ЖУРНАЛ «СТА» №2/2006

ции, которое поставляет в шину за- земления ток помехи I n 21 … I n 23 , вы- званный описываемыми в разделе «Источники помех на шине земли» причинами, и ток питания, возвра- щающийся к источнику питания по шине земли. На рис. 1 изображено также сопротивление между зазем- ляющими электродами R Земли и ток помехи I n Земли , протекающий по зем- ле, например, при ударах молнии или при коротком замыкании (к.з.) на землю мощного оборудования. Если шина сигнального заземления используется одновременно для пита- ния системы автоматизации (этого нужно избегать), то необходимо учи- тывать её сопротивление. Сопротив- ление медного провода длиной 1 м и диаметром 1 мм равно 0,022 Ом. В системах промышленной автоматиза- ции при расположении датчиков на большой площади, например в элева- торе или цехе, длина заземляющего проводника может достигать 100 м и более. Для проводника длиной 100 м сопротивление составит 2,2 Ом. При количестве модулей системы автома- тизации, питаемых от одного источ- ника, равном 20, и токе потребления одного модуля 0,1 А падение напряже- ния на сопротивлении заземляющего проводника составит 4,4 В. При частоте помехи более 1 МГц возрастает роль индуктивного сопро- тивления цепи заземления, а также ёмкостной и индуктивной связи меж- ду участками цепей заземления. Про- вода заземления начинают излучать электромагнитные волны и сами ста- новятся источниками помех. На высоких частотах проводник за- земления или экран кабеля, проло- женный параллельно полу или стене здания, образует совместно с за- землёнными металлическими конст- рукциями здания длинную линию с волновым сопротивлением порядка 500...1000 Ом, короткозамкнутую на конце. Поэтому сопротивление про- водника для высокочастотных помех определяется не только его индуктив- ностью, но и явлениями, связанными с интерференцией между падающей волной помехи и отражённой от за- землённого конца провода. Зависи- мость модуля комплексного сопро- тивления проводника заземления ме- жду точкой его подключения к зазем- ляемому оборудованию и ближайшей точкой железобетонной конструкции здания от длины этого проводника можно приблизительно описать фор- мулой для двухпроводной воздушной линии передачи: Z вх ≈ R в · tg (2 π L __ λ ), где R в – волновое сопротивление, L – длина проводника заземления, λ – длина волны помехи ( λ ≈ c / f , с – ско- рость света в вакууме, равная 300 000 км/с, f – частота помехи). Гра- фик, построенный по данной формуле для типового проводника заземления (экрана) диаметром 3 мм при расстоя- нии до ближайшего прута железобе- тонной арматуры здания 50 см (при этом волновое сопротивление состав- ляет 630 Ом), приведён на рис. 2. От- метим, что когда длина проводника приближается к 1/4 длины волны по- мехи, его сопротивление стремится к бесконечности. Таким образом, шина земли являет- ся в общем случае «грязной» землёй, источником помех, имеет активное и индуктивное сопротивление. Она яв- ляется эквипотенциальной только с точки зрения защиты от поражения электрическим током, но не с точки зрения передачи сигнала. Поэтому ес- ли в контур, включающий источник и приёмник сигнала, входит участок «грязной» земли то напряжение поме- хи будет складываться с напряжением источника сигнала и прикладываться ко входу приёмника (см. раздел «Кон- дуктивные наводки»). Виды заземлений Одним из путей ослабления вредно- го влияния цепей заземления на сис- темы автоматизации является раз- дельное выполнение систем заземле- ний для устройств, имеющих разную чувствительность к помехам или яв- ляющихся источниками помех разной мощности. Раздельное исполнение за- земляющих проводников позволяет выполнить их соединение с защитной землёй в одной точке. При этом раз- ные системы земель представляют со- бой лучи звезды, центром которой яв- ляется контакт к шине защитного за- земления здания. Благодаря такой то- пологии помехи «грязной» земли не протекают по проводникам «чистой» земли. Таким образом, несмотря на то что системы заземления разделены и имеют разные названия, в конечном счёте все они соединены с Землёй че- рез систему защитного заземления. Исключение составляет только «пла- вающая» земля (см. раздел «„Плаваю- щая” земля»). Силовое заземление В системах автоматизации могут использоваться электромагнитные реле, микромощные серводвигатели, электромагнитные клапаны и другие устройства, ток потребления которых существенно превышает ток потреб- ления модулей ввода/вывода и кон- 97 СТА 2/2006 www.cta.ru В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Рис. 1. Электрическая модель системы заземления Рис. 2. Зависимость модуля комплексного сопротивления заземляющего проводника от длины провода Отношение длины провода к длине волны Модуль комплексного сопротивления провода, Ом