Земля (электричество)

Типичный заземляющий электрод *(слева от серой трубы)* , состоящий из проводящего стержня, вбитого в землю, в доме в Австралии . В большинстве электротехнических норм и правил указано, что изоляция проводников защитного заземления должна иметь особый цвет (или комбинацию цветов), не используемый для каких-либо других целей.

В электротехнике , от земля или земля может быть контрольной точкой в электрической цепи которой напряжение измеряется , общим обратным путем для электрического тока или прямым физическим соединением с Землей.

Электрические цепи могут быть заземлены по нескольким причинам. Открытые проводящие части электрооборудования заземляются для защиты пользователей от поражения электрическим током . Если внутренняя изоляция выйдет из строя, на открытых проводящих частях может появиться опасное напряжение. Подключение открытых проводящих частей к «заземляющему» проводу, который обеспечивает путь с низким импедансом для обратного тока тока к входной нейтрали (которая также подключена к земле рядом с точкой входа), позволит автоматическим выключателям (или УЗО ) сработать. прерывать электропитание в случае неисправности. В системах распределения электроэнергии проводник защитного заземления (PE) является важной частью безопасности, обеспечиваемой системой заземления .

Заземление также ограничивает накопление статического электричества при работе с легковоспламеняющимися продуктами или устройствами, чувствительными к электростатическому заряду . В некоторых цепях телеграфа и передачи электроэнергии сама земля может использоваться в качестве одного проводника цепи, что позволяет сэкономить на установке отдельного обратного проводника (см. однопроводной заземляющий возврат и заземляющий возвратный телеграф ).

В целях измерения Земля служит (достаточно) постоянным потенциальным эталоном, относительно которого можно измерить другие потенциалы. Электрическая система заземления должна иметь соответствующую токопроводящую способность, чтобы служить адекватным опорным уровнем при нулевом напряжении. В теории электронных цепей «землю» обычно идеализируют как бесконечный источник или сток заряда, который может поглощать неограниченное количество тока без изменения своего потенциала. Если реальное заземляющее соединение имеет значительное сопротивление, приближение нулевого потенциала больше не действует. паразитные напряжения или эффекты повышения потенциала земли Возникнут , которые могут создать помехи в сигналах или привести к поражению электрическим током, если они достаточно велики.

Использование термина «земля» (или «земля») настолько распространено в электрических и электронных приложениях, что о цепях портативных электронных устройств , таких как сотовые телефоны и медиаплееры , а также о цепях в транспортных средствах можно говорить как о «земле». или подключение заземления шасси без какого-либо фактического соединения с землей, несмотря на то, что термин «общий» является более подходящим для такого соединения. Обычно это большой проводник, прикрепленный к одной стороне источника питания (например, « плоскость заземления » на печатной плате ), который служит общим обратным путем для тока от множества различных компонентов схемы.

История

на большие расстояния Системы электромагнитного телеграфа с 1820 г. ^[а] используются два или более проводов для передачи сигнала и обратного тока. в 1836–1837 годах обнаружил Немецкий ученый К. А. фон Штайнхайль , что землю можно использовать в качестве обратного пути для замыкания цепи, что делает обратный провод ненужным. ^[2] Штайнхайль не был первым, кто сделал это, но он не знал о более ранних экспериментальных работах и был первым, кто сделал это на действующем телеграфе, тем самым сделав этот принцип известным инженерам-телеграфистам в целом. Однако с этой системой были проблемы, примером которых является трансконтинентальная телеграфная линия, построенная в 1861 году компанией Western Union между Сент-Джозефом, штат Миссури , и Сакраменто, Калифорния . В сухую погоду заземляющее соединение часто оказывало большое сопротивление, поэтому требовалось заливать заземляющий стержень водой , чтобы телеграф работал или телефоны звонили.

В конце девятнадцатого века, когда телефония начала заменять телеграфию, было обнаружено, что токи в земле, индуцированные энергосистемами, электрическими железными дорогами, другими телефонными и телеграфными цепями, а также естественными источниками, включая молнии, вызывают неприемлемые помехи для аудиосигналов, и Двухпроводная система или система «металлической цепи» была вновь введена примерно в 1883 году. ^[3]

Монтаж электропроводки в здании

Системы распределения электроэнергии часто подключаются к заземлению, чтобы ограничить напряжение, которое может возникнуть в распределительных цепях. В распределительной системе, изолированной от заземления, может возникнуть высокий потенциал из-за переходных напряжений, вызванных статическим электричеством или случайным контактом с цепями с более высоким потенциалом. Заземляющее соединение системы рассеивает такие потенциалы и ограничивает рост напряжения заземленной системы.

В электропроводке сети переменного тока термин « заземляющий провод » обычно относится к двум различным проводникам или системам проводников, как указано ниже:

Проводники соединения оборудования или заземляющие проводники оборудования (EGC) обеспечивают путь с низким импедансом между обычно нетоковедущими металлическими частями оборудования и одним из проводников источника этой электрической системы. Если какая-либо открытая металлическая часть оказывается под напряжением (неисправность), например, из-за изношенного или поврежденного изолятора, это создает короткое замыкание, вызывающее размыкание устройства максимального тока (автоматический выключатель или предохранитель), устраняя (отключая) неисправность. Важно отметить, что это действие происходит независимо от того, имеется ли соединение с физическим заземлением (землей); сама земля не играет никакой роли в этом процессе устранения неисправностей ^[4] поскольку ток должен вернуться к своему источнику; однако источники очень часто связаны с физической землей (землей). ^[5] (см. контурные законы Кирхгофа ). Связывая (соединяя) все открытые нетоковедущие металлические предметы вместе, а также с другими металлическими предметами, такими как трубы или конструкционная сталь, они должны оставаться примерно с одинаковым потенциалом напряжения, что снижает вероятность поражения электрическим током. Это особенно важно в ванных комнатах, где можно соприкасаться с несколькими различными металлическими системами, например, с подающими и сливными трубами, а также с корпусами приборов. Когда проводящая система должна быть электрически подключена к физическому заземлению (земле), необходимо поместить проводник соединения оборудования и проводник заземляющего электрода под один и тот же потенциал (например, см. §Металлическая водопроводная труба в качестве заземляющего электрода ниже).

А Проводник заземляющего электрода ( GEC ) используется для подключения заземленного («нейтрального») проводника системы или оборудования к заземляющему электроду или точке в системе заземляющих электродов. Это называется «заземлением системы», и большинство электрических систем необходимо заземлять. Великобритании NEC США и BS 7671 перечисляет системы, которые необходимо заземлять. Согласно NEC, целью подключения электрической системы к физическому заземлению (земле) является ограничение напряжения, возникающего в результате грозы и контакта с линиями более высокого напряжения. Раньше в качестве заземляющих электродов использовались трубы водоснабжения , но из-за более широкого использования пластиковых труб, которые являются плохими проводниками, регулирующие органы часто требуют использования специального заземляющего электрода. Тот же тип заземления применяется к радиоантеннам и системам молниезащиты.

Стационарно установленное электрооборудование, если это не требуется, имеет постоянно подключенные заземляющие проводники. Переносные электрические устройства в металлических корпусах можно подключать к заземлению с помощью штыря на вилке (см. Вилки и розетки переменного тока ). Размер силовых заземляющих проводников обычно регулируется местными или национальными правилами электромонтажа.

Склеивание

Строго говоря, термины «заземление» или «заземление» предназначены для обозначения электрического соединения с землей. Склеивание — это практика преднамеренного электрического соединения металлических предметов, не предназначенных для передачи электричества. Это приводит все скрепленные предметы к одному и тому же электрическому потенциалу, что обеспечивает защиту от поражения электрическим током. Затем соединенные элементы можно заземлить, чтобы устранить посторонние напряжения. ^[6]

Системы заземления

В системах электроснабжения система заземления (заземления) определяет электрический потенциал проводников относительно потенциала проводящей поверхности Земли. Выбор системы заземления влияет на безопасность и электромагнитную совместимость источника питания. Правила для систем заземления значительно различаются в разных странах.

Функциональное заземляющее соединение служит не только защитой от поражения электрическим током, поскольку такое соединение может проводить ток во время нормальной работы устройства. К таким устройствам относятся подавление перенапряжений, фильтры электромагнитной совместимости, некоторые типы антенн и различные измерительные приборы. Обычно система защитного заземления также используется в качестве функционального заземления, хотя это требует осторожности.

Импедансное заземление

Системы распределения питания могут быть надежно заземлены, при этом один проводник цепи напрямую подключен к системе заземляющих электродов. В качестве альтернативы между распределительной системой и землей можно подключить некоторое электрическое сопротивление , чтобы ограничить ток, который может течь на землю. Импеданс может представлять собой резистор или катушку индуктивности. В заземленной системе с высоким сопротивлением ток повреждения ограничивается несколькими амперами (точные значения зависят от класса напряжения системы); система с заземлением с низким импедансом пропускает ток в несколько сотен ампер при повреждении. Большая надежно заземленная распределительная система может иметь ток замыкания на землю в десятки тысяч ампер.

В многофазной системе переменного тока мгновенная векторная сумма фаз равна нулю. Эта нейтральная точка обычно используется для отведения фазных напряжений к земле вместо соединения одного из фазных проводников с землей. Для этой цели можно использовать любой трансформатор, подключенный по схеме треугольник-звезда. Трансформатор с девятью обмотками ( «зигзагообразный» трансформатор ) можно использовать для балансировки фазных токов источника, соединенного треугольником, с несимметричной нагрузкой.

В системах заземления с низким сопротивлением используется резистор заземления нейтрали (NGR) для ограничения тока повреждения до 25 А или выше. Системы заземления с низким сопротивлением будут иметь номинальное время (скажем, 10 секунд), которое указывает, как долго резистор может выдерживать ток повреждения до перегрева. Реле защиты от замыкания на землю должно отключить автоматический выключатель, чтобы защитить цепь до того, как произойдет перегрев резистора.

В системах заземления с высоким сопротивлением (HRG) используется NGR для ограничения тока повреждения до 25 А или менее. Они имеют непрерывный номинал и предназначены для работы при одиночном замыкании на землю. Это означает, что система не отключится немедленно при первом замыкании на землю. При возникновении второго замыкания на землю реле защиты от замыкания на землю должно отключить прерыватель, чтобы защитить цепь. В системе HRG чувствительный резистор используется для постоянного контроля непрерывности системы. Если обнаружен обрыв цепи (например, из-за разрыва сварного шва на NGR), устройство мониторинга определит напряжение через чувствительный резистор и отключит автоматический выключатель. Без чувствительного резистора система может продолжать работать без защиты заземления (поскольку состояние разомкнутой цепи маскирует замыкание на землю), и могут возникнуть переходные перенапряжения. ^[7]

Незаземленные системы

Если опасность поражения электрическим током высока, можно использовать специальные незаземленные системы питания, чтобы минимизировать возможный ток утечки на землю. Примеры таких установок включают помещения для ухода за пациентами в больницах, где медицинское оборудование напрямую подключено к пациенту и не должно допускать попадания тока линии электропередачи в тело пациента. Медицинские системы включают в себя устройства мониторинга, предупреждающие о любом увеличении тока утечки. На влажных строительных площадках или на верфях могут быть предусмотрены изолирующие трансформаторы, чтобы неисправность электроинструмента или его кабеля не подвергала пользователей опасности поражения электрическим током.

Цепи, используемые для питания чувствительного оборудования для производства аудио/видео или измерительных приборов, могут питаться от изолированной незаземленной технической энергосистемы , чтобы ограничить внесение шума из энергосистемы.

Передача энергии

В системах распределения переменного тока с однопроводным заземлением (SWER) затраты сокращаются за счет использования всего одного проводника высокого напряжения для электросети , при этом обратный ток переменного тока направляется через землю. Эта система в основном используется в сельской местности, где в противном случае большие токи заземления не могут стать причиной опасности.

В некоторых системах передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения (HVDC) в качестве второго проводника используется земля. Это особенно часто встречается в схемах с подводными кабелями, поскольку морская вода является хорошим проводником. Для заземления используются заглубленные заземляющие электроды. Место установки этих электродов необходимо выбирать тщательно, чтобы предотвратить электрохимическую коррозию подземных сооружений.

Особую озабоченность при проектировании электрических подстанций вызывает повышение потенциала земли . Когда в землю вводятся очень большие токи повреждения, область вокруг точки инжекции может повыситься до высокого потенциала по отношению к точкам, удаленным от нее. Это связано с ограниченной конечной проводимостью слоев грунта в земле подстанции. Градиент напряжения (изменение напряжения на расстоянии до точки инъекции) может быть настолько высоким, что две точки на земле могут иметь существенно разные потенциалы. Этот градиент создает опасность для всех, кто стоит на земле в зоне электрической подстанции, недостаточно изолированной от земли. Трубы, рельсы или провода связи, входящие в подстанцию, могут иметь разные потенциалы земли внутри и снаружи подстанции, создавая опасное напряжение прикосновения для ничего не подозревающих людей, которые могут коснуться этих труб, рельсов или проводов. Эта проблема решается за счет создания на подстанции плоскости эквипотенциального соединения с низким импедансом, установленной в соответствии со стандартом IEEE 80. Эта плоскость устраняет градиенты напряжения и гарантирует, что любая неисправность будет устранена в течение трех циклов напряжения. ^[8]

Электроника


Сигнал земля		Шасси земля		Земля земля

Наземные символы ^[9]

Сигнальные земли служат обратными путями для сигналов и мощности (при сверхнизких напряжениях , менее 50 В) внутри оборудования, а также в сигнальных соединениях между оборудованием. Многие электронные конструкции имеют один возврат, который действует как опорный для всех сигналов. Силовые и сигнальные заземления часто подключаются, обычно через металлический корпус оборудования. Разработчики печатных плат должны позаботиться о компоновке электронных систем, чтобы мощные или быстро переключающиеся токи в одной части системы не вносили помехи в малочувствительные части системы из-за некоторого общего импеданса заземления. следы планировки.

Земля цепи против земли

Напряжение определяется как разность электрических потенциалов между точками электрического поля. Вольтметр . используется для измерения разности потенциалов между некоторой точкой и опорной точкой Эта общая контрольная точка обозначается как «земля» и считается имеющей нулевой потенциал. Сигналы определяются относительно сигнальной земли , которая может быть подключена к силовой земле . Система, в которой заземление системы не подключено к другой цепи или земле (в которой все еще может существовать связь по переменному току между этими цепями), часто называется плавающим заземлением и может соответствовать устройствам класса 0 или класса II .

Функциональные основания

Некоторым устройствам для правильной работы требуется подключение к массе земли, в отличие от какой-либо чисто защитной функции. Такое соединение известно как функциональное заземление. Например, для некоторых длинноволновых антенных конструкций требуется функциональное заземление, которое, как правило, не следует подключать к защитному заземлению питания без разбора, поскольку попадание передаваемых радиочастот в электрическую распределительную сеть является как незаконны и потенциально опасны. Из-за такого разделения обычно не следует полагаться на чисто функциональное заземление для выполнения защитной функции. Во избежание несчастных случаев такие функциональные заземления обычно подключаются белым, кремовым или розовым кабелем, а не зеленым или зелено-желтым.

Отделение земли с низким сигналом от земли с шумом

На телевизионных станциях, студиях звукозаписи и других объектах, где качество сигнала имеет решающее значение, часто устанавливается специальное сигнальное заземление, известное как «техническое заземление» (или «техническое заземление», «специальное заземление» и «аудиозаземление»), чтобы предотвратить замыкания на землю . По сути, это то же самое, что и заземление сети переменного тока, но к нему нельзя подключать провода общего заземления приборов, поскольку они могут нести электрические помехи. Например, в студии звукозаписи к техническому заземлению подключается только аудиооборудование. ^[10] В большинстве случаев металлические стойки для оборудования студии соединяются толстыми медными кабелями (или плоскими медными трубками или шинами ), и аналогичные соединения выполняются с техническим заземлением. Особое внимание уделяется тому, чтобы в стойках не размещались устройства, заземленные на шасси, поскольку одно подключение заземления переменного тока к техническому заземлению снизит его эффективность. Для особо требовательных применений основное техническое заземление может состоять из тяжелой медной трубы, при необходимости проложенной путем сверления нескольких бетонных полов, так что все технические основания могут быть соединены кратчайшим путем с заземляющим стержнем в подвале.

Радиочастотная земля

Некоторые типы радиоантенн (или их фидерных линий ) требуют заземления, которое адекватно работает на радиочастотах . Требуемый калибр системы заземления называется радиочастотным заземлением . ^[11]^[12]

Поскольку радиочастоты тока в антеннах намного выше, чем частота 50 или 60 Гц линии электропередачи, в системах радиозаземления используются другие принципы, чем в заземлении сети переменного тока . ^[12] Провода защитного заземления «защитного заземления» (PE) в электропроводке зданий переменного тока не предназначены для использования в качестве адекватной замены радиочастотного заземления. Длинные заземляющие провода имеют высокий импеданс на определенных частотах. В случае передатчика радиочастотный ток, протекающий через заземляющие провода, может излучать радиочастотные помехи и наводить опасное напряжение на заземленных металлических частях других приборов, поэтому используются отдельные системы заземления. ^[12]

Монопольные антенны, работающие на более низких частотах, ниже 20 МГц, используют поверхность Земли как часть антенны, как проводящую плоскость для отражения радиоволн и обеспечения обратного пути для электрических полей, исходящих от антенны. Монополи включают в себя мачтовый излучатель , используемый радиостанциями AM , а также Т-образную и перевернутую L-антенну , а также зонтическую антенну . Линия питания передатчика подключена между антенной и землей, поэтому требуется система заземления под антенной для контакта с почвой и сбора обратного тока. Система заземления также действует как пластина конденсатора , принимающая ток смещения от антенны и возвращающий его на заземляющую сторону линии питания передатчика, поэтому ее предпочтительно располагать непосредственно под антенной. В приемниках и с низким КПД /маломощностью передатчиках заземляющее соединение может представлять собой простое соединение с помощью одного или нескольких металлических стержней или кольев, вбитых в почву, или электрическое соединение с металлическим водопроводом здания, уходящим в землю. ^[12] Однако в передающих антеннах система заземления проводит полный выходной ток передатчика, поэтому сопротивление недостаточного контакта с землей может привести к серьезной потере мощности передатчика.

Передатчики средней и высокой мощности обычно имеют обширную систему заземления, состоящую из оголенных медных кабелей, зарытых в землю под антенной для снижения сопротивления. ^[13] Поскольку для ненаправленных антенн, используемых в этих диапазонах, токи заземления распространяются радиально к точке заземления со всех направлений, система заземления обычно состоит из радиальной схемы заглубленных кабелей, проходящих наружу под антенной во всех направлениях, соединенных вместе с заземляющей стороной передатчика фидерная линия на терминале рядом с основанием антенны. ^[11]^[14]

Мощность передатчика, теряемая в сопротивлении земли, и, следовательно, эффективность антенны, зависит от проводимости почвы. Это широко варьируется; болотистая почва или пруды, особенно с соленой водой, обеспечивают наименьшее сопротивление грунта, а сухая каменистая или песчаная почва - самое высокое. Потери мощности на квадратный метр земли пропорциональны квадрату плотности тока передатчика, протекающего в земле. Плотность тока и рассеиваемая мощность увеличиваются по мере приближения к клемме заземления в основании антенны. ^[14] Таким образом, радиальную систему заземления можно рассматривать как обеспечивающую среду с более высокой проводимостью, медь, через которую протекает ток заземления, в частях земли, несущих высокую плотность тока, чтобы уменьшить потери мощности.

Дизайн

Стандартная система заземления, широко используемая для мачтовых радиовещательных антенн, работающих в диапазонах СЧ и НЧ, состоит из 120 расположенных на равном расстоянии друг от друга заглубленных радиальных заземляющих проводов, простирающихся на четверть длины волны ( $\ {\tfrac {1}{4}}\lambda \$ , или 90 электрических градусов ^[б]) от основания антенны. ^[12]^[11]^[14]^[15] от AWG 8 до AWG 10, закапываемая в землю на глубину 4–10 дюймов. Обычно используется мягкотянутая медная проволока ^[14] Для антенн AM-диапазона для этого требуется круглая территория, простирающаяся от мачты на 47–136 метров (154–446 футов). Обычно его засаживают травой, которую скашивают коротко, поскольку высокая трава при определенных обстоятельствах может увеличить потери мощности. Если доступная площадь слишком ограничена для таких длинных радиалов, во многих случаях их можно адекватно заменить большим количеством более коротких радиалов или меньшим количеством более длинных радиалов. ^[13]^[11]

В передающих антеннах второй причиной потерь мощности являются диэлектрические потери мощности электрического поля ( тока смещения ) антенны, проходящего через землю и достигающего заземляющих проводов. ^[15] Для антенн с полуволновой высотой (180 электрических градусов) ^[б]) антенна имеет максимум напряжения ( пучность ) вблизи ее основания, что приводит к возникновению сильных электрических полей в земле над заземляющими проводами возле мачты, где ток смещения попадает в землю. Чтобы уменьшить эти потери, в этих антеннах часто используется проводящий медный заземляющий экран под антенной, соединенный с заглубленными заземляющими проводами, лежащими на земле или поднятыми на несколько футов, чтобы защитить землю от электрического поля.

В некоторых случаях, когда каменистая или песчаная почва имеет слишком высокое сопротивление для подземного грунта, противовес . используется ^[11] Это радиальная сеть проводов, аналогичная сети подземных заземлений, но лежащая на поверхности или подвешенная на высоте нескольких футов над землей. Он действует как пластина конденсатора , емкостно связывая питающую линию с проводящими слоями почвы.

Электрически короткие антенны

На более низких частотах сопротивление системы заземления является более важным фактором из-за небольшого сопротивления излучения антенны. В диапазонах LF и VLF ограничения по высоте конструкции требуют использования электрически коротких антенн, короче основной резонансной длины, равной четверти длины волны ( $\ {\tfrac {1}{4}}\lambda \$ ). Четвертьволновой монополь имеет радиационное сопротивление около 25–36 Ом , но ниже $\ {\tfrac {1}{4}}\lambda \$ сопротивление уменьшается пропорционально квадрату отношения высоты к длине волны. Мощность, подаваемая на антенну, делится между сопротивлением излучения, которое представляет собой мощность, излучаемую в виде радиоволн, требуемой функцией антенны, и омическим сопротивлением системы заземления, что приводит к потере энергии в виде тепла. По мере увеличения длины волны по отношению к высоте антенны сопротивление излучения антенны уменьшается, поэтому сопротивление заземления составляет большую часть входного сопротивления антенны и потребляет больше мощности передатчика. Антенны в диапазоне ОНЧ часто имеют сопротивление менее 1 Ом , и даже при очень низком сопротивлении систем заземления от 50% до 90% мощности передатчика может теряться в системе заземления. ^[12]

Системы молниезащиты

Шинопроводы используются в качестве заземляющих проводников в сильноточных цепях.

Системы молниезащиты предназначены для смягчения воздействия молнии за счет подключения к обширным системам заземления, которые обеспечивают соединение с землей большой площади поверхности. Большая площадь необходима для рассеивания сильного тока удара молнии без повреждения проводников системы из-за избыточного тепла. Поскольку удары молнии представляют собой импульсы энергии с очень высокочастотными компонентами, в системах заземления для молниезащиты обычно используются короткие прямые проводники, чтобы уменьшить самоиндукцию и скин -эффект .

Земляной коврик

На электрической подстанции мат заземления представляет собой сетку из проводящего материала, установленную в местах, где человек может стоять при работе с выключателем или другим оборудованием; он прикреплен к местной несущей металлической конструкции и к ручке распределительного устройства, так что оператор не будет подвергаться воздействию высокого дифференциального напряжения из-за неисправности на подстанции.

Рядом с устройствами, чувствительными к электростатическому заряду, используется заземляющий (заземляющий) мат или заземляющий (заземляющий) коврик для заземления статического электричества, генерируемого людьми и движущимся оборудованием. ^[16] Для контроля статики используются два типа: статические рассеивающие маты и проводящие маты.

Мат, рассеивающий статический заряд, который лежит на проводящей поверхности (обычно на военных объектах), обычно состоит из трех слоев (3-слойных) с рассеивающими статический заряд виниловыми слоями, окружающими проводящую подложку, которая электрически прикреплена к земле (земле). Для коммерческого использования традиционно используются рассеивающие статический заряд резиновые коврики, которые состоят из 2 слоев (2-слойных) с прочным верхним слоем, рассеивающим статический заряд, устойчивым к пайке, что делает их более долговечными, чем виниловые маты, и проводящим резиновым дном. Проводящие маты изготовлены из углерода и используются только на полах с целью максимально быстрого отведения статического электричества на землю. Обычно проводящие коврики изготавливаются с амортизацией для стояния и называются ковриками «против усталости».

Чтобы мат, рассеивающий статическое электричество, был надежно заземлен, его необходимо прикрепить к пути к земле. Обычно коврик и ремешок заземляются с помощью системы общего точечного заземления (CPGS). ^[17]

В мастерских по ремонту компьютеров и на производстве электроники работники должны быть заземлены перед работой с устройствами, чувствительными к напряжению, которое может генерировать человек. По этой причине маты, рассеивающие статический заряд, могут использоваться и также используются на производственных сборочных площадках в качестве «напольных направляющих» вдоль сборочной линии для отвода статического электричества, создаваемого людьми, идущими вверх и вниз.

Изоляция

Изоляция — это механизм, который устраняет заземление. Он часто используется с маломощными потребительскими устройствами, а также когда инженеры, любители или ремонтники работают над цепями, которые обычно работают от напряжения линии электропередачи. Изоляция может быть достигнута путем простого размещения трансформатора с соотношением проводов 1:1 с равным количеством витков между устройством и обычной сетью электропитания, но это применимо к любому типу трансформатора, использующему две или более катушек, электрически изолированных друг от друга.

Для изолированного устройства прикосновение к одному запитанному проводнику не вызывает сильного удара током, поскольку обратного пути к другому проводнику через землю нет. Однако удары током и поражение электрическим током все равно могут возникнуть, если оба полюса трансформатора прикоснутся к голой коже. Ранее предлагалось, чтобы ремонтники «работали одной рукой за спиной», чтобы не прикасаться одновременно к двум частям тестируемого устройства, тем самым предотвращая прохождение тока через грудную клетку и нарушение сердечного ритма или остановку сердца . ^[18]

Обычно каждый трансформатор линии электропередачи переменного тока действует как изолирующий трансформатор, и каждый шаг вверх или вниз может образовать изолированную цепь. Однако эта изоляция предотвратит перегорание предохранителей вышедших из строя устройств при замыкании на заземляющий провод. Изоляция, которую может создать каждый трансформатор, устраняется, если одна ветвь трансформатора всегда заземлена с обеих сторон входной и выходной катушек трансформатора. Линии электропередач также обычно заземляют один конкретный провод на каждом полюсе, чтобы обеспечить выравнивание тока от полюса к полюсу в случае замыкания на землю.

В прошлом заземленные приборы проектировались с внутренней изоляцией, позволяющей простое отключение заземления с помощью вилки без видимых проблем (опасная практика, поскольку безопасность полученного плавающего оборудования зависит от изоляции его силового трансформатора). . Однако современные устройства часто включают в себя модули ввода питания , в которых предусмотрена преднамеренная емкостная связь между линиями электропередачи переменного тока и шасси для подавления электромагнитных помех. Это приводит к значительному току утечки из линий электропередачи на землю. Если заземление отключено из-за неправильной вилки или случайно, возникающий ток утечки может вызвать легкий удар током даже при отсутствии какой-либо неисправности в оборудовании. ^[19] Даже небольшие токи утечки представляют собой серьезную проблему в медицинских учреждениях, поскольку случайное отключение заземления может привести к попаданию этих токов в чувствительные части человеческого тела. В результате медицинские источники питания имеют низкую емкость. ^[20]

Приборы и источники питания класса II (например, зарядные устройства для сотовых телефонов) не имеют заземления и предназначены для изоляции выхода от входа. Безопасность обеспечивается двойной изоляцией, поэтому для возникновения электрического удара достаточно двух повреждений изоляции.

См. также

Примечания

^ «Электрохимический телеграф», созданный врачом, анатомом и изобретателем С.Т. фон Зёммерингом в 1809 году на основе более ранней, менее надежной конструкции 1804 года, разработанной эрудитом и учёным Ф.С. каталонским буквы и цифры. Сообщения можно было передавать электрически на расстояние до нескольких километров (по конструкции фон Зёммеринга), при этом каждый провод телеграфного приемника был погружен в отдельную стеклянную трубку с кислотой. Отправитель последовательно пропускал электрический ток через различные провода, представляющие каждую цифру сообщения; на стороне получателя токи последовательно электролизовали кислоту в трубках, выпуская потоки пузырьков водорода рядом с каждой соответствующей буквой или цифрой. Оператор телеграфного приемника наблюдал за пузырьками и затем мог записать переданное сообщение. ^[1]
^ Перейти обратно: ^а ^б Электрический градус — это мера длины, относящаяся к частоте и материалу, при этом 360 электрических градусов представляют одну полную длину волны , как она выглядит в среде, радиоволны через которую распространяются , для какой бы радиочастоты ни колеблются волны. в. Следовательно, четверть волны равна $\ {\tfrac {\ 1\ }{4}}\times 360^{\circ }=90^{\circ }\ ,$ а половина длины волны $\ {\tfrac {\ 1\ }{2}}\times 360^{\circ }=180^{\circ }~.$

Ссылки

^ Джонс, Р. Виктор. «Пространственный мультиплексированный» электрохимический телеграф Самуэля Томаса фон Зёммеринга (1808-1810)» . люди.seas.harvard.edu . Бостон, Массачусетс: Гарвардский университет . Архивировано из оригинала 11 октября 2012 г.
Цитируемый источник:
Семафор на спутник (Отчет). Женева, Швейцария: Международный союз электросвязи . 1965 год . Проверено 1 мая 2009 г. - из книг Google.
^ Калверт, Дж. Б. (19 мая 2004 г.). «Электромагнитный телеграф» . du.edu . Денверский университет . Архивировано из оригинала 4 августа 2007 г. Проверено 20 сентября 2004 г.
^ Кассон, Герберт Н. История телефона (электронная копия, являющаяся общественным достоянием) – через Manybooks.net. «Наконец-то, — сказал обрадованный менеджер [Дж. Дж. Карти, Бостон, Массачусетс], — у нас есть совершенно тихая линия».
^ Дженсен Трансформеры. Билл Уитлок, 2005. Понимание, поиск и устранение контуров заземления в аудио- и видеосистемах . Архивировано 24 августа 2009 г. на Wayback Machine . Проверено 18 февраля 2010 г.
^ «AS/NZS 2500:2004 Руководство по безопасному использованию электричества у пациентов» . Архивировано из оригинала 5 декабря 2014 г. Проверено 27 ноября 2014 г.
^ IEEE Std 1100-1992, Рекомендуемая практика IEEE для питания и заземления чувствительного электронного оборудования , Глава 2: Определения
^ Бельц, Р.; Катлер-Хаммер, Атланта, Джорджия; Павлин, И.; Вилчек, В. (2000). «Аспекты применения модернизации заземления с высоким сопротивлением на целлюлозно-бумажных комбинатах». Техническая конференция целлюлозно-бумажной промышленности, 2000 г.
^ «IEEE 80-2000 — Руководство IEEE по безопасности при заземлении подстанций переменного тока» . ИИЭЭ . Проверено 7 октября 2020 г.
^ Электрические и электронные схемы, стандарт IEEE 315-1975, раздел 3.9: Возврат цепи.
^ Swallow D 2011, Live Audio, Искусство микширования, Глава 4. Мощность и электричество, стр. 35-39
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Стро, Р. Дин; и др., ред. (2000). Книга об антеннах ARRL (19-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . стр. 3.2–3.4. ISBN 0872598179 – через книги Google.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Карр, Джо (2001). Набор инструментов для антенн (2-е изд.). Эльзевир. стр. 237–238. ISBN 978-0080-49388-6 – через книги Google.
^ Перейти обратно: ^а ^б Системы связи VLF, LF и MF (PDF) (руководство). Критерии береговой электроники ВМФ. Вашингтон, округ Колумбия: ВМС США , Командование систем военно-морской электроники. Август 1972 г., стр. 4.28–4.30. NAVELEX 0101-113 – через navy-radio.com.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Джонсон, Ричард С.; Ясик, Генри; и др., ред. (1993). Справочник по проектированию антенн (PDF) (3-е изд.). МакГроу-Хилл. стр. 25.11–25.12. ISBN 007032381X – через seklad69associates.com.
^ Перейти обратно: ^а ^б Уильямс, Эдмунд; и др., ред. (2007). Инженерный справочник NAB (10-е изд.). Национальная ассоциация вещателей (NAB) / Тейлор и Фрэнсис. стр. 718–720. ISBN 9780240807515 – через книги Google.
^ «Меры предотвращения электростатического разряда, часть 2: использование антистатических ковриков, Дуг Вагнер» . Беннетт и Беннетт. Архивировано из оригинала 3 июня 2015 года . Проверено 15 мая 2014 г.
^ «Ремешок на запястье показан с ковриком и системой заземления Common Point (CPGS)» . Беннетт и Беннетт. Архивировано из оригинала 24 апреля 2014 года . Проверено 23 апреля 2014 г.
^ Куфальдт, Тони Р. «Физиологические эффекты электричества» . Электробезопасность, постоянный ток (DC) . Все о схемах. Архивировано из оригинала 25 февраля 2024 года.
^ Рид, Рори (17 января 2008 г.). «Ноутбуки Dell в электрошокере» . CNET . Жаждать. Архивировано из оригинала 8 февраля 2014 года.
^ «Ток утечки» (PDF) . Кондор. АН-113. Архивировано из оригинала (PDF) 1 мая 2015 г. Получено 22 августа 2013 г. - через SL Power Electronics.

Федеральный стандарт 1037C в поддержку MIL-STD-188

Внешние ссылки

Заземление цепи и практика заземления
Глава «Электробезопасность» из «Уроки электрических цепей, том 1» книги и серии .
Заземление для низкочастотных и высокочастотных цепей ( PDF ) — Рекомендации по применению Analog Devices , Пол Брокау и Джефф Барроу
« Руководство пользователя интегрального усилителя по развязке, заземлению и корректной работе для перемен » (PDF) — Рекомендации по применению Analog Devices, Пол Брокоу

["Harvard1-2] «Электрохимический телеграф», созданный врачом, анатомом и изобретателем С.Т. фон Зёммерингом в 1809 году на основе более ранней, менее надежной конструкции 1804 года, разработанной эрудитом и учёным Ф.С. каталонским буквы и цифры. Сообщения можно было передавать электрически на расстояние до нескольких километров (по конструкции фон Зёммеринга), при этом каждый провод телеграфного приемника был погружен в отдельную стеклянную трубку с кислотой. Отправитель последовательно пропускал электрический ток через различные провода, представляющие каждую цифру сообщения; на стороне получателя токи последовательно электролизовали кислоту в трубках, выпуская потоки пузырьков водорода рядом с каждой соответствующей буквой или цифрой. Оператор телеграфного приемника наблюдал за пузырьками и затем мог записать переданное сообщение. ^[1]

[electrical_degrees_note-16] Перейти обратно: ^а ^б Электрический градус — это мера длины, относящаяся к частоте и материалу, при этом 360 электрических градусов представляют одну полную длину волны , как она выглядит в среде, радиоволны через которую распространяются , для какой бы радиочастоты ни колеблются волны. в. Следовательно, четверть волны равна $\ {\tfrac {\ 1\ }{4}}\times 360^{\circ }=90^{\circ }\ ,$ а половина длины волны $\ {\tfrac {\ 1\ }{2}}\times 360^{\circ }=180^{\circ }~.$

[1] Джонс, Р. Виктор. «Пространственный мультиплексированный» электрохимический телеграф Самуэля Томаса фон Зёммеринга (1808-1810)» . люди.seas.harvard.edu . Бостон, Массачусетс: Гарвардский университет . Архивировано из оригинала 11 октября 2012 г.
Цитируемый источник:
Семафор на спутник (Отчет). Женева, Швейцария: Международный союз электросвязи . 1965 год . Проверено 1 мая 2009 г. - из книг Google.

[3] Калверт, Дж. Б. (19 мая 2004 г.). «Электромагнитный телеграф» . du.edu . Денверский университет . Архивировано из оригинала 4 августа 2007 г. Проверено 20 сентября 2004 г.

[4] Кассон, Герберт Н. История телефона (электронная копия, являющаяся общественным достоянием) – через Manybooks.net. «Наконец-то, — сказал обрадованный менеджер [Дж. Дж. Карти, Бостон, Массачусетс], — у нас есть совершенно тихая линия».

[Whitlock-5] Дженсен Трансформеры. Билл Уитлок, 2005. Понимание, поиск и устранение контуров заземления в аудио- и видеосистемах . Архивировано 24 августа 2009 г. на Wayback Machine . Проверено 18 февраля 2010 г.

[6] «AS/NZS 2500:2004 Руководство по безопасному использованию электричества у пациентов» . Архивировано из оригинала 5 декабря 2014 г. Проверено 27 ноября 2014 г.

[7] IEEE Std 1100-1992, Рекомендуемая практика IEEE для питания и заземления чувствительного электронного оборудования , Глава 2: Определения

[8] Бельц, Р.; Катлер-Хаммер, Атланта, Джорджия; Павлин, И.; Вилчек, В. (2000). «Аспекты применения модернизации заземления с высоким сопротивлением на целлюлозно-бумажных комбинатах». Техническая конференция целлюлозно-бумажной промышленности, 2000 г.

[9] «IEEE 80-2000 — Руководство IEEE по безопасности при заземлении подстанций переменного тока» . ИИЭЭ . Проверено 7 октября 2020 г.

[10] Электрические и электронные схемы, стандарт IEEE 315-1975, раздел 3.9: Возврат цепи.

[11] Swallow D 2011, Live Audio, Искусство микширования, Глава 4. Мощность и электричество, стр. 35-39

[ARRL-AntBk-2000-12] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Стро, Р. Дин; и др., ред. (2000). Книга об антеннах ARRL (19-е изд.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . стр. 3.2–3.4. ISBN 0872598179 – через книги Google.

[Carr-2001-13] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Карр, Джо (2001). Набор инструментов для антенн (2-е изд.). Эльзевир. стр. 237–238. ISBN 978-0080-49388-6 – через книги Google.

[NAVELEX-14] Перейти обратно: ^а ^б Системы связи VLF, LF и MF (PDF) (руководство). Критерии береговой электроники ВМФ. Вашингтон, округ Колумбия: ВМС США , Командование систем военно-морской электроники. Август 1972 г., стр. 4.28–4.30. NAVELEX 0101-113 – через navy-radio.com.

[Johnson-1993-15] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Джонсон, Ричард С.; Ясик, Генри; и др., ред. (1993). Справочник по проектированию антенн (PDF) (3-е изд.). МакГроу-Хилл. стр. 25.11–25.12. ISBN 007032381X – через seklad69associates.com.

[NAB-Hdbk-2007-17] Перейти обратно: ^а ^б Уильямс, Эдмунд; и др., ред. (2007). Инженерный справочник NAB (10-е изд.). Национальная ассоциация вещателей (NAB) / Тейлор и Фрэнсис. стр. 718–720. ISBN 9780240807515 – через книги Google.

[18] «Меры предотвращения электростатического разряда, часть 2: использование антистатических ковриков, Дуг Вагнер» . Беннетт и Беннетт. Архивировано из оригинала 3 июня 2015 года . Проверено 15 мая 2014 г.

[19] «Ремешок на запястье показан с ковриком и системой заземления Common Point (CPGS)» . Беннетт и Беннетт. Архивировано из оригинала 24 апреля 2014 года . Проверено 23 апреля 2014 г.

[electricalSafety-20] Куфальдт, Тони Р. «Физиологические эффекты электричества» . Электробезопасность, постоянный ток (DC) . Все о схемах. Архивировано из оригинала 25 февраля 2024 года.

[21] Рид, Рори (17 января 2008 г.). «Ноутбуки Dell в электрошокере» . CNET . Жаждать. Архивировано из оригинала 8 февраля 2014 года.

[22] «Ток утечки» (PDF) . Кондор. АН-113. Архивировано из оригинала (PDF) 1 мая 2015 г. Получено 22 августа 2013 г. - через SL Power Electronics.

[а]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[б]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[1]