Обеспечение правильного заземления приборов

Грамотное заземление – первое, что необходимо обеспечить для защиты персонала от поражения электрическим током. Однако не только безопасность для работников является приоритетной задачей заземления. Играет здесь роль также защита различного оборудования от возникновения помех и перенапряжений, наведенных сваркой, мощным электрооборудованием или коммутаторами. Поговорим подробнее о том, как обеспечить качественное заземление в системах промышленной автоматизации.

Защитный тип заземления

Защиту необходимо обеспечивать в первую очередь при подключении электроустановки. Это нужно для защиты персонала от удара электрическим током. Для защиты применяется защитное заземление.

Под заземлением понимают преднамеренное электрическое соединение одной из точек сети, оборудования или электроустановки с заземляющей конструкцией. Заземляющей конструкцией или устройством обычно называют соединение заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлитель – это проводящий элемент. Он находится в электрическом контакте с землёй напрямую или через промежуточную среду (промежуточная среда должна быть проводящей).

Многие приравнивают понятие «заземление» к соединению с грунтом. Однако на самом деле оно несколько шире. Оно подразумевает ещё и прямое электрическое соединение, которое применяется для создания общего источника опорного напряжения и для исключения опасных разностей потенциалов, которые могут привести к серьёзным последствиям.

При работе с приборами измерения промышленного типа важно применять не только общие принципы заземления, которые подробно описываются в ПУЭ (правила устройства электроустановок). Здесь важно пользоваться ещё и дополнительными методиками, касающимися организации заземления, которые приводятся производителем тех или иных приборов. Если исключить индивидуальный фактор, касающийся конкретных устройств или оборудования, то можно столкнуться с некоторыми серьёзными сбоями в работе электронной части, как то:

повышенные погрешности в измерениях;
• сбои, возникающие при сборе, обработке и передаче данных;
• поломка оборудования.

Обязательно следует ознакомиться с руководством по эксплуатации устройств прежде, чем приступить к подключению заземления. Например, возьмём руководство по использованию кориолисового счётчика-расходомера «ЭМИС-МАСС 260». Здесь указано, что для организации заземления нужно использовать медный провод, сечение которого составляет не менее 2,5 кв.мм (при этом его длина должна быть предельно короткой). Это требование важно, поскольку устройству требуется обеспечить путь с низким импедансом для рассеивания паразитных токов, поскольку они оказывают сильное влияние на нормальную работоспособность электроблока оборудования.

Также важно учесть, что на заземляющем проводнике не должен присутствовать электрический потенциал (даже малейший). Использовать один провод для подключения к заземлителю двух или более электроблоков тоже нельзя.

Рабочее заземление

Оно же ещё называется функциональным. Рабочее заземление применяется наряду с защитным заземлением, но не в целях безопасности, а в целях обеспечения нормального функционирования электроустановок. Любые шумы и помехи, нарушение стабильности и производительности — всё это поможет решить данный тип установки. Например, сигнальное заземление помогает соединить общий провод цепей передачи информационных сигналов. Но здесь особенно важно обратить внимание на то, правильно ли соединён и экран кабеля с землёй.

Заземление цифровой и аналоговой земли построено на разных принципах. Все основные технические особенности описаны и регламентированы в документации, предоставляемой разработчиком. Для того чтобы исключить прохождение помех через цепи заземления, цифровую и аналоговую землю превращают в несвязанные проводники, которое соединяются лишь в одной общей точке. При этом модули ввода/вывода и промышленные контроллеры оснащены отдельными выводами аналоговой земли (A.GND) и цифровой (D.GND). Допустимо заземление экрана длинного кабеля инфосигнала сразу в нескольких точках (учитывается расчётный шаг заземления).

Специалисты не рекомендуют прокладывать сигнальный кабель в одном кабель-канале или в открытом желобе с силовой проводкой при подключении оборудования. Также стоит отказаться от расположения конструкции близ мощных источников электромагнитных полей. Если возникает такая необходимость, то можно заземлить сигнальную проводку в любой точке сигнального контура.

Одним из кардинальных решений для большинства проблем, которые связаны с организацией заземления, является использование гальванической изоляции цепей. Сегодня это является стандартом в системах промышленной автоматизации. Эта методика помогает полностью устранить путь, по которому может возникнуть кондуктивная помеха (паразитные сигналы, возникающие в проводящих элементах различных устройств). На примере всё той же продукции «ЭМИС» отметим, что электронных блоках всех представленных в ассортименте марки расходомеров предусмотрена гальваническая развязка сигнальных цепей от цепей питания (в частности, речь идёт о развязке цепи частотного, токового и цифрового выходов друг от друга). При этом внешние цепи гальванически развязаны с измерительными цепями в расходомерах.

Основной задачей гальванической развязки является обеспечение защиты внутренних цепей устройства от возникновения помех в сигнальных линиях и цепях питания. А грамотная защита гарантирует снижение риска возникновения ошибок, сбоев и поломок в работе устройства.

Однако гальваническая развязка позволяет решить и другие проблемы:

исключить возникновение паразитных токов по земле, которые могут уравнять потенциалы и снизить таким образом индуктивные наводки, вызываемые токами;
• снизить влияние напряжения синфазной помехи на входе дифференциального приёмника аналогового сигнала;
• исключить вероятность пробоя из-за синфазного перенапряжения входных и выходных цепей модулей ввода и вывода.

Для того чтобы организовать гальваническую развязку, следует подать питание и сигнал в изолированную часть цепи. Для подачи обычно применяются развязывающие или автономные источники питания (например, гальванические батареи или аккумуляторы).

При организации гальванической развязки передача информационного сигнала идёт через оптроны, элементы с магнитной связью, трансформаторы или же оптоволокно.

Организация заземления во взрывоопасных промышленных зонах

О промышленных объектах со спецификой всегда следует говорить отдельно. В случае с объектами, где есть взрывоопасная угроза, организация заземления должна выполняться по определённым правилам. При монтаже многожильным проводом недопустимо использование пайки для спаивания жил друг с другом, поскольку из-за эффекта хладотекучести припоя места контактного давления в винтовых зажимах могут ослабнуть.

Заземление экрана кабеля RS-485 должно осуществляться в одной точке, расположенной вне взрывоопасной зоны. В пределах же зоны экран следует защитить от непреднамеренного соприкосновения с заземлёнными проводниками.

Искробезопасные цепи заземлять в данном случае не требуется, если только в руководстве по эксплуатации конкретного оборудования не указано обратное. Монтаж следует осуществлять так, чтобы наводки от внешних электромагнитных полей не формировали опасного напряжения или тока в искробезопасных цепях. Здесь всегда можно подкорректировать конструкцию экранированием или удалением искробезопасных цепей от источника электромагнитной наводки.

В тех случаях, когда искроопасные и безопасные цепи располагаются в общем пучке или канале, нужно разделить их при помощи промежуточного слоя изоляции или заземлённой металлической перегородкой. Использование кабелей, имеющих металлическую оболочку, не требует дополнительного разделения. Но следует учесть, что при монтаже устройств во взрывоопасной области обычно применяются электрические распределительные сети с изолированной нейтралью. Такой тип подключения помогает снизить риск появления искры в случае короткого замыкания фазы на землю и срабатывания предохранителей в тех случаях, если была повреждена изоляция.