ארון אוטומציה. שיטות הארקה

טכניקות הארקה במערכות אוטומציה תעשייתיות שונות מאוד עבור מעגלים מחוברים גלווני ומבודדים גלווני. רוב השיטות המתוארות בספרות מתייחסות למעגלים מצמודים גלווניים, אשר חלקם ירד לאחרונה באופן משמעותי עקב הירידה החדה במחירי בידוד ממירי DC-DC.

3.5.1. מעגלים מחוברים גלווניים

דוגמה למעגל מחובר גלווני היא החיבור של המקור והמקלט של אות סטנדרטי 0 ... 5 V (איור 3.95, איור 3.96). כדי להסביר כיצד לקרקע כראוי, שקול את האפשרות של שגוי (איור 3.95) ונכון (איור 3.96, התקנה. הטעויות הבאות נעשו באיור 3.95:

השגיאות המפורטות מובילות לעובדה שהמתח בכניסת המקלט שווה לסכום של מתח האות ומתח ההפרעה. כדי לבטל חיסרון זה, מוט נחושת גדול יכול לשמש כמוליך הארקה, אך עדיף לבצע הארקה כפי שמוצג באיור. 3.96, כלומר:

הכלל הכללי להחלשת התקשורת דרך חוט הארקה משותף הוא לחלק את הקרקעות לאנלוגיות, דיגיטליות, כוח ומגן, ולאחר מכן לחבר אותן בנקודה אחת בלבד. כאשר מפרידים את ההארקות של מעגלים מחוברים גלווניים, נעשה שימוש בעקרון הכללי: מעגלים עם רמת הפרעות גבוהה צריכים להתבצע בנפרד ממעגלים עם רמת הפרעות נמוכה, ויש לחבר אותם רק בנקודה משותפת אחת. יכולות להיות מספר נקודות הארקה אם הטופולוגיה של מעגל כזה לא מובילה להופעת אזורי הארקה "מלוכלכים" במעגל, כולל המקור והמקלט של האות, וגם אם לא נוצרות לולאות סגורות במעגל ההארקה. , שדרכו מסתובב הזרם המושרה על ידי הפרעות אלקטרומגנטיות.

החיסרון של שיטת ההפרדה של מוליכים הארקה הוא יעילות נמוכה בתדרים גבוהים, כאשר תפקיד חשוב להשראת ההשראות ההדדית בין מוליכי הארקה סמוכים, המחליף רק צימודים גלווניים באינדוקטיביים, מבלי לפתור את הבעיה בכללותה.

אורכי מוליכים ארוכים גם מגבירים את התנגדות האדמה, שחשובה בתדרים גבוהים. לכן, הארקה בנקודה אחת משמשת בתדרים של עד 1 מגה-הרץ, עדיף להארקה במספר נקודות מעל 10 מגה-הרץ, בטווח הביניים מ-1 עד 10 מגה-הרץ, יש להשתמש במעגל חד-נקודתי אם המוליך הארוך ביותר ב מעגל הארקה הוא פחות מ-1/20 מאורך הגל ההפרעה. אחרת, נעשה שימוש בסכימת הרב-נקודות [Barnes].

הארקה נקודתית אחת משמשת לעתים קרובות ביישומי צבא וחלל [Barnes].

3.5.2. מיגון של כבלי אות

שקול את הארקה של מסכים בעת העברת אות על זוג מסוכך מעוות, שכן מקרה זה אופייני ביותר למערכות אוטומציה תעשייתיות.

אם תדר ההפרעה אינו עולה על 1 מגה-הרץ, הכבל חייב להיות מוארק בצד אחד. אם הוא מקורקע משני הצדדים (איור 3.97), אז נוצר מעגל סגור, שיעבוד כאנטנה, המקבל הפרעות אלקטרומגנטיות (באיור 3.97, נתיב זרם ההפרעה מוצג בקו מקווקו). הזרם הזורם דרך המסך הוא מקור להפרעות אינדוקטיביות על חוטים סמוכים וחוטים בתוך המסך. אמנם השדה המגנטי של זרם הצמה בתוך המגן שווה תיאורטית לאפס, אך בשל ההתפשטות הטכנולוגית בייצור הכבל, כמו גם ההתנגדות הלא-אפסית של הצמה, הטנדר על החוטים בתוך המגן יכול להיות משמעותי. לכן, המסך חייב להיות מוארק רק בצד אחד, ובצד של מקור האות.

נדן הכבל חייב להיות מוארק בצד מקור האות. אם ההארקה מתבצעת מהצד של המקלט (איור 3.98), אז זרם ההפרעה יזרום לאורך הנתיב המוצג באיור. 3.98 קו מקווקו, כלומר. דרך הקיבול בין ליבות הכבלים, יצירת מתח הפרעה עליו, וכתוצאה מכך, בין הכניסות הדיפרנציאליות. לכן, יש צורך לקרקע את הצמה מהצד של מקור האות (איור 3.99). במקרה זה, אין נתיב לזרם ההפרעה לעבור. שימו לב כי דיאגרמות אלו מציגות מקלט אות דיפרנציאלי, כלומר. לשני הכניסות שלו יש התנגדות אינסופית לאדמה.

אם מקור האות אינו מוארק (לדוגמה, צמד תרמי), אז המגן יכול להיות מוארק משני הצדדים, מכיוון במקרה זה, לולאה סגורה לזרם ההפרעה לא נוצרת.

בתדרים מעל 1 מגה-הרץ, התגובה האינדוקטיבית של המסך גדלה וזרמי האיסוף הקיבוליים יוצרים עליו מפל מתח גדול, שניתן להעביר אל המוליכים הפנימיים דרך הקיבול שבין הצמה לבין המוליכים. בנוסף, עם אורך כבל השווה לאורך גל ההפרעות (אורך גל ההפרעה בתדר של 1 מגה-הרץ הוא 300 מ', בתדר של 10 מגה-הרץ - 30 מ'), ההתנגדות של הצמה עולה (ראה "דגם הקרקע" סעיף), מה שמגביר בחדות את מתח ההפרעה על הצמה. לכן, בתדרים גבוהים, מעטפת הכבל חייבת להיות מוארקת לא רק משני הצדדים, אלא גם במספר נקודות ביניהן (איור 3.100). נקודות אלו נבחרות במרחק של 1/10 מאורך הגל ההפרעה זו מזו. במקרה זה, חלק מהזרם יזרום דרך צמת הכבל, ויעביר הפרעות לליבה המרכזית באמצעות השראות הדדית. הזרם הקיבולי יזרום גם לאורך הנתיב המוצג באיור. 3.98, לעומת זאת, רכיב התדר הגבוה של ההפרעה יוחלש. בחירת מספר נקודות ההארקה של הכבלים תלויה בהפרש מתחי ההפרעה בקצוות המסך, בתדירות ההפרעות, בדרישות להגנה מפני פגיעות ברק או בגודל הזרמים הזורמים במסך. מקורקע.

כאפשרות ביניים, אתה יכול להשתמש בהארקת המסך השני דרך הקיבול (איור 3.99). יחד עם זאת, בתדר גבוה מסתבר שהמסך מוארק משני צדדים, בתדר נמוך - מצד אחד. זה הגיוני במקרה שבו תדר ההפרעה עולה על 1 מגה-הרץ, ואורך הכבל הוא 10 ... פי 20 פחות מאורך הגל ההפרעה, כלומר. כאשר עדיין אין צורך לבצע הארקה במספר נקודות ביניים. ניתן לחשב את ערך הקיבול על ידי הנוסחה , היכן נמצא התדר העליון של גבול ספקטרום ההפרעות, הוא הקיבול של קבל ההארקה (שברים מאוהם). לדוגמה, בתדר של 1 מגה-הרץ, לקבל של 0.1 uF יש התנגדות של 1.6 אוהם. הקבל חייב להיות בתדר גבוה, עם השראות עצמית נמוכה.

למיגון איכותי בטווח תדרים רחב נעשה שימוש במסך כפול (איור 3.101) [Zipse]. המגן הפנימי מקורקע בצד אחד, צד מקור האות, כדי למנוע מעבר של הפרעות קיבוליות דרך המנגנון המוצג באיור. 3.98, והמגן החיצוני מפחית הפרעות בתדר גבוה.

בכל המקרים, המסך חייב להיות מבודד כדי למנוע מגע מקרי עם חפצי מתכת והקרקע.

נזכיר כי תדר ההפרעות הוא התדר שניתן לתפוס על ידי כניסות רגישות של ציוד אוטומציה. בפרט, אם יש פילטר בכניסה של המודול האנלוגי, אזי תדר הרעש המקסימלי שיש לקחת בחשבון בעת ​​מיגון והארקה נקבע על ידי תדר החיתוך העליון של פס המעבר של המסנן.

מכיוון שגם עם הארקה מתאימה, אך עם כבל ארוך, ההפרעות עדיין עוברות דרך המסך, עדיף להעביר את האות בצורה דיגיטלית או דרך כבל אופטי לשדר אות למרחקים ארוכים או בדרישות מוגברות לדיוק המדידה . לשם כך, אתה יכול להשתמש, למשל, מודולי קלט אנלוגיים RealLab!סדרה עם ממשק RS-485 דיגיטלי או ממירי סיבים אופטיים של ממשק RS-485, למשל, מסוג SN-OFC-ST-62.5/125 מבית RealLab! .

ביצענו השוואה ניסיונית דרכים שונותחיבור של מקור אות (תרמיסטור עם התנגדות של 20 קילו אוהם) דרך זוג מעוות מסוכך (0.5 סיבובים לסנטימטר) באורך 3.5 מ'. נעשה שימוש במגבר אינסטרומנטלי RL-4DA200 עם מערכת רכישת נתונים RL-40AI מבית RealLab!. רווח ערוץ ההגברה היה 390, רוחב הפס היה 1 קילו-הרץ. סוג ההפרעה למעגל של איור. 3.102-a מוצג באיור. 3.103.

3.5.4. מסכי כבלים בתחנות חשמל

בתחנות חשמל, על הצמה (מסך) של כבל האות האוטומציה, המונח מתחת לחוטי מתח גבוה בגובה הקרקע ומוארקים בצד אחד, ניתן להשרות מתח של מאות וולט במהלך מיתוג הזרם על ידי המתג. לכן, לצורך בטיחות החשמל, צמת הכבל מוארקת משני הצדדים.

כדי להגן מפני שדות אלקטרומגנטיים בתדר של 50 הרץ, מסך הכבל מוארק גם משני הצדדים. זה מוצדק במקרים בהם ידוע שהפיקאפ האלקטרומגנטי בתדר 50 הרץ גדול מהפיקאפ הנגרם מזרימת זרם השוואה דרך הצמה.

3.5.5. מגני כבלים להגנה מפני ברקים

כדי להגן מפני השדה המגנטי של ברק, יש להניח כבלי אות של מערכות אוטומציה העוברות בשטחים פתוחים. צינורות מתכתחומר פרומגנטי כגון פלדה. הצינורות ממלאים את התפקיד של מסך מגנטי [Vijayaraghavan]. לא ניתן להשתמש בנירוסטה מכיוון שחומר זה אינו פרומגנטי. צינורות מונחים מתחת לאדמה, וכאשר הם מעל פני הקרקע, יש לקרק אותם בכל 3 מטר בערך [Zipse]. הכבל חייב להיות מסוכך והמגן חייב להיות מוארק. הארקה של המסך חייבת להיות איכותית מאוד עם עמידות מינימלית לאדמה.

בתוך המבנה, השדה המגנטי נחלש במבני בטון מזוין ואינו נחלש במבני לבנים.

פתרון רדיקלי לבעיות הגנה מפני ברקים הוא שימוש בכבל סיבים אופטיים, שכבר די זול ומתחבר בקלות לממשק RS-485, למשל, באמצעות ממירים מסוג SN-OFC-ST-62.5/125.

3.5.6. הארקה למדידות דיפרנציאליות

אם למקור האות אין התנגדות לאדמה, אז נוצרת "כניסה צפה" במהלך מדידה דיפרנציאלית (איור 3.105). ניתן לטעון את הקלט הצף סטטי על ידי חשמל אטמוספרי (ראה גם סעיף סוגי הארקה) או על ידי זרם זליגת הכניסה של מגבר הפעלה. כדי לנקז מטען וזרם לאדמה, הכניסות הפוטנציאליות של מודולי כניסה אנלוגיים מכילות בדרך כלל נגדים של 1 MΩ עד 20 MΩ פנימית כדי לחבר את הכניסות האנלוגיות לאדמה. עם זאת, עם רמה גבוהה של הפרעות או התנגדות גבוהה של מקור האות, ייתכן שההתנגדות של 20 MΩ לא תספיק, ואז יש צורך להשתמש בנוסף נגדים חיצוניים עם התנגדות של עשרות kΩ עד 1 MΩ או קבלים עם אותה התנגדות בתדר ההפרעות (איור 3.105).

3.5.7. חיישנים חכמים

לאחרונה התפשטו ופותחו במהירות מה שנקרא חיישנים חכמים, המכילים מיקרו-בקר לניאריזציה של מאפיין ההמרה של החיישן (ראו למשל "חיישני טמפרטורה, לחץ, לחות"). חיישנים חכמים מספקים אות בצורה דיגיטלית או אנלוגית [Caruso ]. בשל העובדה שהחלק הדיגיטלי של החיישן משולב עם החלק האנלוגי, אם הקרקע שגויה, לאות המוצא יש מפלס גבוהרַעַשׁ.

לחיישנים מסוימים, כמו אלה של Honeywell, יש DAC עם פלט זרם ולכן דורשים התנגדות עומס חיצונית (בסדר גודל של 20 kΩ [Caruso]), כך שהאות השימושי מתקבל בצורה של נפילת מתח על פני ה- נגד עומס כאשר זרם פלט החיישן זורם.

ארונות מחוברים ביניהם, מה שיוצר לולאה סגורה במעגל הארקה, ראה איור. 3.69, סעיף "הארקת מבנים", "מוליכי הארקה", "הפרעות אלקטרומגנטיות";

מוליכים הארקה אנלוגיים ודיגיטליים בארון השמאלי פועלים במקביל על פני שטח גדול, כך שפיקאפים אינדוקטיביים וקיבוליים מהאדמה דיגיטלית עשויים להופיע על הארקה אנלוגית;

ספק הכוח (ליתר דיוק, המסוף השלילי שלו) מחובר לגוף הארון בנקודה הקרובה ביותר, ולא במסוף האדמה, לכן, זרם הפרעות זורם דרך גוף הארון, חודר דרך שנאי ספק הכוח (ראה איור 3.62 ,);

ספק כוח אחד משמש לשני ארונות, מה שמגדיל את האורך וההשראות של מוליך ההארקה;

בארון הימני, מסופי ההארקה אינם מחוברים למסוף ההארקה, אלא ישירות לגוף הארון. במקרה זה, גוף הארון הופך למקור לאיסוף אינדוקטיבי על כל החוטים העוברים לאורך קירותיו;

בארון הימני, בשורה האמצעית, מתחברים הארקה אנלוגית ודיגיטלית ישירות ביציאה של הבלוקים, וזה שגוי, ראה איור. 3.95, איור. 3.104.

חסרונות אלה בוטלו באיור. 3.108. שיפור חיווט נוסף בדוגמה זו יהיה שימוש במוליך הארקה נפרד עבור מודולי הכניסה האנלוגיים הרגישים ביותר.

בתוך ארון (מתלה), רצוי לקבץ מודולים אנלוגיים בנפרד, ומודולים דיגיטליים בנפרד, כך שבעת הנחת חוטים בתעלת כבלים, אורך קטעי המעבר המקביל של מעגלי הארקה דיגיטליים ואנלוגיים מצטמצם.

3.5.9. מערכות בקרה מבוזרות

במערכות בקרה המופצות על פני שטח מסוים עם ממדים אופייניים של עשרות ומאות מטרים, אי אפשר להשתמש במודולי קלט ללא בידוד גלווני. רק בידוד גלווני מאפשר לך לחבר מעגלים מוארקים בנקודות עם פוטנציאלים שונים.

יש להגן על כבלים העוברים בשטחים פתוחים מפני דחפים מגנטיים בעת סופת רעמים (ראה סעיף "ברקים וחשמל אטמוספרי", "מסכי כבלים להגנת ברקים") ושדות מגנטיים בעת החלפת עומסים חזקים (ראה סעיף "מסכי כבלים בתחנות חשמל ). שימו לב במיוחד להארקה של מסך הכבל (ראה סעיף "סיכוך כבלי אות"). פתרון רדיקלי למערכת בקרה מבוזרת גיאוגרפית הוא העברת מידע על סיב אופטי או ערוץ רדיו.

ניתן להשיג תוצאות טובות על ידי סירוב להעביר מידע בסטנדרטים אנלוגיים לטובת דיגיטליים. לשם כך, אתה יכול להשתמש במודולים של מערכת בקרה מבוזרת RealLab!סדרת NL מבית Reallab! . המהות של גישה זו טמונה בעובדה שמודול הקלט ממוקם ליד החיישן, ובכך מפחית את אורך החוטים עם אותות אנלוגיים, והאות מועבר ל-PLC באמצעות ערוץ דיגיטלי. וריאציה של גישה זו היא שימוש בחיישנים עם ADCs מובנים וממשקים דיגיטליים (לדוגמה, חיישנים מסדרת NL-1S).

3.5.10. מעגלי מדידה רגישים

עבור מעגלי מדידה רגישים במיוחד בסביבות אלקטרומגנטיות גרועות, התוצאות הטובות ביותר מתקבלות על ידי שימוש בהארקה "צפה" (ראה סעיף "סוגי הארקה") בשילוב עם אספקת סוללה [צף ] והעברת סיבים אופטיים.

3.5.11. הפעלת ציוד והנעים

מעגלי אספקת החשמל של מנועים מבוקרי פעימה, מנועי סרוו, מפעילים מבוקרי PWM חייבים להיות מיוצרים עם זוג מעוות כדי להפחית את השדה המגנטי, וגם מסוככים כדי להפחית את הרכיב החשמלי של ההפרעות המוקרנות. מסך הכבל חייב להיות מוארק בצד אחד. המעגלים לחיבור החיישנים של מערכות כאלה צריכים להיות ממוקמים במסך נפרד, ובמידת האפשר, במרחק מרחבי מהתקני ההפעלה.

הארקה ברשתות תעשייתיות

רשת תעשייתית המבוססת על ממשק RS-485 מבוצעת על ידי כבל זוג מעוות מסוכך עם שימוש חובה במודולי בידוד גלווני איור. 3.110). למרחקים קצרים (כ-10 מ'), בהיעדר מקורות הפרעה בקרבת מקום, לא ניתן להשתמש במסך. במרחקים גדולים (התקן מאפשר אורך כבל של עד 1.2 ק"מ), ההבדל בפוטנציאל הארקה בנקודות מרוחקות יכול להגיע למספר יחידות ואף לעשרות וולט (ראה סעיף "סיכוך כבלי אות"). לכן, על מנת למנוע את זרימת הזרם דרך המגן, להשוות את הפוטנציאלים הללו, יש להאיר את מגן הכבל. רק נקודה אחת(לא משנה איזה). זה גם ימנע לולאה סגורה של שטח גדול במעגל הארקה, שבו זרמים גבוהים יכולים להיגרם על ידי אינדוקציה אלקטרומגנטית במהלך פגיעות ברק או מיתוג של עומסים חזקים. זרם זה, באמצעות השראות הדדית, משרה על זוג החוטים המרכזי e. d.c., מה שעלול לפגוע בשבבי מנהל ההתקן של היציאה.

בעת שימוש בכבל לא מסוכך, ניתן להשרות עליו מטען סטטי גדול (מספר קילו-וולט) עקב חשמל אטמוספרי, שעלול להרוס את אלמנטי הבידוד הגלווני. כדי למנוע השפעה זו, החלק המבודד של התקן הבידוד הגלווני צריך להיות מוארק באמצעות התנגדות, למשל, 0.1 ... 1 MΩ (מוצג בקו מקווקו באיור 3.110).

ההשפעות המתוארות לעיל בולטות במיוחד ברשתות אתרנט עם כבל קואקסיאלי, כאשר מספר כרטיסי רשת Ethernet נכשלים במהלך סופת רעמים בעת הארקה במספר נקודות (או חוסר הארקה) במהלך סופת רעמים.

ברשתות Ethernet ברוחב פס נמוך (10 Mbps), המגן צריך להיות מוארק רק בנקודה אחת. ב-Ethernet Fast (100 Mbps) וב-Gigabit Ethernet (1 Gbps), הארקת מגן חייבת להתבצע במספר נקודות, בהתאם להמלצות בסעיף "סיכוך אותות"

בעת הנחת הכבל בשטח פתוח, עליך להשתמש בכל הכללים המתוארים בסעיף "סיכוך כבלי אות"

3.5.12. הארקה על חפצים נפיצים

במתקני תעשייה נפיצים (ראה סעיף "אוטומציה של מתקנים מסוכנים") בעת התקנת מעגלי הארקה תיל מפותלאסור להשתמש בהלחמה להלחמת הליבות יחד, מכיוון שבשל הזרימה הקרה של ההלחמה, תיתכן היחלשות של נקודות הלחץ במגע במסופי הברגים.

המגן של כבל הממשק RS-485 מוארק בנקודה אחת, מחוץ לאזור המסוכן. בתוך האזור המסוכן, יש להגן עליו מפני מגע מקרי עם מוליכים מוארקים. אסור להארקה מעגלים בטוחים באופן מהותי אלא אם כן תנאי ההפעלה של הציוד החשמלי מחייבים זאת (GOST R 51330.10, סעיף "סיכוך כבלי אות").

3.6. בידוד גלווני

בידוד גלווני(בידוד) של מעגלים הוא פתרון קיצוני לרוב הבעיות הקשורות להארקה, והשימוש בו הפך לסטנדרט דה פקטו במערכות אוטומציה תעשייתיות.

כדי ליישם בידוד גלווני, יש צורך לספק אנרגיה לחלק המבודד של המעגל ולהחליף איתו אותות. אנרגיה מסופקת באמצעות שנאי בידוד (ב ממירי DC-DC או AC-DC) או באמצעות מקורות כוח אוטונומיים: סוללות ומצברים גלווניים. העברת האות מתבצעת באמצעות מצמידים אופטיים ושנאים, אלמנטים עם צימוד מגנטי, קבלים או סיבים אופטיים.

הרעיון הבסיסי של בידוד גלווני הוא שהנתיב שדרכו ניתן להעביר הפרעות מוליכות מסולק לחלוטין במעגל החשמלי.

בידוד גלווני פותר את הבעיות הבאות:

מפחית את מתח הרעש המשותף בכניסה של מקלט האותות האנלוגי הדיפרנציאלי לכמעט אפס (לדוגמה, באיור 3.73, מתח המצב המשותף על הצמד התרמי ביחס לאדמה אינו משפיע על האות ההפרש בכניסה של מודול הקלט);

מגן על מעגלי הקלט והיציאה של מודולי הקלט והפלט מפני התמוטטות על ידי מתח מצב משותף גדול (לדוגמה, באיור 3.73, מתח המצב המשותף על צמד תרמי ביחס לכדור הארץ יכול להיות גדול באופן שרירותי אם הוא אינו חורג מתח התמוטטות הבידוד).

כדי להשתמש בבידוד גלווני, מערכת האוטומציה מחולקת לתת-מערכות מבודדות אוטונומיות, שחילופי המידע ביניהן מתבצעים באמצעות אלמנטים של בידוד גלווני. לכל תת-מערכת יש הארקה מקומית ואספקת חשמל מקומית משלה. מערכות משנה מוארקות רק לבטיחות חשמל והגנה מקומית מפני הפרעות.

החיסרון העיקרי של מעגלים עם בידוד גלווני הוא רמת ההפרעות המוגברת מממיר DC-DC, אשר, עם זאת, יכול להיות קטן מספיק עבור מעגלים בתדר נמוך באמצעות סינון דיגיטלי ואנלוגי. בתדרים גבוהים, הקיבול של תת-המערכת לאדמה, כמו גם קיבול התפוקה של רכיבי הבידוד הגלווני, הוא גורם מגביל ביתרונות של מערכות מבודדות גלווני. ניתן להפחית את הקיבול לאדמה על ידי שימוש בכבל אופטי והקטנת הממדים הגיאומטריים של המערכת המבודדת.

בעת שימוש במעגלים מבודדים גלווני, הרעיון " מתח בידוד" מובן לעתים קרובות לא נכון. במיוחד, אם מתח הבידוד של מודול כניסה הוא 3 קילוואט, זה לא אומר שהכניסות שלו יכולות להיות במתח גבוה כל כך בתנאי עבודה. בספרות זרה משתמשים בשלושה תקנים לתיאור הבידוד מאפיינים: UL1577, VDE0884 ו-IEC61010 -01, אך תיאורים של התקני בידוד גלווני לא תמיד מתייחסים אליהם.לכן, המושג "מתח בידוד" מתפרש בתיאורים ביתיים של מכשירים זרים בצורה מעורפלת.ההבדל העיקרי הוא שבמקרים מסוימים אנחנו מדברים על מתח שניתן להפעיל על בידוד ללא הגבלת זמן (מתח בידוד עבודה) , במקרים אחרים כן על תנאימתח (מתח בידוד), אשר מוחל על המדגם למשך דקה אחת. עד מספר מיקרו שניות. מתח הבדיקה יכול להגיע עד פי 10 ממתח ההפעלה ומיועד לבדיקה מואצת במהלך הייצור, שכן המתח בו מתרחשת התמוטטות תלוי במשך דופק הבדיקה.

לשונית. 3.26 מציג את הקשר בין מתח הפעלה ובדיקה (בדיקה) לפי תקן IEC61010-01. כפי שניתן לראות מהטבלה, מושגים כמו מתח הפעלה, קבוע, rms או ערך שיא של מתח הבדיקה יכולים להשתנות מאוד.

חוזק הבידוד החשמלי של ציוד אוטומציה ביתי נבדק בהתאם ל-GOST 51350 או GOST R IEC 60950-2002 עם מתח סינוסואידי בתדר של 50 הרץ למשך 60 שניות במתח המצוין במדריך ההוראות כ"מתח בידוד". לדוגמה, עם מתח בידוד בדיקה של 2300 וולט, מתח הפעולה של הבידוד הוא 300 וולט בלבד (טבלה 3.26 RMS, 50/60 הרץ,

דקה 1.

היום נדבר על הארקה בתחנות משנה שנאי ובתעשייה, שמטרותיה העיקריות הן אנשי תחזוקה ותפעול יציב. רבים מבינים לא נכון את נושא ההתבססות מערכות תעשייתיות, והחיבור השגוי שלו מוביל לתוצאות רעות, תאונות ואף זמן השבתה יקר עקב הפרה ותקלות. הפרעה היא משתנה אקראי, שקשה מאוד לזהות ללא ציוד מיוחד.

מקורות הפרעה באוטובוס הקרקעי

מקורות וגורמים להפרעות יכולים להיות ברק, חשמל סטטי, קרינה אלקטרומגנטית, ציוד "רועש", רשת אספקת חשמל של 220 וולט בתדר של 50 הרץ, עומסי רשת מתוגדים, חשמל טריבו, זוגות גלווניים, אפקט תרמו-אלקטרי, אלקטרוליטי, תנועת מוליכים ב- שדה מגנטי וכו'. בתעשייה יש הפרעות רבות הקשורות לתקלות או שימוש בציוד לא מוסמך. ברוסיה, ההפרעה מוסדרת על ידי סטנדרטים - 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 51317.4.511, GOST. R 51522, GOST R 50648. לעיצוב ציוד תעשייתיכדי להפחית את רמת ההפרעות, הם משתמשים בבסיס אלמנט בעל הספק נמוך במהירות מינימלית ומנסים לצמצם את אורך המוליכים והמיגון.

הגדרות בסיסיות בנושא "הארקה משותפת"

אדמה מגינה- חיבור החלקים המוליכים של הציוד עם הקרקע של כדור הארץ באמצעות התקן הארקה על מנת להגן על אדם מפני התחשמלות.
מכשיר הארקה- קבוצה של מוליכים הארקה (כלומר, מוליך במגע עם האדמה) ומוליכי הארקה.
חוט משותף - מוליך במערכת, שביחס אליו נמדדים הפוטנציאלים, למשל, החוט המשותף של ה-PSU והמכשיר.
הארקת אות- חיבור לאדמה של החוט המשותף של מעגלי העברת האותות.
הארקת האות מחולקת ל דִיגִיטָליאדמה ו אנלוגי. הארקת אות אנלוגית מחולקת לפעמים להארקת קלט אנלוגי והארקת יציאה אנלוגית.
קרקע בכוח- חוט משותף במערכת, המחובר לאדמה מגן, שדרכו זורם זרם גדול.
נייטרלי מקורקע יציבב - הנייטרלי של השנאי או הגנרטור, המחובר לאלקטרודת הארקה ישירות או באמצעות התנגדות נמוכה.
אפס חוט- חוט המחובר לנייטרלי מוארק מוצק.
ניטרלי מבודדב - ניטרלי של השנאי או הגנרטור, לא מחובר להתקן הארקה.
מאפס- חיבור ציוד עם נייטרלי מוארק מוצק של שנאי או גנרטור ברשתות זרם תלת פאזי או עם פלט מוארק מוצק של מקור זרם חד פאזי.

הארקת APCS מחולקת בדרך כלל ל:

1. הארקה מגן.
2. קרקע עבודה, או FE.

מטרות הארקה

הארקה מגן נחוצה כדי להגן על אנשים מפני נזק התחשמלותלציוד עם מתח אספקה ​​של 42 V AC או 110 V DC, למעט אזורים מסוכנים. אך יחד עם זאת, הארקה מגן מובילה לעיתים קרובות לעלייה ברמת ההפרעות במערכת בקרת התהליך.

רשתות חשמל עם נייטרלי מבודד משמשות כדי למנוע הפסקות באספקת החשמל של הצרכן עם תקלת בידוד בודדת, שכן במקרה של תקלה בבידוד לקרקע ברשתות בעלות נייטרלי מת, מופעלת הגנה והספק ל- הרשת נקטעת.
הארקת האות משמשת לפשט מעגל חשמליומכשירים ומערכות תעשייתיות זולות יותר.

בהתאם למטרה של האפליקציה, ניתן לחלק את קרקעות האות לבסיסי ולמסך. הארקת הייחוס משמשת לייחוס והעברת אותות במעגל האלקטרוני, והארקת המגן משמשת להארקת המגנים. אדמה מסך משמשת להארקת מסכי כבלים, מיגון, מארזי מכשירים, כמו גם להסרת מטענים סטטיים מחלקי שפשוף של מסועים, רצועות הנעה חשמליות.

סוגי הארקה

אחת הדרכים למתן את ההשפעות המזיקות של מעגלי הארקה על מערכות אוטומציה היא יישום נפרד של מערכות הארקה עבור מכשירים בעלי רגישות שונה להפרעות או שהם מקורות הפרעות בעלי הספק שונה. העיצוב הנפרד של מוליכים ההארקה מאפשר חיבורם לאדמה המגן בנקודה אחת. איפה מערכות שונותקרקעות הן קרני כוכב, שמרכזו הוא המגע לאפיק ההארקה המגן של הבניין. בשל טופולוגיה זו, רעש אדמה מלוכלך אינו זורם דרך מוליכים הקרקע הנקיים. לפיכך, למרות שמערכות הקרקע נפרדות ויש להן שמות שונים, בסופו של דבר כולן מחוברות לכדור הארץ באמצעות מערכת אדמה מגינה. היוצא מן הכלל היחיד הוא קרקע "צפה".

הארקת חשמל

מערכות אוטומציה יכולות להשתמש בממסרים אלקטרומגנטיים, במנועי סרוו מיקרו-כוח, שסתומי סולנואידוהתקנים אחרים שצריכת הזרם שלהם עולה משמעותית על צריכת הזרם של מודולי קלט/פלט ובקרים. מעגלי החשמל של מכשירים כאלה עשויים עם זוג נפרד של חוטים מעוותים (כדי להפחית הפרעות מוקרנות), שאחד מהם מחובר לאוטובוס ההארקה המגן. החוט המשותף של מערכת כזו (בדרך כלל החוט המחובר למסוף השלילי של ספק הכוח) הוא הארקת החשמל.

קרקע אנלוגית ודיגיטלית

מערכות אוטומציה תעשייתיות הן אנלוגיות-דיגיטליות. לכן, אחד המקורות של החלק האנלוגי הוא ההפרעות שנוצרות מהחלק הדיגיטלי של המערכת. כדי למנוע מעבר של הפרעות דרך מעגלי הארקה, הארקה דיגיטלית ואנלוגית נעשית בצורה של מוליכים לא מחוברים המחוברים יחד בנקודה משותפת אחת בלבד. למודולי קלט/פלט ולבקרים תעשייתיים יש יציאות נפרדות לכך. הארקה אנלוגית(A.GND) ו דִיגִיטָלי(D.GND).

אדמה "צפה".

אדמה "צפה" נוצרת כאשר החוט המשותף של חלק קטן מהמערכת אינו מחובר חשמלית לאפיק האדמה המגן (כלומר, לכדור הארץ). דוגמאות אופייניות למערכות כאלה הן מדי סוללה, אוטומציה של כלי רכב, מערכות על המטוס או חללית. קרקע צפה משמשת לעתים קרובות יותר בטכנולוגיית מדידת אותות קטנים ולעתים רחוקות יותר במערכות אוטומציה תעשייתיות.

בידוד גלווני

בידוד גלווני פותר בעיות הארקה רבות, והשימוש בו הפך למעשה למערכות בקרת תהליכים. כדי ליישם בידוד גלווני (בידוד), יש צורך לספק אנרגיה על ידי שנאי בידוד ולשדר אות לחלק מבודד של המעגל באמצעות מצמידים אופטיים ושנאים, אלמנטים עם צימוד מגנטי, קבלים או סיבים אופטיים. במעגל החשמלי, הנתיב שדרכו מתאפשר העברת הפרעות מוליכות מתבטל לחלוטין.

שיטות הארקה

הארקה עבור מעגלים מחוברים גלווני שונה מאוד מההארקה עבור מעגלים מנותקים.

הארקה של מעגלים מחוברים גלווני

אנו ממליצים להימנע משימוש במעגלים מחוברים גלווניים, ואם אין אפשרות אחרת, רצוי שמעגלים אלו יהיו בגודל של
הזדמנויות קטנות ושהן ממוקמות בתוך אותו ארון.

דוגמה להארקה לא נכונה של המקור והמקלט של אות סטנדרטי 0 ... 5 V

להלן השגיאות הבאות:

• זרם עומס כבד (מנוע DC) זורם על אותו אוטובוס הארקה כמו האות, ויוצר ירידת מתח הארקה;
• השתמש בהכללה חד קוטבית של מקלט האותות, ולא דיפרנציאלי;
• נעשה שימוש במודול קלט ללא בידוד גלווני של החלקים הדיגיטליים והאנלוגיים, כך שזרם אספקת החשמל של החלק הדיגיטלי, המכיל הפרעות, זורם דרך הפלט AGNDויוצר מפל מתח הפרעות נוסף על פני ההתנגדות R1

שגיאות אלה מובילות לעובדה שהמתח בכניסה של המקלט ויןשווה לסכום מתח האות ווטומתח הפרעה VGrounds = R1 (Ipit + IM)
כדי להתגבר על חסרון זה, מוט נחושת גדול יכול לשמש כמוליך הארקה, אך עדיף לבצע הארקה כפי שמוצג להלן.

צריך לעשות:

• חבר את כל מעגלי ההארקה בנקודה אחת (במקרה זה, זרם ההפרעה IM R1);
• חבר את מוליך ההארקה של מקלט האותות לאותה נקודה משותפת (במקרה זה, הזרם איפיטכבר לא זורם דרך התנגדות R1, אבל
  נפילת מתח על פני התנגדות המוליך R2אינו מוסיף למתח המוצא של מקור האות ווט)

דוגמה להארקה נכונה של המקור והמקלט של אות סטנדרטי 0…5 V

הכלל הכללי להחלשת החיבור באמצעות חוט הארקה משותף הוא לחלק את הקרקעות ל אנלוגי, דִיגִיטָלי, כּוֹחַו מָגֵןואחריו הקשר שלהם בנקודה אחת בלבד.

כאשר מפרידים את ההארקות של מעגלים מחוברים גלווניים, נעשה שימוש בעקרון הכללי: מעגלים הארקה עם רמת רעש גבוהה צריכים להתבצע בנפרד ממעגלים עם רמת רעש נמוכה, ויש לחבר אותם רק בנקודה משותפת אחת. ייתכנו מספר נקודות הארקה אם הטופולוגיה של מעגל כזה לא תוביל להופעת אזורי הארקה "מלוכלכים" במעגל, כולל המקור והמקלט של האות, וגם אם לא נוצרות לולאות סגורות הקולטות הפרעות אלקטרומגנטיות. במעגל הארקה.

הארקה של מעגלים מבודדים גלווני

פתרון רדיקלי לבעיות המתוארות הוא השימוש בבידוד גלווני עם הארקה נפרדת של החלקים הדיגיטליים, האנלוגיים והכוחניים של המערכת.

חלק הכוח מוארק בדרך כלל באמצעות אוטובוס אדמה מגן. השימוש בבידוד גלווני מאפשר לך להפריד בין האדמה האנלוגית והדיגיטלית, וזה, בתורו, מבטל את זרימת זרמי הרעש דרך האדמה האנלוגית מהמתח והאדמה הדיגיטלית. ניתן לחבר הארקה אנלוגית לאדמה מגן באמצעות נגד. RAGND.

הארקת המסכים של כבלי האות במערכות בקרת תהליכים

דוגמה לשגוי ( בשני הצדדים) הארקת מגן הכבל בתדרים נמוכים, אם תדר ההפרעה אינו עולה על 1 מגה-הרץ, אז הכבל חייב להיות מוארק בצד אחד, אחרת נוצרת לולאה סגורה שתעבוד כאנטנה.

דוגמה להארקה לא נכונה (בצד מקלט האותות) של מסך הכבל. נדן הכבל חייב להיות מוארק בצד מקור האות. אם מתבצעת הארקה בצד המקלט, זרם ההפרעה יזרום דרך הקיבול בין ליבות הכבלים, וייצור עליו מתח הפרעה, ולכן, בין הכניסות ההפרשיות.

לכן, יש צורך לקרקע את הצמה מהצד של מקור האות, במקרה זה אין נתיב למעבר של זרם ההפרעה.

הארקת מגן נכונה (הארקה נוספת מימין משמשת לאות בתדר גבוה). אם מקור האות אינו מוארק (לדוגמה, צמד תרמי), אז המגן יכול להיות מוארק משני הצדדים, שכן במקרה זה לא נוצרת לולאה סגורה לזרם ההפרעה.

בתדרים מעל 1 מגה-הרץ, ההתנגדות האינדוקטיבית של המסך גדלה, וזרמי איסוף קיבוליים יוצרים עליו מפל מתח גדול, שניתן להעביר אל המוליכים הפנימיים דרך הקיבול שבין הצמה לבין המוליכים. בנוסף, עם אורך כבל השווה לאורך גל ההפרעה (אורך גל ההפרעה בתדר של 1 מגה-הרץ הוא 300 מ', בתדר של 10 מגה-הרץ - 30 מ'), התנגדות הצמה עולה, מה שמגביר בחדות את מתח ההפרעה על לִקְלוֹעַ. לכן, בתדרים גבוהים, צמת הכבל חייבת להיות מוארקת לא רק משני הצדדים, אלא גם במספר נקודות ביניהן.

נקודות אלו נבחרות במרחק של 1/10 מאורך הגל ההפרעה זו מזו. במקרה זה, חלק מהזרם יזרום דרך צמת הכבל אני כדור הארץ, אשר מעבירה הפרעות לליבה המרכזית באמצעות השראות הדדית.

הזרם הקיבולי יזרום גם לאורך הנתיב המוצג באיור. 21, לעומת זאת, רכיב התדר הגבוה של ההפרעה יוחלש. בחירת מספר נקודות ההארקה של הכבלים תלויה בהפרש מתחי ההפרעה בקצוות המסך, בתדירות ההפרעות, בדרישות להגנה מפני פגיעות ברק או בגודל הזרמים הזורמים במסך. מקורקע.

כאפשרות ביניים, אתה יכול להשתמש הארקה שנייה של המסך דרך הקיבול. יחד עם זאת, בתדר גבוה מסתבר שהמסך מוארק משני צדדים, בתדר נמוך - מצד אחד. זה הגיוני במקרה שבו תדר ההפרעה עולה על 1 מגה-הרץ, ואורך הכבל קטן פי 10 ... פי 20 מאורך הגל ההפרעה, כלומר, כאשר עדיין אין צורך להארקה במספר נקודות ביניים.

המגן הפנימי מקורקע בצד אחד - מהצד של מקור האות, על מנת למנוע מעבר של הפרעות קיבוליות לאורך הנתיב המוצג, והמגן החיצוני מפחית הפרעות בתדר גבוה. בכל המקרים, המסך חייב להיות מבודד כדי למנוע מגע מקרי עם חפצי מתכת והקרקע. להעברת אותות למרחקים ארוכים או עם דרישות מוגברות לדיוק המדידה, יש צורך להעביר את האות בצורה דיגיטלית או, אפילו טוב יותר, באמצעות כבל אופטי.

הארקה של מסכי כבלים של מערכות אוטומציה בתחנות חשמל

בתחנות חשמל, על הצמה (מסך) של כבל האותות של מערכת האוטומציה, המונחים מתחת לחוטי מתח גבוה בגובה הקרקע ומוארקים בצד אחד, ניתן להשרות מתח של מאות וולט במהלך מיתוג הזרם על ידי המתג. לכן, לצורך בטיחות החשמל, צמת הכבל מוארקת משני הצדדים. כדי להגן מפני שדות אלקטרומגנטיים בתדר של 50 הרץ, מסך הכבל מוארק גם משני הצדדים. זה מוצדק במקרים בהם ידוע שהפיקאפ האלקטרומגנטי בתדר 50 הרץ גדול מהפיקאפ הנגרם מזרימת זרם השוואה דרך הצמה.

מגני כבל הארקה להגנה מפני ברקים

כדי להגן מפני השדה המגנטי של הברק, יש להניח את כבלי האות (עם מגן מוארק) של מערכת בקרת התהליך העוברים בשטח הפתוח בצינורות מתכת עשויים פלדה, מה שנקרא מגן מגנטי. עדיף מתחת לאדמה, אחרת קרקע כל 3 מטר. לשדה המגנטי יש השפעה מועטה בתוך בניין בטון מזוין, בניגוד לחומרים אחרים.

הארקה למדידות דיפרנציאליות

אם למקור האות אין התנגדות לאדמה, המדידה הדיפרנציאלית מייצרת כניסה צפה. ניתן לטעון את הקלט הצף באופן סטטי על ידי חשמל אטמוספרי או זרם דליפת כניסה של מגבר הפעלה. כדי לנקז מטען וזרם לאדמה, הכניסות הפוטנציאליות של מודולי קלט אנלוגיים מכילות בדרך כלל נגדים של 1 עד 20 MΩ פנימית המחברים את הכניסות האנלוגיות לאדמה. עם זאת, עם רמת הפרעות גבוהה או מקור אות גדול, אפילו התנגדות של 20 MΩ עשויה שלא להספיק, ואז יש צורך להשתמש בנוסף נגדים חיצוניים בעלי ערך של עשרות kΩ עד 1 MΩ או קבלים עם אותו הדבר. התנגדות בתדר ההפרעה.

הארקה חיישנים חכמים

בימינו, מה שנקרא חיישנים חכמיםעם מיקרו-בקר בפנים ללינאריות של הפלט מהחיישן, נותן אות בצורה דיגיטלית או אנלוגית. בשל העובדה שהחלק הדיגיטלי של החיישן משולב עם החלק האנלוגי, לאות הפלט יש רמת רעש מוגברת אם הקרקע שגויה. לחלק מהחיישנים יש DAC עם יציאת זרם ולכן דורשים התנגדות עומס חיצונית בסדר גודל של 20 kΩ, כך שהאות השימושי בהם מתקבל בצורה של ירידת מתח על פני נגד העומס כאשר זרם מוצא החיישן זורם.

מתח העומס הוא:

Vload = Vout – Iload R1+ I2 R2,

כלומר תלוי בזרם I2, הכולל את זרם ההארקה הדיגיטלי. זרם ההארקה הדיגיטלי מכיל רעש ומשפיע על המתח על פני העומס. כדי לבטל את האפקט הזה, יש ליצור מעגלי הארקה כפי שמוצג להלן. כאן זרם האדמה הדיגיטלי לא עובר דרך ההתנגדות R21ואינו מכניס רעש לאות בעומס.

הארקה נכונה של חיישנים חכמים:

הארקה של ארונות עם ציוד של מערכות אוטומציה

התקנה של ארונות APCS חייבת לקחת בחשבון את כל המידע שצוין קודם לכן. הדוגמאות הבאות של ארונות בקרה הארקה מחולקות באופן מותנהעל נכון, נותן רמת רעש נמוכה יותר, ו שָׁגוּי.

להלן דוגמה (חיבורים שגויים מסומנים באדום; GND הוא פין לחיבור פין חשמל מוארק), שבה כל הבדל מהאיור הבא מחמיר כשלים דיגיטליים ומגדיל את השגיאה האנלוגית. החיבורים ה"שגויים" הבאים נוצרים כאן:

• הארונות מקורקעים בנקודות שונות, כך שהפוטנציאלים של הקרקע שלהם שונים;
• הארונות מחוברים ביניהם, מה שיוצר מעגל סגור במעגל הארקה;
• מוליכים של הארקה אנלוגית ודיגיטלית בארון השמאלי פועלים במקביל על פני שטח גדול, כך שפיקאפים אינדוקטיביים וקיבוליים מהארקה דיגיטלית עשויים להופיע על הארקה אנלוגית;
• תְפוּקָה GNDיחידת אספקת החשמל מחוברת לגוף הארון בנקודה הקרובה ביותר, ולא במסוף הארקה, לכן, זרם הפרעות זורם דרך גוף הארון, חודר דרך שנאי אספקת החשמל;
• ספק כוח אחד משמש לשני ארונות, מה שמגדיל את האורך וההשראות של מוליך ההארקה;
• בארון הימני, מסופי ההארקה אינם מחוברים למסוף ההארקה, אלא ישירות לגוף הארון, בעוד שגוף הארון הופך למקור של הפרעות אינדוקטיביות לכל החוטים העוברים לאורך קירותיו;
• בארון הימני בשורה האמצעית, חיבורים אנלוגיים ודיגיטליים ישירות ביציאה של הבלוקים.

החסרונות המפורטים מתבטלים על ידי הדוגמה של הארקה נכונה של ארונות מערכות אוטומציה תעשייתיות:

לְהוֹסִיף. היתרון של החיווט בדוגמה זו יהיה שימוש במוליך הארקה נפרד עבור מודולי הכניסה האנלוגיים הרגישים ביותר. בתוך ארון (מתלה), רצוי לקבץ מודולים אנלוגיים בנפרד, ומודולים דיגיטליים בנפרד, כך שבעת הנחת חוטים בתעלת כבלים, אורך קטעי המעבר המקביל של מעגלי הארקה דיגיטליים ואנלוגיים מצטמצם.

הארקה במערכות שלט רחוק

במערכות המופצות על פני שטח מסוים עם ממדים אופייניים של עשרות ומאות מטרים, אי אפשר להשתמש במודולי קלט ללא בידוד גלווני. רק בידוד גלווני מאפשר לך לחבר מעגלים מוארקים בנקודות עם פוטנציאלים שונים. הפיתרון הכי טובעבור העברת אותות הוא סיב אופטי ושימוש בחיישנים עם ADC מובנה וממשק דיגיטלי.

הארקה של ציוד הפעלה וכונני APCS

מעגלי אספקת חשמל עבור מנועים מבוקרי פעימה, מנועי סרוו ומפעילים מבוקרי PWM חייבים להיות מעוותים כדי להפחית את השדה המגנטי, ומסוככים כדי להפחית את הרכיב החשמלי של ההפרעות המוקרנות. מסך הכבל חייב להיות מוארק בצד אחד. המעגלים לחיבור החיישנים של מערכות כאלה צריכים להיות ממוקמים במסך נפרד, ובמידת האפשר, במרחק מרחבי מהתקני ההפעלה.

הארקה ברשתות תעשייתיות RS-485, Modbus

רשת תעשייתית מבוססת ממשק מוגנת זוג מעוותעם שימוש חובה מודולי בידוד גלווני.

למרחקים קצרים (כ-15 מ') ובהיעדר מקורות רעש קרובים, לא ניתן להשתמש במסך. באורכים גדולים בסדר גודל של עד 1.2 ק"מ, ההבדל בפוטנציאל הקרקע בנקודות המרוחקות זו מזו יכול להגיע לכמה עשרות וולט. כדי למנוע זרם לזרום דרך המגן, מגן הכבל צריך להיות מוארק רק בכל נקודה אחת. בעת שימוש בכבל לא מסוכך, ניתן להשרות עליו מטען סטטי גדול (מספר קילו-וולט) עקב חשמל אטמוספרי, שעלול להשבית את רכיבי הבידוד הגלווני. כדי למנוע את האפקט הזה, החלק המבודד של התקן הבידוד הגלווני צריך להיות מוארק באמצעות התנגדות, למשל 0.1 ... 1 MΩ. ההתנגדות שמוצגת על ידי הקו המקווקו מפחיתה גם את האפשרות להתקלות עקב תקלות הארקה או התנגדות בידוד גלווני גבוהה במקרה של כבל מסוכך. ברשתות Ethernet ברוחב פס נמוך (10 Mbps), המגן צריך להיות מוארק רק בנקודה אחת. עבור Ethernet מהיר (100 Mbps) ו-Gigabit Ethernet (1 Gbps), המגן חייב להיות מוארק במספר נקודות.

הארקה במתקני תעשייה נפיצים

בעצמים נפיצים, בעת התקנת הארקה עם חוט תקוע, אסור להשתמש בהלחמה להלחמת הליבות, שכן עקב הזרימה הקרה של ההלחמה, מקומות לחץ המגע במסופי הברגים עלולים להיחלש.

המסך של כבל הממשק מוארק בנקודה אחת מחוץ לאזור המסוכן. בתוך האזור המסוכן, יש להגן עליו מפני מגע מקרי עם מוליכים מוארקים. מעגלים בטוחים באופן מהותיאסור להיות מוארק אלא אם כן נדרש על ידי תנאי ההפעלה של הציוד החשמלי ( GOST R 51330.10, p6.3.5.2). והם חייבים להיות מותקנים בצורה כזו שהפרעות משדות אלקטרומגנטיים חיצוניים (לדוגמה, ממשדר רדיו הממוקם על גג הבניין, מקווי חשמל עיליים או כבלי חשמל גבוהים בקרבת מקום) לא יוצרת מתח או זרם בבטיחות מהותית. מעגלים. ניתן להשיג זאת על ידי מיגון או הסרה של מעגלים בטוחים באופן מהותי ממקור ההפרעות האלקטרומגנטיות.

בעת הנחת צרור או תעלה משותפת, יש להפריד בין כבלים עם מעגלים בטוחים מטבעם ובטוחים מטבעם על ידי שכבת ביניים של חומר בידוד או מתכת מוארקת. אין צורך בהפרדה אם משתמשים בכבלים בעלי מעטפת מתכת או מסוככים. מקורקע מבני מתכתלא אמורים להיות הפסקות ומגעים רעים בינם לבין עצמם, שיכולים להצית במהלך סופת רעמים או בעת החלפת ציוד רב עוצמה. במתקנים תעשייתיים נפיצים, רשתות חלוקה חשמליות עם נייטרלי מבודד משמשות בעיקר כדי לבטל את האפשרות של ניצוץ במהלך קצר חשמלי שלב לאדמה והפסקת נתיכים להגנה במקרה של נזק לבידוד. להגנה מפני חשמל סטטיהשתמש בהארקה המתוארת בסעיף המתאים. חשמל סטטי יכול להצית תערובת נפיצה.

10.17. הכניסה ממערכת אלקטרודות הארקה לבניין השירות יכולה להתבצע באמצעות מוליך פלדה בקוטר של לפחות 6 מ"מ, צרור של שלושה חוטי פלדה מגולוונת בקוטר של לפחות 5 מ"מ כל אחד, כבל חשמל או בקרה עם מוליכים מאלומיניום בחתך של 25 מ"מ לפחות. מוליכים פלדה מרותכים ישירות לאלקטרודת הארקה. ליבות אלומיניום של כבלי חשמל או בקרה מחוברות לאפיק פלדה באמצעות מוסיף מעבר מפלדה-אלומיניום, שקצהו האחד מוארך מראש (מצופה בשכבת אלומיניום). הכנס המתאם במקום התקן ההארקה מרותך עם חלק לא סגסוגת לאפיק המחבר של המעגל, ועם חלק אלומיניום - למוליכי האלומיניום של הכבל. החיבור של ליבות הכבלים עם תוספת המעבר מצופה פעמיים באמייל גליפטלי וסגור בשרוול ברזל יצוק מלא במסה ביטומנית.

נעשה שימוש בטכנולוגיית החיבור הבאה. קצה אחד של רצועת הפלדה מחושלת במרחק של 90 מ"מ, ואז נוצר זיז אלומיניום מוארך לכבל של הקטע הנדרש. מהדקים את הרצועות המחושלות והקצה בשלושה ברגים והמפרק מולחם. רצועת הפלדה מרותכת לרצועת החיבור של המעגל, ואת ליבות הכבלים מכניסים לקצה ולוחצים בעזרת מלקחי לחיצה ב-5-6 מקומות. בסוף העגינה, המפגש של רצועת הפלדה והקצה מונח בצימוד מברזל יצוק MCH-70 ויוצקים עם מסה ביטומנית.

10.18. במקרה שהפרויקט אינו מספק הנחת אוטובוסים הארקה בבניינים, יש לבצע הארקת ציוד באופן הבא. מוליך רציף אחד מתוך צרור המוליכים ההארקה המגיעים מהמוליך ההארקה או מהמגן של שלוש כדורי הארץ מחובר לברגי ההארקה של כל הארונות החיצוניים ויוצרים טבעת הנסגרת מול נקודת החיבור של המוליך לארון הראשון. ; מוליכים רציפים אחרים מחוברים לבריחי הארקה של לוחות החשמל, לחלקים של לוח הבקרה ולתצוגה מרחוק.

הארקה של ארונות בשורה אחת מתבצעת בהתאם לסעיף 10.16. חיבור של ארונות הארקה מוליכים בשורה אחת, כמו גם מוליכים המגיעים משנאים של ה-TS, ארונות כבלים וציוד אחר למוליכי הארקה המגיעים ממוליכי הארקה, נעשה באמצעות מלחציים מוברגים.

10.19. חיבור סדרתי למוליך הארקה של מספר ארונות קרקע, לוחות חשמל, חלקי קונסולות וציוד אחר אסור.

10.20. אסור להשתמש בצינורות חימום, מסילות, עטיפות ושריון כבלים להארקת מכשירי בקרת איתות.

מוליכים הארקה של הארקה מגן בעת ​​הנחת בבניין חייבים להיות מבודדים ממוליכים הארקה אחרים, כבלים ומבני מתכת.

הארקה של גשרי רמזורים, קונסולות, רמזורים, ארונות ממסר באזורים מסילות ברזלעם מתיחה חשמלית ומתיחה אוטונומית

על קטעים של מסילות ברזל עם מתיחה חשמלית של קבוע ו זרם חליפין

10.21. הארקה של חלקי המתכת של גשרים וקונסולות רמזורים, רמזורים וארונות ממסר מתבצעת על ידי חיבורם לטרמינלים האמצעיים של שנאי המשנק לנסיעה.

במקרים בהם אין שנאי משנק בקרבת מקום, מוליך ההארקה מחובר למסילת המתיחה באמצעות קליפ קליפ מיוחד.

ציוד המתכת של רמזורים על תרני בטון מזוין חייב להיות מחובר באמצעות מוליכים הארקה (איור 53 ו-54).

https://pandia.ru/text/80/297/images/image071_4.gif" width="463" height="596 src=">

איור.54. הארקת ציוד של רמזורים על תורן צנטריפוגה מבטון מזוין באורך 10 מ'

הצלב של גשר הרמזור או המוט של הקונסולה מחובר למדרגות עם מוליך הארקה.

מוליך ההארקה העובר מהפלט האמצעי של שנאי המשנק לנסיעה לרמזור עם תורן מתכת או ארון ממסר מחובר מתחת לאום של אחד הברגים לחיבור הרמזור ליסוד או מתחת לראשו. בורג לחיבור ארון הממסר לבסיס. מוליך ההארקה, העובר מהפלט האמצעי של שנאי המשנק לנסיעה לרמזור עם תורן בטון מזוין, גשר רמזור או קונסולה, מחובר מתחת לאום של הבורג המרותך לתחתית הסולם.

בעת הארקת ארון הממסר והרמזור הסמוכים, מוליך ההארקה מהמסוף האמצעי של שנאי המשנק לנסיעה מחובר מתחת לראש הבורג של ארון הממסר; הארקת הרמזור מתבצעת על ידי מוליך הארקה, המונח בגלוי בין הרמזור לארון הממסר.

כדי להגביר את האמינות של הארקה של מבני מתכת של גשרי רמזור, מוליך הארקה שני מונח לאורך המתלה. קצה אחד של המוליך הזה קבוע עם בורג מרותך לאיבר הצלב של הגשר, והשני הולך לפלט האמצעי של השנאי-משרן. מוצא הראש מרותך למוליך הארקה. בנוכחות שני ראשים, כלומר, עם עמודי גשר תאומים, השקעים של שני הראשים מרותכים.

שכפול ההארקה של הקונסולה מתבצע בדומה לשכפול ההארקה של גשר הרמזור. במקרה זה, מוליך ההארקה מחובר לבורג מרותך לתחתית עמוד הקונסולה.

10.22. כמוליך הארקה, יש להשתמש בפלדה עגולה בקוטר של לפחות 12 מ"מ באזורים עם מתיחה חשמלית DC ולפחות 10 מ"מ באזורים עם מתיחה חשמלית AC. הקצוות של מוליך ההארקה לחיבור מתחת לבורג חייבים להיות בעלי פרול מברזל שטוח או טבעת (איור 55).

0 "style="border-collapse:collapse">

10.26. בארון הממסר, יש לחבר את המהדקים להארקת המעצרים בצורה הקצרה ביותר למארז המתכת של ארון הממסרים עם מוליך נחושת בחתך רוחב של 20 מ"מ לפחות.

על קטעי רכבת עם משיכה אוטונומית

10.27. ארונות ממסר מוארקים על ידי חיבור מארז המתכת של הארון להתקן הארקה של תיבת הכבלים.

כחוט חיבור, יש להלחים את מעטפת המתכת והשריון של הכבל המונחים בין ארון הממסר לתיבת הכבלים יחד.

חוט הארקה נחושת בקוטר של לפחות 20 מ"מ מולחם לצומת השריון ומעטפת הכבל ומחובר למארז המתכת של ארון הממסר ותיבת הכבלים.

עבור כבלים ללא מעטפת מתכת, ניתן לבצע חיבור זה באמצעות צרור של שלושה חוטי פלדה מגולוונת בקוטר 5 מ"מ. רתמת החיווט מונחת באדמה בעומק של 30-40 ס"מ לפחות ומחוברת למוליכי ההארקה של מתג הארקה במתח נמוך של קופסת הכבלים במרחק של לפחות 0.4 מ' מעל הקרקע.

החיבור צריך להתבצע באמצעות ריתוך חשמלי או תרמי או באמצעות אטבים מתכתיים.

10.28. כדי להשוות ולהקטין את הפוטנציאלים הנובעים בחלקים נושאי הזרם של מכשירי איתות ומסלול של חסימה אוטומטית, איתות קטר אוטומטי ומעבר, יש צורך לחבר את מארזי המתכת של ארונות ממסר עם חלקי מתכת של רמזורים או גשרי רמזור. קונסולות עם מגשרים הארקה.

הארקת קופסאות כבלים

10.29. להארקת כבלים, נעשה שימוש במכשירי הארקה סטנדרטיים, המורכבים ממוט פלדה אחד בקוטר של לפחות 20 מ"מ, באורך 2.5 מ' - מוליך הארקה ומוליך הארקה מרותכים אליו משני חוטי פלדה מגולוונת מעוותים יחד בקוטר של 5 מ"מ. כדי להתקין את האלקטרודה הארקה ולהניח את מוליך ההארקה, יש לחפור תעלה בעומק של לפחות 0.6 מ'.

10.30. מותר להתקין מוליך הארקה משותף להארקת ציוד במתח נמוך ובמתח גבוה של מגדלי חשמל של קווי אות במתח גבוה של חסימה אוטומטית, מצויד בהגנה הפועלת עד כיבוי במקרה של תקלות הארקה חד פאזיות.

עם מוליך הארקה משותף, הירידות אליו מציוד מתח גבוה (מתח מעל 1 קילו וולט) ומתח נמוך (עד 1 קילו וולט) חייבות להיות נפרדות ולמרותך למוטות הארקה שונים או (במקרה של אלקטרודת הארקה עמוקה). ) למוט אחד, אבל במקומות שונים.

10.31. מוליך ההארקה מובא לתמיכה לאורך תחתית התעלה, מונח לאורך התמיכה ומחובר לבורג ההארקה של תיבת הכבלים. ל תמיכת עץמוליך ההארקה מחובר בסוגריים, ואל מוליך הבטון מזוין - עם מלחציים תיל בקוטר של 2.5-4 מ"מ, מותקנים במרחק של 0.5-0.6 מ' אחד מהשני.

10.32. ההתנגדות של התקני הארקה לא תעלה על הערכים המפורטים בטבלה 39.

מעגלי ההארקה הקיימים של ציוד מחשבים ואוטומציה מחולקים בדרך כלל ל:

1. מעגלי אדמה מגן (PE).
2. מעגלים של הארקת עבודה (РЗ).

1. אדמה מגן

סוג ההארקה שצוין מגן על אדם מפני נזק אפשרי במקרה של נזק לבידוד של מתקן חשמלי בפעולה. במתקנים חשמליים קיימים של חפצים הקשורים למערכות בקרת תהליכים אוטומטיות, נדרשת הארקה (איפוס) ב:

• מארזים עשויים מתכת עבור המכשירים הבאים: מכשור, AC (התקני בקרה), מתג (התקני בקרה), התקני תאורה, התקני איתות ואלמנטים הגנה, כוננים חשמליים לשסתומי שער וכו', מנועים חשמליים MU (מנגנוני בקרה);
• קונסולות עשויות מתכת, כמו גם לוחות לכל מטרה, אם מותקנים עליהם מכשירים חשמליים, מכשירים, אמצעים אחרים הקשורים לאלמנטים של טכנולוגיית מחשב ואוטומציה. במקביל, דרישה זו חלה על פתיחה ו/או חלקים ניתנים להסרה של קונסולות ולוחות אלו במקרים בהם הם מכילים ציוד כלשהו עם מתחים מעל 42V עבור (~) או 110V עבור זרם קבוע, וכן מבני עזר העשויים ממתכת, שמטרתה התקנת מקלטי AC וחשמל עליהם;
• צימודים ושריון של כבלים, הן כוח והן בקרה, הנדן שלהם עשוי מתכת; נדן דומים וצינורות מתכת של מוליכים (חוטים ו/או כבלים); צינורות לחיווט חשמלי העשויים מפלדה ורכיבי חיווט חשמליים אחרים העשויים ממתכת;
• מעטפות של מוליכים העשויים ממתכת, כמו גם שריון של כבלים המרכיבים מעגלים, "U" שבהם אינו עולה על 42V עבור (~) או 110V עבור קוסט זרם, הממוקמים על מבנים בודדים עשויים מתכת, יחד עם מוליכים , אלמנטים שהמבנים שלהם, עשויים מתכת, צריכים להיות מוארקים או מנוטרלים.

חלק ממוליכי הארקה אינם נדרשים עבור רכיבי הרשת הבאים:

• אמצעים והתקנים המשמשים לאוטומציה, המורכבים על מבני מתכת מוארקים כבר, אם יש מגע חשמלי יציב בין המקרים שלהם למבנים אלה;
• חלקים נשלפים ופתוחים של גדרות, קונסולות וכו'. במקרים שבהם מותקן עליהם ציוד עם מתח של לא יותר מ-42V עבור (~) או 110V עבור זרם קבוע; · בתי מקלטים חשמליים המחוברים לרשת באמצעות צינורות מפרידים מיוחדים, או בעלי בידוד כפול. אסור לחבר מקלטים כאלה למערכת ההארקה. על פי דרישות ה-PUE (סעיף 1.7.70), מוליכים ניטרליים במתקני החשמל הנחשבים (הארקה) יכולים להיות:
• מגשים עשויים מתכת, כמו גם קופסאות מתכת;
• כיסויי כבלים עשויים Al;
• צינורות המגנים על חיווט חשמלי עשוי מתכת;
• מוליכים המשמשים למטרות דומות כגון פסי נחושת או פלדה וכו';
• עבור מערכות TN, מוליכי עבודה "0" משמשים למטרות אלה, למעט כאשר מדובר בענפים המגיעים לצרכני חשמל חד פאזיים. איפוס של האחרון מתבצע לאורך המוליך המגן האפס (3).

אלמנטים הארקה

כל החיבורים של מוליכים הארקה מותרים רק על ידי ריתוך, הלחמה, הברגה, שימוש בדגלים מיוחדים ומהדקים.
במקרים בהם מוליכים מגן העשויים ממתכות לא ברזליות מחוברים לצמתי הארקה, יש לסיים אותם עם זיזים מיוחדים, ומגשרים נחושת גמישים חייבים להיות דו-צדדיים.
בשימוש בחיבורים עם ברגים, חובה להשתמש במבסקי קפיצים (מנעילה כאופציה).

סוגי הארקה מגן של מערכות בקרת תהליך

מוצרים כגון מקלטי חשמל, קונסולות ומגנים מצוידים בצמתי הארקה, אליהם מוליך מגןמחובר ישירות, ומסגרות התמיכה, שיש להן מגנים מרובי חלקים, מחוברות עם פלדת פס ​​העוברת דרך צמתי ההארקה של כל המסגרות. כאשר מדובר בהארקת מקלטים חשמליים הכפופים לרעידות, נעשה שימוש במגשר נחושת גמיש.

הארקה של אמצעים טכניים

הארקה מגן של מערכות בקרת תהליכים אוטומטיות מתחילה בדרך כלל מהראשית, המחוברת למוליך ההארקה הקיים הקיים במערכת אספקת החשמל של המתקן. רשת הארקה מגינה (גם SVT וגם SA) מחוברת להארקת מגן בנקודה אחת, שאמורה להיות ממוקמת קרוב ככל האפשר לאלקטרודת ההארקה עצמה. בצומת הארקה יחיד עם חוט ניטרלי TN-C (TN-C-S, TN-S), קו ההארקה המגן של מערכת בקרת התהליך מחובר. הצומת שצוין ממוקם על לוחות החשמל SVT או SA.
אם מרכזייה זו (RS) רחוקה מספיק מתחנת המשנאים עם נייטרלי מת, אזי נעשה שימוש במעגל 4 חוטים באזור המצוין (שלושה שלבים ומוליך "0" עובד אחד, TN-C). החל מלוח ההפצה, כבר 5 חוטים (תלת פאזי, TN-c ואפס מגן, TN-S).
המגן עצמו חייב להיות מצויד בהארקה מחדש. דרישה זו נובעת מהצורך לצמצם תנודות בפוטנציאל של המגן עצמו ביחס לקרקע, הנובעות משינויים בזרם העובר דרך TN-C בין תחנת המשנאים למרכזייה.

הארקה עבור טיפול נמרץ

בכל אמצעי טכני של מערכות בקרת תהליכים אוטומטיות, חובה להחזיק ציוד נמרץ ( טכנולוגיות מידע). זה כולל:

• ציוד המבצע פונקציה בסיסית (קלט, חיפוש, תצוגה, אחסון וכו'), או ניהול הודעות ונתונים;
• ציוד שמתח האספקה ​​שלו אינו עולה על 600 וולט.

באופן כללי, טיפול נמרץ כולל הסוגים הבאים(סוגי) ציוד המשמש, במידה רבה או פחותה, להפעלת מערכת בקרת התהליך כולה:

• התקני מחשוב המשמשים כחלק ממחשב אישי או בשילוב איתם (הן במקרים נפרדים והן בלעדיהם);
• ציוד קצה;
• מסופים;
• PC וכו'.

2. קרקע עבודה

שם אחר מערכת שצוינה"מערכת אפס" של אמצעים טכניים המשמשים במערכות בקרת תהליכים אוטומטיות. בנוסף, במספר מקורות מידע, הארקת עבודה מכונה גם פונקציונלית, פיזית, לוגית, אינפורמטיבית, מעגל וכו'.

מערכת האפס כוללת רק שני אלמנטים: מוליכים הארקה ואלקטרודת ההארקה עצמה. נוכחות של מוליך הארקה אישי עבור מערכת זו נחוצה עקב התרחשותם של זרמים מתפשטים גדולים. זה האחרון יכול להתרחש במהלך קצר חשמלי, במהלך ריתוך חשמלי וכו '. זה יוצר הבדלי פוטנציאל משמעותיים בין נקודות בודדות של התקן ההארקה, כמו גם תנודות משמעותיות בפוטנציאלים של נקודות מסוימות של מוליכים הארקה טבעיים ו/או מלאכותיים ביחס לכדור הארץ.

פעולת כל ציוד חשמלי מביאה להופעת שדות מגנטיים בעלי הספק גבוה, שהם מקורות הפרעות בקווים המיועדים להעברת מידע המחברים את ה-SVT עם כוננים חשמליים, יחידות טכנולוגיות, מערכות בקרה מקומיות וכו'. ההספק של האותות שהוזכרו לעיל הוא רק שבריר וואט, וערך המתח הוא מכמה V לכמה עשרות mV ואפילו פחות. זה מסביר את העובדה שההפרעה שנוצרה ניתנת להשוואה מבחינת הביצועים שלה עם אותות שימושיים, מה שעלול להוביל לעיוותים רציניים של האחרונים. לכן, הגנה מהפרעות אלו היא חיונית. והפתרון האיכותי של בעיות הארקה הוא אחת השיטות החשובות ביותר להגנה על מערכות בקרת תהליכים וקווי תקשורת.

ראה גם.