Разбираемся с заземлением, экранированием и защитой от утечек в высокоомных приложениях. Часть 1 — Основные источники помех в измерительных системах

Разбираемся с заземлением, экранированием и защитой от утечек в высокоомных приложениях. Часть 1 — Основные источники помех в измерительных системах

Неточность измерений, особенно в высокоомных приложениях, часто объясняют неправильным экранированием и плохим заземлением. Действительно, проблемы с экранированием и заземлением нередко приводят к появлению ошибок, но многие разработчики тестовых систем не совсем хорошо понимают, почему. Многие погрешности измерения вызываются токами от внешних полей, наводимыми в измерительные провода. В статье рассматривается, каким образом земляные петли и недостаточное либо отсутствующее электростатическое экранирование могут вызвать протекание паразитных токов или токов помех в измерительных проводах или тестируемых устройствах (device under test, DUT), а также способы распознавания этих токов и предотвращения их влияния на результаты измерения. Вначале, однако, рассмотрим электростатику, что позволит лучше понять источник проблемы.

Долгое время в домах использовались «пробки»: плавкие предохранители, защищающие от скачков напряжения. На смену им пришли современные и более удобные автоматы (автоматические выключатели). На сегодняшний день в большинстве квартир это единственные средства защиты от неполадок в сети.

Пробки и автоматические выключатели позволяют защититься от короткого замыкания, перегрева проводки и возгорания при перегрузке. Однако мощный электрический импульс может успеть пройти через автомат и вывести технику из строя. Такое случается, например, в следствие удара молнии. То есть обычные пробки не могут обеспечить полноценную защиту от перепадов напряжения.

Какие бывают

Существуют следующие типы:

• базовый – это недорогие приборы, которые применяются для мелкой бытовой техники;
• продвинутые – используются для любой домашней техники;
• профессиональный – используются для дорогих домашних приборов, которые чувствительны к перепадам напряжения. Покупаются для домашних кинотеатров, дорогостоящих стереосистем.

Чем выше качество фильтра, тем надежнее он работает.

Базовый

Базовые (Essential) покупаются для недорогой бытовой техники – настольных ламп, часов. Отличаются невысокой стоимостью, простотой использования. Такие приборы предназначены для подавления всплесков напряжения величиной до 960 Джоулей. Несмотря на небольшой рабочий диапазон, также надежно выполняют работу по защите домашней техники.

Продвинутый универсальный с крышками

alt=»сетевой фильтр» width=»300″ height=»72″ />Самые используемые – это продвинутые (home, office) устройства с крышками.

Подходят для защиты домашнего оборудования – компьютеров, стиральных машин, телевизоров. Рассеивают 900 – 2000 Дж в зависимости от модели. Считаются универсальными с точки зрения соотношения цены и качества, поэтому используются чаще остальных видов.

Профессиональный с защитой

Профессиональный (Performance) – рассеивает свыше 2000 Дж. Используются при работе со сложной техникой, которая чувствительна к изменениям напряжения – например, дорогостоящие акустические системы, домашние кинотеатры. Цена таких устройств значительно выше.

Умный управляемый

Управляемые выделяются в отдельную категорию, из системы «умный дом». Радиоуправляемые сетевые фильтры существуют много лет, современные модификации с Bluetooth или WLAN более удобные для применения. Управлять таким устройством можно с помощью телефона или планшета даже находясь вне дома. Благодаря таким приборам можно контролировать работу домашнего оборудования, даже находясь на удалении от дома.

Изоляция проводов от помех: типы ЭМП

Рассмотрим вопрос экранирования кабеля (проводов) в рамках функционирования сервосистем. При отсутствии изоляции проводов от помех нарушается стабильность данных систем, что влечет ошибки передачи сигналов, а иногда и включение/отключение приборов. Сами электромагнитные помехи могут распространяться по кабелю или же излучаться им самим. Диапазон первых обычно составляет до 30 МГц, вторых же (излучательных) – свыше 30 МГц.

Типы ЭМП

Начать разбираться в принципах экранирования нужно с понимания принципов передачи ЭМП через соединения. Это необходимо по той причине, что эффективное для одних типов соединений экранирование проводов может быть для других типов совершенно неэффективным. Более того, при неправильной привязке (заземлении) экрана можно получить еще более плохие результаты, чем при отсутствии экранирования.

Ухудшить качество сигнала в цепях под силу четырем типам помех:

• емкостным;
• индуктивным (магнитным);
• внутренним;
• излучательным.

Емкостные помехи. С одной стороны, такие помехи относятся к наиболее легко подавляемым, в связи с чем они доставляют меньше проблем. С другой стороны, результатом действия таких помех может быть искажение ВЧ-сигналов в проводниках с большим выходным сопротивлением. Для подавления данного типа помех следует использовать провода с заземленной экранировкой.

Индуктивные помехи. Причиной возникновения такого типа электромагнитных помех является воздействие сильного магнитного поля, которое действует по принципу генератора. Из-за этого в проводнике может возникнуть ток с относительно низким импедансом, который способен нарушить передачу сигнала. Данные помехи, как и последствия их воздействия, могут оказаться довольно мощными для отключения/включения технических средств. Эффективным способом подавления индуктивных помех является использование витой пары, имеющей заземленную экранирующую оплетку. Экранирование проводов фольгой не такое эффективное из-за магнитных вихревых токов.

Подробнее о данном типе помех читайте в статье «Индуктивные помехи».

Внутренние помехи. К таким помехам относятся ЭМП, которые возникают в случае непосредственного подключения источника к системе. Например, при создании источником питания импульсных помех на линии переменного тока. К способам подавления внутренних помех относятся изоляция, фильтрация или иные методы согласования импедансов. При подавлении экранировка неэффективна, однако с ее помощью можно преградить помехам выход за пределы системы. Для сильных внутренних импульсных помех в неэкранированной системе возможна ситуация их перехода в индуктивные.

Излучательные помехи. Данный тип помех является наиболее сложным и имеет ряд ограничений, которые связаны с частотами. Для подавления таких помех недостаточно экранирования проводов фольгой. Эффективной может быть экранировка оплеткой, хотя для ее применения в данном случае существуют дополнительные требования. К ним относятся, например, следующие:

• экран внутри экранируемых проводов не должен прерываться;
• экранировка должна быть обязательно полной, со всех направлений, и др.

Крутизна выходной характеристики преобразовательного устройства в совокупности с длинным кабелем двигателя зачастую приводит к переходным процессам, способствующим перенапряжению на клеммах агрегата. С помощью установки фильтра dU/dt на выходе преобразователя удается подавить это отклонение, а также сократить токи утечки в моторном кабеле.

По виду синусные фильтры напоминают конструкцию фильтров dU/dt. Отличие заключается только в том, что в них используются дроссели и конденсаторы с большими номинальными параметрами. Это обеспечивает более эффективный способ борьбы с помехами высоких частот. Габариты синусных фильтров сравнимы с габаритами преобразователя частоты, которому данный фильтр предназначен. Синусные фильтры дают возможность применять моторные кабели необходимой длины тогда, когда мотор установлен вдали от преобразователя частоты.

Инверторы (ИБП без АКБ) CyberPower для котла отопления

Нидерланды

Инверторы CyberPower SMP обеспечивают резервирование электропитания отопительной и любой другой техники при отключении электрической сети. Они представлены тремя моделям, отличающимися мощностью. Особенности модельного ряда: Компактное исполнение; Защита техники от колебаний напряжения в сети; Встроенная схема заряда…

Инверторные преобразователи обеспечивают защиту отопительных котлов от выхода из строя в результате скачков напряжения в сети. Они стабилизируют сетевое напряжение до 220 В, предохраняя оборудование от поломки. При отсутствии сетевого электропитания они переключаются на аккумуляторы.

Особенности и преимущества инверторов:

• Полностью бесшумная работа;
• Мгновенное реагирование при колебаниях напряжения;
• Мгновенное переключение на аккумуляторы;
• Минимальное колебание напряжения на выходе;
• Минимальный расход в холостом режиме.

Инверторы – надёжная защита всех видов энергозависимых котлов от колебания питающего напряжения.

Назначение и особенности
Современные отопительные котлы оснащаются электронной автоматикой, управляющей микроклиматом в помещениях. Она управляет работой газовых горелок, циркуляционных насосов и трёхходовых клапанов, контролирует исправность внутренних узлов, принимает показания с уличных и внутренних температурных датчиков, обеспечивает взаимосвязь с комнатными термостатами и системами дистанционного управления климатом. Отключение электроэнергии приводит к полному обесточиванию данных котлов – обогрев помещений прекращается. Также возможна поломка котельного оборудования при скачках питающего напряжения.

Инверторы обеспечивают стабилизацию сетевого напряжения и резервирование электропитания при его отсутствии. Инверторная стабилизация абсолютно бесшумна, к тому же на выходе появляется переменный ток с идеальной формой и идеальным напряжением питания – колебания составляют не более 5-10%, в зависимости от модели. Одновременно с этим обеспечивается фильтрация высокочастотных помех, вредящих электронике.
В периоды отсутствия напряжения в электросети инверторы переключаются на резервные аккумуляторы. Они преобразуют постоянный ток напряжением 12, 24 или 48 Вольт в переменный ток со стабильными 220 В на выходе. Переключение осуществляется мгновенно, благодаря чему сохраняется стабильная работа котельного оборудования. При появлении напряжения в электрической сети инверторы переходят на сетевое электропитание. Одновременно с этим начинается подзарядка аккумуляторов – максимальный ток заряда зависит от выбранной модели инвертора.

Как выбрать инвертор

На выбор потребителей представлены десятки моделей инверторов, отличающихся множеством параметров – мощностью, диапазонами входного напряжения, амплитудой искажений синусоиды и амплитудой колебаний выходного напряжения. Для газовых котлов, потребляющих от 130 Вт/ч рекомендованы инверторы мощностью 300-500 Вт. Учитывая повышенное потребление во время старта можно добавить запас до 600 Вт. Чтобы определиться с мощностью, загляните в паспорт котла.

Чем больше диапазон входного напряжения, тем дороже инвертор. Необходимо измерить напряжение в розетке с помощью мультиметра в утренние, дневные и вечерние часы, посмотреть минимальное значение и отталкиваться от него – некоторые инверторы могут работать при 180 В. Верхний порог для большинства моделей составляет 250-260 В. Нельзя не пройти мимо такого показателя, как КПД – он составляет до 90%. Также рекомендована наличие фильтрации электрических помех, защиты от перегрузки и защиты от разрядов молнии.

Инверторные преобразователи напряжения в магазине Теплодвор

Купить инверторы по доступным ценам вы сможете в интернет-магазине Теплодвор. В продаже представлены десятки моделей от таких производителей, как CyberPower, Энергия, ZOTA, Challenger и многих другие. Купленный преобразователь будет доставлен по Москве и России. Также можно забрать оборудование самовывозом.

Ошибки при монтаже и подключении

Эффективность работы УЗИП во многом зависит от его правильного выбора, установки и подключения. Поэтому, перед тем как подключить УЗИП нужно учитывать следующие факторы:

• Нельзя устанавливать прибор в щитке с некачественным заземляющим контуром. Первый же удар молнии разрушит не только все оборудование, но и саму щитовую. Высоким токам просто некуда будет уходить.
• Неправильный выбор УЗИП в частном доме, когда устройство несовместимо с действующей системой заземления. Необходимо внимательно изучить техническую документацию перед покупкой.
• Установка УЗИП не с тем классом защиты.
• Не следует ограничиваться одним устройством. В некоторых случаях могут понадобиться 2 или даже 3 прибора, которые нужно правильно выбирать.
• Класс УЗИП перепутан с местом его установки. Защитная схема подключения серьезно нарушается и становится неэффективной.

В любом случае, перед оборудованием защитной системы с помощью этих устройств, следует проконсультироваться с опытными специалистами.