Как самостоятельно сделать заземление и молниезащиту телевизионной антенны?

Замыкание антенны по постоянному току

Если антенна изначально не является короткозамкнутой по постоянному току (квадрат, треугольник, разрезной петлевой вибратор), то для её замыкания можно использовать:

3.5. Методы экранирования и заземления

Техника заземления в системах промышленной автоматизациисильно различается для гальванически связанных и гальванически развязанныхцепей. Большинство методов, описанных в литературе, относится к гальваническисвязанным цепям, доля которых в последнее время существенно уменьшилась в связис резким падением цен на изолирующие DC-DC преобразователи.

3.5.1. Гальванически связанные цепи

Мы рекомендуем избегать применения гальванически связанныхцепей, а если другого варианта нет, то желательно, чтобы размер этих цепей былпо возможности малым и чтобы они располагались в пределах одного шкафа.

Примером гальванически связанной цепи является соединениеисточника и приемника стандартного сигнала 0…5 В (рис. 3.95, рис. 3.96). Чтобы пояснить, какправильно выполнить заземление, рассмотрим вариант неправильного (рис. 3.95) иправильного (рис. 3.96, монтажа. На рис. 3.95 допущены следующие ошибки:

Перечисленные ошибки приводят к тому, что напряжение навходе приемника равно сумменапряжения сигала и напряжения помехи .Для устранения этого недостатка в качестве проводника заземления можноиспользовать медную шину большого сечения, однако лучше выполнить заземлениетак, как показано на рис. 3.96, а именно:

Общим правилом ослабления связи через общий проводзаземления является деление земель на аналоговую, цифровую, силовую и защитнуюс последующим их соединением только в одной точке. При разделении заземленийгальванически связанных цепей используется общий принцип: цепи заземления сбольшим уровнем помех должны выполняться отдельно от цепей с малым уровнемпомех, а соединяться они должны только в одной общей точке. Точек заземленияможет быть несколько, если топология такой цепи не приводит к появлениюучастков “грязной” земли в контуре, включающем источник и приемниксигнала, а также если в цепи заземления не образуются замкнутые контуры, покоторым циркулирует ток, наведенный электромагнитной помехой.

Недостатком метода разделения проводников заземленияявляется низкая эффективность на высоких частотах, когда большую роль играетвзаимная индуктивность между рядом идущими проводниками заземления, котораятолько заменяет гальванические связи на индуктивные, не решая проблемы в целом.

Большая длина проводников приводит также к увеличениюсопротивления заземления, что важно на высоких частотах. Поэтому заземление водной точке используется на частотах до 1 МГц, свыше 10 МГц заземлять лучше внескольких точках, в промежуточном диапазоне от 1 до 10 МГц следуетиспользовать одноточечную схему, если наиболее длинный проводник в цепизаземления меньше 1/20 от длины волны помехи. В противном случае используетсямноготочечная схема [Барнс].

Заземление в одной точке часто используется в военных икосмических устройствах [Барнс].

3.5.2. Экранирование сигнальных кабелей

Рис. 3.97. Пример неправильного заземления экрана кабеля на низких частотах (с двух сторон)	Рис. 3.98. Пример неправильного заземления экрана кабеля – со стороны приемника сигнала

Методыэкранирования сигнального кабеля непосредственно следуют из изложенного вышематериала о путях прохождения помехи. Для устранения паразитной емкостной связии электростатических зарядов используют электростатический экран в видепроводящей трубки (чулка), охватывающей экранируемые провода, а для защиты отмагнитного поля используют экран из материала с высокой магнитнойпроницаемостью.

Рассмотрим заземление экранов при передаче сигнала по витойэкранированной паре, поскольку этот случай наиболее типичен для систем промышленнойавтоматизации.

Если частота помехи не превышает 1 МГц, то кабель нужнозаземлять с одной стороны. Если его заземлить с двух сторон (рис. 3.97), тообразуется замкнутый контур, который будет работать как антенна, принимаяэлектромагнитную помеху (на рис. 3.97 путь тока помехи показан штриховой линией).Ток, протекающий по экрану, является источником индуктивных наводок на соседнихпроводах и проводах, находящихся внутри экрана. Хотя магнитное поле токаоплетки внутри экрана теоретически равно нулю, но вследствие технологическогоразброса при изготовлении кабеля, а также ненулевого сопротивления оплеткинаводка на провода внутри экрана может быть значительной. Поэтому экран нужнозаземлять только с одной стороны, причем со стороны источника сигнала.

Если точки заземления концов кабеля разнесены на большоерасстояние, между ними может существовать разность потенциалов, вызваннаяблуждающими токами в земле или помехами в шине заземления. Блуждающие токинаводятся электрифицированным транспортом, (трамваями,поездами метрополитена и железных дорог),  сварочнымиагрегатами, устройствами электрохимической защиты, естественнымиэлектрическими полями, вызванными фильтрацией вод в горных породах, диффузиейводных растворов и др.). Особенно большие токи возникают при ударе молнии.Блуждающие токи вызывают разность потенциалов междуконцами оплетки кабеля и паразитный ток, который также наводит в центральныхжилах помеху вследствие взаимной индукции.

Рис. 3.99. Правильное заземление экрана. Конденсатор используется для ослабления высокочастотных помех	Рис. 3.100. Заземление экрана длинного кабеля на высоких частотах

Оплетку кабеля надо заземлять со стороны источника сигнала.Если заземление сделать со стороны приемника (рис. 3.98), тоток помехи будет протекать по пути, показанному на рис. 3.98штриховой линией, т.е. через емкость между жилами кабеля, создавая на ней и,следовательно, между дифференциальными входами, напряжение помехи. Поэтомузаземлять оплетку надо со стороны источника сигнала (рис. 3.99).В этом случае путь для прохождения тока помехи отсутствует. Обратите внимание, что на этих схемах изображен дифференциальный приемник сигнала, т.е. оба его входа имеют бесконечно большое сопротивление относительно земли.

Если источник сигнала не заземлен (например, термопара), тозаземлять экран можно с любой стороны, т.к. в этом случае замкнутый контур длятока помехи не образуется.

На частотах более 1 МГц увеличивается индуктивноесопротивление экрана и токи емкостной наводки создают на нем большое падениенапряжения, которое может передаваться на внутренние жилы через емкость междуоплеткой и жилами. Кроме того, при длине кабеля, сравнимом с длиной волныпомехи (длина волны помехи при частоте 1 МГц равна 300 м, на частоте 10 МГц -30 м) возрастает сопротивление оплетки (см. раздел Модель «земли» ), что резко повышаетнапряжение помехи на оплетке. Поэтому на высоких частотах оплетку кабеля надозаземлять не только с обеих сторон, но и в нескольких точках между ними (рис. 3.100). Этиточки выбирают на расстоянии 1/10 длины волны помехи одна от другой. При этомпо оплетке кабеля будет протекать часть тока , передающегопомеху в центральную жилу через взаимную индуктивность. Емкостной ток также будетпротекать по пути, показанному на рис. 3.98, однако высокочастотная компонентапомехи будет ослаблена. Выбор количества точек заземления кабеля зависит отразницы напряжений помехи на концах экрана, частоты помехи, требований к защитеот ударов молнии или от величины токов, протекающих через экран в случае егозаземления.

В качестве промежуточного варианта можно использовать второезаземление экрана через емкость (рис. 3.99). При этом по высокой частотеэкран получается заземленным с двух сторон, по низкой частоте – с одной. Этоимеет смысл в том случае, когда частота помехи превышает 1 МГц, а длинакабеля в 10…20 раз меньше длины волны помехи, т.е. когда еще не нужно выполнятьзаземление в нескольких промежуточных точках. Величину емкости можно рассчитатьпо формуле , где -верхняя частота границы спектра помехи, – емкостноесопротивление заземляющего конденсатора (доли Ома). Например, на частоте 1 МГцконденсатор емкостью 0,1 мкФ имеет сопротивление 1,6 Ом. Конденсатор долженбыть высокочастотным, с малой собственной индуктивностью.

Рис. 3.101. Двойное экранирование длинного кабеля

Для качественного экранирования в широком спектре частотиспользуют двойной экран (рис. 3.101) [Zipse]. Внутренний экран заземляют содной стороны, со стороны источника сигнала, чтобы исключить прохождениеемкостной помехи по механизму, показанному на рис. 3.98, авнешний экран уменьшает высокочастотный наводки.

Во всех случаях экран должен быть изолирован, чтобыпредотвратить случайные его контакты с металлическими предметами и землей.

Напомним, что частота помехи – это частота, которую могутвоспринимать чувствительные входы средств автоматизации. В частности, если навходе аналогового модуля имеется фильтр, то максимальная частота помехи,которую надо учитывать при экранировании и заземлении, определяется верхнейграничной частотой полосы пропускания фильтра.

Поскольку даже при правильном заземлении, но длинном кабелепомеха все равно проходит через экран, то для передачи сигнала на большое расстояниеили при повышенных требованиях к точности измерений сигнал лучше передавать вцифровой форме или через оптический кабель. Для этого можно использовать,например, модули аналогового ввода RealLab! серии NL с цифровым интерфейсом RS-485 илиоптоволоконные преобразователи интерфейса RS-485,например типа SN-OFC-ST-62.5/125 фирмы RealLab!.

Нами было проведеноэкспериментальное сравнение различных способов подключения источника сигнала(терморезистора сопротивлением 20 КОм) через экранированную витую пару (0,5витка на сантиметр) длиной 3,5м. Был использован инструментальный усилитель RL-4DA200 с системой сбора данных RL-40AI фирмы RealLab!. Коэффициентусиления канала усиления был равен 390, полоса пропускания 1 КГц. Вид помехидля схемы рис. 3.102-а представлен на рис. 3.103.

Какследует из рис. 3.102, отказ от экранирования увеличиваетвеличину помехи в 4 раза (рис. 3.102-б, переход к одиночномувключению вместо дифференциального (рис. 3.102-в увеличивает помеху в5 раз, а если еще и отказаться от экрана, то помеха увеличивается в 230 раз(рис. 3.102-г. На рисунках приведеносреднеквадратичное значение напряжения помехи в полосе частот 0,01…5 Гц,полученное на выходе приемника сигнала.

Экран,защищающий от паразитных индуктивных связей, сделать гораздо сложнее, чемэлектростатический экран. Для этого нужно использовать материал с высокоймагнитной проницаемостью и, как правило, гораздо большей толщины, чем толщинаэлектростатических экранов. Для частот ниже 100 КГц можно использоватьэкран из стали или пермаллоя. На более высоких частотах можно такжеиспользовать алюминий и медь.

Всвязи со сложностью экранирования магнитной составляющей помехи особое вниманиеследует уделить уменьшению индуктивности сигнального провода и использоватьбалансные цепи передачи сигнала или оптический кабель.

3.5.3. Гальванически развязанные цепи

Радикальным решением описанных выше проблем (см. рис. 3.95 и рис. 3.96) является применениегальванической изоляции (см. раздел “Гальваническая развязка”) с раздельным заземлением цифровой,аналоговой и силовой части системы (рис. 3.104). Применение гальванической изоляции позволяет разделитьаналоговую и цифровую землю, а это, в свою очередь, исключает протекание поаналоговой земле токов помехи от силовой и цифровой земли (рис. 3.104).

Аналоговая земля может быть соединена с защитным заземлениемчерез сопротивление (подробнее см. раздел “Виды заземлений”, и “Гальваническая развязка”).

3.5.4. Экраны кабелей на электрических подстанциях

На электрических подстанциях на оплетке (экране) сигнальногокабеля автоматики, проложенного под высоковольтными проводами на уровне земли изаземленного с одной стороны, может наводиться напряжение величиной в сотниВольт [Ke] во время коммутации тока выключателем. Поэтому сцелью электробезопасности оплетку кабеля заземляют с двух сторон.

Для защиты от электромагнитных полей с частотой 50 Гц экранкабеля также заземляют с обеих сторон. Это оправдано в случаях, когда известно,что электромагнитная наводка с частотой 50 Гц больше, чем наводка,вызванная протеканием выравнивающего тока через оплетку.

3.5.5. Экраны кабелей для защиты от молнии

Для защиты от магнитного поля молнии сигнальные кабелисистем автоматизации, проходящие по открытой местности, должны быть проложены вметаллических трубах из ферромагнитного материала, например, стали. Трубыиграют роль магнитного экрана [Vijayaraghavan]. Нержавеющую сталь использоватьнельзя, поскольку этот материал не является ферромагнитным. Трубы прокладываютпод землей, а при наземном расположении они должны быть заземлены примерночерез каждые 3 метра [Zipse]. Кабель должен быть экранирован иэкран заземлен. Заземление экрана должно быть произведено очень качественно сминимальным сопротивлением на землю.

Внутри здания магнитное поле ослабляется в железобетонныхзданиях и не ослабляется в кирпичных.

Радикальным решением проблем защиты от молнии являетсяприменение оптоволоконного кабеля, который стоит уже достаточно дешево и легкоподключается к интерфейсу RS-485, например, через преобразователи типа SN-OFC-ST-62.5/125.

3.5.6. Заземление при дифференциальных измерениях

Рис. 3.105. Заземление аналоговых входов через сопротивления для уменьшения синфазной помехи

Если источник сигнала не имеет сопротивления на землю, топри дифференциальном измерении образуется “плавающий вход” (рис. 3.105). На плавающем входе может наводиться статический заряд от атмосферного электричества (см. также раздел “Виды заземлений”) иливходного тока утечки операционного усилителя. Для отведения заряда и тока наземлю потенциальные входы модулей аналогового ввода обычно содержат внутри себярезисторы сопротивлением от 1 МОм до 20 МОм, соединяющие аналоговые входы сземлей. Однако при большом уровне помех или большом сопротивлении источникасигнала сопротивление 20 МОм может оказаться недостаточным и тогда необходимодополнительно использовать внешние резисторы сопротивлением от десятков кОм до1 МОм или конденсаторы с таким же сопротивлением на частоте помехи (рис. 3.105).

3.5.7. Интеллектуальные датчики

В последнее время получили быстрое распространение иразвитие так называемые интеллектуальные датчики, содержащие микроконтроллердля линеаризации характеристики преобразования датчика (см., например, “Датчики температуры, давления, влажности”).Интеллектуальные датчики выдают сигнал в цифровой или аналоговой форме [Caruso]. Вследствие того, чтоцифровая часть датчика совмещена с аналоговой, при неправильном заземлениивыходной сигнал имеет повышенный уровень шума.

Некоторые датчики, например, фирмы Honeywell,имеют ЦАП с токовым выходом и поэтому требуют подключения внешнегосопротивления нагрузки (порядка 20 кОм [Caruso]), поэтому полезный сигнал вних получается в форме напряжения, падающего на нагрузочном резисторе припротекании выходного тока датчика.

Рассмотрим пример. На рис. 3.106 напряжение на нагрузкеравно

,

т. е. зависит от тока ,который включает в себя ток цифровой земли. Ток цифровой земли содержит шум и,в соответствии с вышеприведенной формулой, влияет на напряжение на нагрузке.Чтобы устранить этот эффект, цепи заземления надо выполнить так, какпоказано на рис. 3.107. Здесь ток цифровой земли не протекает через сопротивление ипоэтому не вносит шум в напряжение сигнала на сопротивлении нагрузки.

Рис. 3.108. Пример правильного заземления шкафов автоматики

3.5.8. Монтажные шкафы

Монтаж шкафов автоматики должен учитывать всю вышеизложеннуюинформацию. Однако заранее нельзя сказать однозначно, какие требования являютсяобязательными, какие – нет, поскольку набор обязательных требований зависит оттребуемой точности измерений и от окружающей электромагнитной обстановки.Поэтому нижеприведенные примеры заземления разделены на “правильные”и “ошибочные” условно. При этом “правильный” пример всегдадает меньший уровень помех, чем “неправильный”.

На рис. 3.109 приведен пример, в котором каждое отличие отрис. 3.108 увеличивает вероятностьсбоев цифровой части и ухудшает погрешность аналоговой. На рис. 3.109 сделаны следующие “неправильные” соединения:

• заземление шкафов выполнено в разных точках, поэтому потенциалы ихземель отличаются, см. рис. 3.95, рис. 3.96;

• шкафы соединены между собой, что создает замкнутый контур в цепизаземления, см. рис. 3.69, раздел “Защитное заземление зданий”, “Заземляющие проводники”, “Электромагнитные помехи”;

• проводники аналоговой и цифровой земли в левом шкафу на большом участкеидут параллельно, поэтому на аналоговой земле могут появиться индуктивные иемкостные наводки от цифровой земли;

• блок питания (точнее, его отрицательный вывод) соединен с корпусом шкафав ближайшей точке, а не на клемме заземления, поэтому по корпусу шкафа течетток помехи, проникающий через трансформатор блока питания (см. рис. 3.62,рис. 3.63);

• используется один блок питания на два шкафа, что увеличивает длину ииндуктивность проводника заземления;

• в правом шкафу выводы земли подсоединены не к клемме заземления, анепосредственно к корпусу шкафа. При этом корпус шкафа становится источникоминдуктивной наводки на все провода, проходящие вдоль его стен;

• в правом шкафу, в среднем ряду, аналоговая и цифровая земли соединеныпрямо на выходе блоков, что неправильно, см. рис. 3.95, рис. 3.104.

Перечисленные недостатки устранены на рис. 3.108. Дополнительным улучшениемразводки в этом примере было бы применение отдельного проводника заземления длянаиболее чувствительных аналоговых модулей ввода.

Рис. 3.109. Пример неправильного заземления шкафов с автоматики. Жирной линией выделены неправильные соединения. GND – вывод для подключения заземленного вывода питания.

В пределах шкафа (стойки) желательно группировать аналоговыемодули отдельно, цифровые – отдельно, чтобы при прокладке проводов в кабельномканале уменьшить длину участков параллельного прохождения цепей цифровой ианалоговой земли.

3.5.9. Распределенные системы управления

В системах управления, распределенных по некоторойтерритории с характерными размерами в десятки и сотни метров, нельзяиспользовать модули ввода без гальванической развязки. Только гальваническаяразвязка позволяет соединять цепи, заземленные в точках с разными потенциалами.

Кабели, проходящие по открытой местности, должны бытьзащищены от магнитных импульсов во время грозы (см. раздел “Молния и атмосферное электричество”, “Экраны кабелей для защиты от молнии”) и магнитныхполей при коммутации мощных нагрузок (см. раздел “Экраны кабелей на электрических подстанциях”). Особое внимание надоуделить заземлению экрана кабеля (см. раздел “Экранирование сигнальных кабелей”). Радикальным решением длятерриториально распределенной системы управления является передача информациипо оптическому волокну или радиоканалу.

Неплохие результаты можно получить, отказавшись от передачиинформации по аналоговым стандартам в пользу цифровых. Для этого можноиспользовать модули распределенной системы управления RealLab!серии NL фирмы Reallab!. Суть этого подходазаключается в том, что модуль ввода располагают возле датчика, уменьшая темсамым длину проводов с аналоговыми сигналами, а в ПЛК передается сигнал поцифровому каналу. Разновидностью этого подхода является применение датчиков совстроенными в них АЦП и цифровым интерфейсом (например, датчиков серии NL-1S).

3.5.10. Чувствительные измерительные цепи

Для измерительных цепей с высокой чувствительностью в плохойэлектромагнитной обстановке лучшие результаты дает применение”плавающей” земли (см. раздел “Виды заземлений”) совместно сбатарейным питанием [Floating] и передачей информации по оптоволокну.

3.5.11. Исполнительное оборудование и приводы

Цепи питания двигателей с импульсным управлением, двигателейсервоприводов, исполнительных устройств с ШИМ-управлением должны быть выполненывитой парой для уменьшения магнитного поля, а также экранированы для сниженияэлектрической компоненты излучаемой помехи. Экран кабеля должен быть заземлен содной стороны. Цепи подключения датчиков таких систем должны быть помещены в отдельныйэкран и по возможности пространственно отдалены от исполнительных устройств.

Заземление в промышленных сетях

Промышленная сеть на основе интерфейса RS-485выполняется экранированной витой парой с обязательным применением модулейгальванической развязки рис. 3.110). Для небольших расстояний(порядка 10 м) при отсутствии поблизости источников помех экран можно неиспользовать. При больших расстояниях (стандарт допускает длину кабеля до 1,2км) разница потенциалов земли в удаленных друг от друга точках может достигатьнесколько единиц и даже десятков вольт (см. раздел “Экранирование сигнальных кабелей”). Поэтому, чтобыпредотвратить протекание по экрану тока, выравнивающего эти потенциалы, экранкабеля нужно заземлять только в одной точке (безразлично, в какой). Этотакже предотвратит появление замкнутого контура большой площади в цепизаземления, в котором за счет электромагнитной индукции может наводится ток большойвеличины при ударах молнии или коммутации мощных нагрузок. Этот ток черезвзаимную индуктивность наводит на центральной паре проводов э. д. с., котораяможет вывести из строя микросхемы драйверов порта.

При использовании неэкранированного кабеля на нем можетнаводиться большой статический заряд (несколько киловольт) за счет атмосферногоэлектричества, который может вывести из строя элементы гальванической развязки.Для предотвращения этого эффекта изолированную часть устройства гальваническойразвязки следует заземлить через сопротивление, например, 0,1…1 МОм (нарис. 3.110 показано штриховойлинией).

Особенно сильно проявляются описанные выше эффекты в сетях Ethernet с коаксиальным кабелем, когда при заземлении внескольких точках (или отсутствии заземления) во время грозы выходят из строясразу несколько сетевых Ethernet-плат.

В сетях Ethernet с малой пропускнойспособностью (10 Mбит/с) заземление экрана следуетвыполнять только в одной точке. В Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1 Гбит/с) заземление экрана следует выполнять внескольких точках, пользуясь рекомендациями раздел “Экранирование сигнальных кабелей”

Рис. 3.110. Заземление в промышленной сети на основе интерфейса RS-485

При прокладке кабеля на открытой местности нужноиспользовать все правила, описанные в разделе “Экранирование сигнальных кабелей”

3.5.12. Заземление на взрывоопасных объектах

На взрывоопасных промышленных объектах (см. раздел “Автоматизация опасных объектов”) примонтаже цепей заземления многожильным проводом не допускается применение пайкидля спаивания жил между собой, поскольку вследствие хладотекучести припоявозможно ослабление мест контактного давления в винтовых зажимах.

Экран кабеля интерфейса RS-485заземляется в одной точке, вне взрывоопасной зоны. В пределах взрывоопаснойзоны он должен быть защищен от случайного соприкосновения с заземленнымипроводниками. Искробезопасные цепи не должны заземляться, если этого не требуютусловия работы электрооборудования (ГОСТ Р 51330.10, раздел “Экранирование сигнальных кабелей”).

Искробезопасные цепи должны быть смонтированытаким образом, чтобы наводки от внешних электромагнитных полей (например, отрасположенного на крыше здания радиопередатчика, от воздушных линийэлектропередачи или близлежащих кабелей для передачи большой мощности) несоздавали опасного напряжение или тока в искробезопасных цепях. Это может бытьдостигнуто экранированием или отдалением искробезопасных цепей от источникаэлектромагнитной наводки.

При прокладке в общем пучке или канале кабели сискроопасными и искробезопасными цепями должны быть разделены промежуточнымслоем изоляционного материала или заземленной металлической перегородкой.Никакого разделения не требуется, если используются кабели с металлической оболочкойили экраном.

Заземленные металлические конструкции не должны иметьразрывов и плохих контактов между собой, которые могут искрить во время грозыили при коммутации мощного оборудования.

На взрывоопасных промышленных объектах используютсяпреимущественно электрические распределительные сети с изолированной нейтралью,чтобы исключить возможность появления искры при коротком замыкании фазы наземлю и срабатывания предохранителей защиты при повреждении изоляции.

Для защиты от статического электричества используютзаземление, описанное в разделе “Статическое электричество”. Статическое электричество может быть причинойвоспламенения взрывоопасной смеси. Например, при емкости человеческого тела100…400 пФ и потенциале заряда 1 кВ энергия искрового разряда с тела человекабудет равна 50…200 мкДж, что может быть достаточно для воспламенениявзрывоопасной смеси группы IIC (60 мкДж), см. [Денисенко].

Почему необходимо заземление сетевого оборудования?

Если два незаземленных устройства соединяются интерфейсом, не обеспечивающим гальванической развязки (например, через COM- или LPT-порты), то через общий провод интерфейсного кабеля потечет уравнивающий ток (переменный с высокочастотными составляющими), приводящий к помехам. В случае неконтакта в общем проводе эта сотня вольт будет приложена к сигнальным цепям интерфейса, что, как правило, приводит к выгоранию микросхем адаптеров и даже всего устройства.

Если незаземленные устройства питаются от разных фаз трехфазной сети, между их корпусами будет разность потенциалов около 180 Вольт, что уж совсем много.

Разновидности молниезащиты

Заземление антенны, будь то в частном секторе или в городской высотке – это способ «закопать» в ближайший газон часть энергии при прямом попадании молнии. Способ закономерный, но не стопроцентный. Существуют дополнительные меры предосторожности, которые успешно используются в телесетях – применение устройств специальной грозозащиты. Убедитесь сами: телевизор, который подключён к электросети, имеет антенный разъем. Таким образом, даже отключённое от сети устройство может быть повреждено, если разряд молнии попадёт в антенну. Антенный провод, перед введением его в здание, должен пройти через элементы защиты от перенапряжения. Модули защиты коаксиала были разработаны специально, с целью грозозащиты для коаксиального кабеля.

Чтобы грозозащита коаксиального кабеля была эффективной, следует защитить все кабели домашней ТВ-сети.

Нормативные требования

Квалифицированные специалисты при проведении монтажных работ руководствуются требованиями, установленными Европейским комитетом электротехнических стандартов. Основной документ, касающийся заземления антенн, называется EN 50083-1.

В данном нормативном акте расписаны необходимые действия для предотвращения разрушительных последствий попадания молнии в антенну. Требования регламентируют работы, относящиеся к защите только постоянных молниезащитных систем или устройств, установленных в кемпингах. Они не касаются любительских радиостанций, функционирующих на платформе VSAT.

К нормативным актам также относятся еще несколько документов, в том числе:

1. ГОСТ P МЭК 62305-2-2010.
2. ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010.
3. Приказ Росстандарта под номером 795.

к содержанию ↑

Как делать заземление тв-антенны на даче

Варианты заземления могут быть следующими:

• устройство заземленного штекерного гнезда. В штекерное гнездо необходимо включить штекер антенного снижения. Затем мастер припаивает провод к гнезду и соединяет его с заземлением
• устройство заземленного шлейфа. Двухпроводной шнур (или двойной изолированный провод) припаивают к жиле и оболочке кабеля снижения. Мастер очищает жилы шнура от изоляции, спаивает их и присоединяет провод заземления
• заземление петлевой антенны. Мастер выполняет заземление нулевой точки антенны. Преимущество устройства заключается в том, что оно может быть постоянно заземленным

Мастер выбирает одну из двух схем заземления:

• пассивная (традиционная). Относительно недорогой и простой способ — установка молниеприемников, токоотводов
• внутренняя (все работы по защите электропроводки в помещении)

Чтобы проверить заземление, необходимо выполнить следующие действия:

• простучать участки соединений контактов между заземлителями и заземляющими устройствами молотком (чтобы понять, есть ли разрывы в каких-то местах)
• измерить уровень сопротивления (он должен равняться 0,05 Ом)

3.6. Гальваническая развязка

Гальваническая развязка (изоляция) цепейявляется радикальным решением большинства проблем, связанных с заземлением, иее применение фактически стало стандартом в системах промышленной автоматизации.

Для осуществления гальванической развязки необходимовыполнить подачу энергии в изолированную часть цепи и обмен с ней сигналами.Подача энергии выполняется с помощью развязывающего трансформатора (в DC-DC или AC-DC преобразователях) или с помощью автономных источникомпитания: гальванических батарей и аккумуляторов. Передача сигналаосуществляется через оптроны и трансформаторы, элементы с магнитной связью,конденсаторы или оптоволокно.

Основная идея гальванической развязки заключается в том, чтов электрической цепи полностью устраняется путь, по которому возможна передачакондуктивной помехи.

Гальваническая изоляция позволяет решить следующие проблемы:

• исключает появление паразитных токов по шине земли, вызванных разностьюпотенциалов отдаленных друг от друга земель, и тем самым снижает индуктивныенаводки, вызванные этими токами;

• уменьшает практически до нуля напряжение синфазной помехи на входедифференциального приемника аналогового сигнала (например, на рис. 3.73 синфазное напряжение на термопаре относительно Земли не влияет на дифференциальный сигнал на входе модуля ввода);

• защищает входные и выходные цепи модулей ввода и вывода от пробоябольшим синфазным напряжением (например, на рис. 3.73 синфазное напряжение на термопареотносительно Земли может быть как угодно большим, если оно не превышаетнапряжение пробоя изоляции).

Для применения гальванической развязки система автоматизацииделится на автономные изолированные подсистемы, обмен информацией междукоторыми выполняется с помощью элементов гальванической развязки. Каждаяподсистема имеет свою локальную землю и локальный источник питания. Подсистемызаземляют только для обеспечения электробезопасности и локальной защиты отпомех.

Основным недостатком цепей с гальванической развязкойявляется повышенный уровень помех от DC-DC преобразователя, который, однако, для низкочастотных схемможно сделать достаточно малым с помощью цифровой и аналоговой фильтрации. Навысоких частотах емкость подсистемы на землю, а также проходная емкостьэлементов гальванической изоляции являются фактором, ограничивающим достоинствагальванически изолированных систем. Емкость на землю можно уменьшить, применяяоптический кабель и уменьшая геометрические размеры изолированной системы.

При использовании гальванически развязанных цепей понятие”напряжение изоляции” часто трактуетсянеправильно. В частности, если напряжение изоляции модуля ввода составляет 3кВ, это не означает, что его входы могут находиться под таким высокимнапряжением в рабочих условиях. В зарубежной литературе для описанияхарактеристик изоляции используют три стандарта: UL1577, VDE0884 и IEC61010-01,но в описаниях устройств гальванической развязки не всегда даются на нихссылки. Поэтому понятие “напряжение изоляции” трактуется в отечественныхописаниях зарубежных приборов неоднозначно. Главное различие состоит в том, чтов одних случаях речь идет о напряжении, которое может быть приложено к изоляциинеограниченно долго (рабочее напряжение изоляции), в другихслучаях речь идет об испытательном напряжении (напряжениеизоляции), которое прикладывается к образцу в течение от 1 мин. донескольких микросекунд. Испытательное напряжение может в 10 раз превышатьрабочее и предназначено для ускоренных испытаний в процессе производства,поскольку напряжение, при котором наступает пробой, зависит от длительноститестового импульса.

табл. 3.26 показывает связь междурабочим и испытательным (тестовым) напряжением по стандарту IEC61010-01. Каквидно из таблицы, такие понятия, как рабочее напряжение, постоянное,среднеквадратическое или пиковое значение тестового напряжения могут отличатьсяочень сильно.

Электрическая прочность изоляции отечественных средствавтоматизации испытывается по ГОСТ 51350 или ГОСТ Р МЭК 60950-2002синусоидальным напряжением с частотой 50 Гц в течение 60 сек при напряжении,указываемом в руководстве по эксплуатации как “напряжение изоляции”.Например, при испытательном напряжении изоляции 2300 В рабочее напряжениеизоляции составляет всего 300 В (табл. 3.26).

Нужно ли заземлять сети на витой паре (UTP)?

Неэкранированная витая пара не предусматривает заземления каких-либо проводов. Пластмассовые разъемы RJ-45 обеспечивают недоступность токоведущих частей (в отличие от BNC-разъемов.
Современные хабы часто выпускаются в малогабаритном пластмассовом исполнении с внешним источником питания, включаемым в обычную двухполюсную розетку. Заземление таких хабов не предусматривается, но при этом подразумевается, что все подключенные к нему узлы ЗАЗЕМЛЕНЫ. При незаземленных устройствах между портами хаба может появиться напряжение 100-180 вольт (смотри выше), что вполне может вывести хаб и адаптеры из строя. А если хаб интеллектуальный, то денежные потери будут ощутимыми.
Правила заземления в документации по импортной аппаратуре приводятся не всегда, поскольку подразумевается, что трехполюсная вилка всегда должна включаться в соответствующую розетку с заземлением.

Заземление антенны

Большинство антенн нельзя заземлить просто соединив один из проводов с контуром заземления, по причине того, что это нарушит симметрирование антенны, исказит диаграмму направленности, приведёт к затеканию ВЧ токов в контур заземления и как следствие к помехам на телевизоры или для другой бытовой аппаратуры в доме.

Заземлять антенну нужно через один из элементов, которые были описаны выше для обеспечения короткого замыкания по постоянному току. Параллельно КЗ элементу нужно подключить и разрядник.

Ориентировочная схема заземления и организации КЗ по постоянному току для антенны 1/4 GP:

• 

Заземлять антенну необходимо только на специально предусмотренный для этого контур заземления.
Найти контур заземления на крышах панельных домов, высотках и домах выполненных в соответствии с строительными нормами весьма просто — обычно к нему подключены мачты коллективных антенн.
Контур заземления, это не просто торчащая поблизости арматура или какой то стальной прут. Контур заземления обычно проложен по всей крыше, это отдельный проводник выполненный из стальной проволоки или ленты достаточного сечения, обычно, если это проволока, то её диаметр порядка 5-6мм или более.
В частном доме заземление нужно организовать самостоятельно, для этого ознакомиться с строительными нормами и правилами относительно данного предмета.

Заземление это не шутки, его нужно выполнять так, что бы контакты обеспечивали минимальное сопротивление и были механически надёжны, долговечны.
Если вы подключаетесь к имеющемуся контуру заземления, то обязательно хорошо зачистите место подключения и проводник, которым будет выполнено подключение, затем, после того как подключение выполнено, защитите место подключения от коррозии.

Как делать заземление ТВ антенны на даче

Загородные дома и антенны, которые дачники на них устанавливают, – весьма уязвимые мишени в грозу: едва ли рядом найдётся достаточно высокая «приманка» для молнии (высокие старые деревья, вышки мобильных операторов и пр.). Особенно если дачное хозяйство находится на землях, которые только осваиваются.

Если в непогоду прямой электрический разряд попадёт в антенну, то даже установленный поблизости молниеприемник не защитит ни телевизор, ни тюнер в доме. Разряд обязательно достигнет ближайших розеток. И здесь речь уже идёт о спасении дома, а не техники. Молниеприемник – это, безусловно, хорошо, но от наведённого импульса и статики он не защитит. Вот почему дачная антенна должна быть надёжно заземлена, у неё должен быть свой собственный контур заземления.

Как это осуществить? Сейчас очень популярен штыревой вид заземления. В готовом заводском комплекте, скорее всего в нем вы обнаружите именно этот тип заземлителя. К нему идёт  собственная инструкция, для того чтобы вы не сделали ошибок при монтаже.

1. Для тех, кто все привык делать сам: подготовьте контур заземления: металлическую арматуру с диаметром от 20 мм (сталь, нержавсталь, медь – подойдут). Кабельный провод (ПВ-16,0 кв. мм), в качестве соединителя антенны с заглублённым контуром.
2. Заземлитель забейте на глубину от двух метров, оставив конец металлического прута над почвой на 20 см. К нему вы с помощью хомута или сварки должны подсоединить провод. Второй конец токоприёмника соедините с антенной.

Рекомендации по установке антенны

Выбор места фиксации телевизионной антенны и ее ориентация в пространстве зависит от множества факторов, среди которых:

• разновидность антенны;
• расположение участка земли;
• характер рельефа местности;
• интенсивность внешних помех;
• помехи, вызванные показателями электропитания, типом АФУ.

При установке ТВ-антенны на крыше, основанием чаще всего выступает мачта. В качестве нее подойдет стальная труба диаметром приблизительно 35-40 мм.

Альтернативой металлическому изделию может стать деревянное – из бруса (50 на 50 мм). Такую мачту фиксируют на стропильных балках. Принимающее устройство должно возвышаться над кровлей по крайней мере на 2 м. Если выбран деревянный брус, по нему прокладывают толстый медный провод или шину. Второй конец контура соединяют с заземляющим устройством, в качестве которого выступает либо шина, либо закопанные в грунт заземлители.

Что делать нельзя:

1. Прикреплять мачту антенны к каналам вентиляции или дымоходным трубам, к объектам электрической инфраструктуры, стойкам с проводами связи, слуховым окнам.
2. Фиксировать растяжки принимающего устройства так, чтобы они располагались возле вибраторов, электрической проводки, водопроводных труб или подоконников.

к содержанию ↑

Тв-антенна Дельта

Популярной моделью тв-антенн является Дельта с усилителем. Усилитель нужен для хорошего сигнала, поэтому такую модель часто устанавливают в местах, где сигнал от телецентра очень слабый. Необходимо учесть, что эффективность устройства зависит от многих факторов:

• место подключения
• высота установки
• мощность тв-передатчика
• уровень помех
• удаленность от источника трансляции
• рельеф местности

Схему подключения такой тв-антенны можно легко найти в интернете. Мастера делятся не только схемами, но и фото, а также снимают видеоролики, в которых объясняют, как правильно делать заземление, предостерегают от распространенных ошибок и дают полезные советы по подключению заземления не только на дачах, но и в квартирах.

Дополнительные меры грозозащиты в антенно-фидерном тракте

Задача конструктора антенно-фидерного тракта в данной части состоит в том, что бы максимально увеличить сопротивление импульсу тока при минимальном сопротивлении рабочей частоте.
Несколько витков коаксиального фидера на феррите от строчного трансформатора телевизора окажутся именно таким дополнительным сопротивлением, которое не пропустит импульс к вашей аппаратуре. Молния формирует весьма короткий импульс, следовательно даже небольшая индуктивность на пути этого импульса будет довольно значительным сопротивлением, в итоге большая часть импульса пройдёт по цепям с меньшей индуктивностью и следовательно меньшему реактивному сопротивлению — по контору заземления.
Не лишним будут дополнительные разрядники и КЗ элементы уже на подходе фидера к связному аппарату. Здесь они могут быть рассчитаны уже на менее внушительные токи, ведь основная мощность импульса уже погаснет рядом с антенной, на КЗ элементах антенны.

Разновидности молниезащиты

Существует две классические схемы защиты от молнии:

1. Пассивная. В комплектацию системы включают токоотводы, молниеприемники, заземлительные устройства. Все эти компоненты объединяют в сеть. Молниеприемниками обычно выступают стержни или сетчатые структуры.
2. Внутренняя. В данное понятие входит весь перечень действий по защите находящихся внутри здания элементов электрической проводки и оборудования от частичных токов и наводок. Нередко от этих воздействий не спасают внешние защитные системы.

В соответствии с общепринятой концепцией выделяют три зоны молниезащиты. По границам каждой из них монтируют особые устройства (УЗИП). Такие элементы также подразделяют на три класса.

Что нельзя делать при заземлении

Как известно, русский народ хитёр на выдумку. Часто эта хитрость оборачивается против самих хозяев. Расхожий миф о том, что организовать квартирное зануление с помощью перемычек в розетке – хороший тому пример. В силу технической неосведомлённости, а чаще самонадеянности, жильцы пускаются на разные ухищрения, которые не имеют ничего общего с электробезопасностью. Относительно заземления домашней телесети на случай грозы, знайте, что ни один квалифицированный электрик не посоветует проделать следующее:

• закреплять стойку телевизионной антенны на канале домовой вентиляции или на дымовой трубе;
• фиксировать антенные растяжки вблизи электрических кабелей или водопроводных труб;
• использовать домовые инженерные системы в качестве заземления. Представьте, что может произойти при попадании мощной электрической искры в газовый трубопровод!

Многие видели в фильмах, что бывает, если фен для сушки волос попадает в наполненную ванную. Такого же эффекта можно ожидать, если молния попадёт в водопроводную или канализационную сеть.

Некоторые моменты, которые надо знать при подключении аппаратуры к заземлённой антенне

— Если в вашем доме не предусмотрена или неисправна магистраль заземления, то современные устройства, питающиеся от импульсных блоков питания, будут иметь потенциал порядка 110 вольт (хоть и с весьма малым, но ощутимым током) на своём корпусе по отношению к заземлению.
— Если магистраль заземления есть в вашем доме, ваш связной аппарат соединён с ней и с заземлённой антенной, то при аварии на магистрали заземления можно увидеть фейерверк или дым рядом с аппаратом, нагрев фидера, так как все «кривые» токи от различных бытовых устройств потекут именно через корпус вашей радиостанции к контуру заземления.
Вообще заземлять всё надо в одной точке, что бы не создавать путь для блуждающих токов, однако при этом изоляция, например, межобмоточная, в блоке питания трансивера, должны быть рассчитана выдерживать напряжения, которые могут создавать те самые блуждающие токи (2-3 киловольта).
— Если прикоснуться одновременно к фазовому проводу и к заземлённому устройству (например, радиостанции), то бить будет нещадно, возможно до смерти.

Данная статья содержит не полные и возможно не точные сведения о грозозащите, однако, от некоторых страшных последствий читателя даже приведённые в статье меры могут спасти.
Автор статьи не несёт ответственности за жизнь читателя, возможную порчу оборудования или иной ущерб, который может возникнуть у читателя.
Автор рекомендует читателю самостоятельно найти и ознакомиться с дополнительными материалами относительно грозозащиты.

Заземление тв-антенны в квартирах

Владельцы квартир устанавливают антенны на балконах и лоджиях. Обычно в этих ситуациях дополнительное заземление не нужно, так как в домах есть автономное заземление.

Если вы не знаете, как правильно выполнить заземление, если вы не работали электриком, обратитесь к профессионалам. Заземление — очень сложный и крайне опасный процесс. Вы можете получить удар током или спровоцировать возгорание.

Лучше всего обратитесь к мастерам, компетентным в области электробезопасности. Например, присвоение группы допуска специалисту говорит о его знаниях и умениях. Кроме того, мастер несет ответственность за выполненные работы. Если вы будете выполнять заземление самостоятельно и произойдет авария, ответственность за произошедшее будет лежать только на вас.

Какие возможности может предоставлять специализированное ПО UPS?

Современные модели UPS имеют в своем составе микроконтроллер, который в совокупности со специализированным ПО серверов и станций, поставляемым для конкретных моделей, может предоставлять широкий спектр услуг, в зависимости от интерфейса связи UPS с системой.

Телеметрия. Информация о состоянии питающей сети, батареи и других узлов, температуре внутри UPS, величине нагрузки и т. д. передается в систему сбора, обработки и отображения информации. Система может прогнозировать время работы от батарей и соответственно корректировать задержку закрытия сервера.

Телеуправление. Двунаправленный интерфейс с UPS обеспечивает подачу управляющих команд – отключение, запуск диагностических тестов и т. д.

Планирование включения и выключения. Администратор может задать график работы сервера, указывая время включения и отключения питания на каждый день недели. Программа при наступлении времени отключения посылает предупреждение всем клиентам, через некоторое время инициирует закрытие сервера и программирует UPS на отключение питания через определенный интервал времени и повторное включение в заданное время. После отключения по команде, UPS переходит в режим ожидания и своим внутренним таймером отсчитывает время до включения. В заданное время UPS включает питание нагрузки, сервер автоматически загружается и следующее запланированное отключение произойдет по инициативе программы, работающей на сервере.

Возможности взаимодействия по сети оператора с UPS определяются его ПО. Популярный PowerChute (“парашют”) для Smart UPS фирмы APC, OnliNet Basic для UPS фирмы EXIDE, обеспечивают вышеперечисленные функции для различных ОС, они вполне удовлетворительны для систем с одним UPS. В системах с более сложным питанием желательно использовать более “сетевые” варианты ПО, обеспечивающие централизованное управление сетями UPS. Для UPS фирмы EXIDE это OnliNet Network, OnliNet NVX и др.