Даний вид заземлення може поєднуватися з захисним заземленням або виконуватися додатково до нього виходячи з вимог виробника обладнання, замовника або нормативних документів.
Захисне заземлення часто є джерелом перенапруг і кондуктивних перешкод в слабкострумових системах автоматичного управління, вимірювального, інформаційного або іншого чутливого до впливу завад обладнання, що спонукає до пошуку ефективних способів захисту подібного обладнання від різного роду перешкод і перенапруг.
Джерела перешкод в мережах заземлення
До контуру захисного заземлення підключено велику кількість електротехнічного обладнання з різними режимами роботи по мережі змінного струму і різної споживаної потужністю. При комутації ланцюгів електропостачання, виробництві електрозварювальних робіт і т. П. Виникають великі перехідні струми, які можуть перевищувати робочі струми в сотні разів і створювати викиди напруги в мережах електропостачання та заземлення.
Протяжна ланцюг електропостачання в разі, коли її основна частина прокладена поза приміщенням по зовнішній трасі, являє собою гарну антену для імпульсних перешкод. При близьких грозових розрядах в ланцюгах електропостачання можуть виникати викиди напруги від 10 до 20 кВ.
Оскільки будь-який заземлення являє собою володіє низьким опором ланцюг повернення струму, паразитні викиди напруги по ланцюгах електропостачання провокують в контурі заземлення кидки струмів значних амплітуд, викликаючи короткочасні зміни різниці потенціалів в його ланцюга величиною до сотень вольт і тривалістю від одиниць до сотень мілісекунд.
Для електротехнічного обладнання. працюючого на змінному струмі, подібні зміни різниці потенціалів в ланцюзі чинного контуру заземлення не створюють проблем.
Для слабкострумових мікропроцесорних пристроїв. напруга електроживлення яких становить 5-12 В постійного струму, зміни різниці потенціалів можуть породжувати паразитні сигнали, які сприймаються електронною апаратурою і призводять до збоїв та відмов у роботі систем автоматики, підвищеної похибки вимірювань, виходу з ладу чутливих елементів, нестабільності регульованих параметрів, помилок в зібраних даних.
Способи захисту інформаційного обладнання від перешкод
1. Мережа з ізольованою нейтраллю
Радикальним рішенням описаних вище проблем з перешкодами щодо захисного заземлення є застосування гальванічної розв'язки з харчування (IT - мережа) з роздільним заземленням силовий і вимірювальної частини системи, що виключає протікання струмів перешкоди від силової землі.
Здійснення гальванічної розв'язки може виконуватися за допомогою розв'язує (розділового) трансформатора або за допомогою автономних джерел живлення: гальванічних батарей і акумуляторів.
Основна ідея гальванічної розв'язки полягає в тому, що в електричному ланцюзі повністю усувається шлях, по якому можлива передача кондуктивної завади. Оскільки в такій мережі немає гальванічної зв'язку між землею, фазою і нейтраллю, то не утворюється замкнене струмовий контур з землею і дотик будь-якого з силових виходів розділового трансформатора є безпечним. Струми витоку на землю складають мікроампери, що значно менше рівня струмів безпеки і не представляє загрози для людини.
Розділовий трансформатор, крім того, є хорошим захистом від імпульсних, грозових перенапруг, що забезпечує більш надійну роботу підключеної апаратури.
Таким чином. висока надійність, електробезпека і перешкодозахищеність мереж з ізольованою нейтраллю є їх незаперечною перевагою.
Разом з тим, застосування розділових трансформаторів з системами контролю ізоляції (СКІ) вимагає чималих витрат і виникає законне питання про доцільність таких расходов.Ета тема заслуговує окремого розгляду.
2. Електромагнітна сумісність обладнання (ЕМС)
У більшості випадків збоїв і відмов в роботі систем автоматики, обчислювальної і вимірювальної техніки можна уникнути дотриманням вимог електромагнітної сумісності обладнання та правил виконання заземлення таких систем:
- Застосування обладнання, яке відповідає вимогам відповідних стандартів на електромагнітну сумісність (ЕМС);
- Застосування в ланцюгах живлять фідерів пристрої захисту від перенапруг;
- Приєднання металевих оболонок кабелів до поєднаної системи зрівнювання потенціалів;
- Поділ силових і сигнальних кабелів і правильне виконання їх перетинів;
- Застосування сигнальних та інформаційних кабелів, які відповідають вимогам виробника до електромагнітної сумісності;
- Силові та сигнальні кабелі повинні бути відокремлені від токоотводов системи блискавкозахисту мінімальним відстанню або за допомогою екранування відповідно до МЕК 62305-3.
- Електроживлення слабкострумових мікропроцесорних пристроїв необхідно проводити від джерел безперебійного електроживлення (UPS), що мають помехоподавляющие мережеві фільтри.
- Зовнішні протяжні мережі електропостачання необхідно прокладати кабелем з екранує оболонкою, яка підключається до діючого контуру захисного заземлення.
- З'єднання заземлювачів функціонального і захисного заземлення з метою зрівнювання потенціалів між ними має виконуватися в одній точці на шині СУП або ГЗШ - струми витоку по РЕ провідника не повинні потрапляти на екрани кабелів.
3. Правильно виконане заземлення
Це один з основних і доступних методів зменшення імпульсних перешкод і перенапруг, які призводять до збоїв при роботі слаботочного мікропроцесорного обладнання. Правильне заземлення зазвичай вирішує бо більшу частину питань зниження перенапруг і перешкод.
4. Уравнивание потенціалів
Зрівнювання потенціалів між заземлювальними пристроями різних призначень є основною умовою забезпечення електробезпеки персоналу. У приміщеннях, призначених для роботи чутливої до перешкод апаратури, обов'язково роблять систему зрівнювання потенціалів. По внутрішньому периметру будівлі повинен розташовуватися кільцевої з'єднувальний провідник, з'єднаний з головною заземлення корпусу. Кільцеві провідники зрівнювання потенціалів повинні розташовуватися також на кожному поверсі. Приклад внутрішнього контуру системи зрівнювання потенціалів по периметру будівлі показаний на рис. 1.
Варіанти функціонального заземлення
1. Реконструкція вже діючих об'єктів
У цьому випадку за умовами роботи інформаційного обладнання часто потрібно низькоомним заземлитель, який виконується додатково до наявного захисного заземлення електроустановки будівлі.
Згідно ПУЕ 1.7.55 «В першу чергу повинні бути взяті до уваги вимоги до захисного заземлення». Іншими словами - на першому місці має бути захист життя і здоров'я людей. Відповідно, шина функціонального заземлення (ШФЗ) повинна бути з'єднана із захисним заземленням на головної заземлювальної шини (ГЗШ) основної системи зрівнювання потенціалів електроустановки будівлі, як показано на рис. 2.
Досвід реконструкції діючих об'єктів показує, що практично на всіх об'єктах, особливо що знаходяться в експлуатації 10 і більше років, виявляються ті чи інші недоліки щодо заземлення: корозія заземлюючих пристроїв, невідповідність вимогам до опору заземлювача, недотримання вимог електромагнітної сумісності.
Тому перед установкою інформаційного обладнання необхідно провести обстеження пристроїв захисного заземлення. Обстеження заземлюючих пристроїв включає в себе: зовнішній огляд, розтин (при необхідності) знаходяться в землі провідників, а також комплекс вимірювань параметрів заземлюючих пристроїв.
За результатами вимірювань повинен бути виконаний відповідний обсяг робіт з відновлення параметрів захисного заземлення, який доцільно поєднати з монтажем функціонального заземлення і переходом (при необхідності) на систему електроживлення TN-S або TN-C-S.
Низькоомним заземлитель функціонального заземлення при цьому бажано виконувати по «променевої» схемою заземлення, яка забезпечує стабільну роботу обладнання. В умовах обмеженого простору можливе використання складеного, глибинного заземлювача.
Функціональне заземлення має свої вимоги до опору заземлення, що відповідають вимогам підприємства-виробника апаратури або відомчі норми. Наприклад, для засобів обчислювальної техніки та інформатики відповідно до СН 512-78 опір заземлення повинен бути не більше 1 Ом, для високочутливої медичної апаратури відповідно до Посібником по проектуванню до СНиП 2.08.02-89 - не більше 2 Ом і т. Д.
2. Проектування нових об'єктів
При проектуванні нових об'єктів з'являється можливість виконати заземлюючих пристроїв повторного захисного заземлення на вводі в електроустановку будинку на необхідний опір функціонального заземлення. яке повинно бути одночасно використано для всіх видів обладнання будівлі.
Схема заземлюючого пристрою повторного захисного заземлення на необхідний опір функціонального заземлення показана на рис. 3.
Така схема останнім часом набуває широкого поширення при проектуванні нових об'єктів і відповідає високому рівню електробезпеки.
3. Незалежне функціональне заземлення
Іноді заземлитель функціонального заземлення доводиться розміщувати окремо, поза зоною впливу природних і штучних заземлювачів електроустановки будівлі.
Виконання функціонального заземлення, не пов'язаного з заземлювальним пристроєм захисного заземлення і основною системою зрівнювання потенціалів будівлі, потрібно розглядати як особливий випадок, в якому повинні бути прийняті спеціальні заходи захисту людей від ураження електричним струмом, що виключають можливість одночасного дотику до частин, приєднаним до системи зрівнювання потенціалів електроустановки будівлі і до частин обладнання, приєднаним до незалежного заземлювального пристрою функціонального заземлення.
Завжди існує можливість виникнення різниці потенціалів між окремими системами заземлення, якщо ці системи заземлення знаходяться в межах зони ненульового потенціалу. Небезпечна різниця потенціалів може виникнути, наприклад, при короткому замиканні на корпус електрообладнання в мережі TN-S (до спрацьовування системи захисту), при спрацьовуванні захисту від блискавок (крокова напруга), при впливі зовнішніх електромагнітних полів і ін.
З точки зору електробезпеки варіант незалежного функціонального заземлення (не пов'язаного з заземлювальним пристроєм захисного заземлення) допусти м, якщо апаратура харчується від розділового трансформатора або заземлювачі різних призначень знаходяться на такій відстані, що між ними є зона нульового потенціалу. Відстань між двома цими заземлювачами повинна бути ≥ 20 м.
Детальніше про територіально зближених і незалежних заземлюючих пристроях см. В статті «Вимоги до заземлюючих пристроїв. Усуваємо протиріччя ». Схема незалежного функціонального заземлення показана на рис. 4.
Необхідність улаштування незалежного функціонального заземлення може виникнути, наприклад, коли виробник інформаційного устаткування прямо вказує на необхідність автономного заземлення (без окремої «функціональної землі» обладнання не працює). В цьому випадку в шафі з обладнанням виробник передбачає дві шини заземлення:
Функціональна шина FE ізольована від корпусу шафи. До неї приєднуються екрани сигнальних (контрольних) кабелів. Шина FE з'єднується мідним ізольованим кабелем (щоб уникнути контакту з металевими конструкціями будівлі) перерізом не менше 1х25 мм2 з заземлювачем, віддаленим від заземлювача захисного (або будь-якого іншого) заземлення на відстань не менше 20 м. Захисне ж заземлення корпусу шафи виконується PE провідником на шину зрівнювання потенціалів, з'єднану з головною заземлення корпусу. Зауважимо, що ця шина FE всередині шафи передбачається самим заводом-виробником обладнання.
В якості ілюстрації на рис. 5 наведено варіант незалежного функціонального заземлення, не пов'язаного з заземлювальним пристроєм захисного заземлення.
Обгрунтування проектних рішень
Щоб не виникало складнощів з узгодженням і здачею проекту, потрібно бути уважним при отриманні ТЗ на проектування. Якщо на проектованому об'єкті застосовується чутливе до впливу перешкод обладнання, то потрібно відразу ж запитати у замовника або у виробника паспорта на дане устаткування, де повинна бути обгрунтована необхідність влаштування незалежного заземлювача і вказано необхідний опір функціонального заземлення. Паспорти (сертифікати) на обладнання, додаються до проекту і служать обгрунтуванням проектних рішень на всіх етапах узгодження проекту.
Незалежне функціональне заземлення виконується за схемою на рис. 4.
Якщо незалежний функціональний заземлитель виробником обладнання не передбачається. то в цьому випадку функціональний заземлення має бути виконане за однією із схем (рис. 2, 3) з урахуванням вимог до електромагнітної сумісності. Ізольована шина функціонального заземлення в цьому випадку може бути встановлена в окремому ящику заземлення, що виключає одночасне дотик до частин, які можуть опинитися під небезпечною різницею потенціалів при пошкодженні ізоляції.
Приклад такого ящика функціонального заземлення показаний на рис. 6.