuri de comandă de împământare sunt împărțite conditionat pe corect, oferind un nivel de zgomot mai scăzut și eronat.

Iată un exemplu (conexiunile incorecte sunt evidențiate cu roșu; GND este un pin pentru conectarea unui pin de alimentare cu împământare), în care fiecare diferență față de figura următoare agravează defecțiunile componentelor digitale și crește eroarea analogică. Următoarele conexiuni „greșite” sunt făcute aici:

• dulapurile sunt împământate în puncte diferite, astfel încât potențialele de împământare ale acestora sunt diferite;
• dulapurile sunt interconectate, ceea ce creează un circuit închis în circuitul de masă;
• conductorii de împământare analogică și digitală din dulapul din stânga rulează în paralel pe o suprafață mare, astfel încât pickup-urile inductive și capacitive de la pământ digital pot apărea pe pământ analogic;
• concluzie GND unitatea de alimentare este conectată la corpul dulapului în cel mai apropiat punct și nu la borna de masă, prin urmare, curentul de interferență trece prin corpul dulapului, pătrunzând prin transformatorul de alimentare;
• o sursă de alimentare este utilizată pentru două dulapuri, ceea ce mărește lungimea și inductanța conductorului de masă;
• în dulapul din dreapta, bornele de împământare sunt conectate nu la borna de împământare, ci direct la corpul dulapului, în timp ce corpul dulapului devine o sursă de interferență inductivă pentru toate firele care trec de-a lungul pereților săi;
• în dulapul din dreapta din rândul din mijloc, împământările analogice și digitale sunt conectate direct la ieșirea blocurilor.

Deficiențele enumerate sunt eliminate prin exemplul de împământare adecvată a dulapurilor sistemelor de automatizare industrială:

Adăuga. Avantajul cablajului din acest exemplu ar fi utilizarea unui conductor de împământare separat pentru modulele de intrare analogice cele mai sensibile. În cadrul unui dulap (rack), este de dorit să grupați modulele analogice separat, modulele digitale separat, astfel încât atunci când așezați fire într-un canal de cabluri, lungimea secțiunilor de trecere paralelă a circuitelor de împământare digitale și analogice să fie redusă.

Legătura la pământ în sistemele de telecomandă

În sistemele distribuite pe un anumit teritoriu cu dimensiuni caracteristice de zeci și sute de metri, este imposibil să se utilizeze module de intrare fără izolare galvanică. Doar izolarea galvanică vă permite să conectați circuite împământate în puncte cu potențial diferit. cea mai bună soluție pentru transmisia semnalului este fibră optică și utilizarea senzorilor cu ADC încorporat și interfață digitală.

Legarea la pământ a echipamentelor de acţionare şi a acţionărilor APCS

Circuitele de alimentare pentru motoarele controlate cu impulsuri, servomotoarele și actuatoarele controlate prin PWM trebuie să fie perechi răsucite pentru a reduce câmpul magnetic și ecranate pentru a reduce componenta electrică a interferenței radiate. Ecranul cablului trebuie să fie împământat pe o parte. Circuitele pentru conectarea senzorilor unor astfel de sisteme ar trebui plasate într-un ecran separat și, dacă este posibil, la distanță spațială de dispozitivele de acționare.

Împământare în rețele industriale RS-485, Modbus

Rețeaua industrială bazată pe interfață este ecranată pereche răsucită cu utilizare obligatorie module de izolare galvanică.

Pentru distanțe scurte (aproximativ 15 m) și în absența surselor de zgomot din apropiere, ecranul nu poate fi utilizat. Pe lungimi mari de ordinul până la 1,2 km, diferența de potențial de masă în puncte îndepărtate unul de celălalt poate ajunge la câteva zeci de volți. Pentru a preveni trecerea curentului prin ecran, ecranul cablului trebuie împământat doar în ORICE punct. La utilizarea unui cablu neecranat, poate fi indusă asupra acestuia o sarcină statică mare (câțiva kilovolți) din cauza electricității atmosferice, care poate dezactiva elementele de izolare galvanică. Pentru a preveni acest efect, partea izolată a dispozitivului de izolare galvanică ar trebui să fie împământată printr-o rezistență, de exemplu 0,1 ... 1 MΩ. Rezistența prezentată de linia întreruptă reduce, de asemenea, posibilitatea defecțiunii din cauza defecțiunilor la pământ sau a rezistenței mari de izolare galvanică în cazul cablului ecranat. În rețelele Ethernet cu lățime de bandă mică (10 Mbps), scutul ar trebui să fie împământat doar într-un punct. Pentru Fast Ethernet (100 Mbps) și Gigabit Ethernet (1 Gbps), scutul trebuie să fie împământat în mai multe puncte.

Legătura la pământ la instalații industriale explozive

La obiectele explozive, atunci când se instalează împământarea cu un fir torsionat, nu este permisă utilizarea lipirii pentru lipirea miezurilor împreună, deoarece din cauza fluxului rece al lipirii, este posibilă slăbirea punctelor de presiune de contact în bornele șuruburilor.

Ecranul cablului de interfață este împământat într-un punct din afara zonei periculoase. În zona periculoasă, acesta trebuie protejat de contactul accidental cu conductorii împământați. circuite intrinsec sigure nu trebuie împământat decât dacă este cerut de condițiile de funcționare ale echipamentului electric ( GOST R 51330,10, p6.3.5.2). Și trebuie instalate în așa fel încât interferențele de la câmpurile electromagnetice externe (de exemplu, de la un transmițător radio situat pe acoperișul unei clădiri, de la liniile electrice aeriene sau cablurile de mare putere din apropiere) să nu creeze tensiune sau curent în siguranță intrinsecă. circuite. Acest lucru poate fi realizat prin ecranarea sau îndepărtarea circuitelor cu siguranță intrinsecă de la sursa de interferență electromagnetică.

Când sunt amplasate într-un mănunchi sau canal comun, cablurile cu circuite intrinsec sigure și intrinsec sigure trebuie separate printr-un strat intermediar de material izolator sau metal împământat. Nu este necesară separarea dacă sunt utilizate cabluri cu înveliș metalic sau ecranate. Structurile metalice împământate nu ar trebui să aibă goluri și contacte slabe între ele, care pot produce scântei în timpul unei furtuni sau la comutarea echipamentelor puternice. În instalațiile industriale explozive, rețelele electrice de distribuție cu un neutru izolat sunt utilizate în mod predominant pentru a elimina posibilitatea unei scântei în timpul unui scurtcircuit fază-pământ și declanșarea siguranțelor de protecție dacă izolația este deteriorată. Pentru protectie impotriva electricitate statica utilizați împământarea descrisă în secțiunea corespunzătoare. Electricitatea statică poate aprinde un amestec exploziv.

Circuitele de împământare existente ale echipamentelor informatice și automatizărilor sunt de obicei împărțite în:

1. Circuite de protecţie la pământ (PE).
2. Circuite de împământare de lucru (РЗ).

1. Pământ de protecție

Tipul specificat de împământare protejează o persoană de posibile daune în cazul deteriorării izolației unei instalații electrice în funcțiune. În instalațiile electrice existente ale obiectelor legate de sistemele automate de control al procesului, punerea la pământ (reducerea la zero) este necesară la:

• carcase din metal pentru următoarele dispozitive: instrumentație, AC (dispozitive de comandă), aparate de comutație (dispozitive de control), dispozitive de iluminat, dispozitive de semnalizare și elemente de protecție, acționări electrice pentru robinete cu șarță etc., motoare electrice MU (mecanisme de control);
• console din metal, precum și plăci pentru orice scop, dacă pe acestea sunt montate dispozitive electrice, dispozitive, alte mijloace legate de elemente de tehnologie informatică și de automatizare. În același timp, această cerință se aplică părților de deschidere și/sau detașabile ale acestor console și plăci în cazurile în care acestea conțin orice echipament cu tensiuni de peste 42V pentru (~) sau 110V pentru curent constant, precum și structuri auxiliare din metal, al cărui scop este instalarea de receptoare AC și electrice pe acestea;
• cuplaje și armuri ale cablurilor, atât de putere, cât și de comandă, mantalele lor din metal; mantale similare și furtunuri metalice ale conductorilor (sârme și/sau cabluri); țevi pentru cablaje electrice din oțel și alte elemente de cablare electrică din metal;
• învelișurile conductoarelor din metal, precum și armurile cablurilor care alcătuiesc circuitele, „U” în care nu depășește 42V pentru (~) sau 110V pentru curent constant, care sunt amplasate pe structuri unice din metal, împreună cu conductorii , elemente ale căror structuri, din metal, trebuie împământate sau neutralizate.

Unii conductori de împământare nu sunt necesari pentru următoarele elemente de rețea:

• mijloace și dispozitive utilizate pentru automatizare, care sunt montate pe structuri metalice deja împământate, dacă există un contact electric stabil între carcasele lor și aceste structuri;
• părți detașabile și cu deschidere ale gardurilor, consolelor etc. în acele cazuri când pe ele sunt montate echipamente cu o tensiune de cel mult 42V pentru (~) sau 110V pentru curent constant; · carcase de receptoare electrice care sunt conectate la retea prin conducte speciale de separare, sau au dubla izolare. Astfel de receptoare nu trebuie conectate la sistemul de împământare. Conform cerințelor PUE (clauza 1.7.70), conductoarele neutre din instalațiile electrice considerate (împământare) pot fi:
• tăvi din metal, precum și cutii metalice;
• mantale de cablu din Al;
• țevi de protecție a cablurilor electrice din metal;
• conductoare utilizate în scopuri similare, cum ar fi benzi de cupru sau oțel etc.;
• pentru sistemele TN, conductoarele de lucru „0” sunt utilizate în aceste scopuri, cu excepția cazului în care este vorba de ramificații care merg către consumatorii de energie monofazat. Punerea la zero a acestuia din urmă se efectuează de-a lungul conductorului de protecție zero (al treilea).

Elemente de împământare

Toate conexiunile conductoarelor de împământare pot fi realizate numai prin sudare, lipire, șuruburi, folosind steaguri și cleme speciale.
În cazurile în care conductoarele de protecție din metale neferoase sunt conectate la nodurile de împământare, acestea trebuie să fie terminate cu urechi speciale, iar jumperii flexibili din cupru trebuie să fie cu două fețe.
La utilizarea racordurilor cu șuruburi, este obligatoriu să folosiți șaibe elastice (șaibe de blocare opționale).

Tipuri de împământare de protecție a sistemelor de control al procesului

Produse precum receptoarele de putere, panourile și panourile sunt echipate cu noduri de împământare la care conductorul de protecție este conectat direct, iar cadrele de susținere care au scuturi multi-secțiuni sunt conectate cu bandă de oțel care trece prin nodurile de împământare ale tuturor cadrelor. Când vine vorba de împământarea receptoarelor electrice supuse vibrațiilor, se folosește un jumper flexibil din cupru.

Împământarea mijloacelor tehnice

Împământarea de protecție a sistemelor automate de control al procesului este de obicei pornită de la rețeaua principală, care este conectată la conductorul de împământare existent disponibil în sistemul de alimentare cu energie al unității. Liniile de împământare de protecție (atât SVT, cât și SA) sunt conectate la pământul de protecție într-un singur punct, care ar trebui să fie situat cât mai aproape posibil de electrodul de împământare în sine. Într-un singur nod de împământare cu un fir neutru TN-C (TN-C-S, TN-S), linia de împământare de protecție a sistemului de control al procesului este conectată. Nodul specificat este situat pe plăcile de alimentare SVT sau SA.
Dacă acest tablou de distribuție (RShch) este suficient de departe de stația de transformare cu un neutru solid împământat, atunci se folosește un circuit cu 4 fire în zona indicată (trei faze și un conductor „0” de lucru, TN-C). Pornind de la tabloul de distribuție, deja cu 5 fire (trifazate, TN-c și zero de protecție, TN-S).
Scutul în sine trebuie să fie echipat cu reîmpământare. Această cerință provine din necesitatea de a reduce fluctuațiile potențialului scutului în sine față de pământ, care se datorează modificărilor curentului care circulă prin TN-C între stația de transformare și tabloul de distribuție.

Împământare pentru UTI

În orice mijloace tehnice ale sistemelor automate de control al procesului, este obligatoriu să aveți echipament de terapie intensivă ( tehnologia Informatiei). Aceasta include:

• echipament care îndeplinește o funcție de bază (introducere, căutare, afișare, stocare etc.), sau gestionarea mesajelor și datelor;
• echipamente, a căror tensiune de alimentare nu depășește 600 V.

În general, ITE include următoarele tipuri (tipuri) de echipamente, care, într-o măsură mai mare sau mai mică, sunt utilizate pentru funcționarea întregului sistem de control al procesului:

• dispozitive de calcul utilizate ca parte a unui PC sau împreună cu acestea (atât în ​​cazuri separate, cât și fără ele);
• echipamente terminale;
• terminale;
• PC, etc.

2. Teren de lucru

Un alt nume pentru sistemul specificat „sistem nul” de mijloace tehnice utilizate în sistemul de control al procesului. În plus, într-o serie de surse de informații, împământarea de lucru este denumită și funcțională, fizică, logică, informațională, circuit etc.

Sistemul nul include doar două elemente: conductori de împământare și electrodul de împământare în sine. Prezența unui conductor personal de împământare pentru acest sistem este necesară din cauza apariției curenților de scurgere valori mari. Acestea din urmă pot apărea în timpul scurtcircuitului, în timpul sudării electrice etc. Acest lucru creează diferențe semnificative de potențial între punctele individuale ale dispozitivului de împământare, precum și fluctuații semnificative ale potențialelor anumitor puncte ale conductorilor de împământare naturali și/sau artificiali în raport cu pământul.

Funcționarea oricărui echipament electric duce la apariția câmpurilor magnetice de mare putere, care sunt surse de interferență în liniile destinate transmiterii de informații care conectează SVT cu acționări electrice, unități tehnologice, sisteme de control local etc. Puterea semnalelor menționate mai sus este doar o fracțiune de watt, iar valoarea tensiunii este de la câțiva V la câteva zeci de mV și chiar mai puțin. Așa se explică faptul că interferența generată este comparabilă în ceea ce privește performanța cu semnalele utile, ceea ce poate duce la distorsiuni serioase ale acestora din urmă. Prin urmare, protecția împotriva acestor interferențe este esențială. Iar soluția calitativă a problemelor de împământare este una dintre cele mai importante metode de protecție a sistemelor de control al procesului și a liniilor de comunicație.

Vezi si.

instalații electrice peste 1 kV în rețele cu un neutru efectiv împământat (cu curenți mari de defect la pământ);

instalații electrice peste 1 kV în rețele cu neutru izolat (cu curenți mici de defect la pământ);

instalatii electrice pana la 1 kV cu neutru la pamant;

instalatii electrice pana la 1 kV cu neutru izolat.

1.7.3. O rețea electrică cu un neutru efectiv împământat este o rețea electrică trifazată peste 1 kV, în care factorul de defecțiune la pământ nu depășește 1,4.

Raportul defectului la pământ într-o rețea electrică trifazată este raportul dintre diferența de potențial dintre o fază nedeteriorată și pământ la punctul de defect de pământ al altei sau două faze și diferența de potențial dintre fază și pământ în acest punct înainte de defecțiune. .

1.7.4. Un neutru cu pământ mort este un transformator sau un neutru al generatorului conectat la un dispozitiv de împământare direct sau printr-o rezistență scăzută (de exemplu, prin transformatoare de curent).

1.7.5. Un neutru izolat este un neutru al transformatorului sau al generatorului care nu este conectat la un dispozitiv de împământare sau conectat la acesta prin dispozitive de semnalizare, măsurare, protecție, reactoare de suprimare a arcului de împământare și dispozitive similare cu rezistență ridicată.

1.7.6. Împământarea oricărei părți a unei instalații electrice sau a altei instalații este conexiunea electrică intenționată a acestei părți cu un dispozitiv de împământare.

1.7.7. Împământarea de protecție este împământarea părților unei instalații electrice pentru a asigura siguranța electrică.

1.7.8. Împământarea de lucru este împământarea oricărui punct al părților purtătoare de curent ale instalației electrice, care este necesară pentru a asigura funcționarea instalației electrice.

1.7.9. Reducerea la zero în instalațiile electrice cu tensiuni de până la 1 kV este conectarea deliberată a unor părți ale unei instalații electrice care nu sunt în mod normal alimentate cu un neutru cu pământ mort al unui generator sau transformator în rețelele de curent trifazat, cu o ieșire cu pământ mort de o sursă de curent monofazată, cu o sursă de mijloc cu pământ mort în rețelele de curent continuu.

1.7.10. O defecțiune la pământ este o conectare accidentală a părților sub tensiune ale unei instalații electrice la părțile structurale care nu sunt izolate de pământ sau direct la pământ. O defecțiune la pământ este o conectare accidentală a părților sub tensiune ale unei instalații electrice cu părțile lor structurale care nu sunt în mod normal alimentate.

1.7.11. Un dispozitiv de împământare este o combinație între un conductor de împământare și conductori de împământare.

1.7.12. Un conductor de împământare este un conductor (electrod) sau un set de conductori (electrozi) legați de metal care sunt în contact cu pământul.

1.7.13. Un conductor de împământare artificială este un conductor de împământare special făcut în scopuri de împământare.

1.7.14. Conductorul natural de împământare este părțile conductoare de electricitate ale comunicațiilor, clădirilor și structurilor în scopuri industriale sau de altă natură care sunt în contact cu pământul și sunt utilizate în scopuri de împământare.

1.7.15. Linia de împământare sau de împământare se numește, respectiv, un conductor de protecție de împământare sau zero cu două sau mai multe ramuri.

1.7.16. Un conductor de împământare este un conductor care conectează părțile împământate la electrodul de împământare.

1.7.17. Un conductor de protecție (PE) în instalațiile electrice este un conductor folosit pentru a proteja oamenii și animalele împotriva șocurilor electrice. În instalațiile electrice de până la 1 kV, un conductor de protecție conectat la un neutru cu pământ mort al unui generator sau transformator se numește conductor de protecție neutru.

1.7.18. Conductorul de lucru zero (N) în instalațiile electrice de până la 1 kV este un conductor utilizat pentru alimentarea receptoarelor electrice, conectat la un neutru solid împământat al unui generator sau transformator în rețelele de curent trifazat, cu o ieșire solid legată la pământ a unei monofazate. sursă de curent, cu un punct sursă solid împământat în rețelele de curent continuu cu trei fire.

Un conductor combinat de protecție zero și de lucru zero (PEN) în instalațiile electrice de până la 1 kV este un conductor care combină funcțiile unui conductor de protecție zero și de lucru zero.

În instalațiile electrice de până la 1 kV cu un neutru împământat solid, conductorul de lucru zero poate îndeplini funcțiile unui conductor de protecție zero.

1.7.19. Zona de răspândire este zona pământului, în care apare un gradient de potențial vizibil atunci când curentul se scurge de la electrodul de pământ.

1.7.20. Zona cu potențial zero este zona pământului din afara zonei de răspândire.

1.7.21. Tensiunea de pe dispozitivul de împământare este tensiunea care apare atunci când curentul se scurge de la electrodul de împământare în pământ între punctul de intrare a curentului din dispozitivul de împământare și zona cu potențial zero.

1.7.22. Tensiunea relativă la pământ la scurtcircuitarea la carcasă este tensiunea dintre acest caz și zona de potențial zero.

1.7.23. Tensiunea de atingere este tensiunea dintre două puncte ale circuitului de curent de defect la pământ (la carcasă) în timp ce o persoană le atinge în același timp.

1.7.24. Tensiunea de treaptă este tensiunea dintre două puncte ale pământului, datorită răspândirii curentului de defect la pământ, în timp ce le atinge simultan cu picioarele unei persoane.

1.7.25. Curentul de defect la pământ este curentul care curge în pământ prin defecțiune.

1.7.26. Rezistența dispozitivului de împământare este raportul dintre tensiunea dispozitivului de împământare și curentul care curge de la electrodul de împământare la pământ.

1.7.27. Rezistivitatea echivalentă a pământului cu structură eterogenă este o astfel de rezistivitate a pământului cu structură omogenă, în care rezistența dispozitivului de împământare are aceeași valoare ca și în pământul cu structură eterogenă.

Termenul „rezistivitate” folosit în prezentele Regulamente pentru pământ neomogen trebuie înțeles ca „rezistivitate echivalentă”.

1.7.28. Oprirea de protecție în instalațiile electrice de până la 1 kV este oprirea automată a tuturor fazelor (polilor) unei secțiuni de rețea, care asigură combinații de curent și timp de trecere a acesteia care sunt sigure pentru oameni în cazul scurtcircuitelor la carcasă sau a unei scăderi. în nivelul de izolare sub o anumită valoare.

1.7.29. Izolarea dublă a unui receptor electric este o combinație de izolație de lucru și de protecție (suplimentară), în care părțile accesibile ale receptorului electric nu capătă tensiune periculoasă dacă numai izolația de lucru sau numai de protecție (suplimentară) este deteriorată.

1.7.30. Tensiunea joasă este o tensiune nominală de cel mult 42 V între faze și față de pământ, utilizată în instalații electrice pentru a asigura securitatea electrică.

1.7.31. Un transformator de izolare este un transformator conceput pentru a separa rețeaua care alimentează receptorul electric de rețeaua electrică primară, precum și de rețeaua de împământare sau de zero.

CERINȚE GENERALE

1.7.32. Pentru a proteja oamenii de electrocutare în cazul deteriorării izolației, trebuie aplicată cel puțin una dintre următoarele măsuri de protecție: împământare, neutralizare, oprire de protecție, transformator de izolare, tensiune joasă, izolație dublă, egalizare de potențial.

1.7.33. Împământarea sau împământarea instalațiilor electrice trebuie efectuată:

1) la o tensiune de 380 V și peste curent alternativ și 440 V și peste curent continuu - în toate instalațiile electrice (vezi și 1.7.44 și 1.7.48);

2) la tensiuni nominale peste 42 V, dar sub 380 V AC și peste 110 V, dar sub 440 V DC - numai în încăperi cu pericol crescut, mai ales periculoase și în instalații exterioare.

Împământarea sau împământarea instalațiilor electrice nu este necesară la tensiuni nominale de până la 42 V AC și până la 110 V DC în toate cazurile, cu excepția celor specificate în 1.7.46, clauza 6 și în Cap. 7.3 și 7.6.

1.7.34. Împământarea sau împământarea echipamentelor electrice instalate pe suporturile de linii aeriene (transformatoare de putere și instrumente, deconectatoare, siguranțe, condensatoare și alte dispozitive) trebuie efectuate în conformitate cu cerințele prevăzute în capitolele relevante din PUE, precum și în acest capitol. .

Rezistența dispozitivului de împământare a suportului liniei aeriene pe care este instalat echipamentul electric trebuie să îndeplinească cerințele:

1) 1.7.57-1.7.59 - in instalatii electrice peste retea de 1 kV cu neutru izolat;

2) 1.7.62 - in instalatii electrice pana la 1 kV cu neutru cu pamant;

3) 1.7.65 - in instalatii electrice pana la 1 kV cu neutru izolat;

4) 2.5.76 - în rețele de 110 kV și mai sus.

În rețelele trifazate de până la 1 kV cu un neutru împământat și în rețelele monofazate cu o ieșire împământată a unei surse de curent monofazate, echipamentele electrice instalate pe suportul liniei aeriene trebuie puse la zero (vezi 1.7.63). ).

1.7.35. Pentru împământarea instalațiilor electrice, trebuie folosiți în primul rând conductori naturali de împământare. Dacă, în același timp, rezistența dispozitivelor de împământare sau tensiunea de contact are valori acceptabile și sunt furnizate valorile normalizate ale tensiunii ale dispozitivului de împământare, atunci conductorii artificiali de împământare trebuie utilizați numai dacă este necesar. pentru a reduce densitatea curenților care circulă prin conductorii naturali de împământare sau care curg din acestea.

1.7.36. Pentru împământarea instalațiilor electrice de diverse scopuri și tensiuni diferite, apropiate geografic unele de altele, se recomandă utilizarea unui singur dispozitiv de împământare comun.

Pentru a combina dispozitivele de împământare ale diferitelor instalații electrice într-un singur dispozitiv comun de împământare, ar trebui să fie utilizați toți conductorii naturali de împământare, în special cei lungi.

Un dispozitiv de împământare utilizat pentru împământarea instalațiilor electrice cu unul sau mai multe scopuri și tensiuni trebuie să îndeplinească toate cerințele pentru împământarea acestor instalații electrice: protejarea oamenilor de șoc electric dacă izolația este deteriorată, condițiile de funcționare a rețelelor, protejarea echipamentelor electrice de supratensiune etc.

1.7.37. Rezistența dispozitivelor de împământare și tensiunea de contact cerute de acest capitol trebuie asigurate în cele mai nefavorabile condiții.

Rezistența specifică de pământ trebuie determinată, luând ca valoare calculată corespunzătoare acel sezon al anului în care rezistența dispozitivului de împământare sau tensiunea de contact capătă cele mai mari valori.

1.7.38. Instalațiile electrice de până la 1 kV AC pot fi cu un neutru solid împământat sau izolat, instalațiile electrice de curent continuu cu un punct de mijloc solid împământat sau izolat, iar instalațiile electrice cu surse de curent monofazate pot fi cu unul solid împământat sau cu ambele borne izolate.

În rețelele cu patru fire de curent trifazat și rețelele cu trei fire de curent continuu, este obligatorie punerea la pământ a neutrului sau a punctului mediu al surselor de curent (vezi și 1.7.105).

1.7.39. În instalațiile electrice de până la 1 kV cu un neutru solid împământat sau o ieșire solid împământat a unei surse de curent monofazat, precum și cu un punct mediu împământat solid în rețelele de curent continuu cu trei fire, trebuie efectuată repunerea la zero. Nu este permisă utilizarea în astfel de instalații electrice a împământării carcaselor receptoarelor electrice fără împământarea acestora.

1.7.40. Instalațiile electrice de până la 1 kV AC cu un neutru izolat sau o ieșire izolată a unei surse de curent monofazate, precum și instalațiile electrice DC cu un punct mediu izolat trebuie utilizate cu cerințe de siguranță sporite (pentru instalații mobile, excavații de turbă, mine) . Pentru astfel de instalații, ca măsură de protecție, împământarea trebuie efectuată în combinație cu monitorizarea izolației rețelei sau deconectarea de protecție.

1.7.41. În instalațiile electrice de peste 1 kV cu un neutru izolat, trebuie efectuată împământarea.

În astfel de instalații electrice, ar trebui să fie posibilă găsirea rapidă a defecțiunilor la pământ (vezi 1.6.12). Protecția împotriva defecțiunii la pământ trebuie instalată cu acțiune de declanșare (pe toată rețeaua conectată electric) în cazurile în care este necesar din motive de siguranță (pentru liniile de alimentare cu stații și mecanisme mobile, minele de turbă etc.).

1.7.42. Deconectarea de protecție este recomandată ca măsură de protecție primară sau suplimentară dacă siguranța nu poate fi asigurată de un dispozitiv de împământare sau de neutralizare sau dacă un dispozitiv de împământare sau de neutralizare cauzează dificultăți din cauza condițiilor de implementare sau din motive economice. Oprirea de protecție ar trebui să fie efectuată de dispozitive (dispozitive) care îndeplinesc, din punct de vedere al fiabilității, speciale specificații.

1.7.43. Rețea trifazată până la 1 kV cu un neutru izolat sau o rețea monofazată până la 1 kV cu o ieșire izolată, conectat printr-un transformator la o rețea de peste 1 kV, trebuie protejat de pericolul care apare atunci când izolația este de peste 1 kV. deteriorate între înfășurările de înaltă și joasă tensiune ale transformatorului. Trebuie instalată o siguranță de explozie în neutru sau fază pe partea de joasă tensiune a fiecărui transformator. În acest caz, trebuie asigurat controlul asupra integrității siguranței de defecțiune.

1.7.44. În instalațiile electrice de până la 1 kV în locurile în care se folosesc transformatoare de izolare sau descendente ca măsură de protecție, tensiunea secundară a transformatoarelor trebuie să fie: pentru transformatoarele de izolare - nu mai mult de 380 V, pentru transformatoarele de reducere - nu mai mult mai mult de 42 V.

La utilizarea acestor transformatoare, trebuie respectate următoarele:

1) transformatoarele de izolare trebuie să îndeplinească specificații speciale pentru o fiabilitate sporită a proiectării și tensiuni de testare crescute;

2) de la un transformator de izolare, este permisă alimentarea unui singur receptor electric cu un curent nominal al unei verigi fuzibile sau o declanșare a întreruptorului pe partea primară de cel mult 15 A;

3) nu este permisă împământarea înfășurării secundare a transformatorului de izolație. Carcasa transformatorului, în funcție de modul neutru al rețelei care alimentează înfășurarea primară, trebuie să fie împământat sau pus la zero. Nu este necesară împământarea carcasei receptorului electric conectat la un astfel de transformator;

4) transformatoarele coborâtoare cu o tensiune secundară de 42 V și mai mică pot fi utilizate ca transformatoare de izolare dacă îndeplinesc cerințele prevăzute la clauzele 1 și 2 din prezentul alineat. Dacă transformatoarele coborâtoare nu se separă, atunci, în funcție de modul neutru al rețelei care alimentează înfășurarea primară, carcasa transformatorului, precum și unul dintre bornele (una dintre faze) sau neutrul (punctul de mijloc) al înfășurarea secundară, ar trebui să fie împământat sau împământat.

1.7.45. Dacă este imposibil să se efectueze împământarea, împământarea și oprirea de protecție care să îndeplinească cerințele acestui capitol, sau dacă aceasta prezintă dificultăți semnificative din motive tehnologice, este permisă întreținerea echipamentelor electrice de pe platformele izolante.

Platformele izolante trebuie proiectate astfel încât părțile neîmpământate (nezero) care reprezintă un pericol să poată fi atinse doar de pe platforme. În același timp, ar trebui exclusă posibilitatea contactului simultan cu echipamentele electrice și părți ale altor echipamente și părți ale clădirii.

PĂRȚI SUPUSE PĂMĂRII SAU PĂMĂNĂRII 1.7.46. Părțile supuse punerii la zero sau împământării în conformitate cu 1.7.33 includ:

1) cazuri de mașini electrice, transformatoare, dispozitive, lămpi etc. (vezi și 1.7.44);

2) antrenări ale aparatelor electrice;

3) înfășurările secundare ale transformatoarelor de instrument (vezi și 3.4.23 și 3.4.24);

4) rame tablouri de distribuție, panouri de comandă, scuturi și dulapuri, precum și părți detașabile sau de deschidere, dacă acestea din urmă sunt echipate cu echipamente electrice cu o tensiune peste 42 V AC sau mai mare de 110 V DC;

5) structuri metalice ale aparatelor de comutare, structuri de cabluri metalice, cablu metalic cuplaje, mantale metalice și armături ale cablurilor de comandă și putere, manșoane metalice de fire, manșoane și țevi metalice ale cablajelor electrice, carcase și structuri de susținere a barelor colectoare, tăvi, cutii, șiruri, cabluri și benzi de oțel pe care sunt fixate cablurile și firele (cu excepția pentru șiruri, cabluri și benzi , de-a lungul cărora sunt așezate cabluri cu o manta sau armătură metalică împământată sau împământată), precum și alte structuri metalice pe care sunt instalate echipamente electrice;

6) mantale metalice și armături ale cablurilor și firelor de comandă și alimentare cu tensiune de până la 42 V AC și până la 110 V DC, așezate pe structuri metalice comune, inclusiv conducte comune, cutii, tăvi etc. Împreună cu cabluri și fire, metal ale căror teci și armuri sunt supuse legăturii sau împământarii;

7) carcase metalice ale receptoarelor de putere mobile și portabile;

8) echipamente electrice amplasate pe părțile mobile ale mașinilor-unelte, mașinilor și mecanismelor.

1.7.47. Pentru a egaliza potențialele din acele spații și instalații exterioare în care se utilizează împământare sau împământare, trebuie conectate la construcții de clădiri și industriale, conducte așezate permanent pentru toate scopurile, carcase metalice ale echipamentelor de proces, macarale și șine feroviare etc. rețeaua de pământ sau nule. În acest caz, contactele naturale în articulații sunt suficiente.

1.7.48. Nu este necesară împământarea sau neutralizarea în mod intenționat:

1) cazurile de echipamente electrice, aparate și structuri electrice instalate pe structuri metalice împământate (puse la zero), aparate de distribuție, pe scuturi, dulapuri, scuturi, paturi de mașini, mașini și mecanisme, cu condiția să se asigure un contact electric sigur cu bazele împământate sau puse la zero (excepție) - vezi capitolul 7.3);

2) structurile enumerate la 1.7.46, clauza 5, cu condiția să existe un contact electric sigur între aceste structuri și echipamentele electrice împământate sau împământate instalate pe acestea. În același timp, aceste structuri nu pot fi utilizate pentru împământarea sau împământarea altor echipamente electrice instalate pe ele;

3) armături de izolatoare de toate tipurile, bretele, console și corpuri de iluminat atunci când sunt instalate pe stâlpi de lemn ai liniilor aeriene sau pe structuri din lemn stații deschise, dacă acest lucru nu este cerut de condițiile de protecție împotriva supratensiunilor atmosferice.

Atunci când se așează un cablu cu o manta metalică împământată sau un conductor de împământare neizolat pe un suport de lemn, părțile enumerate situate pe acest suport trebuie să fie împământate sau împământate;

4) părți detașabile sau de deschidere rame metalice camere de comutație, dulapuri, garduri etc., dacă nu sunt instalate echipamente electrice pe părți detașabile (deschizătoare) sau dacă tensiunea echipamentelor electrice instalate nu depășește 42 V AC sau 110 V DC (excepție - vezi capitolul 7.3);

5) carcase de receptoare electrice cu dubla izolare;

6) capse metalice, elemente de fixare, segmente de conducte protectie mecanica cabluri în locurile în care trec prin pereți și tavane și alte părți similare, inclusiv cutii de tragere și ramificații cu dimensiunea de până la 100 cm², cablaje electrice realizate prin cabluri sau fire izolate așezate de-a lungul pereților, tavanelor și altor elemente de construcție.

INSTALAȚII ELECTRICE Peste REȚELE DE 1 kV CU NEUTRU PĂMÂNT EFICIENT

1.7.49. Dispozitivele de împământare ale instalațiilor electrice de peste 1 kV cu un neutru efectiv împământat trebuie realizate în conformitate cu cerințele fie pentru rezistența lor (vezi 1.7.51), fie pentru tensiunea de atingere (vezi 1.7.52), precum și în conformitate cu proiectarea cerințe (vezi . 1.7.53 și 1.7.54) și pentru a limita tensiunea pe dispozitivul de împământare (vezi 1.7.50). Cerințele 1.7.49 - 1.7.54 nu se aplică dispozitivelor de împământare ale liniilor aeriene.

1.7.50. Tensiunea de pe dispozitivul de împământare atunci când curentul de defect de pământ se scurge din acesta nu trebuie să depășească 10 kV. Tensiunea peste 10 kV este permisă pe dispozitivele de împământare, din care este exclusă îndepărtarea potențialelor din exteriorul clădirilor și a gardurilor exterioare ale instalației electrice. La tensiuni pe dispozitivul de împământare mai mari de 5 kV și până la 10 kV, trebuie luate măsuri pentru protejarea izolației cablurilor de comunicație și telemecanica de ieșire și pentru a preveni îndepărtarea potențialelor periculoase în afara instalației electrice.

1.7.51. Dispozitivul de împământare, care este realizat în conformitate cu cerințele privind rezistența sa, trebuie să aibă o rezistență de cel mult 0,5 Ohm în orice moment al anului, inclusiv rezistența conductorilor naturali de împământare.

Pentru a egaliza potențialul electric și a asigura conectarea echipamentelor electrice la electrodul de împământare în teritoriul ocupat de echipament, conductoarele de pământ orizontale longitudinale și transversale trebuie așezate și conectate între ele într-o rețea de împământare.

Conductoarele longitudinale de împământare trebuie așezate de-a lungul axelor echipamentelor electrice din partea de serviciu, la o adâncime de 0,5-0,7 m de suprafața solului și la o distanță de 0,8-1,0 m de fundații sau fundații ale echipamentului. Este permisă creșterea distanțelor de la fundațiile sau bazele echipamentului până la 1,5 m cu așezarea unui electrod de împământare pentru două rânduri de echipamente, dacă părțile de serviciu sunt orientate una pe cealaltă, și distanța dintre fundațiile sau bazele două rânduri nu depășește 3,0 m.

Electrozii transversali de împământare trebuie așezați în locuri convenabile între echipamente, la o adâncime de 0,5-0,7 m de sol. Se recomandă ca distanța dintre ele să fie considerată în creștere de la periferie la centrul rețelei de împământare. În acest caz, prima și următoarele distanțe, începând de la periferie, nu trebuie să depășească 4,0, respectiv; 5,0; 6,0; 7,5; 9,0; 11,0; 13,5; 16,0 și 20,0 m. Dimensiunile celulelor rețelei de împământare adiacente locurilor de conectare a neutrelor transformatoarelor de putere și a scurtcircuitelor la dispozitivul de împământare nu trebuie să depășească 6x6 m².

Conductoarele orizontale de împământare trebuie așezate de-a lungul marginii teritoriului ocupat de dispozitivul de împământare, astfel încât să formeze împreună o buclă închisă.

Dacă circuitul dispozitivului de împământare este situat în gardul exterior al instalației electrice, atunci la intrările și intrările pe teritoriul său, potențialul trebuie egalat prin instalarea a doi electrozi de împământare verticali la electrodul de împământare orizontal extern vizavi de intrările și intrările. . Împământarea verticală trebuie să aibă o lungime de 3-5 m, iar distanța dintre ele trebuie să fie egală cu lățimea intrării sau intrării.

1.7.52. Dispozitivul de împământare, care este realizat în conformitate cu cerințele pentru tensiunea de contact, trebuie să furnizeze în orice moment al anului când curentul de eroare la pământ se scurge din acesta, valorile tensiunii de contact care nu depășesc cele cotate. În acest caz, rezistența dispozitivului de împământare este determinată de tensiunea admisă pe dispozitivul de împământare și de curentul de eroare la pământ.

La determinarea valorii tensiunii de contact admisibile, suma timpului de acțiune de protecție și timpul total de oprire trebuie luată ca timp de expunere estimat. Totodată, determinarea valorilor admisibile ale tensiunii de contact la locurile de muncă în care, în timpul producerii comutării operaționale, pot apărea scurtcircuite pe structurile care sunt accesibile la atingere de către personalul care efectuează comutarea, durata de ar trebui luată protecția de rezervă, iar pentru restul teritoriului - protecția principală.

Amplasarea conductoarelor orizontale de împământare longitudinale și transversale ar trebui determinată de cerințele pentru limitarea tensiunilor de contact la valori normalizate și de comoditatea conectării echipamentelor împământate. Distanța dintre electrozii de pământ artificial orizontali longitudinali și transversali nu trebuie să depășească 30 m, iar adâncimea de așezare a acestora în pământ trebuie să fie de cel puțin 0,3 m. La locurile de muncă, este permisă așezarea electrozilor de împământare la o adâncime mai mică, dacă este nevoie. deoarece acest lucru este confirmat prin calcul, iar implementarea în sine nu reduce ușurința de întreținere a instalației electrice și durata de viață a conductorilor de împământare. Pentru a reduce tensiunea de contact la locurile de muncă, în cazuri justificate, piatra zdrobită poate fi umplută cu un strat de 0,1-0,2 m grosime.

1.7.53. Atunci când se realizează un dispozitiv de împământare în conformitate cu cerințele privind rezistența sau tensiunea de contact, pe lângă cerințele de la 1.7.51 și 1.7.52, acesta ar trebui să fie:

conductoarele de împământare care conectează echipamentele sau structurile la electrodul de împământare trebuie așezate în pământ la o adâncime de cel puțin 0,3 m;

în apropierea locațiilor neutrelor împământate ale transformatoarelor de putere, scurtcircuite, așezați electrozi de împământare orizontali longitudinali și transversali (în patru direcții).

Când dispozitivul de împământare depășește gardul instalației electrice, electrozii de împământare orizontali aflați în afara teritoriului instalației electrice trebuie așezați la o adâncime de cel puțin 1 m. În acest caz, se recomandă conturul exterior al dispozitivului de împământare. să fie realizată sub formă de poligon cu colțuri obtuze sau rotunjite.

1.7.54. Nu se recomandă conectarea gardului exterior al instalațiilor electrice la un dispozitiv de împământare. Dacă liniile aeriene de 110 kV și mai mari se îndepărtează de la instalația electrică, atunci gardul trebuie împământat folosind electrozi de împământare verticali de 2-3 m lungime instalați la stâlpii gardului de-a lungul întregului său perimetru după 20-50 m. Instalarea unor astfel de electrozi de împământare nu este necesar pentru un gard cu stâlpi metalici și cu acele rafturi din beton armat, a căror armare este conectată electric la verigile metalice ale gardului.

Pentru a exclude conexiunea electrică a gardului exterior cu dispozitivul de împământare, distanța de la gard până la elementele dispozitivului de împământare situate de-a lungul acestuia în interior, în exterior sau pe ambele părți trebuie să fie de cel puțin 2 m. iar alte metale comunicațiile trebuie așezate la mijloc între stâlpii gardului la o adâncime de cel puțin 0,5 m. garduri metalice inserțiile din cărămidă sau lemn trebuie realizate de cel puțin 1 m lungime.

Nu instalați receptoare electrice de până la 1 kV pe gardul exterior, care sunt alimentate direct de la transformatoare coborâtoare situate pe teritoriul instalației electrice. Când amplasați receptoarele electrice pe un gard exterior, acestea ar trebui să fie alimentate prin transformatoare de izolare. Aceste transformatoare nu au voie să fie instalate pe gard. Linia care conectează înfășurarea secundară a transformatorului de izolare cu receptorul de putere situat pe gard trebuie izolată de pământ prin valoarea tensiunii calculate la dispozitivul de împământare.

Dacă cel puțin una dintre măsurile de mai sus nu este posibilă, atunci părțile metalice ale gardului trebuie conectate la un dispozitiv de împământare și trebuie efectuată egalizarea potențialului, astfel încât tensiunea de contact pe părțile exterioare și interioare ale gardului să nu depășească valori admisibile. La executarea unui dispozitiv de împământare conform rezistenței admise, în acest scop, un electrod de împământare orizontal trebuie așezat pe partea exterioară a gardului la o distanță de 1 m de acesta și la o adâncime de 1 m. Acest electrod de împământare trebuie conectat la dispozitivul de împământare cel puțin în patru puncte.

1.7.55. Dacă dispozitivul de împământare al unei instalații industriale sau de altă natură electrică este conectat la electrodul de împământare al unei instalații electrice de peste 1 kV cu un cablu neutru efectiv împământat cu o manta sau armătură metalică sau alte conexiuni metalice, atunci pentru a egaliza potențialele din jurul astfel de o instalație electrică sau în jurul clădirii în care se află, trebuie respectată una dintre următoarele: următoarele condiții:

1) așezarea în pământ la o adâncime de 1 m și la o distanță de 1 m de fundația clădirii sau de perimetrul teritoriului ocupat de echipament, a unui electrod de împământare conectat la structuri metalice în scopuri de construcții și industriale și o rețea de împământare (împământare), iar la intrările și la intrările în clădire - așezarea conductoarelor la o distanță de 1 și 2 m de electrodul de împământare la o adâncime de 1, respectiv 1,5 m și conectarea acestor conductori la electrod de împământare;

2) utilizarea fundațiilor din beton armat ca conductori de împământare conform 1.7.35 și 1.7.70, dacă aceasta asigură un nivel acceptabil de egalizare a potențialului. Asigurarea condițiilor de egalizare a potențialului cu ajutorul fundațiilor din beton armat utilizate ca conductori de împământare se stabilește pe baza cerințelor documentelor directive speciale.

Nu este necesară îndeplinirea condițiilor specificate la paragrafele 1 și 2 dacă în jurul clădirilor există trotuare asfaltice, inclusiv la intrări și intrări. Dacă nu există zonă oarbă la nicio intrare (intrare), egalizarea potențialului trebuie efectuată la această intrare (intrare) prin așezarea a două conductori, așa cum este indicat la paragraful 1, sau trebuie îndeplinită condiția conform paragrafului 2. În acest caz, în toate cazurile, cerințele 1.7.56.

1.7.56. Pentru evitarea potențialului transfer, nu este permisă alimentarea receptoarelor electrice amplasate în afara dispozitivelor de împământare ale instalațiilor electrice de peste 1 kV dintr-o rețea cu un neutru efectiv împământat, din înfășurări de până la 1 kV cu un neutru împământat al transformatoarelor situate în interiorul conturul dispozitivului de împământare. Dacă este necesar, astfel de receptoare electrice pot fi alimentate de la un transformator cu un neutru izolat pe lateral până la 1 kV printr-o linie de cablu realizată cu un cablu fără manta metalică și fără armătură, sau prin linii aeriene. Alimentarea cu energie a unor astfel de receptoare electrice poate fi realizată și printr-un transformator de izolare. Transformatorul de izolare și linia de la înfășurarea sa secundară la receptorul de putere, dacă trece prin teritoriul ocupat de dispozitivul de împământare al instalației electrice, trebuie izolate de pământ prin valoarea tensiunii calculate la dispozitivul de împământare. Dacă este imposibil de îndeplinit condițiile specificate pe teritoriul ocupat de astfel de receptoare electrice, trebuie efectuată egalizarea potențialului.

INSTALATII ELECTRICE CU TENSIUNE Peste 1 kV RETELE CU NEUTRU IZOLAT

1.7.57. În instalațiile electrice de peste 1 kV ale unei rețele cu un neutru izolat, rezistența dispozitivului de împământare R, Ohm, în timpul trecerii curentului nominal de defect la pământ în orice moment al anului, ținând cont de rezistența conductoarelor naturale de împământare, nu trebuie să existe mai mult de:

la utilizarea simultană a unui dispozitiv de împământare pentru instalații electrice cu tensiune de până la 1 kV

R = 125/I, dar nu mai mult de 10 ohmi.

Unde eu- curent nominal de defect la pământ, A.

În același timp, trebuie îndeplinite și cerințele de împământare (împământare) a instalațiilor electrice de până la 1 kV;

când se utilizează un dispozitiv de împământare numai pentru instalații electrice peste 1 kV

R = 250/I, dar nu mai mult de 10 ohmi.

1.7.58. Următoarele sunt luate ca curent nominal:

1) în rețele fără compensare a curenților capacitivi - curent complet de defect la pământ;

2) în reţele cu compensare a curenţilor capacitivi;

pentru dispozitivele de împământare la care sunt conectate dispozitive de compensare - un curent egal cu 125% din curentul nominal al acestor dispozitive;

pentru dispozitivele de împământare la care nu sunt conectate dispozitive de compensare, curentul rezidual de defect la pământ care trece în această rețea atunci când este oprit cel mai puternic dintre dispozitivele de compensare sau cea mai ramificată secțiune a rețelei.

Ca curent nominal se poate lua curentul de topire a siguranței sau curentul de declanșare al releului de protecție împotriva defecțiunilor la pământ monofazate sau între faze, dacă în acest ultim caz protecția asigură deconectarea defecțiunilor la pământ. În acest caz, curentul de defect la pământ trebuie să fie de cel puțin o dată și jumătate față de curentul de funcționare al protecției releului sau de trei ori curentul nominal al siguranțelor.

Curentul nominal de defect la pământ trebuie determinat pentru cel al schemelor de rețea posibile în funcționare, în care acest curent are cea mai mare valoare.

1.7.59. În instalațiile electrice deschise peste 1 kV ale rețelelor cu neutru izolat în jurul zonei ocupate de echipament, la o adâncime de cel puțin 0,5 m, trebuie să se așeze un conductor (circuit) de împământare orizontal închis la care este conectat echipamentul împământat. Dacă rezistența dispozitivului de împământare este mai mare de 10 Ohm (în conformitate cu 1.7.69 pentru pământ cu o rezistență specifică mai mare de 500 Ohm m), atunci electrozii de împământare orizontali ar trebui așezați suplimentar de-a lungul rândurilor de echipamente din partea de serviciu. la o adâncime de 0,5 m şi la o distanţă de 0,8 -1,0 m de fundaţii sau baze de utilaje.

INSTALATII ELECTRICE CU TENSIUNE DE PÂNĂ 1 kV CU NEUTRE PROFUND IMPĂMÂNT

1.7.60. Neutrul generatorului, transformatorul pe partea de până la 1 kV trebuie conectat la conductorul de împământare folosind un conductor de împământare. Secțiunea transversală a conductorului de împământare nu trebuie să fie mai mică decât cea indicată în tabel. 1.7.1.

Nu este permisă utilizarea unui conductor de lucru zero care vine de la neutrul generatorului sau transformatorului la panoul de comutație ca conductor de împământare.

Conductorul de împământare specificat trebuie să fie amplasat în imediata apropiere a generatorului sau transformatorului. În unele cazuri, de exemplu, în substațiile intrashop, este permisă construirea unui electrod de împământare direct lângă peretele clădirii.

1.7.61. Ieșirea conductorului de lucru zero de la neutrul generatorului sau transformatorului la tabloul de distribuție trebuie efectuată: atunci când fazele sunt scoase de anvelope - o magistrală pe izolatoare, când fazele sunt scoase de un cablu (sârmă) - a cablu rezidenţial (sârmă). În cablurile cu manta de aluminiu, este permisă utilizarea mantalei ca conductor de lucru zero în locul celui de-al patrulea miez.

Conductivitatea conductorului de lucru zero care vine de la neutrul generatorului sau transformatorului trebuie să fie de cel puțin 50% din conductibilitatea fazei de ieșire.

1.7.62. Rezistența dispozitivului de împământare, la care sunt conectate neutrele generatoarelor sau transformatoarelor sau ieșirile unei surse de curent monofazate, în orice moment al anului, nu trebuie să fie mai mare de 2, 4 și, respectiv, 8 ohmi la linie. tensiuni de 660, 380 și 220 V ale unei surse de curent trifazate sau 380, 220 și 127 Într-o sursă de curent monofazată. Această rezistență trebuie asigurată ținând cont de utilizarea conductoarelor naturale de împământare, precum și a conductorilor de împământare pentru împământarea repetată a firului neutru al liniilor aeriene de până la 1 kV cu numărul de linii de ieșire de cel puțin două. În acest caz, rezistența electrodului de împământare situat în imediata apropiere a neutrului generatorului sau transformatorului sau ieșirea unei surse de curent monofazate nu trebuie să fie mai mare de: 15, 30 și, respectiv, 60 ohmi la linie. tensiuni de 660, 380 și 220 V ale unei surse de curent trifazate sau 380, 220 și 127 Într-o sursă de curent monofazată.

Cu o rezistență specifică de pământ de peste 100 Ohm m, este permisă creșterea normelor de mai sus de 0,01 ori, dar nu mai mult de zece ori.

1.7.63. Pe liniile aeriene, împământarea trebuie efectuată cu un fir de lucru zero așezat pe aceleași suporturi ca și firele de fază.

La capetele liniilor aeriene (sau ramificațiile din acestea) mai lungi de 200 m, precum și la intrările de la liniile aeriene la instalațiile electrice care sunt supuse împământului, trebuie efectuată reîmpământarea firului de lucru neutru. În acest caz, în primul rând, trebuie utilizată împământarea naturală, de exemplu, părțile subterane ale suporturilor (vezi 1.7.70), precum și dispozitivele de împământare realizate pentru a proteja împotriva supratensiunilor de fulger (vezi 2.4.26).

Legăturile repetate indicate se efectuează dacă legăturile mai frecvente la pământ nu sunt cerute de condițiile de protecție la supratensiune.

Reîmpământarea firului neutru în rețelele de curent continuu trebuie efectuată folosind conductori de împământare artificială separati, care nu ar trebui să aibă conexiuni metalice cu conducte subterane. Dispozitivele de împământare pe liniile aeriene de curent continuu concepute pentru a proteja împotriva supratensiunii cauzate de fulgere (vezi 2.4.26) sunt recomandate a fi utilizate pentru reîmpământarea firului de lucru neutru.

Conductoarele de împământare pentru reîmpământarea firului neutru trebuie selectate din condiția de curgere a curentului pe termen lung de cel puțin 25 A. În ceea ce privește rezistența mecanică, acești conductori trebuie să aibă dimensiuni nu mai mici decât cele date în tabel. 1.7.1.

1.7.64. Rezistența totală de răspândire a electrozilor de împământare (inclusiv a celor naturali) a tuturor reîmpământării firului de lucru neutru al fiecărei linii aeriene în orice moment al anului nu trebuie să fie mai mare de 5, 10 și, respectiv, 20 ohmi, la tensiuni de linie de 660, 380 și 220 V a unei surse de curent trifazat sau a unei surse de curent monofazate de 380, 220 și 127 V. În acest caz, rezistența de răspândire a conductorului de împământare al fiecăreia dintre împământările repetate nu trebuie să fie mai mare de 15, 30 și, respectiv, 60 ohmi la aceleași tensiuni.

Cu o rezistență specifică de pământ de peste 100 Ohm m, este permisă creșterea normelor indicate de 0,01 ori, dar nu mai mult de zece ori.

INSTALATII ELECTRICE CU TENSIUNE de pana la 1 kV CU NEUTRU IZOLAT

1.7.65. Rezistența dispozitivului de împământare utilizat pentru împământarea echipamentelor electrice nu trebuie să fie mai mare de 4 ohmi.

Cu o putere a generatoarelor și transformatoarelor de 100 kVA și mai puțin, dispozitivele de împământare pot avea o rezistență de cel mult 10 ohmi. Dacă generatoarele sau transformatoarele funcționează în paralel, atunci este permisă o rezistență de 10 ohmi cu o putere totală de cel mult 100 kVA.

1.7.66. Dispozitivele de împământare ale instalațiilor electrice cu tensiuni de peste 1 kV cu un neutru efectiv împământat în zonele cu rezistivitate mare la pământ, inclusiv zonele de permafrost, se recomandă a fi realizate în conformitate cu cerințele pentru tensiunea de atingere (vezi 1.7.52).

În structurile stâncoase, este permisă așezarea electrozilor de împământare orizontali la o adâncime mai mică decât cea cerută de 1.7.52 - 1.7.54, dar nu mai puțin de 0,15 m. În plus, este permisă să nu se execute electrozii de împământare verticali solicitați de 1.7.51 la intrari si intrari.

1.7.67. La construirea electrozilor artificiali de împământare în zone cu rezistivitate mare la pământ, se recomandă următoarele măsuri:

1) instalarea de electrozi de împământare verticali de lungime crescută, dacă rezistivitatea pământului scade odată cu adâncimea și nu există conductori de pământ încastrate naturali (de exemplu, puțuri cu conducte metalice);

2) instalarea sistemelor de electrozi de împământare la distanță, dacă există locuri cu rezistivitate la pământ mai mică în apropiere (până la 2 km) de instalația electrică;

3) așezarea în șanțuri în jurul electrozilor de pământ orizontali în structuri stâncoase de sol argilos umed, urmată de tamponare și umplere cu piatră zdrobită până la vârful șanțului;

4) utilizarea epurării artificiale a solului în scopul reducerii rezistivității acestuia, dacă alte metode nu pot fi aplicate sau nu dau efectul dorit.

1.7.68. În zonele de permafrost, pe lângă recomandările date în 1.7.67, ar trebui:

1) plasați electrozii de împământare în corpuri de apă care nu îngheață și zone dezghețate;

2) folosiți conducte de tubaj de puț; 3) pe lângă împământarea adâncă, folosiți împământare extinsă la o adâncime de aproximativ 0,5 m, concepută pentru a funcționa vara când stratul de suprafață al pământului se dezgheță;

4) creați zone artificiale dezghețate acoperind solul deasupra electrodului de pământ cu un strat de turbă sau alt material termoizolant pe perioada de iarnași deschiderea lor pentru perioada de vară.

1.7.69. În instalațiile electrice de peste 1 kV, precum și în instalațiile electrice de până la 1 kV cu neutru izolat pentru pământ cu rezistivitate mai mare de 500 Ohm m, dacă măsurile prevăzute la 1.7.66-1.7.68 nu permit obținerea electrozi de împământare acceptabili din motive economice, este permisă creșterea valorilor rezistenței dispozitivelor de împământare cerute de acest capitol cu ​​un factor de 0,002, unde este rezistivitatea echivalentă a pământului, Ohm m. În acest caz, creșterea rezistenței dispozitivelor de împământare cerută de acest capitol nu trebuie să fie mai mare de zece ori.

PĂMÂNTARE

1.7.70. Se recomandă utilizarea ca conductoare naturale de pământ: 1) conducte de apă și alte conducte metalice așezate în pământ, cu excepția conductelor de lichide inflamabile, gaze și amestecuri inflamabile sau explozive;

2) conducte de tubaj ale puțurilor;

3) structuri metalice și din beton armat ale clădirilor și structurilor în contact cu solul;

4) șunturi metalice structuri hidraulice, conducte, porti etc.;

5) mantale de plumb ale cablurilor așezate în pământ. Învelișurile din aluminiu ale cablurilor nu pot fi utilizate ca conductori naturali de împământare.

Dacă învelișurile cablurilor servesc ca singuri conductori de împământare, atunci la calcularea dispozitivelor de împământare trebuie luate în considerare atunci când numărul de cabluri este de cel puțin două;

6) electrozii de împământare ai suporturilor liniei aeriene conectate la dispozitivul de împământare al instalației electrice cu ajutorul unui cablu de protecție împotriva trăsnetului aeriană, dacă cablul nu este izolat de suporturile liniei aeriene;

7) fire neutre ale liniilor aeriene de până la 1 kV cu întrerupătoare repetate de împământare cu cel puțin două linii aeriene;

8) șinele feroviare ale principalelor căi ferate neelectrificate și căi de acces în prezența unui aranjament deliberat de jumperi între șine.

1.7.71. Conductoarele de împământare trebuie conectate la liniile de împământare cu cel puțin doi conductori conectați la conductorul de împământare în locuri diferite. Această cerință nu se aplică liniilor aeriene, reîmpământării firului neutru și mantoalelor metalice ale cablurilor.

1.7.72. Pentru împământarea artificială, trebuie utilizat oțel.

Electrozii artificiali de împământare nu trebuie colorați.

Cele mai mici dimensiuni conductoarele artificiale de împământare din oțel sunt date mai jos:

Secțiunea transversală a conductoarelor orizontale de împământare pentru instalațiile electrice cu tensiuni peste 1 kV este selectată în funcție de rezistența termică (pe baza temperaturii de încălzire admisibile de 400 ° C).

Conductoarele de împământare nu trebuie amplasate (utilizate) în locuri unde pământul se usucă sub influența căldurii de la conducte etc.

Șanțurile pentru conductoarele orizontale de împământare trebuie umplute cu pământ omogen care să nu conțină piatră zdrobită și resturi de construcție.

În caz de pericol de coroziune a electrozilor de împământare, trebuie luată una dintre următoarele măsuri:

creșterea secțiunii transversale a conductorilor de împământare, ținând cont de perioada estimată de funcționare a acestora;

utilizarea electrozilor de împământare galvanizați;

aplicarea protectiei electrice.

Ca conductori artificiali de împământare, este permisă utilizarea conductorilor de împământare din beton conductiv electric.

PĂMÂNARE ȘI ZERO CONDUCTORI DE PROTECȚIE

1.7.73. Ca conductori de protecție zero, trebuie folosiți în primul rând conductori de lucru zero (vezi și 1.7.82).

Următoarele pot fi utilizate ca conductori de împământare și de protecție zero (pentru excepții, vezi capitolul 7.3):

1) conductoare special prevăzute în acest scop;

2) structuri metalice ale clădirilor (ferme, stâlpi etc.);

3) armătură din beton armat structuri de constructiiși fundații;

4) structuri metalice de uz industrial (sine macarale, rame de comutație, galerii, platforme, puțuri de ascensoare, lifturi, lifturi, ancadrament de canale etc.);

5) țevi de oțel pentru cablaje electrice;

6) mantale de cablu din aluminiu;

7) carcase metalice si structuri portante ale barelor colectoare, cutii metalice si tavi ale instalatiilor electrice;

8) conducte metalice așezate deschis pentru toate scopurile, cu excepția conductelor de substanțe și amestecuri combustibile și explozive, canalizare și încălzire centrală.

Date în paragrafe. 2-8 conductori, structuri si alte elemente pot servi ca singuri conductori de protectie la pamant sau zero daca indeplinesc cerintele prezentului capitol in ceea ce priveste conductivitatea si daca se asigura continuitatea circuitului electric pe toata durata utilizarii.

Împământarea și conductorii de protecție zero trebuie protejați împotriva coroziunii.

1.7.74. Este interzisă utilizarea învelișurilor metalice ale firelor tubulare, a cablurilor de transport pentru cablarea cablurilor, a învelișurilor metalice a tuburilor izolatoare, a furtunurilor metalice, precum și a blindajelor și a învelișurilor de plumb de fire și cabluri ca conductori de împământare sau de protecție zero. Utilizarea învelișurilor de plumb ale cablurilor în aceste scopuri este permisă numai în rețelele electrice urbane reconstruite 220/127 și 380/220 V.

În instalațiile interioare și exterioare care necesită utilizarea de împământare sau împământare, aceste elemente trebuie să fie împământate sau împământate și să aibă conexiuni fiabile pe tot parcursul. Cuplajele și cutiile metalice trebuie atașate la armură și carcasele metalice prin lipire sau șuruburi.

1.7.75. Împământarea sau repunerea la zero a rețelelor și ramificațiile de la acestea în spații închise și în instalațiile exterioare trebuie să fie accesibile pentru inspecție și să aibă secțiuni nu mai mici decât cele menționate la 1.7.76 - 1.7.79.

Cerința de accesibilitate pentru inspecție nu se aplică miezurilor neutre și învelișurilor de cabluri, armăturii structurilor din beton armat, precum și conductoarelor de protecție neutre și de împământare așezate în țevi și conducte, precum și direct în corpul structurilor clădirii (încorporate) .

Ramurile de la rețea la receptoarele electrice de până la 1 kV pot fi așezate ascunse direct în perete, sub podea curată etc., cu protecția lor de medii agresive. Astfel de ramuri nu ar trebui să aibă conexiuni.

În instalațiile exterioare, conductorii de protecție de împământare și neutru pot fi așezați în sol, în podea sau de-a lungul marginilor șantierelor, fundațiilor instalațiilor tehnologice etc.

Nu este permisă utilizarea conductoarelor goale de aluminiu pentru așezarea în pământ ca împământare sau conductori de protecție zero.

1.7.76. Legarea la pământ și conductorii de protecție zero în instalațiile electrice de până la 1 kV trebuie să aibă dimensiuni nu mai mici decât cele date în tabel. 1.7.1 (vezi și 1.7.96 și 1.7.104).

Secțiunile transversale (diametrele) conductoarelor de protecție zero și de lucru zero ale liniilor aeriene trebuie selectate în conformitate cu cerințele cap. 2.4.

Tabelul 1.7.1. Cele mai mici dimensiuni de împământare și conductori de protecție zero

1.7.77. În instalațiile electrice de peste 1 kV cu un neutru efectiv împământat, secțiunile transversale ale conductorilor de împământare trebuie selectate astfel încât, atunci când curge cel mai mare curent al unui scurtcircuit monofazat, temperatura conductorilor de împământare să nu depășească 400 ° C (încălzire de scurtă durată corespunzătoare duratei protecției principale și timpului total de oprire).

1.7.78. În instalațiile electrice de până la 1 kV și mai mari cu un neutru izolat, conductivitatea conductorilor de împământare trebuie să fie de cel puțin 1/3 din conductivitatea conductorilor de fază, iar secțiunea transversală trebuie să fie cel puțin cea dată în Tabel. 1.7.1 (vezi și 1.7.96 și 1.7.104). Nu este necesar să folosiți conductori de cupru cu o secțiune transversală mai mare de 25 mm², aluminiu - 35 mm², oțel - 120 mm². În spațiile industriale cu o astfel de rețea electrică, împământarea dintr-o bandă de oțel trebuie să aibă o secțiune transversală de cel puțin 100 mm². Este permisă utilizarea oțelului rotund de aceeași secțiune.

1.7.79. În instalațiile electrice de până la 1 kV cu un neutru solid împământat, pentru a asigura oprirea automată a secțiunii de urgență, conductivitatea conductorilor de protecție de fază și zero trebuie aleasă astfel încât atunci când apare un scurtcircuit pe carcasă sau pe neutru. conductor de protecție, apare un curent de scurtcircuit care depășește cel puțin:

de 3 ori curentul nominal al elementului siguranței celei mai apropiate siguranțe;

De 3 ori curentul nominal al declanșatorului nereglabil sau setarea curentă a declanșatorului reglabil al întreruptorului, care are o caracteristică invers dependentă de curent.

La protejarea rețelelor cu întrerupătoare automate care au doar o declanșare electromagnetică (închidere), conductivitatea acestor conductori trebuie să asigure un curent nu mai mic decât setarea curentului instantaneu de funcționare înmulțit cu un coeficient care ține cont de împrăștiere (conform datelor din fabrică). ) și cu un factor de siguranță de 1,1. În lipsa datelor din fabrică pentru întrerupătoare de circuit cu un curent nominal de până la 100 A, multiplicitatea curentului de scurtcircuit în raport cu setarea trebuie luată cel puțin 1,4, iar pentru întrerupătoarele cu un curent nominal mai mare de 100 A - cel puțin 1,25.

Conductivitatea totală a conductorului de protecție neutru în toate cazurile trebuie să fie de cel puțin 50% din conductivitatea conductorului de fază.

Dacă cerințele acestui paragraf nu sunt îndeplinite în ceea ce privește valoarea curentului de defect la carcasă sau la conductorul de protecție neutru, atunci deconectarea în timpul acestor defecțiuni trebuie asigurată prin protecții speciale.

1.7.80. În instalațiile electrice de până la 1 kV cu un neutru solid împământat, pentru a îndeplini cerințele date la 1.7.79, se recomandă amplasarea conductorilor de protecție zero împreună cu sau în imediata apropiere a celor de fază.

1.7.81. Conductoarele de lucru zero trebuie proiectate pentru un flux lung de curent de lucru.

Se recomandă utilizarea conductoarelor cu izolație echivalentă cu izolarea conductorilor de fază ca conductori de lucru zero. O astfel de izolație este obligatorie atât pentru conductorii de protecție zero, cât și pentru zero, în acele locuri în care utilizarea conductoarelor goale poate duce la formarea de perechi electrice sau la deteriorarea izolației conductorilor de fază ca urmare a scânteilor între conductorul neutru gol și carcasă. sau structura (de exemplu, la așezarea firelor în țevi, cutii, tăvi). O astfel de izolație nu este necesară dacă carcasele și structurile de susținere ale barelor colectoare complete și ale barelor colectoare ale aparatelor de distribuție complete (plăci, puncte de distribuție, ansambluri etc.), precum și mantale de cablu din aluminiu sau plumb sunt utilizate ca conductori de protecție zero și zero (vezi. 1.7.74 și 2.3.52).

În spațiile industriale cu un mediu normal, este permisă utilizarea structurilor metalice specificate la 1.7.73 ca conductoare de lucru zero, țevi, carcase și structuri de susținere a barelor colectoare pentru a alimenta receptoarele electrice monofazate. putere redusă, de exemplu: în rețele de până la 42 V; la pornirea tensiunii de fază a bobinelor simple ale demaroarelor sau contactoarelor magnetice; la pornirea tensiunii de fază a iluminatului electric și a circuitelor de comandă și semnalizare pe macarale.

1.7.82. Nu este permisă utilizarea conductorilor de lucru zero care merg la receptoarele portabile de putere monofazate și curent continuu ca conductori de protecție zero. Pentru a neutraliza astfel de receptoare electrice, trebuie utilizat un al treilea conductor separat, conectat în conectorul de conectare al cutiei de ramificație, în scut, ecran, ansamblu etc. la conductorul de lucru zero sau de protecție zero (vezi și 6.1.20). ).

1.7.83. În circuitul conductorilor de protecție de împământare și neutru, nu ar trebui să existe dispozitive de deconectare și siguranțe.

În circuitul conductoarelor de lucru zero, dacă acestea servesc simultan în scopuri de împământare, este permisă utilizarea întrerupătoarelor care, simultan cu deconectarea conductorilor de lucru zero, deconectează toate firele sub tensiune (vezi și 1.7.84).

Întrerupătoarele unipolare trebuie instalate în conductorii de fază și nu în conductorul de lucru zero.

1.7.84. Conductoarele de protecție zero ale liniilor nu pot fi utilizate pentru împământarea echipamentelor electrice alimentate de alte linii.

Este permisă utilizarea conductorilor de lucru zero ai liniilor de iluminat pentru neutralizarea echipamentelor electrice alimentate de alte linii, dacă toate aceste linii sunt alimentate de la un transformator, conductivitatea lor îndeplinește cerințele acestui capitol și este imposibil să deconectați conductorii de lucru zero în timpul funcționării alte linii. În astfel de cazuri, nu trebuie utilizate întrerupătoare care deconectează conductorii de lucru neutru împreună cu cei de fază.

1.7.85. În încăperi uscate, fără mediu agresiv, împământarea și conductorii de protecție zero pot fi așezate direct de-a lungul pereților.

În încăperile umede, umede și mai ales umede și în încăperile cu mediu agresiv, împământarea și conductorii de protecție zero trebuie așezați la o distanță de cel puțin 10 mm de pereți.

1.7.86. Împământarea și conductorii de protecție zero trebuie protejați de influențele chimice. În locurile în care acești conductori se încrucișează cu cabluri, conducte, șine de cale ferată, în locurile în care pătrund în clădiri și în alte locuri în care este posibilă deteriorarea mecanică a conductorilor de protecție la pământ și neutru, acești conductori trebuie protejați.

1.7.87. Așezarea de împământare și a conductorilor de protecție zero în locurile de trecere prin pereți și tavane trebuie efectuată, de regulă, cu terminarea lor directă. În aceste locuri, conductorii nu trebuie să aibă conexiuni și ramificații.

1.7.88. În locurile în care conductoarele de împământare intră în clădiri trebuie să fie prevăzute semne de identificare.

1.7.89. Utilizarea de împământare special amenajate sau conductori de protecție zero în alte scopuri nu este permisă.

CONEXIUNI ȘI LEGĂRI DE IMPĂMÂNARE ȘI CONDUCTOARE DE PROTECȚIE ZERO

1.7.90. Conexiunile conductoarelor de împământare și de protecție zero între ele trebuie să asigure un contact sigur și să fie realizate prin sudare.

Este permisă în interior și în instalații exterioare fără medii agresive conectarea la pământ și a conductorilor de protecție zero în alte moduri care să asigure cerințele GOST 10434-82 "Conexiuni electrice de contact. Generalități cerinte tehnice„la clasa a II-a de conexiuni. Totodată, trebuie luate măsuri împotriva slăbirii și coroziunii legăturilor de contact. Conexiunile de împământare și conductori de protecție zero a cablajelor electrice și a liniilor aeriene pot fi efectuate folosind aceleași metode ca și conductoarele de fază.

Conexiunile de împământare și conductorii de protecție zero trebuie să fie accesibile pentru inspecție.

1.7.91. Țevile de oțel ale cablajelor electrice, cutii, tăvi și alte structuri utilizate ca conductori de împământare sau de protecție zero trebuie să aibă conexiuni care îndeplinesc cerințele GOST 10434-82 pentru clasa a 2-a de conexiuni. Trebuie asigurat, de asemenea, contactul fiabil al țevilor de oțel cu carcasele echipamentelor electrice în care sunt introduse țevi și cu cutiile metalice de joncțiune (ramificație).

1.7.92. Locurile și metodele de conectare a conductoarelor de împământare cu conductoare naturale de împământare extinse (de exemplu, cu conducte) trebuie alese astfel încât la deconectarea conductorilor de împământare pt. lucrări de reparații a fost furnizată valoarea calculată a rezistenței dispozitivului de împământare. Apometrele, robinetele cu bară etc. trebuie să aibă conductori de derivație pentru a asigura continuitatea circuitului de împământare.

1.7.93. Conectarea conductorilor de împământare și de protecție zero la părțile echipamentului care urmează să fie împământat sau împământat trebuie realizată prin sudură sau șuruburi. Conexiunea trebuie să fie accesibilă pentru inspecție. Pentru îmbinarea cu șuruburi, trebuie luate măsuri pentru a preveni slăbirea și coroziunea conexiunii de contact.

Împământarea sau împământarea echipamentelor care este supusă dezmembrării frecvente sau instalate pe părți în mișcare sau părți supuse șocurilor sau vibrațiilor trebuie efectuate cu împământare flexibilă sau conductori de protecție zero.

1.7.94. Fiecare parte a instalației electrice care urmează să fie împământată sau împământată trebuie conectată la rețeaua de împământare sau de împământare folosind o ramură separată. Nu este permisă conectarea constantă la împământare sau conductorul de protecție zero al părților împământate sau împământate ale instalației electrice.

RECEPTOARE ELECTRICE PORTABILE

1.7.95. Receptoarele electrice portabile trebuie alimentate de la o tensiune de rețea care nu depășește 380/220 V.

În funcție de categoria incintei în funcție de gradul de pericol de electrocutare pentru oameni (vezi cap. 1.1), receptoarele electrice portabile pot fi alimentate fie direct de la rețea, fie prin transformatoare de izolare sau reductoare (vezi 1.7.44). ).

Carcasele metalice ale receptoarelor portabile de putere peste 42 V AC și peste 110 V DC în încăperi cu risc ridicat, în special în încăperi periculoase și în instalații exterioare trebuie să fie împământate sau împământate, cu excepția receptoarelor electrice cu izolare dublă sau alimentate cu transformatoare de izolare.

1.7.96. Împământarea sau repunerea la zero a receptoarelor electrice portabile trebuie efectuată cu un miez special (al treilea - pentru receptoarele electrice monofazate și curent continuu, al patrulea - pentru receptoarele electrice cu curent trifazat), situat în aceeași manta cu faza. conductoare ale firului portabil și atașate la corpul receptorului electric și la contactul special al conectorului cu priză (vezi 1.7.97). Secțiunea transversală a acestui miez trebuie să fie egală cu secțiunea transversală a conductorilor de fază. Utilizarea unui conductor de lucru zero în acest scop, inclusiv a unuia situat într-o carcasă comună, nu este permisă.

Datorită faptului că GOST pentru unele mărci de cabluri prevede o secțiune transversală redusă a celui de-al patrulea miez, este permisă utilizarea unor astfel de cabluri pentru receptoarele electrice portabile trifazate până la modificarea corespunzătoare a GOST.

Miezurile de fire și cabluri utilizate pentru împământarea sau împământarea receptoarelor portabile de putere trebuie să fie din cupru, flexibile, cu o secțiune transversală de cel puțin 1,5 mm² pentru receptoarele portabile de putere din instalații industriale și de cel puțin 0,75 mm² pentru receptoarele portabile de energie de uz casnic.

1.7.97. Receptoarele portabile de putere ale instalațiilor de testare și experimentale, a căror mișcare nu este prevăzută în timpul funcționării lor, pot fi împământate folosind conductori de împământare staționari sau portabili separati. În acest caz, conductorii staționari de împământare trebuie să îndeplinească cerințele de la 1.7.73 - 1.7.89, iar conductorii portabili de împământare trebuie să fie flexibili, din cupru, cu o secțiune transversală nu mai mică decât secțiunea transversală a conductorilor de fază, dar nu mai mică decât cea specificată. în 1.7.96.

În conectorii de conectare ai receptoarelor electrice portabile, firele de prelungire și cablurile, conductorii trebuie conectați la priză din partea sursei de alimentare și la ștecher - din partea receptoarelor electrice.

Conectorii trebuie să aibă contacte speciale la care sunt conectate conductorii de protecție de împământare și neutru.

Conexiunea dintre aceste contacte la pornire trebuie stabilită înainte ca contactele conductorilor de fază să intre în contact. Ordinea deconectării contactelor în timpul deconectării trebuie inversată.

Proiectarea conectorilor trebuie să fie astfel încât să fie inclusă posibilitatea de a conecta contactele conductorilor de fază la contactele de împământare (reducere la zero).

Dacă corpul conectorului este realizat din metal, acesta trebuie să fie conectat electric la contactul de pământ (neutru).

1.7.98. Împământarea și conductorii de protecție zero ai firelor și cablurilor portabile trebuie să aibă o caracteristică distinctivă.

În ceea ce privește cerințele de împământare produse electrice care includ panouri de automatizare (dulapuri), este necesar să vă familiarizați suplimentar cu următoarele NTD:
1) GOST R 12.1.019-2009 „Sistemul standardelor de securitate a muncii. Siguranța electrică. Cerințe generaleși nomenclatura tipurilor de protecție „clauza 4.2.2 (notă - pentru Federația Rusă), care enumeră metodele de asigurare a protecției împotriva șocurilor electrice la atingerea pieselor metalice care nu transportă curent care pot deveni sub tensiune ca urmare a deteriorării izolația, care pentru scuturi (dulapuri) este foarte importantă.
2) GOST 12.2.007.0-75 „Sistemul standardelor de securitate a muncii. Produse electrotehnice. Cerințe generale de siguranță” cu modificări la clauza 3.3. Cerințe de împământare de protecție, incl. p.3.3.7, p.3.3.8, care indică necesitatea echipamentelor cu elemente pentru împământarea carcase, carcase, dulapuri etc.
3) RM 4-249-91 „Sisteme de automatizare procese tehnologice. Dispozitivul de împământare a rețelelor. Manual", și acolo totul este despre împământare, inclusiv clauza 2.12, clauza 3.15,. Există clauza 2.25, care oferă o legătură către cerințele RM3-82-90 "Scuturi și console pentru sistemele de automatizare a proceselor. Proiecta. caracteristicile aplicației”.
4) PM3-54-90 "Tablouri de distribuție și tablouri ale sistemelor de automatizare. Instalarea cablajului electric. Manual" clauza 1.4 Cerințe pentru împământare (împământare) cu exemple de conexiuni ale elementelor ecranului (dulapul) în interiorul ecranului (dulapul).
5) RM 4-6-92 Partea 3 "Sisteme tehnologice de automatizare a proceselor. Proiectarea cablajelor electrice și de conducte. Ghid pentru implementarea documentației. Manual" clauza 3.6 Împământare și împământare de protecție și clauza 3.7.1 privind implementarea instrucțiunilor de protecție. împământarea și împământarea instalațiilor electrice cu exemple în anexe.
6) etc. și așa mai departe.
7) GOST 21.408-2013 "SPDS. Reguli pentru implementarea documentației de lucru pentru automatizarea proceselor tehnologice" p.
Vă atrag atenția, există un concept cu care să vă familiarizați și să verificați dacă există NTD, principalul lucru este de unde să obțineți informații utile și să le puteți filtra și aplica.
Și în design complex, de obicei, un cablu pentru conectarea unui receptor electric, care este scutul de automatizare (cabinet), la tabloul de distribuție al sistemului de alimentare cu energie și aranjarea buclelor de masă și a nodurilor de împământare în sălile de control și sălile operatorilor, precum și conectarea acestor noduri la buclele de masă, sunt luate în considerare în kitul de alimentare.piese (notă-marca „ES”), dar chiar deconectarea acestui cablu este deja dată pe desenele circuitelor corespunzătoare din trusa de automatizare. , trusa de automatizare indică (ține în considerare) și cerințe și (sau) este prezentată pe desene (aprox. - de obicei acestea sunt diagrame de conectare externe sau tabele de conectare a cablajelor externe) conectarea conductorilor de împământare la noduri și buclele de împământare din carcasele instrumentelor și scuturi , etc..