ЖУРНАЛ «СТА» №2/2006

95 СТА 2/2006 www.cta.ru В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Глухозаземлённой нейтралью называ- ется нейтраль трансформатора или ге- нератора, присоединённая к заземли- телю непосредственно или через ма- лое сопротивление (например, через трансформатор тока). Нулевым проводом называется про- вод сети, соединённый с глухоза- землённой нейтралью. Изолированной нейтралью называет- ся нейтраль трансформатора или гене- ратора, не присоединённая к заземляю- щему устройству. Занулением называют соединение оборудования с глухозаземлённой нейтралью трансформатора или гене- ратора в сетях трёхфазного тока или с глухозаземлённым выводом источни- ка однофазного тока [5]. Далее мы будем также использовать термин « кондуктивный » – от слова conductor (проводник), то есть связан- ный с проводимостью материала. На- пример, кондуктивная помеха наво- дится через проводник, соединяющий две цепи. Цели заземления Защитное заземление служит ис- ключительно для защиты людей от по- ражения электрическим током. Необходимость выполнения защит- ного заземления часто приводит к уве- личению уровня помех в системах ав- томатизации, однако это требование является необходимым, поэтому ис- полнение сигнальной и силовой земли должно базироваться на предположе- нии, что защитное заземление имеет- ся и оно выполнено в соответствии с ПУЭ. Защитное заземление можно не применять только для оборудования с напряжением питания до 42 В пере- менного или 110 В постоянного тока, за исключением взрывоопасных зон. Подробнее см. раздел «Заземление на взрывоопасных промышленных объ- ектах» и ПУЭ (гл. 1.7). Правила заземления для уменьше- ния помехи от сети 50 Гц в системах автоматизации зависят от того, ис- пользуется ли сеть с глухозаземлённой или с изолированной нейтралью. За- земление нейтрали трансформатора на подстанции выполняется с целью ограничения напряжения, которое может появиться на проводах сети 220/380 В относительно Земли при прямом ударе молнии или в результате случайного соприкосновения с ли- ниями более высокого напряжения, или в результате пробоя изоляции то- коведущих частей распределительной сети. Электрические сети с изолирован- ной нейтралью используются для из- бежания перерывов питания потреби- теля при единственном повреждении изоляции, поскольку при пробое изо- ляции на землю в сетях с глухоза- землённой нейтралью срабатывает за- щита и питание сети прекращается. Кроме того, в цепях с изолированной нейтралью при пробое изоляции на землю отсутствует искра, которая не- избежна в сетях с глухозаземлённой нейтралью. Это свойство очень важно при питании оборудования во взрыво- опасной зоне. В США в нефтегазовой и химической промышленности ис- пользуется также заземление нейтрали через сопротивление, ограничиваю- щее ток на землю в случае короткого замыкания [6]. Сигнальная земля служит для упро- щения электрической схемы и уде- шевления устройств и систем про- мышленной автоматизации. При ис- пользовании сигнальной земли в ка- честве общего провода для разных це- пей появляется возможность приме- нения одного общего источника пита- ния для всей электрической цепи вме- сто нескольких «плавающих» источ- ников питания. Электрические цепи без общего провода (без земли) всегда можно преобразовать в цепи с общим проводом и наоборот по правилам, из- ложенным в работе [7]. В зависимости от целей применения сигнальные земли можно разделить на базовые и экранные. Базовая земля используется для отсчёта и передачи сигнала в электронной цепи, а экран- ная земля используется для заземле- ния экранов. Базовая сигнальная земля использу- ется также для «привязки» потенциала изолированной части электрической цепи к земле системы. Например, ес- ли входные каскады модуля ввода сиг- налов термопар имеют гальваниче- скую развязку от земли системы, то потенциал входов может быть каким угодно вследствие заряда паразитной ёмкости между землёй и входными каскадами. Во время грозы этот по- тенциал может составить тысячи вольт (см. раздел «Молния и атмосферное электричество»), что приведёт к про- бою гальванической изоляции моду- ля. Для предотвращения этого явле- ния аналоговая земля входных каска- дов (обозначается как AGND в моду- лях RealLab! и ADAM) должна быть соединена с землёй системы, как это будет описано далее. Экранная земля используется для заземления экранов кабелей, экрани- рующих перегородок, корпусов при- боров, а также для снятия статических зарядов с трущихся частей транс- портёрных лент, ремней электропри- водов и т.п. О БЩИЕ ВОПРОСЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ Большинство проблем заземления возникают вследствие необходимости защиты человека от поражения элек- трическим током. В этом смысле было бы лучше, если бы Земля и человек со- стояли из диэлектрика. С Землёй со- единена нейтраль трансформатора электрической подстанции, она явля- ется частью генератора электростати- ческого заряда во время грозы, об- кладкой паразитных ёмкостей и про- водником, в котором за счёт явления электромагнитной индукции наводят- ся токи. Земля как проводник участву- ет практически в любой электриче- ской системе, и её наличие нельзя иг- норировать. Защитное заземление зданий В качестве защитных заземляющих проводников используют естествен- ные и искусственные заземлители [5]. К естественным заземлителям отно- сятся, например, стальные и железо- бетонные каркасы производственных зданий, металлические конструкции производственного назначения, стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей, ме- таллические стационарные открыто проложенные трубопроводы всех на- значений, за исключением трубопро- водов горючих и взрывоопасных ве- ществ, канализации и центрального отопления. Если их проводимость удовлетворяет требованиям к заземле- нию, то дополнительные проводники для заземления не используются. Воз- можность использования железобе- тонного фундамента здания объясня- ется тем, что удельное сопротивление влажного бетона примерно равно удельному сопротивлению земли (150…300 Ом·м) [4]. Искусственные (специально изго- товленные) заземлители используют, когда сопротивление заземления пре- вышает установленные ПУЭ нормы. Конструктивно они представляют со- бой трубы, уголки, пруты, по-