Расстояние от кабеля до контура заземления


Почему вертикальные заземлители нельзя располагать близко друг к другу?

Вертикальные заземлители небольшой длины

При использовании вертикальных заземлителей небольшой длины (порядка нескольких метров) для обеспечения необходимого заземления в землю устанавливают несколько штырей, которые соединяют между собой параллельно. Естественно, поскольку такой массив занимает определённую площадь, возникает соблазн сэкономить пространство и разместить штыри ближе друг к другу. Но, на самом деле, этого не следует делать — есть определённое расстояние, ближе которого размещать штыри друг относительно друга не следует. О том, чему равно это расстояние и почему слишком близко расположенные штыри — это плохо, пойдёт речь в данной статье.

Взаимное экранирование электродов

В том случае, если два электрода (штыря) находятся на бесконечно большом расстоянии друг от друга, то при их параллельном соединении идеальным проводником с нулевым сопротивлением общая проводимость такого заземлителя относительно земли будет равна сумме проводимостей обоих штырей относительно земли (напомним, что проводимость — это величина, обратная сопротивлению). Данное правило может быть обобщено и на большее количество электродов, тогда суммируются их проводимости.

Но что мы будем наблюдать, если расстояние между параллельно соединенными электродами меньше их длин или сопоставимо с ними? Проводимость такого заземления будет меньше суммы проводимостей двух отдельных штырей относительно земли. Такое явление называется взаимным экранированием электродов. В свою очередь, оно обусловлено так называемым отталкиванием токов.

Основным фактором, определяющим электропроводность почвы, является наличие в ней влаги, в которой растворены соли. В результате получается электролит. При прохождении электрического тока через электролит положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы — к положительному электроду (аноду). Например, при использовании электродов из меди они будут выполнять роль анода. При этом, поскольку электроды соединены между собой проводником с низким сопротивлением, потенциалы на них относительно земли будут практически одинаковы.

Ионная проводимость в электролите

Ионная проводимость в электролите

Электрический ток связан с физическим переносом ионов. При близком расположении электродов одноименно заряженные ионы будут отталкиваться, что уменьшит интенсивность их движения. Это и есть явление отталкивания токов. В итоге оно уменьшает общую проводимость системы из параллельно соединенных электродов.

Определение минимального расстояния между вертикальными заземлителями

Слишком большое расстояние между вертикальными электродами — это не только нерациональное использование земли, но и большая длина проводов, соединяющих электроды. Чем длиннее провода, тем выше их сопротивление. С другой стороны, если мы размещаем штыри слишком близко друг к другу, это снизит их эффективность. Отсюда следует, что должен быть некий оптимальный диапазон значений расстояния между вертикальными электродами заземления, в пределах которого обеспечиваются наилучшие технико-экономические показатели.

Защита сооружений от попадания молнии — крайне ответственная задача, поэтому для нее параметры заземления, состоящего из нескольких электродов, жестко прописаны, в том числе и расстояние между электродами. К примеру, согласно действующей Инструкции РД 34.21.122-87, п. 2.2 для отдельно стоящих молниеотводов приемлемым является «искусственный заземлитель, состоящий из трех и более вертикальных электродов длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом, при расстоянии между вертикальными электродами не менее 5 м».

При использовании заземления только для обеспечения безопасности эксплуатации электрических установок, целевым показателем является достижение нужного сопротивления заземления. Методика расчета на основании так называемого коэффициента использования приведена здесь. Чем выше значение коэффициента использования, тем заземление эффективнее. Следует отметить, что значение коэффициента использования зависит не только от расстояния между электродами, но и от количества электродов, а также от топологии их размещения (при одном и том же минимальном расстоянии между электродами расположение их в ряд дает больший коэффициент использования, чем при размещении в виде замкнутого контура).

Электричество установки заземления, часть подземного металлического каркаса

Размещение электродов по замкнутому контуру более удобно с точки зрения использования пространства, но при этом несколько снижается эффективность заземления по сравнению с электродами, расположенными в ряд

Эксперименты показали, что взаимное экранирование параллельно соединенных вертикальных электродов в земле наблюдается на уровне, оказывающим влияние на свойства заземления, при расстоянии менее 2,2L, где L – длина электрода. Дальнейшее увеличение расстояния между электродами не дает уже ощутимой выгоды. С другой стороны, при расстоянии между электродами, не превышающим 0,033L, добавление новых электродов не уменьшает сопротивление заземления.

Выводы

В реальности сопротивление заземления меняется в широких пределах в зависимости от времени года и погодных условий. Поэтому на практике для многоэлектродных вертикальных заземлителей часто используют эмпирическое правило — расстояние между электродами должно составлять не менее длины одного электрода. Максимальное значение расстояния, чтобы заземление не было слишком громоздким и дорогим - удвоенное значения длины электрода. Поскольку длина электродов для многоэлектродного вертикального заземления обычно составляет 3 — 5 м, нормы Инструкции РД 34.21.122-87 в диапазон 1 — 2 длины электрода вполне укладываются.

Тем не менее, современные здания имеют все более сложную конструкцию, в них все больше используется металлических элементов. Телекоммуникационное оборудование, особенно базовые станция мобильной связи, предъявляют очень жесткие требования к заземлению. Поэтому лучше все-таки не полагаться только на эмпирические правила, а обратиться в Технический центр ZANDZ.com, где опытные специалисты разработают вам проект заземления с учетом ваших конкретных задач и особенностей местности, где он будет реализовываться.


Смотрите также:

Как исправить контур заземления CCTV

Контур заземления CCTV очень утомляет, и многим установщикам трудно рано или поздно столкнуться с этой проблемой в своей карьере.

Если вы ищете способ исправить контур заземления системы видеонаблюдения, не ищите дальше, потому что в этой статье я объясню, как определить и устранить эту проблему.

Что такое контур заземления CCTV?

« Ground Loop » - это тип помех, который генерирует горизонтальные полосы, катящиеся по экрану системы видеонаблюдения, как показано на рисунке ниже.

Для реального сценария это немного сложно, но для понимания давайте представим, что технический специалист использует мультиметр и помещает один тестовый датчик на корпус камеры, а другой тестовый датчик в корпус DVR, если есть напряжение между двумя точками он может создать электрическую петлю, которая циркулирует по коаксиальному кабелю между устройствами.

В идеальном случае это напряжение с

.

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓
  • Образование
  • Исследовательская работа
  • Инновации
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT
  • Подробнее ↓
    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О MIT
Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

.

Как найти неисправность в кабелях? Типы неисправностей кабелей

Неисправности кабелей, типы, причины и способы определения неисправностей в кабелях с помощью различных тестов.

Общие сведения о неисправностях в кабелях

Когда электрическая энергия вырабатывается на станциях поколений, она распределяется между различными нагрузками, то есть городами, поселками и деревнями для последующего потребления. Процесс включает в себя повышение напряжения для минимизации потерь энергии в виде тепла.Повышенное напряжение распределяется по сетевым станциям, где оно понижается для распределения на местные трансформаторы, где оно, наконец, понижается и распределяется между потребителями.

Распределение электроэнергии осуществляется по электрическим кабелям. Кабели бывают изолированными или неизолированными. Выбор использования изолированных или неизолированных (воздушных линий или подземных) кабелей в основном важен, когда энергия должна передаваться в процессе подземной прокладки.

В отличие от изолированных кабелей, неисправности неизолированных кабелей легко обнаруживаются, поскольку наиболее распространенная неисправность, связанная с таким типом кабеля, - это разрыв и разрыв кабеля или проводов.

В изолированных кабелях, особенно в многожильных, неисправности бывают разных типов и имеют множество причин.
Прежде чем мы обсудим, как найти эти часто встречающиеся неисправности, давайте посмотрим, что такое неисправности кабеля , а также возможные причины и расположение этих неисправностей.

Типы неисправностей кабеля

Ниже приведены типы неисправностей кабеля , которые обычно встречаются в подземных кабелях.

  • Неисправности разомкнутой цепи: Неисправность разомкнутой цепи - это неисправность, которая возникает в результате обрыва проводника или его выдергивания из соединения.В таких случаях ток вообще не будет протекать, поскольку проводник сломан (конвейер электрического тока).
  • Короткое замыкание или перекрестное замыкание: Этот вид сбоя возникает при повреждении изоляции между двумя кабелями или между двумя многожильными кабелями. В таких случаях ток не будет протекать через основную жилу, подключенную к нагрузке, а вместо этого будет течь непосредственно от одного кабеля к другому или от одной жилы или многожильного кабеля к другому. Нагрузка будет замкнута накоротко.
  • Заземление или замыкание на землю: Этот вид сбоев возникает при повреждении изоляции кабеля. Ток, протекающий через неисправный кабель, начинает течь от жилы кабеля к земле или оболочке (защитному устройству кабеля) кабеля. Тогда ток не будет проходить через нагрузку.

Причины неисправностей кабелей

Неисправности кабелей в основном вызваны влажностью бумажной изоляции кабелей. Это может привести к повреждению свинцовой оболочки, защищающей кабель.Свинцовую оболочку можно повредить по-разному. Большинство из них - химическое воздействие почвы на свинец при заглублении, механические повреждения и кристаллизация свинца в результате вибрации.

Как найти неисправность в поврежденном кабеле?

Прежде чем устранять неисправность в кабелях, необходимо сначала определить неисправность. Есть много способов найти неисправностей кабеля , которые обсуждаются ниже;

Различные типы тестов для поиска неисправностей в кабелях.

1.Тест Блавье (для неисправностей одиночного кабеля)

Когда замыкание на землю происходит в одиночном кабеле и нет других кабелей (без неисправного), можно выполнить тест Блавье, чтобы определить местонахождение неисправности в одиночном кабеле.

Другими словами, при отсутствии звукового кабеля для обнаружения неисправности в кабеле (чтобы создать петлю, подключив оба кабеля, как мы делаем в тесте петли Мюррея), тогда называется измерение сопротивления с одной стороны или конца. тест Блавье .

В тесте Блавье сопротивление можно измерить двумя способами.

  • Для изоляции дальнего конца кабеля
  • Чтобы заземлить (заземлить) дальний конец кабеля, как показано на рис.

Замыкание на землю одиночного кабеля может быть обнаружено с помощью теста Блавье. В этом виде испытаний в мостовой сети используются низковольтный источник питания, амперметр и вольтметр. Сопротивление между одним концом кабеля (передающий конец) и землей измеряется, когда «дальний конец» изолирован от земли.

Предположим, нам известно полное сопротивление одножильного кабеля (до неисправности), равное RΩ.И;

Сопротивление замыкания на землю = r
Сопротивление от дальнего конца до замыкания кабеля = r1
Сопротивление от испытательного конца кабеля до места замыкания = r2

Теперь мы подключим, а затем отключим заземление на дальнем конце кабеля для измерения двух сопротивлений. Эти измерения могут быть выполнены с помощью источника LT (низкого напряжения) и мостовой сети.

Прежде всего, мы изолируем дальний конец кабеля, чтобы определить сопротивление между линией и землей, которое составляет;

R 1 = r 2 + r ……………………….(1)

Теперь мы заземлим или заземлим дальний конец кабеля, чтобы снова найти сопротивление между линией и землей.

Но общее сопротивление (до возникновения неисправности) было

R = r 1 + r 2 ……………………… .. (3)

Решение вышеуказанных уравнений для r 2 (местоположение или расстояние повреждения), получаем

Значение x = r 2 обычно меньше, чем значение 2 рэнд.Поэтому мы рассматриваем (-) вместо (±) в приведенном выше уравнении.

Тесты контура для поиска повреждений кабеля

Эти виды тестов проводятся при коротких замыканиях или замыканиях на землю в подземных кабелях. Неисправности кабеля можно легко обнаружить, если вместе с заземленными кабелями проложить звуковой кабель. Ниже приведены типы петлевых тестов.

  • Тест петли Мюррея
  • Тест петли Варлея.
  • Тест на перекрытие земли

2.Тест петли Мюррея

Ниже показано соединение, позволяющее определить место повреждения кабеля с помощью метода Тест петли Мюррея .

Принцип моста Уитстона используется в тесте петли Мюррея для обнаружения повреждений кабеля. Ra и Rb - это два плеча передаточных чисел, состоящих из резисторов. G - гальванометр. Неисправный кабель (Rx) подключается ко второму кабелю (Звуковой кабель Rc) через перемычку с низким сопротивлением на дальнем конце. Мост Уитстона поддерживается в равновесии за счет регулировки сопротивления рычагов передаточного отношения Ra и Rb до тех пор, пока отклонение гальванометра не станет нулевым.
Таким образом…

Решая для x , получаем;

где

l = длина одного кабеля (в метрах ярдов)
2l = общая длина двух кабелей
x = расстояние от верхней стороны до разлома

3. Варлей Тест контура

Единственное различие между испытанием контура Мюррея и испытанием контура Варли состоит в том, что тест контура Варли предназначен для измерения общего сопротивления контура вместо получения его из отношения

В этом испытании отношение плеч Ra и Rb являются фиксированными, а положение баланса достигается изменением известного переменного сопротивления (реостат).

Как мы объяснили уравнение в предыдущем разделе Тест петли Мюррея … история такая же и для теста Варлея…

Для замыкания на землю или короткого замыкания в кабелях , ключ переключателя сначала переводится в положение 1, переменное сопротивление S изменяется до тех пор, пока мост не будет сбалансирован для значения сопротивления S1. Итак,
Когда клавиша находится в позиции 1

Когда клавиша находится в позиции 2
Из уравнений 1 и 2 мы получаем

Поскольку значения Ra, Rb, S1 и S2 равны известно, значение Rx может быть определено как
Сопротивление контура =

Если « r » - это сопротивление кабеля на метр длины, то расстояние повреждения кабеля от тестового конца составляет

4.Тест на перекрытие с землей

В тесте на перекрытие с землей выполняются два измерения (вместо одного, как в тесте Блавье). Первое измерение сопротивления - это R1 (между линией и землей, т. Е. От испытательного конца до дальнего (заземленного) конца).
Второе измерение сопротивления - это R2 (между линией и землей, т. Е. От дальнего конца и тестируемого (заземленного) конца).
Оба измерения равны следующим образом:

Как и в тесте Блавье , мы также предполагаем, что нам известно фактическое сопротивление кабеля до повреждения кабеля, которое равно R.

R = r 1 + r 2

5. Тест обрыва цепи

Отказ обрыва цепи может произойти, когда кабель выдергивается из соединения или в нем происходит разрыв. Такую неисправность можно отследить, выполнив проверку емкости. Емкость неисправного кабеля измеряется с обоих концов кабеля баллистическим гальванометром или мостовым методом. Емкость кабеля относительно земли пропорциональна длине кабеля.

6. Испытание на падение

In Испытание на падение , амперметр, вольтметр, переменный резистор (реостат) и аккумулятор подключены, как показано ниже, чтобы найти место повреждения в кабеле. Этот тест проводится с помощью звукового кабеля, который не имеет неисправности, идущего вдоль неисправного кабеля, как показано ниже Расстояние до точки повреждения может быть задано как:

Где

V 1 и V 2 = показания вольтметра в точках A и B;
L = длина неисправного сердечника

X = длина сердечника между поврежденным и испытательным концом A.

В этот пост мы добавим больше тестов и методов, чтобы найти неисправностей кабеля . Оставайтесь с нами. Спасибо.

Вы также можете прочитать:

Введите адрес электронной почты для получения последних обновлений, подобных указанному выше!

.

Предотвращение образования контуров заземления в конструкции вашей печатной платы | Блог о проектировании печатных плат

Altium Designer

| & nbsp 30 марта 2018 г.

Я думаю, мы все там были.Вы покупаете эту потрясающую стереосистему только для того, чтобы слышать знакомый гудящий звук на заднем плане. Когда вы приносите его обратно в магазин, продавец обвиняет производителя. Затем производитель стереосистемы обвиняет производителя компонентов, и производитель компонентов не может никого винить. На самом деле источником проблемы являются контуры заземления, которые образуются из-за некачественной конструкции.

Контуры заземления создают шум в электрических цепях. В плоскостях заземления могут существовать большие токи, а разница напряжений между соединениями заземления приводит к образованию контура заземления.Звон или гудение в некоторых аудиосистемах - лишь одно из проявлений шума контура заземления.

Почему вообще важна маршрутизация по земле?

Если вы помните свой класс «Электроника 101», вы знаете, что все электрические токи движутся по замкнутым контурам. На печатной плате сигналы маршрутизируются вокруг платы с использованием сигнальных и близлежащих обратных трасс. Когда сигнал достигает полной мощности и проходит через плату, сигнальная и обратная трассы создают токовую петлю. Сила индуцированного обратного тока зависит от ряда факторов.Если мы кратко рассмотрим дорожку и ее заземляющую пластину изолированно, ток индуцируется в заземляющей пластине через паразитную емкость между дорожкой и ее заземляющей пластиной.

Так почему это важно? Если дорожка расположена ближе к плоскости заземления, емкостное сопротивление, воспринимаемое сигналом на дорожке, будет ниже, что вынуждает обратный путь следовать ближе к области под дорожкой. Это означает, что если вы хотите обеспечить надежный обратный сигнал на землю, ваш сигнал и возврат должны быть расположены как можно ближе друг к другу.Размещение сигнальной дорожки ближе к ее заземляющей пластине обеспечит более низкую индуктивность контура, что помогает снизить восприимчивость к электромагнитным помехам. Помещая заземляющую пластину ниже сигнальных дорожек, возвратный сигнал будет естественным образом формироваться ниже сигнальной дорожки, и ваша цепь будет завершена.

Соединения с плоскостью заземления

Когда заземляющая пластина расположена непосредственно под плоскостью, содержащей ваши сигнальные дорожки, все ваши сигнальные дорожки будут индуцировать свой собственный обратный путь непосредственно в заземляющей плоскости.Это должно продемонстрировать удобство использования большой плоскости заземления для маршрутизации обратных сигналов, а не маршрутизации обратных трасс по отдельности.

Нет заземления - идеальный проводник; у него есть сопротивление и реактивность. Если две сигнальные дорожки соединяются с землей в разных точках, между этими двумя соединениями может существовать небольшой перепад напряжения. Это основной источник контуров заземления печатной платы в плоскости заземления. Потенциалы контура заземления и обратного пути обычно составляют порядка микровольт, но этого все же достаточно, чтобы вызвать проблемы с целостностью сигнала, особенно в слаботочных устройствах.


Надлежащее планирование может уменьшить несколько потенциальных проблем контура заземления

Хотя шум, возникающий из-за контуров заземления, невозможно полностью устранить, его можно значительно уменьшить, так что его влияние на целостность сигнала сведено к минимуму. Вместо того, чтобы соединять заземляющие соединения в разных точках, лучше провести трассы к заземляющему соединению с заземляющей пластиной. Это сводит к минимуму любую разность потенциалов между соединениями заземляющих проводов печатных плат, просто уменьшая расстояние между ними.

Заземляющий возврат к источнику питания также должен быть подключен к заземляющей пластине в одной точке. Когда пластина заземления подключена к источнику питания только в одной точке, вся пластина заземления будет иметь почти одинаковый потенциал. Если заземляющая пластина подключена к обратной линии источника питания в нескольких точках, могут образоваться контуры заземления из-за разницы напряжений между этими подключениями. Использование единой и правильной точки заземления устраняет эти петли.

Правильная топология

К сожалению, только более простые конструкции с низким уровнем взаимосвязанности компонентов позволят разместить заземляющую пластину, которая проходит под каждой дорожкой сигнала.Расширение заземляющего слоя ниже сигнальных дорожек обычно является хорошей идеей для низкочастотных устройств. Сохранение небольшой площади, ограниченной дорожками сигнала и заземляющей поверхностью, также снижает восприимчивость к внешним электромагнитным помехам.

Распределение большой заземляющей поверхности под каждым компонентом может быть нежелательным даже в высокочастотных приложениях. Например, в схемах с высокочастотными смешанными сигналами, управляемыми кварцевыми генераторами, размещение заземляющего слоя непосредственно под тактовым сигналом создает патч-антенну с центральным питанием.Это фактически обострит проблемы EMI, и целостность сигнала, вероятно, будет ухудшена без значительного экранирования.

Если вы решите использовать несколько плоскостей заземления, можно предотвратить образование контуров заземления между плоскостями заземления, используя правильную топологию. Вместо того, чтобы соединять плоскости заземления в кольцевой или гирляндной топологии, плоскости заземления могут быть подключены к земле источника питания в топологии звезды. Последовательное соединение ваших наземных плоскостей может привести к образованию контуров заземления между заземляющими плоскостями.Топология «звезда» соединяет каждую плоскость напрямую с источником питания и исключает петли между заземляющими плоскостями.


Используйте топологию звезды для соединения нескольких заземляющих плоскостей

Когда в вашем проекте используется несколько плоскостей заземления, старайтесь избегать трассировки трасс по нескольким плоскостям заземления. Трассы следует прокладывать только по их собственной заземляющей плоскости. Это особенно важно при проектировании смешанных сигналов. Например, если цифровой сигнал маршрутизируется по аналоговой заземляющей поверхности, между цифровыми и аналоговыми сигналами может возникнуть шумовая связь.Это сводит на нет всю цель звездной топологии.

Инструмент PDN Analyzer ™ в Altium Designer® позволяет оптимизировать вашу конструкцию, сводя к минимуму проблемы целостности сигнала. Кроме того, интерфейс 3D-дизайна печатной платы, безусловно, может помочь визуализировать ваши проекты. Чтобы узнать больше, поговорите с экспертом Altium сегодня.

.

Смотрите также