Основные принципы выполнения заземления и прокладки кабелей

Правила выполнения заземления и прокладки кабелей. Во всех последую­щих разделах, посвященных выполнению заземления и прокладки кабелей, будут использоваться основные принципы, изло­женные в гл. 2, 4, 7. Приведем основные положения:

· цепи заземления должны иметь, по возможности, больше взаимных связей. За исключением некоторых ситуаций следует без колебаний увеличивать число связей оборудования с заземляющим устройством, а не увеличивать их сечение;

· следует уменьшать площадь петли электрических (и электронных) цепей. По возможности для цепей, присоединенных к одному оборудованию, следует использо­вать один путь прокладки кабелей. Всегда в качестве прямого и обратных проводов сле­дует использовать жилы одного и того же кабеля. Следует избегать соединения более чем одной точки сигнальной цепи с землей (за исключением некоторых ВЧ-связей коаксиальными кабелями или в случае небольших цепей, построенных на качест­венно выполненной эквипотенциальной плоскости нулевого потенциала);

· следует располагать все части (зазем­ленных) сигнальных цепей по возможности ближе к заземляющим проводникам с целью улучшения коэффициента ослабле­ния и уменьшения передаточных сопротив­лений;

· не следует располагать в непосред­ственной близости цепи (заземления или сигнальные цепи), по которым передаются (или могут передаваться) токи или напряже­ния, сильно различающиеся по амплитуде.

Некоторые изложенные требования, могут иногда оказаться противоречащими Друг другу, особенно когда речь идет о сети заземления, по которой возможно проте­кание больших токов, например токов молнии.

С одной стороны, электрические цепи должны располагаться на определенном расстоянии от подобных заземляющих про­водников. С другой стороны, кабели сле­дует располагать максимально близко к заземляющим проводникам.

Причиной обоих этих требований явля­ется общий принцип уменьшения общего для двух цепей магнитного потока (рис. 10.3).

Противоречивыми также являются тре­бования располагать сигнальные цепи по возможности ближе к заземленным провод­никам и удалять сигнальные цепи от цепей, по которым передаются или могут переда­ваться токи или напряжения большой амп­литуды (уменьшение связи через общее сопротивление).

Компромисс между требованиями может быть достигнут посредством прокладки множества заземляющих проводников в целях уменьшения тока, протекающего по каждому отдельному проводнику, и обеспе­чения пути с низким сопротивлением для протекания наибольших токов.

На рис. 10.4, а, б данные основные пра­вила проиллюстрированы более подробно; на них приведены схемы для сравнения шести различных способов связи провод­ника тока молнии (например, приемное устройство антенны), идущего к заземляю­щему устройству электрической цепи.

На рис. 10.4, а цепь представляет собой вертикальную квадратную петлю, имею­щую относительно большую площадь:

· 1 - часть петли располагается вблизи заземляющего проводника;

· 2 - 2/3 тока молнии отводится непосредственно в землю;

· 3 - ток молнии / протекает на рас­стоянии от сигнальной цепи.

При сравнении этих трех случаев видно, что уровень помех в системе, изоб­раженной на рис. 10.4, а (1) наибольший, а на рис. 10.4, a (3) — наименьший. Под­тверждение этого факта можно найти на рис. 4.6, где показаны форма и амплитуда токов измеренных импульсов и наведенных напряжений.

Рис. 10.3. Индуктивная связь между заземленным проводником, по которому протекает большой ток , и чувствительной цепью ,J или , :

Однако выгода прокладки всей цепи вблизи заземленных проводников стано­вится более очевидной.

На рис. 10.4, а (4) протекающий в зазем­ляющее устройство цепи ток молнии не создает никаких помех в петле, поскольку ток, разделенный на две части, может соз­давать в квадратной (или любой прямо­угольной) петле магнитные потоки одина­ковой амплитуды, но разного направления. На этом рисунке условно показано, что ток, протекающий по правой стороне заземлен­ной цепи в 2 раза больше тока, протекаю­щего по левой стороне, а длина его пути в полтора раза меньше. Следует отметить, что в данной ситуации, а также в боль­шинстве других практических ситуации, ток делится на части, обратно пропор­циональные длинам соответствующих про­водников (при этом делается допущение о приблизительно одинаковом поперечном сечении проводников). При неравенстве токов, а также вследствие наличия на рис. 10.4, а (4) горизонтального участка а ком­пенсация магнитного потока будет непол­ной, и в петле будет индуктироваться напряжение .

Схемы на рис. 10.4, а (5) и 10.4, а (6) менее предпочтительны для данной конк­ретной конфигурации, так как часть тока, попадающего непосредственно в заземлитель, образует петлю, магнитный поток которой не может быть скомпенсирован.

Очевидно, что показанные на рис. 10.4, а расположения цепей редко встречаются в действительности.

Рис. 10.4. Индуктивная связь между устройством молниезащиты:

а – чувствительной к помехам цепью; б – заземленной цепью через общее сопротивление с устройством молниезащиты

Наиболее общая ситуация расположе­ния приведена на рис. 10.4, б, где показано синфазное напряжение, появляющееся на одном конце цепи при заземлении другого ее конца.

Здесь важная часть цепи была наме­ренно установлена в непосредственном контакте с вертикальным заземляющим проводником, по которому может протекать весь ток или часть тока молнии.

В действительности на большинстве приведенных на рис. 10.4, б схем приемная цепь имеет общее сопротивление с провод­ником для тока молнии, и, следовательно, располагается очень близко к нему. Однако значения наведенных напряжений могут быть близкими к значениям напряжений, показанным на рис. 10.4, а.

а) б)

Рис. 10.5. Осциллограммы токов и напряжений в цепях, изображенных на рис. 10.4, а, б

Примеры осциллограмм токов и напря­жении в схемах, показанных на рис. 10.4, а, б приведены на рис. 10.5 (масштаб времени — 0,5 мкс/дел.).

Из изложенного материала можно сде­лать следующий вывод. Если существует возможность избежать протекания боль­ших токов в проводниках системы заземле­ния, то ей следует воспользоваться. Иногда это невозможно, например при ударе мол­нии в антенну. В этих случаях приемлемым решением является создание для тока наи­лучшего (обладающего наименьшим сопро­тивлением) пути в землю

С учетом этого всегда применяется принцип прокладки чувствительных цепей вблизи заземленных элементов. Если существуют сомнения по поводу отсут­ствия сильных токов в заземленных эле­ментах, рекомендуется прокладка цепей в индивидуальных экранах или трубах.

Применение параллельных заземлен­ных проводов. Большое значение имеет передаточное сопротивление между элект­рической цепью и заземленным проводом, включенным параллельно ей специально для снижения уровня помех.

Действие такого провода направлено на снижение уровня наведенного на кабель синфазного напряжения. Это снижение определяется передаточным сопротивле­нием провода по отношению к кабелю. Высокочастотная составляющая сопротив­ления сильно зависит от формы провода, и мало от площади поперечного сечения или свойств материала. На обоих концах про­вод следует подсоединять к тем заземлен­ным элементам корпусов оборудования, которые имеют похожее передаточное сопротивление (примерно одинаковую с проводником форму).

На рис. 10.6 показаны примеры взаим­ного расположения параллельных зазем­ленных проводов 1 и основного заземляю­щего провода 2.

Пример применения металлических труб в качестве параллельных заземленных проводников приведен на рис. 10.7. Такие решения могут быть реализованы на объек­тах энергетики, состояние заземляющего устройства которых вызывают сомнения.

Заметный эффект экранирования, дос­тигаемый за счет прокладки проводов вблизи экранированного кабеля, зависит от относительного распределения токов помехи в обеих цепях. Для простого зазем­ленного провода это распределение прак­тически обратно пропорционально сопро­тивлениям обеих цепей. Это означает, что для эффективного действия эквивалентное поперечное сечение провода всегда должно быть больше общего сечения экранов всех кабелей. При этом необходимо учитывать поверхностный эффект.

По этой же причине лучше использо­вать большое число относительно тонких проводников вместо одного с равной пло­щадью поперечного сечения.

Также очень важно отметить, что когда заземляющий провод оборудования (или экран кабеля) не располагается вблизи параллельного защитного провода, токи помехи разделятся между этим проводом и другими заземляющими проводами в соот­ветствии с их индуктивностями. Отсюда следует, что соответствующие им площади поперечного сечения играют второстепен­ную роль, по крайней мере, на высоких частотах.

Другой важной особенностью парал­лельных заземляющих проводов является способность выполнять роль внешнего экрана триаксиального кабеля, внутренний экран которого в силу различных причин не может быть заземлен с обеих сторон.

а) б) в) г)

Рис. 10.6. Различные виды расположения параллельного заземленного провода 1 и основного заземляющего провода 2 в порядке увеличения эффективности действия:

а - рядом с проводом защитного заземления; б — многожильный заземленный проводник, проложенный в траншее или рядом с экраном другой цепи; в — в кабельном лотке; г — в металлической трубе

Рис. 10.7. Применение металлических труб в качестве параллельных заземленных проводников

Дата добавления: 2014-01-06