1. Введение

Заземление на стороне постоянного тока

Сегодня поговорим о заземлении в АСУ ТП и промышленных системах, основными целями которой являются защита обслуживающего персонала и стабильной работы РСУ. Многие недопонимают тему заземления в промышленных системах, а ее неправильное подключение ведет к плохим последствиям, авариям и даже дорогостоящим простоям из-за нарушения и поломки оборудования. Помехи являются случайной величиной, детектировать которых очень сложно без спец аппаратуры.

Источники помех на шине Земля

Все помехи, воздействующие на кабели, датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и металлические шкафы автоматики, в большинстве случаев протекают и по заземляющим проводникам, создавая паразитное электромагнитное поле вокруг них и падение напряжения помехи на проводниках.

Источниками и причинами помех могут быть молния, статическое электричество, электромагнитное излучение, «шумящее» оборудование, сеть питания 220 В с частотой 50 Гц, переключаемые сетевые нагрузки, трибоэлектричество, гальванические пары, термоэлектрический эффект, электролитические процессы, движение проводника в магнитном поле и др. В промышленности встречается много помех, связанных с неисправностями или применением не сертифицированной аппаратуры. В России уровень помех регулируются нормативами — ГОСТ Р 51318.14.1, ГОСТ Р 51318.14.2, ГОСТ Р 51317.3.2, ГОСТ Р 51317.3.3, ГОСТ Р 51317.4.2, ГОСТ 51317.4.4, ГОСТ Р 51317.4.11, ГОСТ Р 51522, ГОСТ Р 50648. На этапе проектирования промышленного оборудования, чтобы снизить уровень помех, применяют маломощную элементную базу с минимальным быстродействием и стараются уменьшить длину проводников и экранирование.

Основные определения по теме «Общее заземление»

Защитное заземление — соединение проводящих частей оборудования с грунтом Земли через заземляющее устройство с целью защиты человека от поражения током. Заземляющее устройство — совокупность заземлителя (то есть проводника, соприкасающегося с землёй) и заземляющих проводников. Общий провод — проводник в системе, относительно которого отсчитываются потенциалы, например, общий провод БП и прибора. Сигнальное заземление — соединение с землёй общего провода цепей передачи сигнала. Сигнальная земля делится на цифровую землю и аналоговую. Сигнальную аналоговую землю иногда делят на землю аналоговых входов и землю аналоговых выходов. Силовая земля — общий провод в системе, соединённый с защитной землей, по которому протекает большой ток. Глухозаземлённая нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая к заземлителю непосредственно или через малое сопротивление. Нулевой провод — провод, соединённый с глухозаземлённой нейтралью. Изолированная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, не присоединённая к заземляющему устройству. Зануление — соединение оборудования с глухозаземлённой нейтралью трансформатора или генератора в сетях трёхфазного тока или с глухозаземлённым выводом источника однофазного тока.

Заземление АСУ ТП принято подразделять на:

1. Защитноое заземление.
2. Рабочеее заземление, или функциональное FE.

Информационное заземление

При построении структурированных кабельных систем (СКС), сетей передачи данных и ЛВС, а также других объектов информационных технологий у многих специалистов-электриков закономерно возникают вопросы по проектированию заземления. Чтобы не было неопределенностей в этих вопросах введем базовые понятия и определения в этой сфере знаний. В соответствии с международными и российскими нормативными документами имеются два больших класса заземлений: защитное и функциональное заземление.

Также можно использовать терминологию (рабочее или информационное заземление). Исходя из этих факторов, шины заземления или проводники, маркируются как PE — защитное заземление и FE — функциональное заземление.

Воспользуемся основным нормативным документом для инженера-электрика, а именно, «Правилами устройства электроустановок» ( ПУЭ п.1.7.29 ): Защитное заземление выполняется только в целях электробезопасности.

При работе с любыми электроприборами персонал должен быть надежно защищен от токов низкой частоты и высокой амплитуды, которые представляют серьезную угрозу здоровью и жизни каждого человека.

Цели заземления

Защитное заземление нужно для защиты людей от поражения электрическим током для оборудования с напряжением питания от 42 В переменного или от 110 В постоянного тока, за исключением взрывоопасных зон. Но в тоже время защитное заземление часто приводит к увеличению уровня помех в АСУ ТП.

Электрические сети с изолированной нейтралью используются для избежания перерывов питания потребителя при единственном повреждении изоляции, поскольку при пробое изоляции на землю в сетях с глухозаземлённой нейтралью срабатывает защита и питание сети прекращается. Сигнальная земля служит для упрощения электрической схемы и удешевления устройств и систем промышленной автоматизации.

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 экранная земля используется для заземления экранов. Экранная земля используется для заземления экранов кабелей, экранирующих перегородок, корпусов приборов, а также для снятия статических зарядов с трущихся частей транспортёрных лент, ремней электроприводов.

Функциональное заземление ПУЭ — Пожарная безопасность

При построении структурированных кабельных систем (СКС), сетей передачи данных и ЛВС, а также других объектов информационных технологий у многих специалистов-электриков закономерно возникают вопросы по проектированию заземления. Чтобы не было неопределенностей в этих вопросах введем базовые понятия и определения в этой сфере знаний.

В соответствии с международными и российскими нормативными документами имеются два больших класса заземлений: защитное и функциональное заземление. Также можно использовать терминологию (рабочее или информационное заземление).

Исходя из этих факторов, шины заземления или проводники, маркируются как PE — защитное заземление и FE — функциональное заземление.

Воспользуемся основным нормативным документом для инженера-электрика, а именно, «Правилами устройства электроустановок» ( ПУЭ п.1.7.29 ): Защитное заземление выполняется только в целях электробезопасности. При работе с любыми электроприборами персонал должен быть надежно защищен от токов низкой частоты и высокой амплитуды, которые представляют серьезную угрозу здоровью и жизни каждого человека.

А вот заземление, которое мы называем информационным (функциональным), обеспечивает именно работу самой электроустановки. То есть, такое заземление выполняется не в целях электробезопасности объекта. При разработке таких систем можно исходить из положений ПУЭ п. 1.7.30.

Проектировщику надо знать, что нельзя использовать только информационное заземление, без применения защитного. Работа функционального заземления идет с токами высокой частоты и низкой амплитуды и задача его обеспечить электромагнитную совместимость (ЭMC) и защитить от электромагнитных помех.

Токи ВЧ низкой амплитуды непосредственно не угрожают жизни человека, но могут влиять на качество связи, например в СКС.

При определении задач FE советуем руководствоваться ГОСТ Р 50571.22-2000 п. 3.14 (707.2), который как раз таки описывает как спроектировать заземление для систем обработки информации и связи.

Проектировщики, как правило, выставляют жесткие требования, при соблюдении которых на корпусе заземляемого устройства не должно быть даже самого маленького электрического потенциала. Именно это условие и есть залог нормального функционирования оборудования связи или информационных технологий.

Как выполнить функциональное заземление на объекте?

Для этой цели необходимо использовать заземляющее устройство функционального заземления вместе с функциональными проводниками, которые служат для соединения электроприемников с главной заземляющей шиной. При этом, согласно ГОСТ 50.571-4-44-2011 п. 444.5.1.

все проводники защитного и функционального заземления должны быть соединены с этой шиной, а заземлители соответствующего назначения соединены между собой.

Такие меры необходимы для исключения их влияния друг на друга, которое приводит к опасному повышению напряжения, риску повреждения оборудования и опасности поражения электрическим током. Если следовать положениям ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 548.3.

1, то можно реализовать такое схемное решение: объединяем функциональные и защитный проводники (соответственно FE и PE) в специальный проводник (PEF-проводник). А уж затем присоединим его к ГЗШ, так называемой, главной заземляющей шине электроустановки.

В TN-S системе для функционального заземления разрешается использовать PE-проводник цепи питания оборудования обработки информации.

Требования к информационному заземлению

FE-заземление обычно описывается требованиями, которые излагаются в эксплуатационной документации изготовителя изделия (паспорт, технические условия, технический регламент и пр.) или в ведомственных нормативных документах.

К примеру, для продуктов и систем информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), ранее средств ВТИ, будем использовать положения нормативного документа СН 512-78 («Технические требования к зданиям и помещениям для установки средств вычислительной техники»). Опираясь на инструкции, изложенные там, приходим к выводам, что сопротивление заземления такого оборудования не должно превышать 1 Ом.

А вот если мы проектируем заземление для чувствительных медицинских приборов, то это значение будет не более 2-х Ом. («Пособие по проектированию учреждений здравоохранения к СНиП 2.08.02-89»). Здесь используется, так называемая «лучевая схема заземления», с заземлителем типа FE (низкоомным), что приводит к работе без электрических помех всего комплекса ИКТ.

В отдельных случаях так же возможно использовать и модульный глубинный заземлитель. Введем понятие электромагнитной совместимости (ЭМС) оборудования и для этого обратимся к ГОСТ Р 50397-92 (МЭК-50-161-90).

ЭМС оборудования, рассматривается в общем случае, как способность оборудования качественно работать в условиях заданной электромагнитной обстановки и не создавать недопустимых помех электромагнитной природы другим приборам и электросети. И далее с этих позиций попытаемся выяснить причинно – следственную связь между FE – заземлением, ЭМС и безопасностью ИКТ.

Виды заземлений

Одним из путей ослабления вредного влияния цепей заземления на системы автоматизации является раздельное выполнение систем заземлений для устройств, имеющих разную чувствительность к помехам или являющихся источниками помех разной мощности. Раздельное исполнение заземляющих проводников позволяет выполнить их соединение с защитной землёй в одной точке. При этом разные системы земель представляют собой лучи звезды, центром которой является контакт к шине защитного заземления здания. Благодаря такой топологии 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 через систему защитного заземления. Исключение составляет только «плавающая» земля.

Силовое заземление

В системах автоматизации могут использоваться электромагнитные реле, микромощные серводвигатели, электромагнитные клапаны и другие устройства, ток потребления которых существенно превышает ток потребления модулей ввода/вывода и контроллеров. Цепи питания таких устройств выполняют отдельной парой свитых проводов (для уменьшения излучаемых помех), один из которых соединяется с шиной защитного заземления. Общий провод такой системы (обычно провод, подключённый к отрицательному выводу источника питания) является силовой землёй.

Аналоговая и цифровая земля

Системы промышленной автоматизации являются аналого-цифровыми. Поэтому одним из источников погрешностей аналоговой части является помеха, создаваемая цифровой частью системы. Для исключения прохождения помех через цепи заземления цифровую и аналоговую землю выполняют в виде несвязанных проводников, соединённых вместе только в одной общей точке. Для этого модули ввода/вывода и промышленные контроллеры имеют отдельные выводы аналоговой земли (A.GND) и цифровой (D.GND).

«Плавающая» земля

«Плавающая» земля образуется в случае, когда общий провод небольшой части системы электрически не соединяется с шиной защитного заземления (то есть с Землёй). Типовыми примерами таких систем являются батарейные измерительные приборы, автоматика автомобиля, бортовые системы самолёта или космического корабля. Плавающая земля чаще используется в технике измерений малых сигналов и реже – в системах промышленной автоматизации.

Гальваническая развязка

Гальваническая развязка решает много проблем заземления, и её применение фактически стало стандартом в АСУ ТП. Для осуществления гальванической развязки (изоляции) необходимо выполнить подачу энергии развязывающим трансформатором и передачу сигнала в изолированную часть цепи через оптроны и трансформаторы, элементы с магнитной связью, конденсаторы или оптоволокно. В электрической цепи полностью устраняется путь, по которому возможна передача кондуктивной помехи.

В АСУТП заземление для гальванически связанных цепей сильно отличается от заземления развязанных цепей.

Заземление гальванически связанных цепей

Мы рекомендуем избегать применения гальванически связанных цепей, а если другого варианта нет, то желательно, чтобы размер этих цепей был по возможности малым и чтобы они располагались в пределах одного шкафа.

Пример неправильного заземления источника и приёмника стандартного сигнала 0…5 В

Здесь допущены следующие ошибки:

• ток мощной нагрузки (двигателя постоянного тока) протекает по той же шине заземления, что и сигнал, создавая падение напряжения земли;
• использовано однополярное включение приёмника сигнала, а не дифференциальное;
• использован модуль ввода без гальванической развязки цифровой и аналоговой частей, поэтому ток питания цифровой части, содержащий помеху, протекает через вывод AGND и создаёт дополнительное падение напряжения помехи на сопротивлении R1

Перечисленные ошибки приводят к тому, что напряжение на входе приёмника Vвх равно сумме напряжения сигала Vвых и напряжения помехи VЗемли= R1· (Iпит + IМ)Для устранения этого недостатка в качестве проводника заземления можно использовать медную шину большого сечения, однако лучше выполнить заземление так, как показано ниже.

• все цепи заземления соединить в одной точке (при этом ток помехи IМ уже не протекает через сопротивление R1);
• проводник заземления приёмника сигнала присоединить к той же общей точке (при этом ток Iпит уже не протекает через сопротивление R1, а падение напряжения на сопротивлении проводника R2 не складывается с выходным напряжением источника сигнала Vвых)

Пример правильного заземления источника и приёмника стандартного сигнала 0…5 В

Общим правилом ослабления связи через общий провод заземления является деление земель на аналоговую, цифровую, силовую и защитную с последующим их соединением только в одной точке.

При разделении заземлений гальванически связанных цепей используется общий принцип: цепи заземления с большим уровнем шума должны выполняться отдельно от цепей с малым уровнем шума, а соединяться они должны только в одной общей точке. Точек заземления может быть несколько, если топология такой цепи не приводит к появлению участков «грязной» земли в контуре, включающем источник и приёмник сигнала, а также если в цепи заземления не образуются замкнутые контуры, принимающие электромагнитные помехи.

Заземление гальванически развязанных цепей

Радикальным решением описанных проблем является применение гальванической изоляции с раздельным заземлением цифровой, аналоговой и силовой частей системы.

Силовая часть обычно заземляется через шину защитного заземления. Применение гальванической изоляции позволяет разделить аналоговую и цифровую землю, а это, в свою очередь, исключает протекание по аналоговой земле токов помехи от силовой и цифровой земли. Аналоговая земля может быть соединена с защитным заземлением через сопротивление RAGND.

Заземление экранов сигнальных кабелей в АСУ ТП

Пример неправильного (с двух сторон) заземления экрана кабеля на низких частотах, если частота помехи не превышает 1 МГц, то кабель надо заземлять с одной стороны, в противном случае образуется замкнутый контур, который будет работать как антенна.

Пример неправильного (со стороны приёмника сигнала) заземления экрана кабеля. Оплётку кабеля надо заземлять со стороны источника сигнала. Если заземление сделать со стороны приёмника, то ток помехи будет протекать через ёмкость между жилами кабеля, создавая на ней и, следовательно, между дифференциальными входами напряжение помехи.

Поэтому заземлять оплётку надо со стороны источника сигнала, в этом случае путь для прохождения тока помехи отсутствует.

Правильное заземление экрана (дополнительное заземление справа используется для случая высокочастотного сигнала). Если источник сигнала не заземлён (например, термопара), то заземлять экран можно с любой стороны, так как в этом случае замкнутый контур для тока помехи не образуется.

На частотах более 1 МГц увеличивается индуктивное сопротивление экрана, и токи ёмкостной наводки создают на нём большое падение напряжения, которое может передаваться на внутренние жилы через ёмкость между оплёткой и жилами. Кроме того, при длине кабеля, сравнимой с длиной волны помехи (длина волны помехи на частоте 1 МГц равна 300 м, на частоте 10 МГц – 30 м), возрастает сопротивление оплётки, что резко повышает напряжение помехи на оплётке. Поэтому на высоких частотах оплётку кабеля надо заземлять не только с обеих сторон, но и в нескольких точках между ними.

Читайте также: Ростехнадзор разъясняет: Относится ли офисная оргтехника к переносным или передвижным электроприёмникам

Эти точки выбирают на расстоянии 1/10 длины волны помехи одна от другой. При этом по оплётке кабеля будет протекать часть тока IЗемли, передающего помеху в центральную жилу через взаимную индуктивность.

Ёмкостный ток также будет протекать по пути, показанному на рис. 21, однако высокочастотная составляющая помехи будет ослаблена. Выбор количества точек заземления кабеля зависит от разницы напряжений помехи на концах экрана, частоты помехи, требований к защите от ударов молнии или от величины токов, протекающих через экран в случае его заземления.

В качестве промежуточного варианта можно использовать второе заземление экрана через ёмкость. При этом по высокой частоте экран получается заземлённым с двух сторон, по низкой частоте – с одной. Это имеет смысл в том случае, когда частота помехи превышает 1 МГц, а длина кабеля в 10…20 раз меньше длины волны помехи, то есть когда ещё не нужно выполнять заземление в нескольких промежуточных точках.

Внутренний экран заземляют с одной стороны — со стороны источника сигнала, чтобы исключить прохождение ёмкостной помехи по пути, показанному, а внешний экран уменьшает высокочастотные наводки. Во всех случаях экран должен быть изолирован, чтобы предотвратить его случайные контакты с металлическими предметами и землёй. Для передачи сигнала на большое расстояние или при повышенных требованиях к точности измерений нужно передавать сигнал в цифровой форме или ещё лучше через оптический кабель.

Заземление экранов кабелей систем автоматизации на электрических подстанциях

На электрических подстанциях на оплётке (экране) сигнального кабеля системы автоматизации, проложенного под высоковольтными проводами на уровне земли и заземлённого с одной стороны, может наводиться напряжение величиной в сотни вольт во время коммутации тока выключателем. Поэтому с целью электробезопасности оплётку кабеля заземляют с двух сторон. Для защиты от электромагнитных полей с частотой 50 Гц экран кабеля также заземляют с обеих сторон. Это оправданно в случаях, когда известно, что электромагнитная наводка с частотой 50 Гц больше, чем наводка, вызванная протеканием выравнивающего тока через оплётку.

Заземление экранов кабелей для защиты от молнии

Для защиты от магнитного поля молнии сигнальные кабели (с заземленным экраном) АСУ ТП, проходящие по открытой местности, должны быть проложены в металлических трубах из стали, так называемого магнитного экрана. Лучше под землей, иначе заземлять каждые 3 метра. Магнитное поле слабо влияет внутри здания из ж-бетона, в отличие от других материалов.

Заземление при дифференциальных измерениях

Если источник сигнала не имеет сопротивления на землю, то при дифференциальном измерении образуется «плавающий» вход. На «плавающем» входе может наводиться статический заряд от атмосферного электричества или входного тока утечки операционного усилителя. Для отвода заряда и тока на землю потенциальные входы модулей аналогового ввода обычно содержат внутри себя резисторы сопротивлением от 1 до 20 МОм, соединяющие аналоговые входы с землёй. Однако при большом уровне помех или большом импедансе источника сигнала даже сопротивление 20 МОм может оказаться недостаточным и тогда необходимо дополнительно использовать внешние резисторы номиналом от десятков кОм до 1 МОм или конденсаторы с таким же сопротивлением на частоте помехи.

Заземление интеллектуальных датчиков

Ныне широкое распространены так называемые интеллектуальные датчики с микроконтроллером внутри для линеаризации выхода с датчика, выдающие сигнал в цифровой или аналоговой форме. Вследствие того, что цифровая часть датчика совмещена с аналоговой, при неправильном заземлении выходной сигнал имеет повышенный уровень шума. Некоторые датчики имеют ЦАП с токовым выходом и поэтому требуют подключения внешнего сопротивления нагрузки порядка 20 кОм, поэтому полезный сигнал в них получается в форме напряжения, падающего на нагрузочном резисторе при протекании выходного тока датчика.

Неправильное заземление интеллектуальных датчиков:

Напряжение на нагрузке равно:

Vнагр = Vout – Iнагр · R1+ I2· R2,

то есть оно зависит от тока I2, который включает в себя ток цифровой земли. Ток цифровой земли содержит помеху и влияет на напряжение на нагрузке. Чтобы устранить этот эффект, цепи заземления надо выполнить так, как показано ниже. Тут ток цифровой земли не идет через сопротивление R21 и не вносит шум в сигнал на нагрузке.

Правильное заземление интеллектуальных датчиков:

Заземление шкафов с аппаратурой систем автоматизации

Монтаж шкафов АСУ ТП должен учитывать всю ранее изложенную информацию. Изложенные далее примеры заземления шкафов автоматики разделены условно на правильные, дающие меньший уровень шумов, и ошибочные.

Вот пример (красным цветом выделены неправильные соединения; GND — вывод для подключения заземлённого вывода питания), в котором каждое отличие от следующего рисунка ухудшает вероятность сбоев цифровой части и повышает погрешность аналоговой. Здесь сделаны следующие «неправильные» соединения:

• заземление шкафов выполнено в разных точках, поэтому потенциалы их земель отличаются;
• шкафы соединены между собой, что создаёт замкнутый контур в цепи заземления;
• проводники аналоговой и цифровой земель в левом шкафу на большом участке идут параллельно, поэтому на аналоговой земле могут появиться индуктивные и ёмкостные наводки от цифровой земли;
• вывод GND блока питания соединён с корпусом шкафа в ближайшей точке, а не на клемме заземления, поэтому по корпусу шкафа течёт ток помехи, проникающий через трансформатор блока питания;
• используется один блок питания на два шкафа, что увеличивает длину и индуктивность проводника заземления;
• в правом шкафу выводы земли подсоединены не к клемме заземления, а непосредственно к корпусу шкафа, при этом корпус шкафа становится источником индуктивной наводки на все провода, проходящие вдоль его стен;
• в правом шкафу в среднем ряду аналоговая и цифровая земли соединены прямо на выходе блоков.

Перечисленные недостатки устранены на примере правильного заземления шкафов системы промышленной автоматизации:

Доп. плюсом разводки в этом примере было бы применение отдельного проводника заземления для наиболее чувствительных аналоговых модулей ввода. В пределах шкафа (стойки) желательно группировать аналоговые модули отдельно, цифровые – отдельно, чтобы при прокладке проводов в кабельном канале уменьшить длину участков параллельного прохождения цепей цифровой и аналоговой земель.

Заземление во взаимоудаленных системах управления

В системах управления, распределённых по некоторой территории с характерными размерами в десятки и сотни метров, нельзя использовать модули ввода без гальванической развязки. Только гальваническая развязка позволяет соединять цепи, заземлённые в точках с разными потенциалами. Наилучшим решением для передачи сигналов является оптоволокно и применение датчиков со встроенными в них АЦП и цифровым интерфейсом.

Заземление исполнительного оборудования и приводов АСУ ТП

Цепи питания двигателей с импульсным управлением, двигателей сервоприводов, исполнительных устройств с ШИМ управлением должны быть выполнены витой парой для уменьшения магнитного поля, а также экранированы для снижения электрической составляющей излучаемой помехи. Экран кабеля должен быть заземлён с одной стороны. Цепи подключения датчиков таких систем должны быть помещены в отдельный экран и по возможности пространственно отдалены от исполнительных устройств.

Заземление в промышленных сетях RS-485, Modbus

Промышленная сеть на основе интерфейса RS-485 выполняется экранированной витой парой с обязательным применением модулей гальванической развязки.

Для коротких отрезков (порядка 15 м) и при отсутствии поблизости источников шумов экран можно не использовать. На больших длинах порядка до 1,2км разница потенциалов земли в удалённых друг от друга точках может достигать нескольких десятков вольт. Чтобы предотвратить протекание по экрану тока, экран кабеля нужно заземлять только в ЛЮБОЙ одной точке. При использовании не экранированного кабеля на нём может наводиться большой статический заряд (несколько киловольт) за счёт атмосферного электричества, который способен вывести из строя элементы гальванической развязки. Для предотвращения этого эффекта изолированную часть устройства гальванической развязки следует заземлить через сопротивление, например 0,1…1 МОм. Сопротивление, показанное штриховой линией, снижает также вероятность пробоя при повреждениях заземления или большом сопротивлении гальванической изоляции в случае применения экранированного кабеля. В сетях Ethernet с малой пропускной способностью (10 Mбит/с) заземление экрана следует выполнять только в одной точке. В Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1 Гбит/с) заземление экрана следует выполнять в нескольких точках.

Заземление на взрывоопасных промышленных объектах

На взрывоопасных объектах при монтаже заземления многожильным проводом не допускается применение пайки для спаивания жил между собой, поскольку вследствие хладотекучести припоя возможно ослабление мест контактного давления в винтовых зажимах.

Экран кабеля интерфейса RS-485 заземляется в одной точке вне взрывоопасной зоны. В пределах взрывоопасной зоны он должен быть защищён от случайного соприкосновения с заземлёнными проводниками. Искробезопасные цепи не должны заземляться, если этого не требуют условия работы электрооборудования (ГОСТ Р 51330.10, п6.3.5.2). И должны быть смонтированы таким образом, чтобы наводки от внешних электромагнитных полей (например, от расположенного на крыше здания радиопередатчика, от воздушных линий электропередачи или близлежащих кабелей для передачи большой мощности) не создавали опасного напряжения или тока в искробезопасных цепях. Это может быть достигнуто экранированием или удалением искробезопасных цепей от источника электромагнитной наводки.

При прокладке в общем пучке или канале кабели с искроопасными и искробезопасными цепями должны быть разделены промежуточным слоем изоляционного материала или заземлённой металлической перегородкой. Никакого разделения не требуется, если используются кабели с металлической оболочкой или экраном. Заземлённые металлические конструкции не должны иметь разрывов и плохих контактов между собой, которые могут искрить во время грозы или при коммутации мощного оборудования. На взрывоопасных промышленных объектах используются преимущественно электрические распределительные сети с изолированной нейтралью, чтобы исключить возможность появления искры при коротком замыкании фазы на землю и срабатывания предохранителей защиты при повреждении изоляции. Для защиты от статического электричества используют заземление, описанное в соответствующем разделе. Статическое электричество может быть причиной воспламенения взрывоопасной смеси.

Проблемы конвенциональных систем заземления

Не является секретом, что потенциал системы заземления относительно «земли» может повышаться при разрядах молнии. Вместе с тем считается, что если между всеми электронными устройствами будет сохраняться общий потенциал системы заземления, то есть не будет возникать разность потенциалов между цепями «нулевого потенциала» различных устройств, то это повышение общего потенциала и отличие его от нуля, происходящее одновременно во всех устройствах, не способно вызвать нарушения в работе этих устройств. На этом предположении основана вся теория заземления, предписывающая сохранять минимальными сопротивления элементов системы заземления, применять эквипотенциальные поверхности и тому подобные меры, направленные на то, чтобы предотвратить возможность появления разности потенциалов между цепями «нулевого потенциала» различных устройств, удаленных друг от друга и поэтому заземленных в разных точках, но имеющих электрические и информационные связи между собой. При этом не рассматривается вопрос о том, что происходит в отдельно взятом электронном устройстве при повышении потенциала цепи «нулевого потенциала». Дело в том, что любая электронная схема содержит множество нелинейных элементов и элементов, обладающих емкостью и индуктивностью, соединенных с цепью «нулевого потенциала». Поэтому при импульсном повышении потенциала этой цепи напряжения в различных точках электронной схемы не возрастут полностью синхронно. Это можно наглядно представить как пластину с установленными на ней грузами с разной массой, прикрепленными к пластине посредством пружин с различной жесткостью. При плавном подъеме этой пластины (то есть при плавном увеличении потенциальной энергии) потенциальная энергия всех установленных на ней элементов увеличивается синхронно. Но при резком подъеме пластины произойдет несинхронное изменение положения и потенциальной энергии элементов, а если они были при этом механически соединены между собой, то возможно даже разрушение этих соединений. То есть даже наличие эквипотенциальной поверхности и сохранение нулевой разности между цепями «нулевого потенциала» различных устройств еще не гарантирует отсутствие сбоев в работе высокочувствительной электронной аппаратуры. В реальных же условиях эксплуатации электронной аппаратуры, расположенной на объектах большой площади, очень сложно, а иногда и вообще невозможно обеспечить условие сохранения нулевой разности потенциалов между цепями «нулевого потенциала» (то есть условие «отсутствия даже малейшего электрического потенциала на корпусе» [5]) при попадании молнии, несмотря на все ухищрения и удорожание системы заземления.

По данным, представленным в [6], в ситуации, когда множество электрических аппаратов и отдельных электронных устройств расположены на значительном удалении друг от друга и заземлены в местах их расположения, неизбежно появление высокой разности потенциалов между точками заземления, которая при разрядах молнии может доходить до 10 кВ и более. Высокое напряжение между удаленными точками заземления возникает в результате падения напряжения на элементах системы заземления при протекании тока молнии через них, а также при протекании токов короткого замыкания. По свидетельству Дж. С. Витакера [7], «чем больше площадь территории защищаемого объекта, тем больший потенциал для проблем». В основополагающем стандарте на системы заземления для электронной аппаратуры [8] отмечается следующее: «При воздействии молнии или при аварийных ситуациях в энергосистеме разность потенциалов между электронным оборудованием и заземленными объектами может быть настолько существенной, что будет представлять угрозу электробезопасности или повреждения электронной аппаратуры».

Из всего вышесказанного следует, что в любом случае низкоомное заземление корпусов большинства типов современной чувствительной электронной аппаратуры управления, автоматики и защиты приводит к возрастанию опасности сбоев в ее работе. И это при протекании тока молнии через систему заземления под действием обычных разрядов молнии. Но разряды молнии — не единственный источник мощных электромагнитных воздействий на электронные устройства.

В последнее время стала актуальной проблема защиты электроэнергетических систем от так называемых преднамеренных дистанционных деструктивных воздействий [9], наиболее мощным из которых является электромагнитный импульс высотного ядерного взрыва (ЭМИ ЯВ). При этом характер воздействия ЭМИ ЯВ на систему заземления существенно отличается от воздействия разряда молнии «по спектральной плотности энергии, переднему фронту импульса, уровню токов, повторяемости импульсов и покрываемой зоне действия» [10].

Во‑первых, разряд молнии — это точечное воздействие на систему заземления, в то время как составляющая Е1 ЭМИ ЯВ создает у поверхности земли импульс распределенного электрического поля с напряженностью, доходящей до 50 кВ/м. Это поле имеет вертикальную и горизонтальную составляющие и охватывает очень большую площадь (сотни и тысячи квадратных километров).

Во‑вторых, параметры составляющей Е1 ЭМИ ЯВ (2/50 нс) существенно отличаются от параметров грозового импульса (1,2/50 мкс).

В‑третьих, если при попадании молнии в молниеотвод и систему заземления ставится задача снизить до минимума сопротивление элементов системы заземления с тем, чтобы снизить падение напряжения на токо- проводящих элементах при протекании через них тока молнии, то в случае ЭМИ ЯВ импульс высокого напряжения прикладывается одновременно ко всем элементам системы заземления, выполняющим роль огромной антенны, абсорбирующей энергию с большой площади. Чем меньше сопротивление элементов этой антенны и чем больше ее размеры, тем выше ее абсорбционная способность и тем большая часть энергии доставляется напрямую к аппаратуре, подключенной к этой «антенне». Речь идет об импульсном напряжении с амплитудой в сотни киловольт.

О наличии существенных отличий между молнией и ЭМИ ЯВ упоминается также в ряде других источников. Например, в [11] прямо говорится о том, что заземление обычно трактуется как часть цепи, имеющей относительно низкое полное сопротивление по отношению к локальной поверхности земли. Для защиты от ЭМИ ЯВ обычная система заземления, которая соответствует этому определению, может, однако, не быть оптимальной, а может быть намного хуже, чем даже отсутствие заземления». В [12] о. В [13] указано, что «в идеале заземление должно поддерживать единый потенциал всех компонентов системы. На практике, однако, ввиду возможных петель индуктивности, емкостных связей, сопротивления элементов присоединения к заземлению, наводок на заземлении, как на антенне, и других явлений, высокие потенциалы могут появиться в системе заземления. Поэтому правильный выбор концепции системы заземления очень важен в философии защиты от ЭМИ ЯВ». К сожалению, далее констатации факта и в этом документе дело не пошло, и никаких специальных систем заземления, способных разрешить противоречие между необходимостью иметь заземление и опасностью, которую представляет собой система заземления при воздействии ЭМИ ЯВ, не предлагается. Еще более категорично звучит утверждение авторов [14], прямо указывающих на отрицательное влияние заземления на работу электронной аппаратуры: «Если не принять специальных мер, оба типа заземлителей — и внутренний, и наружный — могут стать главными источниками наводок, вызванных ЭМИ. Наружные заземлители вообще не могут служить в качестве «отводов» для ЭМИ, поскольку последний широко распределен в пространстве и глубоко проникает в землю. При этом отсутствие замкнутого контура наружного заземления еще не исключает возможности появления наводок от ЭМИ». Аналогичный по своей сущности вывод приводится также и в [10]: «ЭМИ ЯВ может индуцировать очень большие токи и напряжения в «антенну», образованную системой заземления. Эти токи и напряжения системы заземления представляют собой серьезный риск повреждения электронных компонентов…».

Противоречивость ситуации в этом вопросе ярко отражена в фундаментальном труде [15] объемом свыше тысячи страниц. Само за себя говорит уже одно только название раздела 4.1.1: «Заземление может и не быть решением; скорее оно может быть частью проблемы». А на стр. 935 приведены два противоречащих один другому тезиса:

1. «Целью заземления является перенаправление наведенных ЭМИ ЯВ токов в землю».
2. «Первичным эффектом ЭМИ ЯВ является наведение высоких напряжений или токов во всех протяженных системах и проводниках, таких как линии электропередачи, кабели, антенны, а также системы заземления».

Из первого тезиса следует, что система заземления является приемной емкостью, поглощающей энергию ЭМИ ЯВ, а из второго — что система заземления является источником высокого напряжения, подводящим энергию ЭМИ ЯВ к заземленной аппаратуре.

Еще одной проблемой, связанной с заземлением, являются фильтры, предназначенные для защиты чувствительных входов и цепей питания электронной аппаратуры (рис. 1). Как видно по этому рисунку, синфазные несимметричные фильтры, которые иногда называют однолинейными (single line), проще дифференциальных симметричных (их иногда называют двухлинейными — two line), содержат меньше элементов, меньше по размерам и дешевле. По этой причине большинство производителей предпочитают выпускать именно синфазные несимметричные фильтры для защиты от ЭМИ ЯВ. Другие типы фильтров вообще даже не рассматриваются в документе [16], посвященном анализу различных типов фильтров, предназначенных для защиты оборудования от ЭМИ ЯВ.

Рис. 1. Упрощенные схемы и внешний вид LC-фильтров, предназначенных для защиты от ЭМИ ЯВ: а) синфазного несимметричного с общим проводом (asymmetrical common mode filters); б) симметричного дифференциального (symmetrical differential mode filters)

Как следует из рис. 1, фильтры такого типа ослабляют сигнал, поступающий на их вход, за счет внесения потерь последовательно включенными индуктивностями и шунтирования импульсного сигнала на землю конденсаторами. «Земля», подключаемая через расположенную на корпусе клемму, является обязательным условием работоспособности фильтра. Поскольку эта клемма не изолирована от корпуса, то часто сам корпус является общим электродом заземления (рис. 2).

Рис. 2. Фильтры ЭМИ ЯВ с корпусом, выполняющим роль электрода заземления

Таким образом, эти фильтры построены так, чтобы отводить энергию, попадающую на их входы, в область нулевого потенциала, в качестве которой автоматически подразумевается система заземления, но которая таковой вовсе не является. Остается только догадываться, как поведет себя такой фильтр при одновременном появлении высокого потенциала и на его входе, и на общем электроде заземления (вместо нулевого потенциала). Во всяком случае, работать корректно в таком режиме он явно не будет. По свидетельству [17], такие фильтры далеко не всегда имеют приемлемые характеристики и не рекомендуются для защиты от ЭМИ ЯВ. Возможно, именно по этой причине некоторые производители фильтров просто не указывают их вид в своих технических проспектах, а некоторые — хотя и указывают, но создают при этом такую путаницу, в которой неспециалисту в области фильтров очень трудно разобраться. Например, в проспекте известной английской компании МРЕ приведены описания «двухфазных» для переменного тока и «двухлинейных» для постоянного тока фильтров, предназначенных для использования в изолированных от «земли» сетях, но при этом приведены характеристики асимметричных фильтров.

1. Введение

Данное пособие распространяется на установки оборудования информационных технологий в зданиях и имеет целью ознакомление специалистов, связанных с проблемами защитного и функционального заземления и уравнивания потенциалов такого оборудования, с состоянием вопроса на европейском и мировом уровне и с техническими требованиями, предусмотренными европейскими и международными нормативными документами для обеспечения безопасной и надежной работы оборудования в условиях внешних электромагнитных воздействий, которые могут приводить к сбоям в работе и повреждению частей оборудования.

При выполнении работы использован ряд действующих европейских стандартов [ 10 — 12 ] и ГОСТ Р 50571 [ 4 — 7 ], касающихся рассматриваемой проблемы, а также проект дополнения к действующему стандарту МЭК I EC 60364-4-44 [ 13 ] , на основании которого выполнен ГОСТ Р 50571.20 [ 6 ].

Последний документ МЭК не является окончательным и будет подвергаться изменениям, однако, авторы Пособия посчитали полезным использовать его в данной работе ввиду его актуальности, а также для своевременного ознакомления заинтересованных в проблеме специалистов с кругом вопросов, которые необходимо рассматривать при проектировании и монтаже систем заземления и уравнивания потенциалов в установках информационного оборудования. После официального издания документа МЭК в данную работу будут внесены соответствующие изменения.

Данная работа не распространяется на здания, в которых могут находиться мощные источники электромагнитных воздействий, оборудование производства, передачи и приема напряжения выше 1 кВ переменного тока, а также не учитывает специальные требования телекоммуникационных центров.

2. Общие сведения

К оборудованию обработки информации отнесены все виды электрического и электронного оборудования, включая конторское (бизнес-оборудование), со всеми периферийными устройствами и другими относящимися устройствами, питание которого может осуществляться от питающей сети с номинальным напряжением не выше 600 В, как общего назначения, например, городских или промышленных трансформаторных подстанций, так и от аккумуляторных установок, а также оборудование, подключаемое непосредственно к телекоммуникационной сети или к телекоммуникационным линиям передачи.

Примерами такого оборудования могут быть:

— оборудование обработки и передачи информации, телекоммуникационное оборудование, а также установки сигнализации, использующие землю в качестве обратного провода, как во внутренних сетях зданий, так и во внешних присоединениях к установкам зданий;

— источники и сети постоянного тока, питающие оборудование информационных технологий в зданиях;

— частные (местные, локальные) телефонные станции, имеющие выход в сеть общего пользования;

— локальные (местные) телекоммуникационные сети;

— системы пожарной и охранной сигнализации;

— системы управления обслуживанием зданий, например, цифровые системы;

— АСУ ТП и другие системы с компьютерным управлением.

Для обозначения такого оборудования в работе далее используются термины информационное оборудование (оборудование информационных технологий, оборудование обработки информации), а для обозначения цепей и подключаемых к нему кабелей и проводов — термины информационные цепи, кабели, провода.

В работе также используются термины:

опорный потенциал для обозначения стабильного нулевого потенциала, необходимого для устойчивости рабочего сигнала, т.е. для надежной работы оборудования;

плоскость опорного потенциала системы, идеальным воплощением которой с точки зрения уравнивания потенциалов является жесткая проводящая поверхность, но реализуемая на практике в виде горизонтальной или вертикальной сетки с ячейками, размер которых определяется диапазоном воздействующих на информационное оборудование частот.

Термины функциональное заземление, система функционального уравнивания потенциалов, проводник, шина, магистраль и др. функционального заземления и уравнивания потенциалов применяются в данной работе применительно к заземлению и уравниванию потенциалов только в цепях рабочего сигнала и необходимых по условиям нормальной работы оборудования, например, при использовании земли в качестве обратного провода в установках электросвязи.

Эти термины не определены жестко какими-либо российскими нормативными документами и приняты в рамках настоящей работы в соответствии с идеологией международных стандартов либо для краткости и удобства пользования либо потому, что авторы работы посчитали их наиболее понятными для соответствующих условий применения.

Электромагнитные поля, возникающие по различным причинам, могут приводить к нарушениям работы систем обработки информации, а также к повреждению оборудования таких систем. Токи молнии, коммутационные токи, токи коротких замыканий и другие электромагнитные явления могут приводить к перенапряжениям и возникновению помех.

Большие токи с большой крутизной изменения, протекающие по силовым кабелям, например, пусковые токи лифтов или токи, управляемые выпрямителями, могут индуцировать в информационных кабелях перенапряжения, которые, в свою очередь, могут приводить к возникновению помех или повреждению чувствительного электрооборудования.

В помещениях медицинских учреждений или рядом с ними электрические и магнитные поля могут оказывать нежелательные воздействия на электромедицинское оборудование.

Эти явления характерны для условий, в которых:

— имеются замкнутые металлические контуры («петли») большой площади, образующиеся при объединении строительных металлоконструкций, металлических трубопроводов, например, водо-, газо- и теплоснабжения, магистралей кондиционирования воздуха и др. в систему уравнивания потенциалов;

— электропроводки различных систем (различного назначения) проложены по разным (отдельным) трассам, например, проводники силовых цепей и проводники компьютерных устройств сигнализации в здании;

— цепи входят в здание или выходят из него.

Значение наведенного (индуцированного) потенциала зависит от крутизны изменения (di/dt) тока помехи и от размера «петли».

В нормальном режиме работы по проводникам системы уравнивания потенциалов не должны протекать токи нагрузки существенных значений.

Защитные и заземляющие проводники и проводники уравнивания потенциалов должны иметь достаточно высокую проводимость в соответствии с требованиями ПУЭ для обеспечения защиты от поражения людей электрическим током и понижения опасности возгораний и повреждения оборудования и электропроводок в нормальном и аварийном режимах работы электроустановок и в результате воздействия токов и напряжений, наведенных молнией.

Для обеспечения стабильности и надежности опорного потенциала особое внимание должно быть уделено правильному выполнению уравнивания потенциалов как собственно информационного оборудования, так и в электрической распределительной сети.

При выполнении системы уравнивания потенциалов в зданиях, в которых установлено информационное оборудование, и для которых требуется выполнение молниезащиты, требования молниезащиты и требования электробезопасности должны рассматриваться совместно и быть скоординированы с учетом условий электромагнитной совместимости.

Следует избегать использования земли в качестве обратного провода, однако, если такое решение принято, полное сопротивление сети заземления должно быть минимальным.

Для снижения влияния возникающих помех может потребоваться выполнение дополнительных мер, например, установка частотных фильтров или блокирующих катушек (дросселей).

В сложных системах, состоящих из большого количества взаимосвязанного оборудования, устойчивость опорного потенциала следует обеспечивать при помощи плоскости опорного потенциала системы, к которой для исключения функциональных нарушений или повреждений оборудования подключается, как минимум, операционный блок или системный блок. Плоскость опорного потенциала должна обеспечить достаточно низкий импеданс в цепях подключения фильтров, оборудования шкафов, экранов кабелей в пределах всего диапазона частот, воздействию которых может подвергаться оборудование, и может быть выполнена в виде металлического листа или эквипотенциальной сетки с соответствующими размерами ячеек. Частотный диапазон должен включать частоты переходных режимов, таких, как коммутационные, короткие замыкания, грозовые разряды. Поддержание уровня потенциала при помощи плоскости опорного потенциала не означает обязательного ее использования в цепи обратного тока.

Меры по улучшению условий электромагнитной совместимости, например, выполнение уравнивания потенциалов, могут быть использованы также для защиты от статического электричества.

Для улучшения условий электромагнитной совместимости в электроустановках зданий, в которых установлено информационное оборудование, должна быть принята система TN-S.

Рассмотренные в разделах 3 — 5 Пособия технические решения по заземлению и уравниванию потенциалов информационного оборудования, устанавливаемого в зданиях, должны обеспечивать:

— защиту людей от поражения электрическим током;

— надежную стабилизацию уровня опорного потенциала в пределах всей установки информационного оборудования;

— удовлетворительный уровень электромагнитной совместимости информационной установки в целом для исключения или понижения помех, вызывающих сбои в работе информационного оборудования.

Выбор мер, ограничивающих электромагнитные воздействия, должен производиться на стадии проектирования совместно разработчиками архитектурно-строительной и электрической частей проекта.

Применяемое электрооборудование должно отвечать требованиям соответствующих стандартов к электромагнитной совместимости.

Требования к оборудованию, учитывающие особые условия его работы (если такие имеются), должны быть согласованы покупателем оборудования и его поставщиком при заключении контракта на поставку оборудования.

3. Источники электромагнитных воздействий и меры по их снижению

Электрическое и электронное оборудование, чувствительное к электромагнитным воздействиям, не следует располагать вблизи потенциальных источников таких воздействий, к которым, например, относятся:

— устройства коммутации индуктивных нагрузок;

— флюоресцентные источники света;

— частотные преобразователи и регуляторы;

— силовые магистральные и распределительные шинопроводы и др.

Для снижения влияния электромагнитных и электрических полей на электрооборудование при проектировании и выполнении строительно-монтажных работ следует выполнять одну или несколько мер, указанных ниже:

— металлические оболочки и экраны кабелей и металлические оболочки оборудования должны быть присоединены к общей системе уравнивания потенциалов;

— при выполнении электропроводок проводники силовых и информационных цепей следует прокладывать по общим трассам для исключения образования индуктивных контуров (петель);

— информационные и силовые кабели должны быть отделены друг от друга в соответствии с п. 5.1;

— в местах пересечений кабели должны прокладываться под прямым углом;

— при необходимости следует предусматривать установку устройств подавления импульсных перенапряжений и/или фильтров:

— если здание имеет систему молниезащиты,

— силовые и контрольные кабели должны прокладываться на расстоянии не менее 2 м от токоотводов или быть защищены при помощи защитных экранов;

— металлические трубы, короба, лотки и т.п., а также металлические оболочки силовых и контрольных кабелей должны быть присоединены к системе уравнивания потенциалов в соответствии с требованиями к устройству молниезащиты;

— в тех случаях, когда экранированные информационные кабели являются общими для нескольких зданий, электроустановки которых питаются от системы ТТ, параллельно этим кабелям должен быть проложен проводник уравнивания потенциалов (см. рис. 2). Сечение этого проводника должно быть не менее 16 мм 2 по меди или быть эквивалентного по проводимости сечения из других материалов и соответствовать п. 1.7.137 ПУЭ седьмого издания;

— значения сопротивления (импеданса) цепей уравнивания потенциалов должны быть минимальными. Для этого проводники присоединений к системе уравнивания потенциалов должны иметь кратчайшие длины и специальную форму поперечного сечения. Так, например, отношение ширины к толщине плетеной медной перемычки должно быть не менее пятикратного;

— при наличии в здании большого количества информационного оборудования и необходимости выполнения функционального заземления рекомендуется для уравнивания потенциалов такого оборудования выполнять шину в виде замкнутого кольца.

1. Если заземленная оболочка используется в качестве обратного провода в цепях сигнализации, рекомендуется применение коаксиального кабеля.

2. В случае, если не удается достигнуть согласованное решение по выполнению требований п. 1.7.82 ПУЭ седьмого издания к выполнению основной системы уравнивания потенциалов, ответственность за возможные последствия опасности поражения электрическим током людей или повреждения оборудования вследствие перенапряжений, возникающих из-за того, что телекоммуникационные кабели не присоединены к системе уравнивания потенциалов, полностью ложится на владельца этих кабелей или эксплуатирующую их организацию.

3. Проблемы, связанные с неравномерным распределением потенциалов в земле в разветвленных телекоммуникационных сетях, также относятся к ответственности организации, которая эксплуатирует эти сети и может принимать другие решения.

3.1. Система TN

В электроустановках зданий, в которых размещено или может быть размещено большое количество информационного оборудования, не следует применять систему TN-C. В таких электроустановках должна быть применена система TN-S:

— начиная от вводного устройства электроустановки здания, если электроустановка получает питание от коммунальной сети низкого напряжения (см. рис. 3 А);

— начиная от зажимов трансформатора, если электроустановка получает питание от трансформаторной подстанции, встроенной в это же здание и обслуживаемой пользователем электроустановки здания (см. рис. 3 В).

При установке информационного оборудования в существующем здании, распределение электроэнергии в котором выполнено по системе TN-C-S (см. рис. 4), должна быть предотвращена возможность образования замкнутых контуров («петель») информационными кабелями. Для этого могут быть использованы следующие меры:

— преобразование участка TN-C сети здания, показанного на рис. 4, в TN-S, как показано на рис. 3 А;

— если это невозможно — устранение показанных на рис. 4 взаимных связей «2)», образуемых информационными кабелями между различными частями сети TN-S, например, при помощи волоконно-оптических вставок.

3.2. Система ТТ

В системе ТТ необходимо учитывать возможность возникновения перенапряжений между токоведущими частями и открытыми проводящими частями, если открытые проводящие части различных зданий присоединены к различным заземлителям, не связанным между собой проводником.

3.3. Система IT

В системе IT необходимо учитывать возможность повышения напряжения между фазными проводниками и открытыми проводящими частями до значения линейного напряжения при первом замыкании на землю.

Поэтому в цепях, питающих информационное оборудование, включенное на фазное напряжение между фазным и нулевым рабочим (нейтральным) проводником, для которого ГОСТ Р МЭК 60950-2002 не предусмотрена возможность таких повышений напряжения между токоведущими проводниками и открытыми проводящими частями, необходимо предусматривать соответствующую защиту от перенапряжений.

3.4. Питание от нескольких источников

При питании от нескольких источников в системе TN нейтрали этих источников по условию электромагнитной совместимости должны быть заземлены в одной и той же точке, равноудаленной от всех источников (см. рис. 7).

При питании от нескольких источников в системе ТТ нейтрали источников по условию электромагнитной совместимости рекомендуется соединить между собой и заземлить только в одной точке, равноудаленной от всех источников (см. рис. 8).

3.5. Ввод в здание

Ввод в здание металлических труб, например, водо- и газоснабжения, отопления, а также кабелей рекомендуется выполнять в одном и том же месте. Все эти коммуникации должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников уравнивания потенциалов кратчайшей длины с малым сопротивлением (см. рис. 9).

3.6. Установка оборудования в различных зданиях

Если в различных зданиях, связанных между собой общей информационной системой, выполнены не связанные друг с другом системы уравнивания потенциалов, в информационных цепях должны применяться волоконно-оптические кабели в неметаллических оболочках и не имеющие металлических частей, или другие непроводящие системы передачи, например, микроволновые системы или разделительные сигнальные трансформаторы.

Решение проблем, возникающих в протяженных и разветвленных информационных сетях из-за разности потенциалов удаленных друг от друга участков земли, относится к ответственности организации-оператора этой сети, которая может применять другие способы обеспечения электромагнитной совместимости.

3.7. Переключение источников питания

В системе TN коммутационные устройства переключения питания с одного источника на другой (например, с рабочего на резервный) должны одновременно переключать фазные проводники и нулевой рабочий (нейтральный), если такой имеется, проводник (см. рис. 10 А, 10 В и 10 С). Разрыв нулевого рабочего проводника при переключении предотвращает образование электромагнитных полей блуждающими токами основной питающей сети электроустановки. Сумма токов в одном кабеле должна быть равна нулю. Это гарантирует протекание тока в нулевом рабочем проводнике только той цепи, которая включена в работу. При этом следует иметь в виду, что к нулевому рабочему току добавляется ток 3-й гармоники фазного проводника (150 Гц) с тем же угловым сдвигом фаз.

3.8. Установка оборудования в существующих зданиях

Если информационное оборудование устанавливается в существующем здании, в котором имеющееся оборудование может оказывать нежелательное электромагнитное воздействие на вновь устанавливаемое информационное оборудование, для уменьшения этого воздействия рекомендуется выполнение следующих мер (см. рис. 11 А):

— применение оборудования класса II (с двойной или усиленной изоляцией);

— применение разделительных трансформаторов. Цепи, питающиеся от вторичных обмоток трансформаторов, рекомендуется выполнять по системе TN-S, однако, в особых случаях может быть применена система IT;

— применение в информационных цепях волоконно-оптических вставок, не имеющих металлических элементов.

Примечание: Применение рекомендаций п.п. 1 и 2 может быть ограничено по условию предельной (граничной) частоты или в связи с возможностью непрямых ударов молнии.

3.9 Размещение оборудования

Электрическое и электронное оборудование мониторинга, регулирования параметров, контроля, защиты и др. для улучшения условий электромагнитной совместимости должно размещаться в закрытых нишах строительных конструкций здания или в специальных помещениях.

Устройства присоединения входящих в здание и выходящих из него силовых и информационных цепей должны быть расположены в одном месте или в непосредственной близости друг от друга.

Не допускается устанавливать в одном шкафу, на одном стеллаже, каркасе или на одной стойке электрическое и информационное оборудование, а также монтажные, отсеки (ящики) с электрическими и информационными проводами и гнезда (блоки зажимов) для их подключения.

Не допускается прокладывать информационные провода и кабели внутри шкафов и по поверхности щитов силового электрооборудования.

3.10 Аппараты защиты

Применяемые защитные аппараты должны иметь соответствующую выдержку времени для исключения ложных отключений токами переходных режимов.

3.11 Кабели цепей сигнализации

В цепях сигнализации следует применять экранированные кабели или кабели с витыми парами.

4 Заземление и уравнивание потенциалов

4.1 Соединение заземлителей

Если для информационной установки здания требуется выполнение защитного и функционального заземления, а также заземления системы молниезащиты, не следует выполнять отдельные независимые заземлители, предназначенные для реализации каждой из этих задач, по следующим причинам:

— между такими заземлителями имеется связь, которая может приводить к неконтролируемым повышениям напряжения на оборудовании;

— части оборудования, доступные одновременному прикосновению, могут иметь различные потенциалы относительно земли;

— создается опасность поражения электрическим током, особенно при перенапряжениях атмосферного происхождения.

Поэтому все заземлители одного здания должны быть соединены между собой (рис. 12).

Проводники защитной и функциональной систем уравнивания потенциалов должны присоединяться к главной заземляющей шине (зажиму) индивидуально (раздельно) таким образом, чтобы отключение одного проводника не нарушало присоединений других проводников.

В тех случаях, когда электронное оборудование используется для связи и обмена информацией между несколькими зданиями, каждое из которых имеет свое заземляющее устройство, и при этом заземлители различных зданий не могут быть соединены между собой, например, из-за их большой удаленности друг от друга, следует выполнять гальваническое разделение цепей связи, например, при помощи волоконно-оптических вставок (см. также п. 3.8).

4.2 Уравнивание потенциалов

Схему соединений в сети уравнивания потенциалов, выполняемой для информационного оборудования, можно рассматривать на уровне всего здания (основная система уравнивания потенциалов), на уровне информационной установки в целом и на уровне групп совместно установленного информационного оборудования.

Для создания основной системы уравнивания потенциалов должны использоваться металлические элементы, имеющиеся в каждом здании, например, главная заземляющая шина, защитные (РЕ) проводники, металлические трубы водопровода и канализации, стальные строительные конструкции, стальная арматура железобетонных конструкций, которые дополняются проводниками и магистралями уравнивания потенциалов, кабельными конструкциями и др. для получения достаточно низкого сопротивления и высокой проводимости системы уравнивания потенциалов, обеспечивающих условия электробезопасности.

В каждом здании должна быть предусмотрена главная заземляющая шина (ГЗШ), расположенная на минимальном расстоянии от входа в здание силовых и информационных кабелей. В зависимости от сложности и объема оборудования информационной установки ГЗШ здания может быть выполнена в виде магистрали или кольцевой магистрали.

Экраны всех входящих в здание кабелей должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи низкоомных, имеющих кратчайшую длину соединений.

Открытые проводящие части электрооборудования в здании соединяются между собой посредством защитных (в системах TN — нулевых защитных) (РЕ) проводников.

Для производственных зданий и таких общественных зданий как, например, банки, центры управления, в т.ч. технологическими процессами, и т.п., насыщенных информационным оборудованием, предназначенным для осуществления различных задач, лучшим решением является выполнение общей сети для уравнивания потенциалов, зануления и функционального заземления.

Систему уравнивания потенциалов для информационного оборудования в таких зданиях рекомендуется выполнять при помощи замкнутой кольцевой магистрали, представляющей собой голый или изолированный медный проводник, установленный открыто или защищенный, например, проложенный в коробе, таким образом, чтобы он был доступен для подключения к нему защитных и функциональных проводников уравнивания потенциалов в любом месте, и проложенный по внутреннему периметру здания или помещения, в котором установлено информационное оборудование. Такая кольцевая магистраль должна охватывать, по крайней мере, системный блок по его внешнему периметру.

При наличии мощных источников электромагнитных воздействий или особых требований к сохранности информации может потребоваться создание экранированных помещений, что является максимальной мерой при выполнении системы уравнивания потенциалов. Примеры выполнения систем уравнивания потенциалов в здании приведены на рис. 11 А — 11 Д и рис. 13 — 16.

Нулевые защитные проводники, заземляющий проводник защитного заземления и проводники защитного уравнивания потенциалов должны иметь цветовую маркировку в виде желто-зеленых полос.

В зависимости от степени важности информации, обрабатываемой электронным оборудованием, и от чувствительности этого оборудования к электромагнитным воздействиям могут быть применены три основные схемы сети уравнивания потенциалов.

В виде «звезды», как правило, выполняется основная система уравнивания потенциалов.

В чистом виде эта схема может быть применена в небольших зданиях, где количество электронного оборудования не велико: в жилых, общественных и т.п., в общем случае, для оборудования, не присоединенного к кабелям связи (см. рис. 13).

В пределах информационной системы, особенно в пределах оборудования системного блока, схема уравнивания потенциалов должна выполняться в виде сетки, формирующей уровень опорного потенциала и обеспечивающей высокую проводимость и низкое сопротивление в соответствии с требованиями электробезопасности, надежности опорного потенциала и электромагнитной совместимости.

Эта «сетка» должна включать в себя соединенные между собой шкафы, стеллажи, стойки, распределительные панели, кабельные конструкции, короба, трубы, экраны кабелей и т.п. и, если требуется, специально выполненную в полу под оборудованием или над ним выравнивающую сетку.

Контактные соединения всех указанных металлических частей между собой должны обеспечивать непрерывность электрической цепи и иметь минимальные значения переходных сопротивлений.

Применительно к терминологии главы 1.7 ПУЭ седьмого издания такую «сетку» для уравнивания потенциалов в пределах одной информационной системы или в пределах одного помещения можно рассматривать как дополнительную систему уравнивания потенциалов.

4.2.3 «Звезда», совмещенная с несколькими местными «сетками»

4.2.4 «Звезда», совмещенная с общей «сеткой» уравнивания потенциалов

Схему такого типа следует применять в зданиях с большой насыщенностью информационным оборудованием, обрабатывающим и/или передающим особо важную информацию и предъявляющим высокие требования к защите от помех.

При выполнении этой схемы усиление защитного эффекта достигается использованием существующих металлических конструкций здания, которые для образования «сетки» дополняются другими естественными и искусственными проводниками.

Размер ячеек «сетки» зависит от принятой категории молниезащиты здания, от уровня стойкости оборудования к перенапряжениям и от частоты, на которой осуществляется передача информации (связь).

Размер ячеек зависит от размеров защищаемой установки, однако, в тех местах, где установлено оборудование, чувствительное к электромагнитным воздействиям, он не должен превышать 2 м ´ 2 м. Этот размер удовлетворяет требованиям защиты как частных (локальных) узлов связи, так и централизованных систем обработки и передачи информации.

В случаях, когда отдельные узлы установленного оборудования предъявляют особые требования, участки общей «сетки», соответствующие этим узлам, могут быть выполнены с уменьшенными размерами ячеек (см. рис. 15 и 11Д).

4.2.5 Уравнивание потенциалов в многоэтажных зданиях

В многоэтажных зданиях рекомендуется выполнять систему уравнивания потенциалов на каждом этаже. Системы уравнивания потенциалов различных этажей должны быть соединены между собой при помощи не менее двух вертикальных проводников для создания трехмерной решетчатой структуры по типу клетки Фарадея. В качестве вертикальных проводников такой решетчатой структуры могут быть использованы металлоконструкции здания и другие естественные проводники при условии обеспечения непрерывности электрической цепи и надежности контактных соединений. Пример такой системы уравнивания потенциалов приведен на рис. 16 (присоединение системы молниезащиты не показано)

4.2.6 Присоединение к главной заземляющей шине

Главная заземляющая шина (зажим) электроустановки здания может быть выполнена такой длины, чтобы присоединение всех частей информационного оборудования к системе уравнивания потенциалов («сетке») могло быть выполнено проводниками кратчайшей длины (см. рис. 16).

Если система уравнивания потенциалов выполняется с использованием замкнутой кольцевой магистрали, размеры проводника, из которого выполнена магистраль, должны быть не менее:

— 30 ´ 2 мм — для плоской медной шины,

— 8 мм — диаметр круглого медного проводника.

Голые проводники должны быть защищены от коррозии в каждом месте крепления к основанию и при проходах сквозь стены.

4.2.7 Части, присоединяемые к системе уравнивания потенциалов

Дополнительно к частям, указанным в п. 1.7.82 ПУЭ седьмого издания, к системе уравнивания потенциалов должны быть присоединены:

— проводящие экраны, проводящие оболочки и/или броня информационных кабелей;

— заземляющие проводники антенных систем;

— заземляющие проводники заземленного полюса источника постоянного тока, питающего информационное оборудование;

— проводники функционального заземления.

4.3 Функциональное заземление и уравнивание потенциалов

Функциональное заземление выполняется в тех случаях, когда это требуется для нормальной работы оборудования, например, при использовании земли в качестве обратного провода в установках электросвязи.

О выполнении заземлителя функционального заземления см. п. 4.1.

В случаях, когда по условиям нормальной работы оборудования требуется выполнение шины функционального заземления, главная заземляющая шина электроустановки здания может быть удлинена таким образом, чтобы любая часть информационного оборудования могла быть присоединена к этой шине проводником наикратчайшей длины в любой точке здания. Если шина функционального заземления предназначена одновременно для уравнивания потенциалов в здании с большим количеством такого оборудования, она может быть выполнена в виде замкнутого кольца (см. рис. 16).

Шина может быть голой или изолированной и должна быть доступна на всем ее протяжении для подключения проводников уравнивания потенциалов в любой ее точке. Голая шина должна быть защищена от коррозии в местах креплений и прохода сквозь стены и перекрытия.

Эффективность шины зависит от трассы ее прокладки и от импеданса используемого проводника.

Если шина функционального заземления одновременно используется в качестве обратного провода цепи постоянного тока (как правило, в установках связи), ее сечение должно быть принято по величине этого тока. Для больших установок сечение медной функциональной заземляющей шины должно быть не менее 50 мм 2 . Падение напряжения постоянного тока на протяжении заземляющей шины, используемой в качестве обратного провода цепи постоянного тока, должно быть не более 1 В.

В зависимости от величины обратного постоянного тока рекомендуется принимать сечения шины функционального заземления не менее приведенных в табл. 1:

Таблица 1 . Наименьшие сечения шины функционального заземления

4.3.2 Проводники функциональной системы уравнивания потенциалов

В качестве проводников функциональной системы уравнивания потенциалов могут быть использованы металлические полосы, плоские плетеные проводники, провода и кабели круглого сечения.

Для высокочастотного оборудования предпочтительным является применение металлических полос или плоских плетеных проводников, т.к. проводники круглого сечения вследствие скин-эффекта имеют более высокий импеданс, чем проводники прямоугольного сечения. Для плоских прямоугольных проводников рекомендуется соблюдать отношение их ширины к толщине не менее 5.

Для проводников функционального заземления не следует применять обозначение желто-зеленым цветом. Не требуется обозначать их каким-либо обязательным цветом. Однако, рекомендуется принимать один и тот же цвет для обозначения проводников функционального заземления и функционального уравнивания потенциалов в пределах одной электроустановки, а также обозначать каждый конец этих проводников буквенной маркировкой (FE).

Для оборудования, работающего на низких частотах, сечения проводников, предусмотренные параграфом 1.7.137 ПУЭ седьмого издания, считаются достаточными независимо от формы их сечения.

5 Электропроводки

При выполнении электропроводок в цепях информационного оборудования необходимо выполнять требования глав 2.1 и 1.7 ПУЭ седьмого издания с учетом рекомендаций, приведенных ниже.

По условиям снижения электромагнитных воздействий на работу информационного оборудования рекомендуется совместная прокладка силовых и информационных цепей (см. также п. 3).

Рекомендации данного раздела распространяются на провода и кабели информационных, а также силовых питающих, распределительных и других электрических цепей, находящиеся в составе общей электропроводки (прокладываемые по общим трассам).

При прокладке по общим трассам группы (пучки) силовых и информационных кабелей и/или проводов должны быть отделены друг от друга определенными расстояниями либо разделены при помощи разделительных перегородок или экранов.

Соображения электробезопасности и соображения электромагнитной совместимости могут предъявлять различные требования к расстояниям проводников от сторонних проводящих частей и между проводниками силовых и информационных цепей и к необходимости разделения их при помощи заземленных экранов и др. Приоритет в таких случаях всегда имеют требования электробезопасности.

Проверка соответствия электрического разделения цепей в электропроводках требованиям главы 1.7 ПУЭ должна выполняться в процессе приемо-сдаточных испытаний, предусмотренных главой 1.8 ПУЭ [2] и ГОСТ Р 50571.16 [7].

5.1 Требования к разделению кабелей

Не допускается прокладывать силовые электрические кабели и информационные кабели в одном пучке. Пучки таких кабелей должны быть разделены.

Разделение проложенных параллельно силовых и информационных кабелей и проводов может быть выполнено при помощи металлических и неметаллических перегородок (см. рис. 19 В) или путем соблюдения определенных расстояний между группами (пучками) кабелей (см. рис. 20).

Требования к разделению силовых и информационных кабелей, выполняемому для уменьшения влияния помех, зависят от таких условий, как:

1 ) уровень устойчивости информационного оборудования к электромагнитным воздействиям различного происхождения: коммутационным перенапряжениям, переходным процессам, импульсным воздействиям молнии, радиоимпульсам, контурным колебаниям, незатухающим колебаниями др.;

2 ) способ заземления оборудования (тип системы заземления в соответствии с главой 1.7. ПУЭ ) и схема системы уравнивания потенциалов:

3 ) электромагнитное состояние среды в месте размещения оборудования (наложение помех различного происхождения, например, одновременное наличие гармоник, незатухающих колебаний, атмосферного разряда и др.);

4 ) состав электромагнитного спектра:

5 ) расстояние между параллельно проложенными кабелями (зона взаимного электромагнитного влияния);

6 ) тип и конструкция кабеля;

7 ) затухание взаимного электромагнитного влияния;

8 ) качество соединений между кабелями и соединительными зажимами;

В рамках документов, являющихся основой данного пособия [4, 5, 8 — 13], принято, что электромагнитная среда соответствует требованиям Стандартов МЭК 61000-6-1 — 61000-6-4 к помехам, передающимся проводным и радиационным путем.

При горизонтальной прокладке кабелей следует соблюдать следующие условия:

— при длине трассы не более 35 м разделение силовых и информационных кабелей не требуется;

— при длине трассы более 35 м силовые и информационные кабели должны быть разделены по всей длине за вычетом последних 15 м, присоединяемых к оборудованию (см. рис. 18).

Параллельная прокладка кабелей с разделительной перегородкой и без нее показана на рис. 19 А и 19 В. При этом:

1 ) участок с минимальным расстоянием А на рис. 19 А а) представляет наихудшие условия между точками крепления кабелей;

2 ) если на участке прокладки отсутствует промежуточное крепление кабелей, а также отсутствуют разделительные перегородки, следует считать, что расстояние между силовыми и информационными кабелями равно нулю, как показано на рис. 19 А в);

3 ) при прокладке кабелей в смежных отсеках кабельного короба, разделенных перегородкой, или в других кабелепроводах. имеющих перегородку, в случае отсутствия крепления кабелей по их длине, расстояние между кабелями следует считать равным толщине перегородки (рис. 19 В а)):

4 ) при прокладке кабелей в несмежных отсеках кабельного короба или в других кабелепроводах, имеющих более одной разделительной перегородки, в случае отсутствия крепления кабелей по их длине расстояние между кабелями следует принимать равным расстоянию А между разделительными перегородками (рис. 19 В в)).

Примечание: Указания табл. 2 и условия 1) — 4) относятся не только к кабелям, но и к проводам аналогичного исполнения.

В местах пересечения кабели должны быть проложены под прямым углом друг к другу.

Таблица 2 . Расстояния, разделяющие информационные и силовые кабели при их прокладке по одной трассе.

Минимальное расстояние А

Без перегородки или с неметаллической перегородкой 1)

С алюминиевой перегородкой

Со стальной перегородкой

Неэкранированный силовой кабель и неэкранированный информационный кабель 2)

Неэкранированный силовой кабель и экранированный информационный кабель 2)

Экранированный силовой кабель и неэкранированный информационный кабель 2)

Экранированный силовой кабель и экранированный информационный кабель 2)

1) Принято, что при наличии металлической перегородки обеспечивается экранирующий эффект, соответствующий магнитным свойствам материала перегородки.

2) Экранированные и неэкранированные информационные кабели должны соответствовать европейским стандартам серии EN 50288 или стандарту МЭК 61156, Изд. 2, 2002 г.

5.2 Выбор конструкций

При выборе материала и формы конструкций для прокладки кабелей необходимо учитывать следующие факторы:

1 ) мощность электромагнитного поля вдоль трассы (расстояние от источников электромагнитных помех, передающихся, как электропроводным путем, так и излучением);

2 ) официально подтвержденный уровень проводных и излучаемых воздействий;

3 ) конструкция кабелей: экранированные, витые, волоконно-оптические;

4 ) уровень устойчивости информационного оборудования к помехам;

5 ) другие ужесточающие воздействия окружающей среды: химические, механические, климатические, пожароопасность и т.п.;

6 ) возможность последующего расширения сети информационного технологического оборудования.

Неметаллические конструкции в электропроводках могут быть применены в условиях:

— электромагнитной среды со стабильно низким уровнем помех;

— низкого уровня излучений силовыми кабелями:

— применения волоконно-оптических кабелей.

При применении металлических конструкций для прокладки проводов и кабелей сопротивление электропроводки воздействию помех зависит от профиля конструкции (плоскость, U-образная форма, труба и т.п.), а не от площади ее поперечного сечения.

Наилучшими являются замкнутые профили, т.к. они лучше всего снижают влияние электромагнитного поля общего типа. Лотки, преимуществом которых является удобство прокладки кабелей, почти всегда имеют щели в днище. Если нельзя избежать прокладки в лотках, следует выбирать лотки с наиболее узкими щелями, ось которых совпадает с осью лотка (см. рис. 21).

Размеры конструкций для электропроводок следует принимать с учетом последующей дополнительной прокладки определенного количества кабелей при расширении или реконструкции.

Высота пучка кабелей в лотке не должна быть более высоты боковой стенки (см. рис. 22). Для улучшения защитных электромагнитных свойств лотка рекомендуется применять лотки с крышками П-образной формы.

При применении лотков U-образной формы наибольшее снижение влияния внешнего электромагнитного поля происходит вблизи двух углов лотка, поэтому предпочтительными являются глубокие лотки (см. рис. 22).

5.3 Рекомендации по монтажу

5.3.1 . Металлические или композитные конструкции, специально сконструированные для обеспечения электромагнитной совместимости

При монтаже металлических или композитных лотков и коробов, специально сконструированных по условиям электромагнитной совместимости, особое внимание должно быть уделено соединению отдельных секций этих изделий между собой.

Наилучшим является соединение сваркой непрерывным швом по всему периметру профиля. Допускается выполнять болтовые, винтовые, клепаные соединения при условии обеспечения надежности контактных соединений (контактные поверхности зачищены до металлического блеска, метизы изготовлены из проводящего материала), защиты их от коррозии и соответствия требованиям ГОСТ 10434 к контактным соединениям класса 2.

Профиль не должен изменяться в пределах секции.

Не следует выполнять соединение секций при помощи коротких круглых проводников или узких полос, т.к. при этом значительно увеличивается полное сопротивление (импеданс) в месте соединения, в результате чего снижается уровень защиты электропроводки от внешних электромагнитных воздействий (см. рис. 23). Так при частотах, начиная от нескольких МГц и выше, соединение двух секций при помощи плетеной медной косички длиной 10 см снижает экранирующий эффект лотка в более, чем 10 раз.

Очень важно во всех случаях изменения или расширения установки выполнять работы под самым пристальным компетентным наблюдением и руководством, гарантирующим соблюдение требований электромагнитной совместимости (например, чтобы металлические трубы не были заменены пластмассовыми).

Для улучшения условий электромагнитной совместимости рекомендуется прокладывать кабели по элементам строительных конструкций зданий таким, как стальные тавровые, двутавровые, швеллерные, уголковые балки с большой площадью поперечного сечения и большой площадью поверхности, образующие, как правило, непрерывную заземленную конструкцию, имеющую, кроме того, большое количество повторных заземлений. Прокладывать кабели при этом рекомендуется в углах, а не по поверхности стенок этих конструкций (см. рис. 24)

Металлические и композитные конструкции для прокладки кабелей, конструируемые специально по условиям электромагнитной совместимости, всегда должны на обоих концах присоединяться к дополнительной системе уравнивания потенциалов. При длине трассы более 50 м рекомендуется выполнять повторные заземления (присоединения к заземленным конструкциям или к частям дополнительной системы уравнивания потенциалов) с ненормируемыми интервалами. Проводники, присоединяющие лотки, короба, трубы и т.п. к системе уравнивания потенциалов, должны иметь кратчайшую длину.

Крышки металлических лотков и коробов должны отвечать тем же требованиям, что и основания лотков и коробов. Предпочтительными являются крышки с большим количеством соединений с основанием. Если это невозможно, каждая крышка должна быть присоединена к основанию кабельного лотка как минимум на обоих концах при помощи коротких перемычек, например, медных плетеных косичек длиной не более 10 см.

В случае прохода электропроводки, выполненной в специально сконструированных по условиям электромагнитной совместимости лотках или коробах, сквозь стену или, например, сквозь огнепреградительный барьер, две секции лотка или короба, находящиеся по разные стороны стены (барьера), должны быть соединены между собой при помощи перемычки с минимальным сопротивлением, например, плетеной или сетчатой медной полосы (см. рис. 25 ).

5.3.2 . Неметаллические конструкции для прокладки кабелей

Если информационное оборудование не подвергается воздействию низкочастотных помех, а электропроводка выполнена неэкранированными кабелями в неметаллических лотках или коробах, для улучшения свойств электромагнитной совместимости проводки внутри лотка или короба должен быть проложен проводник, выполняющий функцию шунтирующего проводника системы уравнивания потенциалов. Оба конца этого проводника должны быть присоединены к дополнительной системе уравнивания потенциалов. Присоединения должны быть выполнены к металлическим частям с низким импедансом, например, к корпусу шкафа, в котором размещено оборудование.

Шунтирующий проводник следует выбирать по условию стойкости к воздействию мощного электромагнитного поля общего типа и стойкости к токам короткого замыкания в силовой сети.

6 Библиография

1 . Правила устройства электроустановок ( ПУЭ ). Седьмое издание.

Главы 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности».

2 . ПУЭ . Седьмое издание. Глава 1.8. «Нормы приемо-сдаточных испытаний» (проект).

3 . ПУЭ . Седьмое издание. Глава 2.1. «Электропроводки» (проект).

4 . ГОСТ Р 50571.21-2000 . Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж оборудования. Раздел 548. Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации.

5 . ГОСТ Р 50571.22-2000 . Электроустановки зданий. Часть 7. Требования к специальным установкам. Раздел 707. Заземление оборудования обработки информации.

6 . ГОСТ Р 50571.20-2000 . Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 444. Защита электроустановок от перенапряжений, вызванных электромагнитным воздействием.

7 . ГОСТ Р 50571.16-99 . Электроустановки зданий. Часть 6. Испытания. Глава 61. Приемо-сдаточные испытания.

8 . ГОСТ Р МЭК 50950-2002. Безопасность оборудования информационных технологий.

9 . Стандарт МЭК: IEC 60950-1-2001 Information technology equipment Safety — Part 1: General requirements.

10 . Европейский стандарт EN 50310-2000. Application of equipotential bonding and earthing in buildings with information technology equipment

11 . Европейский стандарт EN 41003-1998. Particular safety requirements for equipment to be connected to telecommunication network.

12 . Европейский стандарт EN 50174-1. Information technology — Cabling installation.

Part 1. Specification and quality assurance.

Part 2. Installation planning and practices inside building.

13 . Документ МЭК 64/1341/CD. Поправка 2 к стандарту МЭК IEC 60 364-4-444. Ed. 1. Electrical installations of buildings. Part 4-44: Protection for safety. Protection against voltage disturbances and measures against electromagnetic influences. Clause 444. Measures against electromagnetic influences.

14 . Воробьев А.Ю. Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем. Ecoprog. Екотрендз, М., 2003.

15 . Документ А5Е00105492-02. Программируемый контроллер S7-300. Аппаратура и монтаж. Приложение 12.

7 Приложение.

Примеры способов снижения влияния помех

Рис. 1 . Проводник для шунтирования экрана в общей системе уравнивания потенциалов

Рис. 2 . Пример замещающего или шунтирующего проводника уравнивания потенциалов в системе ТТ

1) В нормальном режиме на проводнике РЕ отсутствует падения напряжения D U

2) Контур, образованный кабелями оборудования обработки информации и сигнализации, имеет ограниченную площадь.

Рис. 3 А. Предотвращение протекания нулевого рабочего тока по цепям системы уравнивания потенциалов, при применении системы TN-S в здании, начиная от ввода в электроустановку и включая распределительные и групповые цепи.

1) В нормальном режиме на проводнике РЕ отсутствует падения напряжения D U

2) Контур, образованный кабелями оборудования обработки информации и сигнализации, имеет ограниченную площадь.

Рис. 3 В. Предотвращение протекания нулевого рабочего тока по цепям системы уравнивания потенциалов при применении системы TN-S в здании, начиная от трансформаторной подстанции

1) В нормальном режиме на проводнике РЕ отсутствует падения напряжения D U

2) Контур, образованный кабелями оборудования обработки информации и сигнализации, имеет ограниченную площадь.

3) Сторонняя проводящая часть

Примечание: Ток, протекающий в системе TN-S только по нулевому рабочему проводнику, в системе TN-C-S протекает также по экранам и шунтирующим проводникам информационных кабелей, открытым проводящим частям, а также сторонним проводящим частям, таким, например, по металлическим строительным конструкциям здания.

Рис. 4 . Система TN-C-S в электроустановке здания

1) В нормальном режиме на проводнике РЕ отсутствует падения напряжения D U

2) Контур, образованный кабелями оборудования обработки информации и сигнализации, имеет ограниченную площадь.

Рис. 5 . Система ТТ в электроустановке здания.

1) В нормальном режиме на проводнике РЕ отсутствует падения напряжения D U

2) Контур, образованный кабелями оборудования обработки информации и сигнализации, имеет ограниченную площадь.

Рис. 6 . Система IT в электроустановке здания

Рис. 7 . Питание от нескольких источников в системе TN с заземлением нейтралей источников в одной общей точке

Рис. 8 . Питание от нескольких источников в системе ТТ с заземлением нейтралей источников в одной общей точке

Рис. 9 . Примеры ввода в здание бронированных кабелей и металлических труб

Рис 10 А. Питание электроустановки с трехфазной сетью от двух источников с четырехполюсными выключателями на вводах.

Рис. 10 В. Питание электроустановки с трехфазной сетью от двух источников с трехполюсными выключателями на вводах (недопустимо)

Примечание: При применении трехполюсных выключателей на вводах в электроустановку электромагнитные поля генерируются блуждающими токами.

Рис. 10 С. Питание электроустановки с однофазной сетью от рабочего

Обозначения

· — точки уравнивания потенциалов проводников защитного и функционального заземления

FE — проводник функционального заземления (выборочно), применение и уравнивание которого задается эксплуатирующей организацией.

УЗП Устр-во защиты от перенапряжений

= PE-проводник

= N-проводник

= Фазный проводник

Рекомендуемые меры

1 ) Ввод в здание кабелей и труб в одном и том же месте.

2 ) Прокладка по одной трассе с необходимым разделением и исключением контуров (петель).

3 ) Уравнивание потенциалов проводниками кратчайшей длины и использование заземленного проводника параллельно информационному кабелю.

4 ) Применение экранированных кабелей или проводов со скрученными парами.

5 ) Запрет применения системы TN-C после точки ввода

6 ) Применение разделительных трансформаторов.

7 ) Выполнение горизонтальной дополнительной системы уравнивания потенциалов.

8 ) Применение оборудования класса II.

Рис. 11 А. Пример обеспечения требований электромагнитной совместимости в существующем здании

1) Низкоомное соединение по кратчайшему пути.

3) Защитный проводник (РЕ), проложенный в непосредственной близости от информационных кабелей для уменьшения площади контура (петли)

4) Проводник функционального заземления (FЕ), например, проводник передачи рабочего сигнала при использовании земли в качестве обратного провода

ПРИМЕЧАНИЕ: Если оборудование NT и ТЕ имеет непроводящие оболочки, проводник РЕ к оболочкам оборудования не присоединяется

Рис. 11 В. Пример простой схемы основной системы уравнивания потенциалов информационного оборудования в здании.

1) Например, при использовании земли в качестве обратного провода

2) Низкоомное соединение по кратчайшему пути

3) Главная заземляющая шина может быть размещена в ВРУ

Рис. 11 С. Пример основной системы уравнивания потенциалов информационного оборудования в здании.

Рис. 11 Д. Пример улучшенной (сложной) системы уравнивания потенциалов информационного оборудования в здании

Рис. 13 . Пример радиального соединения защитных проводников (звезда)

Заземляющий проводник (защитный или функциональный)

Проводники функционального уравнивания потенциалов. Длина этих проводников должна быть минимальной, например, < 50 см

Рис. 14 . Пример радиально-сетчатой системы уравнивания потенциалов

(Основа — радиальная сеть. На конце каждого радиуса — местное сетчатое уравнивание)

Рис. 15 . Пример сетчато-радиальной системы уравнивания потенциалов

(Основа — сетчатая структура большой площади, на которой размещена радиальная сеть)

Рис. 16 . Пример системы уравнивания потенциалов без присоединения молниезащиты

Рис. 17 . Условное изображение проблемы электромагнитной совместимости

Рис. 18 . Разделение силовых и информационных кабелей.

Рис. 19 А Пример параллельной прокладки силовых и информационных кабелей
без разделительной перегородки (разделителя)

Рис. 19 В Пример параллельной прокладки силовых и информационных кабелей,
разделенных перегородкой (разделителем)

ПРИМЕЧАНИЕ: Все металлические части надежно соединены между собой и присоединены к системе уравнивания потенциалов.

Рис. 20 . Разделение кабелей в электропроводках

Рис. 21 . Влияние конструкции металлических лотков на уровень электромагнитной совместимости

Рис. 22 . Влияние глубины металлических лотков (коробов) на уровень электромагнитной совместимости

Рис. 23 . Соединение секций металлических лотков

Рис. 24 . Расположение кабелей внутри металлических профилей

Рис 25 . Соединение секций металлических лотков в местах прохода сквозь стену

Рабочее заземление

Работа с электроприборами, не подключенными к заземляющему контуру или заземленными с нарушением правил электробезопасности, может стать причиной несчастных случаев на производстве.

Также это приводит к выходу из строя как самих электроустановок, так и сопутствующего защитного и измерительного оборудования.

Правильно подключенное защитное заземление электроустановок обеспечит их защиту в случае выхода из строя изоляции токоведущих частей.

Общие сведения

Заземлением называется мероприятие по созданию контакта между корпусом электроустановки и землей, с целью защиты обслуживающего персонала и электроустановок.

В случае правильного подключения системы заземления электроустановок, при пробое изоляции, большая часть тока уйдет по заземляющему контуру, который имеет меньшее сопротивление, чем другие элементы цепи.

Согласно правилам безопасности, электроустановки и другие приборы, которые подлежат заземлению, можно подключить к естественным заземлителям. В их качестве используют:

• имеющие непосредственный контакт с землей металлические каркасы помещений;
• металлическую защитную обмотку кабелей, закопанных в землю;
• проложенные в земле металлические трубы (за исключением трубопроводов с горючими смесями);
• железнодорожные рельсы.

Подключение таких конструкций к электроустановкам позволяет снизить затраты на оборудование заземления.

Важность сопротивления

Основным параметром эффективности заземления электроустановок является величина электрического сопротивления.

Согласно нормам ПУЭ (Правил Устройства Электроустановок) сопротивление заземлителя на жилых объектах с напряжением сети 220 и 380 Вольт, должно составлять не более чем 30 Ом.

Сопротивление промышленного оборудования (трансформаторных подстанций, генераторов, сварочного оборудования и других приборов) не более чем 4 Ом.

Чтобы достигнуть заданного в ПУЭ значения сопротивления, необходимо обеспечить заземляющее устройство высокой проводимостью.

Для увеличения проводимости заземлителя в электроустановках и уменьшения его сопротивления необходимо выполнить одно из условий.

Во-первых, можно увеличить площадь соприкосновения заземляющего контура с землей. Достигается или увеличением площади металлической рамки заземлителя или помещением в грунт дополнительных стальных прутьев.

Во-вторых, можно повысить проводимость земли в месте установки заземлителя. Сопротивление повышается, если грунт поливать соляным раствором.

Еще один способ заключается в замене кабеля, идущего от корпуса электроприбора к контуру заземлителя, на кабель, имеющий большую токопроводимость.

Защита электроприборов

Для обеспечения необходимой защиты от поражения электрическим током применяются следующие защитные мероприятия:

• установка защитных ограждений;
• надежная изоляция всех токоведущих элементов;
• защитные оболочки;
• ограничение зоны досягаемости;
• по возможности, использование малого напряжения.

На случай пробоев и изоляции и утечки напряжения на корпус электрооборудования применяются такие методы защиты, как заземление, выравнивание потенциалов, дополнительная изоляция токоведущих частей оборудования. В некоторых случаях требуется установка изолирующих (непроводящих электричество) помещений.

В случаях, когда наряду с заземлением применяются другие меры защиты от поражения электрическим током, они не должны оказывать друг на друга негативного влияния и снижать эффективность защиты оборудования и персонала.

Применение естественных элементов заземления возможно только в том случае, если исключается возможность нанесения им какого-либо ущерба, вследствие протекания по ним электрического тока.

Требования к электробезопасности

Если различные виды электроустановок располагаются на смежной территории, следует использовать одно общее заземляющее устройство, отвечающее всем необходимым параметрам безопасности.

Заземляющее устройство, применяемое для защиты электрического оборудования имеющее одно или разное назначение, в обязательном порядке должно соответствовать правилам безопасности. Каждое требование, предъявляемое к устройству заземления электроустановок, должно соблюдаться.

Для соединения заземляющего контура различного электрического оборудования в одну общую заземляющую сеть, можно применять как естественные, так и искусственные заземляющие устройства.

Пиковое значение напряжения утечки и сопротивление заземляющей сети должно отвечать требованиям электробезопасности и обеспечивать надежную защиту при любых атмосферных явлениях, и в любое время года. При расчете сопротивления заземляющих устройств, следует учитывать параметры всех естественных и искусственных заземлителей.

Все элементы схемы заземления должны быть устойчивы к внешним механическим воздействиям, влиянию высокой температуры и любых атмосферных явлений.

Основные типы

Согласно ПУЭ (Правил Устройства Электроустановок) существуют система заземления ТN (включающая в себя группы TN-C, TN-S, TN-C-S), TT и IT. Латинские буквы в обозначении имеют следующее значение:

• Т – источник питания соединен с землей;
• S – размыкание осуществляется разными проводниками;
• N – нейтраль;
• C – размыкаются одним проводником;
• I – изолированная токоведущая часть.

Зная, что означает каждая буква обозначения, можно определить устройство и принцип работы заземляющего устройства, к которому подключается электрооборудование.

Система ТN

Наиболее часто встречающаяся система защитного заземления. Главной ее особенностью служит наличие заземленной «наглухо» нейтрали питающей сети. Иными словами, нулевой выход питающей сети напрямую соединен с заземляющим контуром.

TN-C – данная система заземления широко применялась при постройке старых жилых помещений, а в наше время не используется при строительстве домов, так как является устаревшей и не отвечает всем стандартам безопасности.

Такой вид заземления электроприборов применяется в трехфазных сетях с четырехжильным кабелем и однофазных сетях с кабелями имеющими две жилы.

Главным недостатком данного типа, является отсутствие в кабелях защитной жилы заземления.

TN-S – система, часто используется для подключения зданий к электрической сети. Имеет наивысшую степень защиты, среди всех систем заземления.

Нулевой и рабочий проводник, в этой системе, прокладываются отдельно друг от друга, при этом защитный проводник соединяется со всеми токоведущими частями зачищаемого оборудования.

TN-C-S – в этой системе, жила защитного проводника соединена с нейтральной рабочий жилой. Согласно правили электробезопасности, для системы TN-C-S требуется установка дополнительного заземления.

Система TT

Эта система широко применяется для обеспечения электробезопасности питающих подстанций и установок, имеющих отдельное заземляющее устройство. Часто используется для защиты отдельно стоящих помещений (гаражи, ларьки, ангары и другие сооружения).

Система IT

Источник питания в данной системе изолирован воздушной прослойкой или соединен элементом с большим сопротивлением, что позволяет существенно снизить ток утечки.

Система заземления типа IT наиболее часто применяется в медицинских заведениях и лабораториях, для обеспечения корректной работы высокоточных, чувствительных к скачкам напряжения приборов.

Цели заземления

Защитное заземление нужно для защиты людей от поражения электрическим током для оборудования с напряжением питания от 42 В переменного или от 110 В постоянного тока, за исключением взрывоопасных зон. Но в тоже время защитное заземление часто приводит к увеличению уровня помех в АСУ ТП.

Электрические сети с изолированной нейтралью используются для избежания перерывов питания потребителя при единственном повреждении изоляции, поскольку при пробое изоляции на землю в сетях с глухозаземлённой нейтралью срабатывает защита и питание сети прекращается. Сигнальная земля служит для упрощения электрической схемы и удешевления устройств и систем промышленной автоматизации.

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 экранная земля используется для заземления экранов. Экранная земля используется для заземления экранов кабелей, экранирующих перегородок, корпусов приборов, а также для снятия статических зарядов с трущихся частей транспортёрных лент, ремней электроприводов.

Функциональное заземление ПУЭ — Пожарная безопасность

При построении структурированных кабельных систем (СКС), сетей передачи данных и ЛВС, а также других объектов информационных технологий у многих специалистов-электриков закономерно возникают вопросы по проектированию заземления. Чтобы не было неопределенностей в этих вопросах введем базовые понятия и определения в этой сфере знаний.

В соответствии с международными и российскими нормативными документами имеются два больших класса заземлений: защитное и функциональное заземление. Также можно использовать терминологию (рабочее или информационное заземление).

Исходя из этих факторов, шины заземления или проводники, маркируются как PE — защитное заземление и FE — функциональное заземление.

Воспользуемся основным нормативным документом для инженера-электрика, а именно, «Правилами устройства электроустановок» ( ПУЭ п.1.7.29 ): Защитное заземление выполняется только в целях электробезопасности. При работе с любыми электроприборами персонал должен быть надежно защищен от токов низкой частоты и высокой амплитуды, которые представляют серьезную угрозу здоровью и жизни каждого человека.

А вот заземление, которое мы называем информационным (функциональным), обеспечивает именно работу самой электроустановки. То есть, такое заземление выполняется не в целях электробезопасности объекта. При разработке таких систем можно исходить из положений ПУЭ п. 1.7.30.

Проектировщику надо знать, что нельзя использовать только информационное заземление, без применения защитного. Работа функционального заземления идет с токами высокой частоты и низкой амплитуды и задача его обеспечить электромагнитную совместимость (ЭMC) и защитить от электромагнитных помех.

Токи ВЧ низкой амплитуды непосредственно не угрожают жизни человека, но могут влиять на качество связи, например в СКС.

При определении задач FE советуем руководствоваться ГОСТ Р 50571.22-2000 п. 3.14 (707.2), который как раз таки описывает как спроектировать заземление для систем обработки информации и связи.

Проектировщики, как правило, выставляют жесткие требования, при соблюдении которых на корпусе заземляемого устройства не должно быть даже самого маленького электрического потенциала. Именно это условие и есть залог нормального функционирования оборудования связи или информационных технологий.

Как выполнить функциональное заземление на объекте?

Для этой цели необходимо использовать заземляющее устройство функционального заземления вместе с функциональными проводниками, которые служат для соединения электроприемников с главной заземляющей шиной. При этом, согласно ГОСТ 50.571-4-44-2011 п. 444.5.1.

все проводники защитного и функционального заземления должны быть соединены с этой шиной, а заземлители соответствующего назначения соединены между собой.

Такие меры необходимы для исключения их влияния друг на друга, которое приводит к опасному повышению напряжения, риску повреждения оборудования и опасности поражения электрическим током. Если следовать положениям ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 548.3.

1, то можно реализовать такое схемное решение: объединяем функциональные и защитный проводники (соответственно FE и PE) в специальный проводник (PEF-проводник). А уж затем присоединим его к ГЗШ, так называемой, главной заземляющей шине электроустановки.

В TN-S системе для функционального заземления разрешается использовать PE-проводник цепи питания оборудования обработки информации.

Требования к информационному заземлению

FE-заземление обычно описывается требованиями, которые излагаются в эксплуатационной документации изготовителя изделия (паспорт, технические условия, технический регламент и пр.) или в ведомственных нормативных документах.

К примеру, для продуктов и систем информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), ранее средств ВТИ, будем использовать положения нормативного документа СН 512-78 («Технические требования к зданиям и помещениям для установки средств вычислительной техники»). Опираясь на инструкции, изложенные там, приходим к выводам, что сопротивление заземления такого оборудования не должно превышать 1 Ом.

А вот если мы проектируем заземление для чувствительных медицинских приборов, то это значение будет не более 2-х Ом. («Пособие по проектированию учреждений здравоохранения к СНиП 2.08.02-89»). Здесь используется, так называемая «лучевая схема заземления», с заземлителем типа FE (низкоомным), что приводит к работе без электрических помех всего комплекса ИКТ.

В отдельных случаях так же возможно использовать и модульный глубинный заземлитель. Введем понятие электромагнитной совместимости (ЭМС) оборудования и для этого обратимся к ГОСТ Р 50397-92 (МЭК-50-161-90).

ЭМС оборудования, рассматривается в общем случае, как способность оборудования качественно работать в условиях заданной электромагнитной обстановки и не создавать недопустимых помех электромагнитной природы другим приборам и электросети. И далее с этих позиций попытаемся выяснить причинно – следственную связь между FE – заземлением, ЭМС и безопасностью ИКТ.

Причины распространения функционального заземления

Первая причина В 90-х гг. с увеличением распространения вычислительной техники, мощность которой постоянно увеличивалась, возникла необходимость обеспечить ее надежную работу в сетях типа ТN-C.

На рис. 1 показана схема рабочего заземления с использованием PEN-проводника (совмещенного нулевого рабочего N и нулевого защитного PE):

Информация передается по линии связи между 2-мя компьютерами. Возьмем за отправную точку корпусное заземление. Заземление, выполненное проводником РЕN, по которому текут рабочие токи, приводит к разнице потенциалов между корпусами приборов. Получается, что в линию связи вносится разница потенциалов, пульсации, гармоники и высокочастотные помехи при работе оборудования с большими реактивными токами.

Решением проблемы служило локальное применение отдельной системы рабочего заземления, которое обеспечивало устойчивую работу компьютеров. Стоит отметить, что стоимость перехода на «пятипроводную» систему типа TN-S была значительно выше.

Вторая причина Распространению функционального заземления также способствовало плохое состояние защитного заземления в электроустановках. При поставках «чувствительной» электронной техники от заказчика требовалось создание отдельного заземления.

Третья причина Возникновение специфических и строгих требований по защите информации, особых лабораторий и других аналогичных объектов также послужило распространению FE.

Информационное заземление

При построении структурированных кабельных систем (СКС), сетей передачи данных и ЛВС, а также других объектов информационных технологий у многих специалистов-электриков закономерно возникают вопросы по проектированию заземления. Чтобы не было неопределенностей в этих вопросах введем базовые понятия и определения в этой сфере знаний. В соответствии с международными и российскими нормативными документами имеются два больших класса заземлений: защитное и функциональное заземление.

Также можно использовать терминологию (рабочее или информационное заземление). Исходя из этих факторов, шины заземления или проводники, маркируются как PE — защитное заземление и FE — функциональное заземление.

Воспользуемся основным нормативным документом для инженера-электрика, а именно, «Правилами устройства электроустановок» ( ПУЭ п.1.7.29 ): Защитное заземление выполняется только в целях электробезопасности.

При работе с любыми электроприборами персонал должен быть надежно защищен от токов низкой частоты и высокой амплитуды, которые представляют серьезную угрозу здоровью и жизни каждого человека.

Для чего нужно заземление оборудования обработки информации

Когда речь идет о заземлении, мы привычно связываем тему разговора с защитным заземлением, призванным оградить человека от опасного электрического потенциала, случайно появляющегося на корпусах электрооборудования. При помощи защитных проводников PE и шины заземления их корпуса соединены с заземлителем, что обеспечивает стекание потенциала через контуры заземления в грунт. Однако существует еще один класс заземления, к защитному не имеющий никакого отношения – это так называемое функциональное (рабочее или информационное) заземление. Основная роль, отведенная функциональному заземлению – обеспечение электромагнитной совместимости электрооборудования, работающего в области информационных технологий, связанных с обработкой и передачей данных.

В отличие от защитного заземления, призванного защитить человека от напряжений низкой частоты с высокой амплитудой, информационное заземление защищает аппаратуру от высокочастотных помех, амплитуда которых угроз человеку не несет. Тем не менее, помехи сказываются, например, на качестве передачи информации, без функционального заземления вероятна технологическая утечка конфиденциальной информации.

Учитывая, что использование функционального заземления (FE) не отменяет защитного, которое должно присутствовать во всех электроустановках, оно выполняется посредством организации отдельного контура заземления, а заземлитель функционального заземления должен иметь электрическое соединение с защищаемыми объектами при помощи специальных шин и защитных заземляющих проводников FE.

Особенности организации функционального заземления

При проектировании систем функционального заземления необходимо учитывать требования, предъявляемые к нему технической документацией на электронное оборудование, для которого оно предназначено, в частности предъявленной величине сопротивления функциональному заземлению. Например, для электронных устройств систем информационно-коммуникационных технологий величина сопротивления заземлителя не должна превышать 1 Ома, в то время как для высокочувствительного медицинского оборудования оно может достигать 2 Ом.

Для обеспечения главного требования – электробезопасности для систем заземления TN-S защитное и функциональное заземление должны входить в систему уравнивания потенциалов и составлять общую электрическую цепь. С этой целью защитные проводники PE и FE объединяются и присоединяются к главной заземляющей шине, в качестве защитного проводника в данном случае используется проводник питания PE, а независимый функциональный проводник FE соединен с низкоомными независимыми заземлителями. При таком решении система уравнивания потенциалов одновременно:

• защищает персонал от поражений электрическим током;
• повышает помехозащищенность электронных схем;
• увеличивает информационную безопасность систем.

В ряде случаев требуется независимое исполнение функционального заземления, примером тому могут служить медицинские учреждения с высокочувствительным оборудованием. В таких ситуациях заземлители различных систем заземления должны быть разнесены на расстояние не менее 20 метров друг от друга с целью исключения взаимного влияния. В распределительных шкафах шины функционального заземления FE выполняются изолированными от самого шкафа, а шкаф присоединяется на шину защитного заземления PE.

С появлением модульных (штыревых) заземлителей предоставляется возможность создания глубинного заземления глубиной в десятки метров с сопротивлением в доли Ома. Такое решение позволяет использовать один общий заземлитель, являющийся защитным повторным заземлением и удовлетворяющий по параметрам функциональному заземлению.

Смотрите также другие статьи :

Измерение качества электрической энергии

Любые электроприборы и оборудование разрабатываются для работы в определенных условиях. Все составные элементы предусматривают характеристики, способные производить оптимальную полезность и отдачу при определенных параметрах поступающего тока.

Дефекты и нарушения в электроустановках и на объектах

В данной статье будут описаны основные дефекты и нарушения в электроустановках и на объектах, а также ссылки на нормативные документы, пояснения чем тот или иной дефект опасен или к чему может привести.
Подробнее…

Источник https://masterservisnsk.ru/masteru/logicheskoe-zazemlenie.html

Источник https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293850/4293850592.htm

Источник https://nordtool.ru/bezopasnost/informacionnoe-zazemlenie-2.html