Rambler's Top100
Статьи ИКС № 10 2005
С.А. СОКОЛОВ  01 октября 2005

Новое Руководство МСЭ по вопросам заземления

В последние годы традиционная проблема организации заземлений в разнообразных электротехнических установках приобрела новые очертания в связи с широким применением чувствительных к помехам электронных устройств. Если старое оборудование вполне мирилось с наводками порядка нескольких (порой десятков) вольт, то для современной техники нежелательны даже наведенные доли милливольт. Эта проблема оказалась тесно связанной с другой – необходимостью экранирования сооружения связи и защиты его от помех.

Еще недавно хорошим считалось заземление, обеспечивавшее низкие потенциалы прикосновения, небольшие шаговые потенциалы и путь распространения сигналов с малым сопротивлением. Этого было достаточно. Для современного электронного оборудования актуальна не только его защита от электромагнитного воздействия внешних полей, но и уменьшение собственного излучения. Поэтому при организации заземления сооружений электросвязи, помимо сооружения собственно системы заземления с приемлемой величиной сопротивления, стоит задача создания внутри и снаружи здания сети соединительных проводников-перемычек для снижения воздействия внешних полей до минимального значения.

Новые задачи систем заземления

Необходимость в заземлении и системе перемычек становится критически важной для цифровых и высокоскоростных систем передачи. Вследствие значительного затухания на высоких скоростях передачи получаемый сигнал становится слабее и потому чувствительнее к помехам. Значит, с одной стороны, в области электромагнитной совместимости должны выполняться требования по ограничению электромагнитного излучения до уровня, позволяющего без помех использовать радиоспектр, с другой – оборудование должно быть устойчивым к влиянию внешних источников помех, таких как линии электропередачи, железные дороги, молнии, электростатические разряды и радиопередатчики.

Главная задача системы заземления – обеспечивать безопасность людей и защищать оборудование от повреждений. Основными причинами опасности, как правило, бывают разряды молний и аварии на линиях электропередачи. Они вызывают протекание больших токов, которые в свою очередь порождают опасные напряжения в установках электросвязи. Следует отметить, что оба упомянутых явления являются внешними по отношению к установке, и земля – единственный для обратного тока путь к источнику. Амплитуда токов в обоих случаях составляет десятки килоампер, а их частота обычно не выходит за пределы от 50 Гц до нескольких мегагерц.

Разница потенциалов между любыми двумя точками оборудования (в отношении прикосновения и шаговых напряжений) должна быть минимальной. Однако эта концепция применима только в тех случаях, когда речь идет о статическом электричестве и постоянном токе. Обычно индукция увеличивает напряжение между точками выше нулевой отметки. Добиться уменьшения напряжения можно с помощью организации системы заземления и перемычек, общей целью которых является установление поверхности относительного нулевого уровня, т.е. создание так называемой эквипотенциальной поверхности.

Современная электронная аппаратура с точки зрения электромагнитной совместимости чувствительна к токам и напряжениям в десятки раз меньшим, чем те, что имеют значение для безопасности людей. Это обстоятельство должно учитываться, особенно для технологий, связанных с сигналами низкого уровня.

Заземляющая система традиционно характеризовалась величиной сопротивления заземления. Этого показателя достаточно для частоты 50 Гц, но не для более высоких значений, когда распространению сигнала может помешать индуктивность соединительных проводников. Поэтому сегодня главной характеристикой системы заземления служит полное сопротивление. Помехи от линии электропередачи или при ударе молнии в землю могут быть также наведены в петле между двумя различными частями оборудования и в системе, когда они подключены к разным точкам заземления.



Методом соединения незащищенных проводящих частей оборудования с внешними проводящими частями, позволяющим поставить их в условия равных потенциалов и избежать высокого напряжения между различными частями системы, может выступать эквипотенциальное соединение. Оно обеспечивает устойчивый уровень сигнала, оптимальные характеристики электромагнитной совместимости, надежную защиту от молний, безопасность людей и оборудования. Создавать это соединение следует таким образом, чтобы получить минимальное значение полного сопротивления. А это во многом зависит от системы соединений и перемычек между металлическими частями оборудования, каркаса здания или арматуры, между металлическими стойками, полками, шкафами и т.д.

Система заземления обязательно должна включать кольцевой проводник, проложенный вокруг здания, в котором расположены устройства электросвязи, на расстоянии около 1 м от фундамента. С кольцевым заземлителем соединяются стержневые. Длину соединительных проводников рекомендуется ограничивать 10 м и прокладывать их по прямой линии.

К системе подключаются защищаемые элементы телекоммуникационной инфраструктуры и здания:
  • кабели электросвязи (включая экраны);
  • силовые кабели с экранами;
  • антенны;
  • трубопроводы;
  • стальная арматура бетонного каркаса и другие металлические части здания.
Экранирующая клетка для оборудования и зданий

В некоторых сооружениях электросвязи для разных систем применялись автономные заземления и соединительные сети. Однако такие изолированные заземленияне рекомендуется использовать для компьютеров или электронных систем, так как эти виды оборудования обычно связаны между собой через землю или через паразитные емкости и взаимные индуктивности. В результате при ударе молнии или при аварии в энергетической системе могут возникнуть опасные переходные напряжения между изолированной системой заземления и другими частями оборудования. Попытки разделить заземления, особенно заземления цепи переменного тока и оборудования связи, обычно непродуктивны, так как металлические проводники часто имеют случайные контакты между собой или с металлическими полками, кронштейнами и другими элементами инфраструктуры, а электромагнитные связи оборудования возрастают вследствие уменьшения плотности соединительных линий.

Использование соединительных перемычек позволяет в большой степени сгладить разницу уровней напряжения металлических структур. Для выполнения этой функции в условиях переходных процессов важно, чтобы индуктивность проводников (следовательно, и их длина) была минимальной, а проводники, находящиеся на периферии телекоммуникационного предприятия, образовывали сеть наподобие увеличенной клетки Фарадея. Периферийная система шин состоит из кольцевых проводников, которые устанавливаются на каждом этаже сооружения по всему внутреннему периметру здания, и вертикальных проводников-перемычек, соединяющих этажные кольцевые структуры с кольцевым заземлением, расположенным на первом этаже. При этом расстояние между вертикальными перемычками должно быть не более 5 м. Любые металлические рамы, шкафы, ограждения, трубопроводы, металлический каркас здания, этажные шины заземления, металлизированные полы и потолки и т.д. должны подключаться к общей соединительной системе в нескольких точках. Периферийная соединительная шина на первом этаже действует как «протяженный» главный терминал заземления.

Создание надежной экранирующей клетки ячеистой структуры вокруг оборудования и всего сооружения электросвязи позволяет свести к минимуму опасные напряжения и помехи при внешнем электромагнитном воздействии на чувствительное оборудование. Поэтому в новом Руководстве МСЭ-Т этому вопросу отведено центральное место.

Системы заземления:
  • обеспечивают разрядам молнии путь в землю таким образом, чтобы защитить сооружение, его персонал и установленное оборудование;
  • ограничивают напряжение прикосновения в области, доступной людям, до уровня ниже опасного даже при ударе молнии или аварии на линии электропередачи;
  • уменьшают уровень шума в управлении цепями, минимизируя разницу напряжений между сигналами связанных подсистем.
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!
Поделиться: