ЖУРНАЛ «СТА» №2/2006

94 СТА 2/2006 www.cta.ru В ВЕДЕНИЕ Неправильное заземление в 40% случаев является причиной дорого- стоящих простоев и порчи чувстви- тельного оборудования, используемо- го в нефтяной, автомобильной и гор- ной промышленности [1]. Следствием неправильного заземления могут быть изредка появляющиеся сбои в работе систем, повышенная погрешность из- мерений, выход из строя чувствитель- ных элементов, замедление работы системы вследствие появления потока ошибок в каналах обмена, нестабиль- ность регулируемых параметров, ошибки в собираемых данных. Вопро- сы заземления тесно связаны с про- блемами экранирования и методами борьбы с помехами в электронных системах [2, 3]. Заземление является самой плохо понимаемой темой в автоматизации. Сложность проблемы связана с тем, что источники помех, приёмники и пути их прохождения распределены в пространстве, момент их появления часто является случайной величиной, а местонахождение априори неизвест- но. Сложно также провести измере- ния помех. Практически невозможно сделать и достаточно точный теорети- ческий анализ, поскольку задача обычно является трёхмерной и описы- вается системой дифференциальных уравнений в частных производных. Поэтому обоснование того или иного метода заземления, которое, строго говоря, должно опираться на матема- тические расчёты, на практике прихо- дится делать на основании опыта и интуиции. Решение проблем заземле- ния в настоящее время находится на грани между пониманием, интуицией и везением. Изучение влияния помех, связан- ных с неправильным заземлением, сводится к составлению правдоподоб- ных упрощённых моделей системы, включающей источники, приёмники и пути прохождения помехи, с после- дующим анализом их влияния на ха- рактеристики системы и синтезом ме- тодов борьбы с ними. Мы не будем рассматривать вопро- сы заземления энергетических элек- троустановок. Это отдельная тема, ко- торая достаточно подробно рассмот- рена в литературе по электроэнергети- ке [4, 5]. В настоящей статье речь идёт только о заземлении, используемом в системах промышленной автоматиза- ции для обеспечения их стабильного функционирования, а также о зазем- лении с целью защиты персонала от поражения электрическим током, по- скольку эти два вопроса невозможно рассматривать изолированно один от другого, не нарушая стандартов систе- мы безопасности труда. Определения Под заземлением понимают как со- единение с грунтом Земли, так и со- единение с некоторым «общим прово- дом» электрической системы, относи- тельно которого измеряют электриче- ский потенциал. Например, в косми- ческом корабле или самолёте «землёй» считают металлический корпус. В приёмнике с батарейным питанием за «землю» принимают систему внутрен- них проводников, которые являются общим проводом для всей электрон- ной схемы. В дальнейшем мы будем использовать именно такое понятие «земли», не заключая больше это сло- во в кавычки, поскольку оно давно стало физическим термином. Потен- циал земли в электрической системе не всегда равен нулю относительно грунта Земли. Например, в летящем самолёте за счёт генерации электро- статического заряда потенциал земли (корпуса) самолёта может составлять сотни и тысячи вольт относительно поверхности Земли. Аналогом земли космического ко- рабля является « плавающая » земля — не соединённая с грунтом Земли сис- тема проводников, относительно ко- торой отсчитывается потенциал в электрической подсистеме. Напри- мер, в модуле аналогового ввода с гальванической развязкой внутренняя аналоговая земля модуля может не со- единяться с грунтом Земли или соеди- няться с ним через большое сопротив- ление, скажем, 20 МОм. Под защитным заземлением пони- мают электрическое соединение про- водящих частей оборудования с грун- том Земли через заземляющее устрой- ство с целью защиты персонала от по- ражения электрическим током. Заземляющим устройством называ- ют совокупность заземлителя (то есть проводника, соприкасающегося с зем- лёй) и заземляющих проводников [5]. Общим проводом (проводником) на- зывают проводник в системе, относи- тельно которого отсчитываются по- тенциалы. Обычно он является общим для источника питания и под- ключённых к нему электронных уст- ройств. Примером может быть про- вод, общий для всех 8 входов 8ка- нального модуля аналогового ввода с одиночными (недифференциальны- ми) входами. Общий провод во мно- гих случаях является синонимом зем- ли, но он может быть вообще не со- единён с грунтом Земли. Сигнальным заземлением называют соединение с землёй общего провода цепей передачи сигнала. Сигнальная земля делится на цифро- вую землю и аналоговую . Сигнальную аналоговую землю иногда делят на землю аналоговых входов и землю анало- говых выходов . Силовой землёй будем называть об- щий провод в системе, соединённый с защитной землей, по которому проте- кает большой ток (большой по сравне- нию с током для передачи сигнала). В основе такого деления земель ле- жит различный уровень чувствитель- ности к помехам аналоговых и цифро- вых цепей, а также сигнальных и мощ- ных (силовых) цепей и, как правило, гальваническая развязка между ука- занными землями в системах про- мышленной автоматизации. В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА Заземление в системах промышленной автоматизации Виктор Денисенко