"Новости Электротехники" Инструментальное заземление

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №2(8) 2001


	Инструментальное заземление —фундамент надежной работы МИД Процесс внедрения систем мониторинга и диспетчер- ского управления (МИД) электроснабжением на промышленных предприятиях в последнее время принимает все более масштабный характер. Однако отсутствие широкого позитивного опыта внедрения систем МИД, общих рекомендаций по выбору соответствующего оборудования вынуждает предприятия при решении этой сложной задачи опираться на собственные силы и руководствоваться собственным пониманием путей её решения. При этом особенности и возможные трудности интеграции оборудования системы МИД в действующую схему электроснабжения предприятия зачастую попросту игнорируются или отодвигаются на второй план. Результатом такого подхода к созданию системы МИД могут стать частичная или полная неработоспособность системы, низкая надежность функционирования оборудования и т. п. Известно, что основу оборудования системы МИД составляют микропроцессорные устройства, надежное функционирование которых определяется рядом специфических (с точки зрения специалиста в области электротехники) требований, предъявляемых к ним как к классу слаботочных информационно-измерительных комплексов, выполненных на базе радиоэлектронных компонентов. И одним из основных факторов, существенно влияющих на работоспособность системы МИД, является ее помехозащищенность. Немного о помехах Индустриальные помехи возникают вследствие паразитных связей между электротехническим оборудованием предприятия и электронными устройствами системы МИД, которые невозможно указать на принципиальной электрической схеме, так как они зависят от конструкции, компоновки аппаратуры в целом и почти не поддаются расчету. Основными разновидностями помех на объектах МИД в распределительно-трансформаторных подстанциях, трансформаторных подстанциях, коммутационных подстанциях и т.п. являются помехи излучения в виде электрического, магнитного, электромагнитного полей и кондуктивные помехи (помехи, распространяющиеся по проводным линиям). Напряженность ближних электрического и магнитного полей в свободном пространстве обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника, возбуждающего поле. Напряженность электромагнитного поля излучения обратно пропорциональна первой степени расстояния. Напряжение на конце проводной линии с увеличением расстояния падает весьма медленно. Из этой зависимости действия различных видов помех от расстояния следует, что при малых расстояниях помеха может поступать по всем четырем путям. С увеличением расстояния в первую очередь исчезают помехи через ближние электрическое и магнитное поля, во вторую очередь перестает влиять электромагнитное поле излучения и на большом расстоянии помеха может передаваться только по проводной линии. Кондуктивные помехи могут распространяться на сотни метров от источника помех. Фирмы-разработчики оборудования для систем МИД добились высокого уровня помехозащищенности микропроцессорных устройств от помех излучения и могут гарантировать надежное функционирование приборов в условиях сильных электромагнитных полей и возмущений. Фирмы в состоянии также обеспечить защиту от ряда кондуктивных помех по цепям управления и информационно-измерительным цепям путем их гальванической и оптической развязки. На основании таких гарантий чаще всего заказчик и принимает решение о внедрении той или иной системы МИД на предприятии. При этом практически не акцентируется внимание на проблеме защиты оборудования системы от кондуктивных помех по цепям электропитания и заземления. Однако на практике решение именно этой проблемы в значительной мере определяет надежность функционирования системы МИД. Очевидно, что в каждом конкретном случае требуется индивидуальный подход к разработке системы с учетом особенностей действующей схемы электроснабжения на предприятии. Но существует общее для любой схемы требование, несерьезное отношение к выполнению которого может серьезно повлиять на степень надежности функционирования системы МИД – это устройство сигнального (инструментального) заземления оборудования. Автономный контур заземления защитит электронику В технической литературе по электротехнике и электронике для демонстрации принципа действия различных схем под термином «земля» понимают «точку отсчета», потенциал которой равен нулю. На этом основании часто делается ошибочный вывод о том, что микропроцессорные устройства можно подключать к любому имеющемуся контуру заземления. Фирмы-разработчики систем МИД в качестве инструментального заземления во многих случаях рекомендуют использовать действующий контур рабочего заземления и даже дают письменные гарантии, что в этом случае система будет работать надежно. К таким рекомендациям нужно относиться критически. Дело в том, что большинство предприятий имеют контур рабочего (защитного) заземления, оборудованный по схеме TN-C, с общим PEN проводником, к которому подключено большое количество электротехнического оборудования с разными режимами работы по сети переменного тока и различной потребляемой мощностью. При коммутации цепей электроснабжения электротехнического оборудования, производстве электросварочных работ и т.п. возникают высокие переходные токи, которые могут превышать рабочие токи в сотни раз и создавать выбросы напряжения в сетях электроснабжения и заземления. Например, электродвигатели создают выбросы напряжения величиной 1500-2000 В, а при грозовых разрядах во внутренней электропроводке могут возникать выбросы напряжения до 6 кВ. Протяженная цепь электроснабжения в случае, когда её основная часть проложена вне помещения по наружной трассе, представляет собой хорошую антенну для импульсных помех. При грозовых разрядах в цепях электроснабжения могут возникать выбросы напряжения от 10 до 20 кВ. Поскольку любое заземление представляет собой обладающую низким импедансом цепь возврата тока, паразитные выбросы напряжения по цепям электроснабжения провоцируют в контуре заземления броски токов значительных амплитуд, вызывая кратковременные изменения разности потенциалов в его цепи величиной до сотен вольт и длительностью от единиц до сотен миллисекунд. Для электротехнического оборудования, работающего на переменном токе, подобные изменения разности потенциалов в цепи действующего контура заземления не создают проблем. Для слаботочных микропроцессорных устройств, напряжение электропитания которых составляет 5-12 В постоянного тока, изменения разности потенциалов могут порождать паразитные сигналы, которые воспринимаются электронной аппаратурой и приводят к сбоям и отказам в её работе. Подключение к такому действующему контуру заземления микропроцессорных устройств системы МИД - прямой путь к снижению надежности её функционирования. Следовательно, первым и абсолютно обоснованным требованием в обеспечении эффективной защиты дорогостоящего электронного оборудования от возможных кондуктивных помех можно справедливо считать устройство автономного контура инструментального заземления на каждом объекте системы МИД. Основное требование к контуру инструментального заземления состоит в том, чтобы он не имел электрического контакта с действующим контуром рабочего и защитного заземления. В остальном оно регламентируется действующей научно-технической документацией. Необходим качественный контакт Следует подчеркнуть, что экраны и оплетки кабелей системы МИД, подключенные к автономному контуру инструментального заземления, следует рассматривать как составную часть этого контура. Все соединения проводников контура должны иметь качественный электрический контакт, необходимый для формирования стабильных однородных токовых путей с пренебрежимо малым сопротивлением. Для быстродействующих микропроцессорных устройств системы МИД качественные контакты должны иметь сопротивление <1 мОм и индуктивность <25 нГн. В качестве иллюстрации данного требования приведем такой пример: контакт с площадью сечения 650 мм2 будет обладать сопротивлением порядка 0,1 мОм. Крутящие моменты, необходимые для получения качественных контактов при соединении двух металлов с помощью болтов (крепежных винтов) и максимально допустимые токи контактов приведены в таблице. Безаварийная работа зависит от надежного электроснабжения Важно также отметить, что цепи электроснабжения оборудования рекомендуется подключать к равномерно нагруженной трехфазной сети. Электропитание микропроцессорных устройств нижнего и верхнего уровня системы МИД необходимо производить от источников бесперебойного электропитания (UPS), имеющих помехоподавляющий сетевой фильтр. Электропитание электрооборудования системы МИД рекомендуется осуществлять через разделительный трансформатор. Наружные сети электроснабжения необходимо прокладывать кабелем с экранирующей оболочкой, подключаемой к действующему контуру рабочего заземления.

Инструментальное заземление —фундамент надежной работы МИД