Схема заземления и зануления объекта электроснабжения


Различия между заземлением и занулением, схемы и расчеты

Чем отличается заземление от зануления? Специалисты разобрались с этим вопросом. Все это — защитные меры от пиковых токов. Предусматривают работу по недопущению поражения электричеством человека и бытовых приборов. Названия разные, но все это — системы защиты.

Чтобы понять, в чем разница между заземлением и занулением, нужно знать назначение и принцип работы электрических устройств.

Принцип действия

Заземляющий контур электрической цепи – система проводов, соединяющая каждого потребителя, в обслуживаемой цепи, со специальным заземляющим контуром здания. При пробое на корпус прибора или утечке тока с поврежденной проводки, ток проходит по проводам к заземлителю.

Сопротивление заземления, как правило, выполняется меньше, чем сопротивление всей цепи. Поэтому ток течет по «легкому» пути и отводится с корпусов оборудования.

Занулением называется выполнение электрического соединения токопроводящих корпусов приборов с глухозаземленной нейтралью. При возникновении пиковых значений тока, его потенциал отводится, с помощью шины зануления, в специальную щитовую или на трансформаторную будку.

Главное его назначение – в случаях пробоев и утечек напряжения на корпус оборудования, вызывается короткое замыкание, сгорают предохранители или срабатывают автоматические размыкатели цепи.

Это и есть главное отличие заземления от зануления. Заземляющий контур принимает на себя токи КЗ, зануление вызывает срабатывание предохранительных устройств.

Разберем подробнее работу систем защиты от воздействия электрического тока.

Особенности заземляющего устройства

Основной целью заземляющего контура является понижение потенциала при пробое на корпус и коротком замыкании, до безопасного значения.

При этом, на корпусе оборудования понижается напряжение и сила тока, до безопасного уровня. На производстве заземляют корпуса электрооборудования, зданий и помещений от воздействия атмосферных токов.

При монтаже контура, в сети трехфазного тока не более 1000 В, применяют изолированную нейтраль. При больших уровнях напряжения сети, монтируется система с разными режимами нейтрали.

Контур заземления – это целая система, включающая в себя:

  • заземлитель;
  • заземляющие горизонтальные проводники;
  • подводящие провода.

Заземлитель подразделяют на искусственный и естественный.

При возможности следует использовать естественный заземлитель:

  • подземные трубопроводы водоснабжения. Но в этом случае, необходимо оборудовать трубопровод защитой от блуждающих токов;
  • подключаются на металлоконструкции цехов и помещений;
  • стальная или медная оплетка кабеля;
  • трубопроводы в скважине.

По нормам ПУЭ запрещено подключать заземляющий контур на трубы отопления и с пожароопасными материалами.

При искусственном оснащении, заземляемое оборудование предохраняется путем изготовления контура в виде равностороннего треугольника из металлических штырей или уголков.

Для щелочной и кислой почвы, рекомендуется использовать медный, оцинкованный заземлитель. Для изготовления контура в виде треугольника, необходимо углубиться в землю на 70 см.

Нельзя устанавливать групповые заземлители в пробуренные отверстия. Их необходимо забить в месте разметки, на глубину, не менее 2-х метров. Затем, соединяют заземлители в единую конструкцию с помощью отрезков стальной полосы.

Корпуса каждого прибора должны обязательно подключаться к системе защиты. При этом, нельзя подключать несколько потребителей последовательно, каждое устройство обязано обустраиваться линией подключения.

Теперь о главном – значение уровня сопротивления контура. В него суммируется сопротивления каждого прибора цепи и его проводов.

При расчете сопротивления контура, следует учитывать уровень значения грунта, размеры и глубину забивания заземлителей. Необходимо учитывать температурные особенности региона обустройства контура.

Помните – при жаркой погоде, место установки следует заливать водой, почва при высыхании меняет уровень сопротивления.

При обслуживании сетей до 1000. В и мощности оборудования свыше 100 кВА – сопротивление контура не более 10 Ом. В бытовых сетях оптимальным значением будет 4 Ома. Напряжение при прикосновении должно быть меньше 40 В. Сети свыше 1000 В защищаются устройством с сопротивлением не более 1 Ома.

Это некоторые особенности и принцип действия заземления. Более подробно, вы можете ознакомиться в статьях по этой теме на сайте.

Особенности и принцип действия зануления

Назначение зануления — метод защитного устройства позволяет провести подключение корпусов оборудования и других деталей из металлов с нейтралью (нулевой защитный проводник). В условиях с заземленным защитным проводником и напряжением в сети не более 1000 В, используется схема зануления.

При пробое фазного тока на корпусе электроприборов и оборудовании происходит КЗ фазы. При этом, срабатывают автоматы защитного отключения тока и цепь размыкается. Этим и отличаются две защитные системы.

К приборам зануления относят:

  • плавкий предохранитель;
  • автомат отключения тока;
  • встроенные в пускатели, тепловые реле;
  • контактор с тепловой защитой.

Возникла ситуация пробоя фазного напряжения. При этом от корпуса электроустановки ток проходит по нейтрали на обмотку трансформатора. Затем, от него по фазе — на предохранитель. Плавкие предохранители сгорают от пиковых значений тока, в электрическую цепь прекращается подача напряжения.

При этом, ноль беспрепятственно проводит ток, позволяя сработать защите. Его прокладывают в безопасном месте, запрещается оснащать его дополнительными выключателями и другими устройствами.

Значение уровня проводимости провода фазы должно быть наполовину больше нулевого проводника. Как правило, в этом случае используют стальные пластины, оболочки кабеля и другие материалы.

Зануляющие проводники проверяют на исправность при сдаче работ по подключению и проводке электроэнергии в здании, а также, через определенное количество времени, при пользовании электрической схемой.

Не менее одного раза в период 5 — летнего срока, производятся замеры значений сопротивления всей цепи фазного и нулевого проводника на корпусах самого дальнего оборудования от щита электропроводки, а также самого мощного оборудования в помещении.

Защитное зануление, в некоторых случаях, может выполнять работу защитного отключения. При этом, отличаются эти 2-е защитных системы тем, что в случае защитного отключения цепи, его можно использовать в любых условиях, при различных режимах заземляющего проводника, показателей напряжения цепи. В таких сетях можно обойтись и без провода нулевого подключения.

Расчет зануления необходимо производить с учетом всех условий работы и принципа его действия.

Защитное отключение выполняют с использованием защитной системы, которая отключает электрооборудование автоматически. При возникновении аварийных ситуаций и угроз поражения и нанесения электротравм человеку, к таким ситуациям можно отнести:

  • короткое замыкание фазного провода на корпус;
  • повреждение изоляции электрической проводки;
  • неисправности на заземляющем контуре;
  • нарушения целостности зануляющих проводников.

Эта защитная система нередко используется при невозможности провести защитные системы заземления и зануления. Но на ответственных участках, возможна установка защитного отключения и как дополнительный контур защиты человека и оборудования от поражения токами утечки и короткого замыкания.

При этом, их подразделяют, в зависимости от величины тока на входе и изменений реакции защитных устройств, на несколько схем:

  • наличия напряжения на корпусе оборудования;
  • силу тока при замыкании на провод земли;
  • напряжения или силу тока в нулевом проводнике;
  • уровня напряжения на фазе относительно значения на проводе земли;
  • устройства для постоянного или переменного тока;
  • устройства комбинированные.

Все системы защиты и отключения подачи тока в сеть оснащаются автоматическими выключателями. В их конструкции предусмотрена установка специального оборудования защитного отключения. При этом, период времени для отключения сети не должен превышать 2-е десятые секунды.

В заключение разберем вопрос, который может задать начинающий электрик.

Взаимозаменяемость защитных систем

Можно ли установить зануление вместо заземления? На этот вопрос любой специалист ответит «да», но только в промышленном здании.

В жилом помещении применять такую схему защиты следует в очень редких случаях, и только в нежилых помещениях. Это обусловлено, в первую очередь, с неравномерной нагрузкой на провод фазы и нейтрали.

При работе, на провода каждой фазы поступает одинаковая нагрузка, но по нейтрали общей цепи проходит достаточно малый ток. Каждому известно, что нельзя касаться фазы, но можно выполнять работу с нолем под нагрузкой.

При этом, сечение нулевого провода меньше провода фазы. При долгом использовании он окисляется на скрутках, нарушается слой изоляции при нагреве, в худшем случае он просто отгорит. При этом, напряжение фазы подходит к щитовой, затем, через провод ноля идет к потребителю. Корпуса приборов находятся под напряжением, повышается возможность поражения человека током.

Как советуют некоторые умельцы в Интернете, можно подвести к каждому бытовому прибору провода системы зануления, но это повлечет за собой значительные траты на проводку и последующий ремонт. Поэтому занулять источники в жилых помещениях нельзя.

Лучше в электрощите установить устройство защитного отключения и спокойно пользоваться бытовыми приборами. Каждое защитное устройство выполняет свое предназначение, при правильном расчете, монтаже и его использовании.

Electric Power System - Производство, передача и распределение электроэнергии

Типовая схема системы электроснабжения (производство, передача и распределение электроэнергии) и элементы системы распределения

Что такое электроэнергетическая система?

Электроэнергетическая система или электрическая сеть известна как большая сеть электростанций, которые подключены к потребителям нагрузки .

As, хорошо известно, что « Энергия не может быть создана или уничтожена , но может быть преобразована только из одной формы энергии в другую форму энергии».Электрическая энергия - это форма энергии, при которой мы передаем эту энергию в виде потока электронов. Итак, электрическая энергия получается путем преобразования различных других форм энергии. Исторически сложилось так, что мы делали это с помощью химической энергии, используя элементы или батареи.

Однако, когда произошло изобретение генератора, технология превратилась в способ сначала преобразовать некоторую форму энергии в механическую форму энергии, а затем преобразовать ее в электрическую форму энергии с помощью генератора. Генераторы вырабатывают два типа мощности переменного и постоянного тока.Тем не менее, 99% существующих энергосистем используют генераторы переменного тока.

Электроэнергия значительно выросла за два столетия благодаря гибкости, которую она обеспечивает для ее использования. Разнообразие использования привело к монотонному росту спроса. Однако по мере увеличения нагрузки или спроса практически одно требование остается неизменным. То есть мы должны сгенерировать количество, требуемое нагрузкой, в этот самый момент, потому что это большое количество не может быть сохранено для обеспечения такого высокого объема спроса.

Следовательно, выработка электроэнергии происходит одновременно с тем, как мы ее используем. К тому же наш спрос всегда меняется. Следовательно, с ней меняется и поколение. Помимо меняющегося спроса, различается и тип потребляемого нами тока. Эти вариации ставят множество ограничений и условий. Это причина сложных и больших диспетчерских по всей энергосистеме.

Сеть линий между генерирующей станцией (электростанцией) и потребителем электроэнергии можно разделить на две части.

  • Система передачи
  • Система распределения

Мы можем исследовать эти системы в других категориях, таких как первичная передача и вторичная передача , а также первичная распределительная и вторичная распределительная . Это показано на рисунке 1 ниже (однолинейная или однолинейная схема типовой схемы энергосистемы переменного тока).

Необязательно, чтобы все ступени, указанные на рис. 1, должны быть включены в другие схемы питания.Может быть разница. Например, во многих схемах нет вторичной передачи, в других (малых) схемах энергосистемы нет передачи энергии, а есть только распределение.

Основная цель электроэнергетической системы - получить электроэнергию и сделать ее безопасной для точки нагрузки, где она используется в пригодной для использования форме. Это выполняется в пять этапов, а именно:

  1. Генерирующая станция
  2. Первичная передача
  3. Вторичная передача
  4. Первичная распределительная
  5. Вторичная распределительная

Следующие части типовой схемы электроснабжения показаны на рисунке 1.

Рис. 2: Типовая схема системы электроснабжения переменного тока (производство, передача и распределение)

После этих пяти уровней энергия должна быть доступна в указанной форме с точки зрения величин напряжения, частоты и согласованности. Генерация означает преобразование формы энергии в электрическую. Передача подразумевает транспортировку этой энергии на очень большие расстояния с очень большой величиной напряжения. Кроме того, распределение удовлетворяет потребности потребителей на сертифицированном уровне напряжения, и это осуществляется по фидерам.Питатели - это небольшие-маленькие куски груза, физически распределенные в разных местах.

Похожие сообщения:

Давайте объясним все вышеперечисленные уровни один за другим.

Генерирующая или генерирующая станция

Место, где электроэнергии, производимой параллельно соединенными трехфазными генераторами / генераторами, называется генерирующей станцией (т. Е. Электростанцией).

Обычная мощность электростанции и генерирующее напряжение могут составлять 11 кВ , 11.5 кВ 12 кВ или 13 кВ . Но с экономической точки зрения целесообразно увеличить производимое напряжение с (11 кВ, 11,5 кВ или 12 кВ) до 132 кВ , 220 кВ или 500 кВ или более (в некоторых странах до , 1500 кВ, ) постепенно. трансформатор (силовой трансформатор).

Генерация - это часть энергосистемы, в которой мы преобразуем некоторую форму энергии в электрическую. Это источник энергии в энергосистеме. Он работает все время.Он вырабатывает электроэнергию при разных уровнях напряжения и мощности в зависимости от типа станции и используемых генераторов. Максимальное количество генераторов вырабатывает мощность при уровне напряжения около 11кВ-20кВ . Повышенный уровень напряжения приводит к увеличению требуемого размера генератора и, следовательно, к стоимости.

В настоящее время мы используем следующие генерирующие станции в основном по всему миру: -

  1. Тепловая электростанция
  2. Гидроэлектростанция Hydel
  3. Атомная электростанция
  4. Дизельная электростанция
  5. Газовая электростанция
  6. Солнечная электростанция
  7. Приливная электростанция
  8. Ветряная электростанция.И т. Д.

Мы генерируем электроэнергию через эти электростанции на разных уровнях напряжения и в разных местах в зависимости от типа электростанции. Они используются для разных целей, а именно.

  • Установка базовой нагрузки : - Когда установка используется для обработки потребности базовой нагрузки в системе
  • Установка пиковой нагрузки : - Когда установка предназначена для обработки потребности в пиковой нагрузке в системе

Соответственно, установка предназначена для работы с нагрузкой.Эта категоризация важна для качества электроэнергии. Также важно, что мощность должна генерироваться в тот же момент, когда нагрузка принимает мощность. Итак, поскольку мы знаем тип нагрузки и примерный размер нагрузки на станции, выбирается другой тип генерирующей станции.

Например; Тепловая установка, установка Hydel, атомная установка, солнечная установка, ветряная установка и приливная установка выбраны для обработки базовой нагрузки на систему, тогда как газовые установки, дизельные установки используются для обработки пиковой нагрузки.Это в основном определяется характером времени, которое им требуется в процессе запуска подачи энергии. Установки с базовой нагрузкой требуют больше времени для выдачи мощности, тогда как установки с пиковой нагрузкой должны запускаться очень быстро, чтобы удовлетворить спрос.

Связанное сообщение: Почему кабели и линии передачи электроэнергии не закреплены на электрических столбах и опорах передачи?

Первичная передача

Электроснабжение (в 132 кВ , 220 кВ , 500 кВ или выше) передается к центру нагрузки по трехфазному трехпроводному соединению ( 3 фазы - 3 провода , также известному как Соединение треугольником ) воздушная система передачи.

Поскольку уровень генерируемого напряжения составляет около ( 11-20 ) кВ , а спрос находится на различных уровнях напряжения и в очень удаленных от электростанции местах. Например, генерирующая станция может генерировать напряжение 11 кВ, но центр нагрузки находится на расстоянии 1000 км друг от друга и на уровне 440 В .

Следовательно, для доставки электроэнергии на такое большое расстояние необходимо устройство, которое сделает это возможным.Следовательно, система передачи необходима для доставки электроэнергии. Это стало возможным благодаря использованию линий передачи разной длины. Практически во всех случаях это воздушные линии электропередачи. Некоторые исключения случаются, когда необходимо пересечь океан. Тогда есть необходимость использовать подземные кабели.

Но по мере того, как система росла и требовалась нагрузка, задача в этом процессе становилась очень сложной. При низком уровне напряжения величина тока, протекающего по линии при высокой нагрузке, больше, и, следовательно, падение напряжения из-за сопротивления и реактивного сопротивления линии передачи очень велико.Это приводит к большим потерям в линиях передачи и снижению напряжения на стороне нагрузки.

Это влияет на стоимость системы и работу оборудования, используемого потребителями. Итак, трансформатор используется для повышения уровня напряжения на определенные значения в диапазоне от 220кВ до 765кВ . Это уменьшает текущее значение для той же нагрузки, которая будет иметь более высокие значения тока при определенной нагрузке. Текущее значение может быть рассчитано по формуле: -

Где = действующее значение линейного напряжения

= действующее значение линейного тока

* обозначает сопряжение вектора.

Повышенный спрос и ограничение местоположения генерирующей станции сделали возможным потребность в очень сложной системе, называемой «Grid». Эта система объединяет несколько генерирующих станций, генерирующих напряжение на разных уровнях, которые соединяются вместе как объединенная система.

Это позволяет системе работать с различными центрами нагрузки, и это обеспечивает отличную систему с более высокой надежностью. В настоящее время эта система выросла до размеров страны. Еще одна система используется сейчас - это использование HVDC.HVDC используется для больших расстояний и иногда используется для соединения двух сетей с разными уровнями напряжения или частоты. HVDC также обеспечивает более низкие потери на коронный разряд, меньшие помехи связи, устранение индуктивного эффекта и устранение рабочей частоты.

Линии передачи различаются по размерам. Этот размер определяет его характеристики и поведение в системе. Например, в длинных линиях передачи напряжение на стороне потребителя становится выше, чем его номинальное значение в условиях небольшой нагрузки из-за преобладающей емкостной природы линий передачи.

Вторичная передача

Удаленная от города (окраина) территория, соединенная линиями с приемными станциями, называется вторичной передачей . На приемной станции уровень напряжения понижается понижающими трансформаторами до 132 кВ, 66 или 33 кВ , и электроэнергия передается по трехфазной трехпроводной ( 3 фазы - 3 провода ) воздушной сети в разные подстанции .

Первичное распределение

На подстанции уровень напряжения вторичной передачи ( 132 кВ, 66 или 33 кВ ) снижен до 11 кВ при понижении преобразуется в .

Как правило, электроснабжение обеспечивается тем потребителям с большой нагрузкой (коммерческое электроснабжение для промышленных предприятий), где потребность составляет 11 кВ, от линий, которые вызывают напряжение 11 кВ (в трехфазной трехпроводной воздушной системе), и они создают отдельную подстанцию ​​для контролировать и использовать тяжелую энергию в промышленности и на фабриках.

В остальных случаях для потребителей с большей нагрузкой (в крупных масштабах) потребность составляет до 132 кВ или 33 кВ. Таким образом, электроснабжение обеспечивало их напрямую вторичной передачей или первичным распределением (в 132 кВ, 66 кВ или 33 кВ), а затем понижало уровень напряжения с помощью понижающих трансформаторов на их собственной подстанции для использования (т.е.е. для электрической тяги и т. д.).

Когда линии электропередачи приближаются к центрам спроса, уровень напряжения снижается, чтобы сделать его практичным для распределения в различных местах нагрузки. Таким образом, мощность берется из сети и снижается до 30-33кВ , в зависимости от мест, куда она подается. Затем он передается на подстанции. Например, напряжение системы на уровне подстанции в Индии составляет 33 кВ .

Связанные сообщения:

На подстанциях предусмотрено множество механизмов управления, чтобы сделать подачу электроэнергии управляемым и непрерывным процессом без особых помех.Эти подстанции подают питание на более мелкие блоки, называемые « Feeders ». Это выполняется с помощью « воздушных линий » или « подземных кабелей ». Эти фидеры находятся в поселках, городах или деревнях, или это может быть какая-то группа предприятий, которая получает энергию от подстанции и преобразует ее уровень напряжения в соответствии с ее собственным использованием.

Для бытового использования , напряжение дополнительно снижается до 110–230 В ( фаза на землю ) для использования людьми с другим коэффициентом мощности.Совокупный объем спроса - это нагрузка на всю систему, которая должна быть сгенерирована в этот момент.

В зависимости от схемы распределительной сети она подразделяется на радиальную или кольцевую. Это придает системе разную степень надежности и стабильности. Все эти системы защищены с помощью различных схем защиты, включающих автоматические выключатели, реле, ограничители молнии, заземляющие провода и т. Д.

Многие измерительные и чувствительные элементы также связаны, например, «Трансформатор тока» и « Трансформатор потенциала », а также измерения в места от подстанций до фидеров до мест потребителей.

Вторичное распределение

Электроэнергия передается (от первичной распределительной линии, например, 11 кВ) на распределительную подстанцию, известную как вторичное распределение . Данная подстанция расположена вблизи бытовых и потребительских территорий, где уровень напряжения понижен до 440В понижающими трансформаторами .

Эти трансформаторы называются Распределительные трансформаторы , трехфазная четырехпроводная система (3 фазы - 4 провода, также известные как Звезда ).Таким образом, между любыми двумя фазами и 230 В (однофазное питание ) между нейтралью и фазным (под напряжением) проводами находится 400 Вольт (трехфазная система питания) .

Жилая нагрузка (например, вентиляторы, освещение, телевизор и т. Д.) Может быть подключена между одной фазой и нулевым проводом, а трехфазная нагрузка может быть подключена непосредственно к трехфазным линиям.

Короче говоря, вторичное распределение электроэнергии можно разделить на три части, такие как фидеры, распределители и линии обслуживания (подробности ниже).

Связанная запись:

Комбинированный процесс энергосистемы

Вся структура энергосистемы состоит из источника (генерирующая станция), передачи (передача и распределение) и нагрузки (потребителя). Задачи: -

  • Номинальное напряжение и частота до центров нагрузки.
  • Надежность системы, обеспечивающая непрерывную подачу электроэнергии.
  • Гибкость системы, обеспечивающая доступность питания при разных уровнях напряжения
  • Более быстрое устранение неисправностей, чтобы система работала хорошо в течение более длительного времени и увеличивалась срок ее службы
  • Стоимость электроэнергии должна быть как можно ниже
  • Потери в системе должно быть как можно меньше.
Рис. 3: Комбинированный процесс энергосистемы

Все эти цели достигаются за счет использования различных комплектов генерирующих станций, систем передачи, систем распределения и повышенного качества оборудования безопасности.

В любой момент наша нагрузка меняется в разной степени. Следовательно, чтобы следовать за спросом, поколение должно измениться и догнать спрос. Для этого существует множество регулирующих механизмов, таких как регулирующий клапан на тепловых станциях, регулирующие стержни на атомных станциях, которые изменяют количество вырабатываемой энергии. И для этой цели существует набор механизмов, обеспечивающих передачу спроса на генерирующую станцию. Это PLC, SCADA, волоконно-оптическая связь, GSM-связь и т. Д.

Кроме того, в энергосистеме используются некоторые методы оценки состояния для прогнозирования потребности в нагрузке в различные моменты времени. Это помогает определить количество энергии, которое необходимо произвести в нужное время. Теперь, с появлением новых технологий, очень многообещающим является использование «мягких вычислений» для управления работой энергосистемы. Кроме того, он сопровождается различным программным обеспечением и численными методами. Следовательно, можно констатировать, что этапы, на которых работает энергосистема, следующие: -

  • Изменение потребности в нагрузке
  • Связь между подстанцией и генерирующей станцией
  • Операции управления на генерирующих станциях
  • Непрерывная оценка изменений на подстанции востребован

Современная энергосистема работает и буквально обрабатывает такое большое количество электроэнергии с помощью этих четырех основных шагов.Чем лучше регулируется поданная мощность, тем выше будет качество электроэнергии, потому что качество энергии - это просто поддержание номинального значения напряжения и частоты в каждом месте. Эта цель достигается только тогда, когда вся система работает в постоянной координации и эффективности.

Поскольку наша нагрузка меняется от состояния с небольшой нагрузкой до состояния с высокой нагрузкой, подстанция связывается с генерирующей станцией, чтобы увеличить выработку электроэнергии, и она постоянно проверяет требования, чтобы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии.

Обмен данными осуществляется в соответствии с величиной нагрузки и стоимостью, связанной с процессом. Более того, это увеличение спроса затем подтверждается генерирующей станцией путем изменения мощности, потребляемой генератором. Кроме того, от генерирующей станции до центров нагрузки существуют различные уровни (а именно, передача и распределение).

Таким образом, для обеспечения качества и надежности электроэнергии используется множество устройств для эффективного выполнения различных механизмов управления, которые включают системы управления неисправностями, системы повышения коэффициента мощности, системы измерения и т. Д.

Все эти операции выполняются непрерывно в любой энергосистеме по всему миру, чтобы обеспечить возможность и эффективность подачи энергии. С увеличением спроса произошло увеличение изобретений различных устройств.

Кроме того, доходы, полученные от распределения электроэнергии, сделали возможным дальнейшее изобретение и использование новых технологий. Это позволяет нам использовать энергию в такой простой форме, тогда как в действительности многие сложные операции выполняются постоянно.

ниже представляет собой полную типичную схему системы электроснабжения переменного тока, другими словами, вся история, приведенная выше на рис. 4.

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Рис. 4: Типовая схема системы электроснабжения (генерация, передача и Распределение электроэнергии)

Элементы системы распределения

Вторичное распределение можно разделить на три части, как показано ниже.

  1. Питатели
  2. Дистрибьюторы
  3. Линии обслуживания или сеть обслуживания

Связанная должность: Проектирование системы заземления в сети подстанции

Рис. 5: Элементы распределительной системы
Фидеры

Линии электропередачи , которые соединяют генерирующую станцию ​​(электростанцию) или подстанцию ​​с распределителями, называются фидерами .Помните, что ток в фидерах (в каждой точке) постоянный, а уровень напряжения может быть разным. Ток, протекающий в фидерах, зависит от размера проводника. Рис. 5.

Распределители

Те ленты, которые извлекаются для подачи электроэнергии потребителям или линиям, от которых потребители получают прямое электроснабжение, известны как распределители, как показано на рис. 5. Ток различается в каждой секции. У распределителей при этом напряжение может быть таким же.Выбор распределителей зависит от падения напряжения и может быть рассчитан на различный уровень падения напряжения. Это потому, что потребители должны получать номинальное напряжение в соответствии с правилами и конструкцией.

Полезно знать: основное различие между фидером и распределителем состоит в том, что ток в фидере такой же (в каждой секции), с другой стороны, Напряжение одинаково в каждой секции распределителя

Соответствующий пост : Техническое обслуживание трансформатора - силовые трансформаторы Техническое обслуживание, диагностика и мониторинг

Сервисные линии или сервисная сеть

Обычный кабель, который подключается между распределителями и терминалом нагрузки потребителя, называемый сервисной линией или сервисной сетью. другими словами, кабель, который был подключен к линиям электропередачи 11 кВ (взят от понижающего трансформатора) для получения трехфазного или однофазного источника питания. Электропитание между фазой или нейтралью составляет 230 В переменного тока (110 в США ) и 440 В переменного тока (208 в США ) в трехфазной системе (между фазами).

Статьи по теме:

.

Электрическое заземление - методы и типы заземления

Электрическое заземление - компоненты, методы и типы заземления - Установка электрического заземления

Электрическое заземление, заземление, методы заземления, типы заземления, компоненты заземления и его характеристики Что касается электрического заземления для электрических установок.

Что такое электрическое заземление?

Для соединения металлических (проводящих) частей электрического прибора или установок с землей (землей) называется Заземление или Заземление .

Другими словами, соединение металлических частей электрических машин и устройств с пластиной заземления или заземляющим электродом (который находится во влажной земле) через толстый проводящий провод (который имеет очень низкое сопротивление) в целях безопасности известен как Заземление .

«Заземление», скорее, означает подключение части электрического оборудования, такой как металлическое покрытие, клемма заземления розеток, опорные провода, которые не проводят ток на землю.Заземление можно назвать соединением нейтральной точки системы электроснабжения с землей, чтобы избежать или минимизировать опасность во время разряда электрической энергии.

Полезно знать

Разница между заземлением, заземлением и соединением

Позвольте мне устранить путаницу между заземлением, заземлением и соединением.

Заземление и Заземление - это те же термины, которые используются для заземления. Заземление - это обычно слово , используемое для заземления в стандартах Северной Америки , таких как IEEE, NEC, ANSI и UL и т. Д., В то время как Заземление используется в европейских стандартах , странах Содружества и Великобритании, таких как IS и IEC и т. Д.

Слово Соединение используется для соединения двух проводов (а также проводов, труб или приборов вместе. Соединение известно как соединение металлических частей различных машин, которые, как считается, не пропускают электрический ток при нормальной работе. машин, чтобы вывести их на одинаковый уровень электрического потенциала.

Почему важно заземление?

Основная цель заземления состоит в том, чтобы избежать или минимизировать опасность поражения электрическим током, пожара из-за утечки тока на землю по нежелательному пути и гарантировать, что потенциал токоведущего проводника не поднимется относительно земли, чем это предусмотрено. изоляция.

Когда металлическая часть электроприборов (части, которые могут проводить или пропускать электрический ток) вступает в контакт с проводом под напряжением, возможно, из-за неисправности установки или повреждения изоляции кабеля, металл заряжается и статический заряд накапливается на это .Если человек прикоснется к такому заряженному металлу , получится сильный шок.

Чтобы избежать таких случаев, системы электропитания и части приборов должны быть заземлены, чтобы переносить заряд непосредственно на землю. Вот почему нам необходимо электрическое заземление или заземление в электрических установках.

Ниже приведены основные потребности заземления.

  • Для защиты жизни людей, а также обеспечения безопасности электрических устройств и приборов от тока утечки.
  • Для поддержания постоянного напряжения в исправной фазе (при отказе какой-либо одной фазы).
  • Для защиты электрических систем и зданий от освещения.
  • Для выполнения функций обратного проводника в системе электрической тяги и связи.
  • Во избежание риска возгорания в электрических установках.
Различные термины, используемые в электрическом заземлении
  • Земля: Надлежащее соединение между электрическими установками через проводник с заглубленной пластиной в земле известно как Земля.
  • Заземленный: Когда электрическое устройство, прибор или системы электропроводки соединены с землей через заземляющий электрод, это называется заземленным устройством или просто «заземленным».
  • С твердым заземлением: Когда электрическое устройство, прибор или электрическая установка подключаются к заземляющему электроду без предохранителя, прерывателя цепи или сопротивления / сопротивления, это называется «глухозаземленным».
  • Заземляющий электрод: Когда проводник (или токопроводящая пластина) закопан в землю для системы электрического заземления.Известно, что это электрод земли. Заземляющие электроды бывают различной формы, например, токопроводящая пластина, токопроводящий стержень, металлическая водопроводная труба или любой другой проводник с низким сопротивлением.
  • Провод заземления : Провод заземления или токопроводящая полоса, соединяющая электрод заземления и электрическую систему и устройства, называемые проводом заземления.
  • Заземляющий проводник: Проводник, который подключается между различными электрическими устройствами и приборами, такими как распределительный щит, различные вилки и приборы и т. Д.Другими словами, провод между заземляющим проводом и электрическим устройством или прибором называется проводником заземления. Он может иметь форму металлической трубы (полностью или частично), металлической оболочки кабеля или гибкого провода.
  • Дополнительный главный заземляющий провод : Провод, подключенный между распределительным щитом и распределительным щитом, т.е. этот провод относится к вспомогательным основным цепям.
  • Сопротивление заземления: Это полное сопротивление между электродом заземления и землей в Ом (Ом).Сопротивление заземления - это алгебраическая сумма сопротивлений проводника заземления, провода заземления, заземляющего электрода и земли.
Точки, которые необходимо заземлить

Заземление в любом случае не выполняется. Согласно правилам IE и нормам IEE (Института инженеров-электриков),

  • Штырь заземления 3-контактных розеток осветительных и 4-контактных вилок питания должен быть надежно и постоянно заземлен.
  • Все металлические корпуса или металлические покрытия, содержащие или защищающие любые линии электропитания или устройства, такие как трубы GI и кабелепроводы, содержащие кабели VIR или ПВХ, выключатели в железной оболочке, распределительные щиты с предохранителями и т. Д., Должны быть заземлены (заземлены).
  • Рама каждого генератора, стационарных двигателей и металлических частей всех трансформаторов, используемых для управления энергией, должна быть заземлена двумя отдельными, но разными соединениями с землей.
  • В трехпроводной системе постоянного тока средние проводники должны быть заземлены на электростанции.
  • Фиксирующие провода, предназначенные для воздушных линий, необходимо заземлить, подключив хотя бы одну жилу к заземляющему проводу.

Связанное сообщение: Тестирование электрических и электронных компонентов и устройств с помощью мультиметра

Компоненты системы заземления

Полная система электрического заземления состоит из следующих основных компонентов.

  • Провод заземления
  • Вывод заземления
  • Электрод заземления
Компоненты системы электрического заземления
Этот провод заземления
или провод заземления 9000 9000 система заземления, которая соединяет все металлические части электроустановки, например кабелепровод, каналы, коробки, металлические корпуса переключателей, распределительных щитов, переключателей, предохранителей, регулирующие и управляющие устройства, металлические части электрических машин, такие как двигатели, генераторы, трансформаторы и металлический каркас, на котором установлены электрические устройства и компоненты. как заземляющий провод или провод заземления, как показано на рис.

Сопротивление заземляющего проводника очень низкое. Согласно правилам IEEE, сопротивление между клеммой заземления потребителя и проводом непрерывности заземления (на конце) не должно превышать 1 Ом. Проще говоря, сопротивление заземляющего провода должно быть меньше 1 Ом .

Размер заземляющего проводника или провода заземления зависит от размера кабеля , используемого в электрической цепи .

Размер заземляющего проводника

Площадь поперечного сечения непрерывного заземляющего проводника не должна быть меньше половины площади поперечного сечения самого толстого провода, используемого при установке электропроводки .

Обычно размер неизолированного медного провода, используемого в качестве проводника заземления, составляет 3SWG. Но имейте в виду, что не используйте менее 14SWG в качестве заземляющего провода. Медная полоса также может использоваться в качестве заземляющего проводника вместо неизолированного медного провода, но не используйте ее, пока производитель не порекомендует ее.

Провод заземления или заземляющее соединение

Провод, соединяющий провод заземления и заземляющий электрод или пластину заземления, называется заземляющим стыком или «проводом заземления».Точка, где встречаются провод заземления и заземляющий электрод, называется «точкой соединения», как показано на рисунке выше.

Заземляющий провод - это последняя часть системы заземления, которая подключается к заземляющему электроду (который находится под землей) через точку заземления.

В заземляющем проводе должно быть минимальное количество стыков, а также они должны быть меньше по размеру и прямые по направлению.

Как правило, медный провод можно использовать в качестве заземляющего провода, но медная полоса также используется для установки на высоких площадях, и она может выдерживать высокий ток короткого замыкания из-за большей площади, чем у медного провода.

Жестко вытянутый неизолированный медный провод также используется в качестве заземляющего провода. В этом методе все заземляющие проводники подключаются к общим (одной или нескольким) точкам подключения, а затем заземляющий провод используется для подключения заземляющего электрода (заземляющей пластины) к точке подключения.

Для увеличения запаса прочности при установке в качестве заземляющего провода используются два медных провода для соединения металлического корпуса устройства с заземляющим электродом или пластиной заземления. Т.е. если мы используем два заземляющих электрода или заземляющие пластины, то будет четыре заземляющих провода.Не следует учитывать, что два заземляющих провода используются как параллельные пути для протекания токов повреждения, но оба пути должны работать должным образом, чтобы пропускать ток повреждения, поскольку это важно для большей безопасности.

Размер провода заземления

Размер или площадь провода заземления не должны быть меньше половины самого толстого провода, используемого в установке.

Наибольший размер провода заземления - 3SWG , минимальный - не менее 8SWG .Если используется провод 37 / .083 или ток нагрузки составляет 200A от напряжения питания, то рекомендуется использовать медную ленту вместо двойного заземляющего провода. Способы подключения заземляющего провода показаны на рис.

Примечание: мы опубликуем дополнительную статью о размере Земной плиты с простыми вычислениями ... Оставайтесь на связи.

Электрод заземления или заземляющая пластина

Металлический электрод или пластина, закапываемая в землю (под землей) и являющаяся последней частью системы электрического заземления.Проще говоря, последняя подземная металлическая (пластинчатая) часть системы заземления, которая связана с заземляющим проводом, называется заземляющей пластиной или заземляющим электродом.

В качестве заземляющего электрода можно использовать металлическую пластину, трубу или стержень, который имеет очень низкое сопротивление и безопасно переносит ток короткого замыкания на землю.

Размер заземляющего электрода

В качестве заземляющего электрода можно использовать как медь, так и железо.

Размер заземляющего электрода (в случае меди)

2 × 2 (два фута шириной и длиной) и толщиной 1/8 дюйма.. Т.е. 2 ’x 2’ x 1/8 ″ . ( 600x600x300 мм )

В случае железа

2 ′ x2 ′ x ¼ ” = 600x600x6 мм

Рекомендуется закапывать заземляющий электрод во влажную землю. Если это невозможно, налейте воду в трубу GI (оцинкованное железо), чтобы обеспечить влажность.

В системе заземления установите заземляющий электрод в вертикальное положение (под землей), как показано на рис. Кроме того, нанесите слой порошкообразного угля и извести толщиной 1 фут (около 30 см) вокруг пластины заземления (не путайте с электродом заземления и пластиной заземления, поскольку они оба являются одним и тем же).

Это действие позволяет увеличить размер заземляющего электрода, что обеспечивает лучшую целостность цепи в земле (система заземления), а также помогает поддерживать влажность вокруг пластины заземления.

P.S: Мы опубликуем пример расчета размеров заземляющего электрода… Оставайтесь на связи.

Полезно знать:

Не используйте кокс (после сжигания угля в печи для выделения всех газов и других компонентов оставшиеся 88% углерода называют коксом) или каменный уголь вместо древесного угля (древесный уголь), потому что это вызывает коррозию пластины заземления.

Т.к. уровень воды в разных районах разный; поэтому глубина установки заземляющего электрода также различается в разных областях. Но глубина для установки заземляющего электрода должна быть не менее 10 футов (3 метра) и должна быть ниже 1 фут ( 304,8 мм ) от постоянного уровня воды.

Двигатели , Генератор , Трансформаторы и т. Д. Должны быть подключены к заземляющему электроду в двух разных местах.

Размер пластины заземления или электрода заземления для небольшой установки

При небольшой установке используйте металлический стержень (диаметр = 25 мм (1 дюйм) и длина = 2 м (6 футов) вместо пластины заземления для системы заземления. Металлическая труба должна быть На 2 метра ниже поверхности земли. Для поддержания влажности поместите 25 мм (1 дюйм) угольно-известковую смесь вокруг пластины заземления.

Для эффективности и удобства вы можете использовать медные стержни от 12,5 мм (0,5 дюйма) до 25 мм. (1 дюйм) в диаметре и 4 м (12 футов) в длину.Обсудим способ установки стержневого заземления.

Методы и типы электрического заземления

Заземление можно выполнить разными способами. Ниже описаны различные методы, применяемые для заземления (внутри дома или на заводе и другом подключенном электрическом оборудовании и машинах).

Пластинчатое заземление:

В системе пластинчатого заземления пластина из меди с размерами 60 см x 60 см x 3,18 мм (т.е. 2 фута x 2 фута x 1/8 дюйма ) или оцинкованного железа (GI) размером 60 см x 60 см x 6,35 мм (2 фута x 2 фута x ¼ дюйма) закапывают вертикально в землю (земляная яма), высота которой не должна быть меньше 3 м. (10 футов) от уровня земли.

Для правильной системы заземления выполните шаги, указанные выше в (Введение в заземляющую пластину), чтобы поддерживать влажность вокруг заземляющего электрода или пластины заземления.

Заземление трубы:

Гальванизированная сталь и перфорированная труба утвержденной длины и диаметра укладываются вертикально во влажную почву в такой системе заземления.Это самая распространенная система заземления.

Размер используемой трубы зависит от силы тока и типа почвы. Размер трубы обычно составляет 40 мм (1,5 дюйма) в диаметре и 2,75 м (9 футов) в длину для обычной почвы или больше для сухой и каменистой почвы. Влажность почвы будет определять длину трубы, которую предстоит заглубить, но обычно она должна составлять 4,75 м (15,5 фута).

Стержневое заземление

это тот же метод, что и заземление труб.Медный стержень диаметром 12,5 мм (1/2 дюйма) или 16 мм (0,6 дюйма) из оцинкованной стали или полый участок 25 мм (1 дюйм) трубы GI длиной более 2,5 м (8,2 фута) закапывают в землю вертикально вручную или с помощью пневмомолота. Длина электродов, встроенных в почву, снижает сопротивление земли до желаемого значения.

Система заземления с медными стержневыми электродами
Заземление через Waterman

В этом методе заземления трубы водовода (оцинкованные GI) используются для заземления.Обязательно проверьте сопротивление труб GI и используйте зажимы заземления, чтобы минимизировать сопротивление для правильного заземления.

Если в качестве заземляющего провода используется многожильный провод, очистите концы жил провода и убедитесь, что он находится в прямом и параллельном положении, которое затем можно плотно подсоединить к трубе гидросистемы.

Заземление из ленты или проволоки:

При этом методе заземления зачищайте электроды сечением не менее 25 мм x 1.6 мм (1 дюйм x 0,06 дюйма) закапывают в горизонтальные траншеи минимальной глубиной 0,5 м. Если используется медь с поперечным сечением 25 мм x 4 мм (1 дюйм x 0,15 дюйма) и размером 3,0 мм, 2 , если это оцинкованное железо или сталь.

Если используются круглые проводники, их поперечное сечение не должно быть слишком маленьким, скажем, менее 6,0 мм 2 , если это оцинкованный чугун или сталь. Длина проводника, закопанного в землю, обеспечит достаточное сопротивление заземления, и эта длина не должна быть меньше 15 м.

Общий метод установки электрического заземления (шаг за шагом)

Обычный метод заземления электрического оборудования, устройств и приборов следующий:

  1. Прежде всего, выройте яму 5x5 футов (1,5 × 1,5 м) около 20-30 футов (6-9 метров) в земле. (Обратите внимание, что глубина и ширина зависят от характера и структуры грунта).
  2. Закопайте подходящую медную пластину (обычно 2 x 2 x 1/8 дюйма (600 x 600 x 300 мм) в этой яме в вертикальном положении.
  3. Надежный заземляющий провод через гайки с двух разных мест на пластине заземления.
  4. Используйте два провода заземления с каждой пластиной заземления (в случае двух пластин заземления) и закрепите их.
  5. Для защиты стыков от коррозии нанесите смазку вокруг них.
  6. Собрать все провода в металлическую трубу от заземляющего электрода (ов). Убедитесь, что труба находится на высоте 1 фута (30 см) над поверхностью земли.
  7. Чтобы поддерживать влажность вокруг земной плиты, поместите 30-сантиметровый слой порошкообразного древесного угля (древесного угля) и смеси извести вокруг земной плиты вокруг земной плиты.
  8. Используйте болты с гайкой и гайкой, чтобы плотно подсоединить провода к опорным плитам машин. Каждая машина должна быть заземлена в двух разных местах. Минимальное расстояние между двумя заземляющими электродами должно составлять 10 футов (3 м).
  9. Провод заземления, который соединяется с корпусом и металлическими частями всей установки, должен быть плотно подключен к заземляющему проводу. Обязательно используйте непрерывность, используя тест на непрерывность.
  10. Наконец (но не в последнюю очередь) протестируйте всю систему заземления с помощью тестера заземления.Если все идет по планировке, то яму засыпьте землей. Максимально допустимое сопротивление заземления составляет 1 Ом. Если оно больше 1 Ом, увеличьте размер (не длину) заземляющего провода и проводов заземления. Держите внешние концы труб открытыми и время от времени поливайте воду, чтобы поддерживать влажность вокруг заземляющего электрода, что важно для лучшей системы заземления.
Спецификация SI для заземления

Ниже приведены различные спецификации относительно заземления, рекомендованные индийскими стандартами.Вот несколько;

  • Заземляющий электрод нельзя располагать (устанавливать) близко к зданию, система заземления которого заземляется, на расстоянии не менее 1,5 м.
  • Сопротивление заземления должно быть достаточно низким, чтобы протекание тока было достаточным для срабатывания защитных реле или срабатывания предохранителей. Это значение непостоянно, так как оно меняется в зависимости от погоды, потому что оно зависит от влажности (но не должно быть меньше 1 Ом).
  • Заземляющий провод и заземляющий электрод будут из одного материала.
  • Заземляющий электрод всегда следует размещать в вертикальном положении внутри земли или ямы, чтобы он мог контактировать со всеми различными слоями земли.

Связанные сообщения:

Опасности незаземления системы питания

Как подчеркивалось ранее, заземление обеспечивается в порядке

  • Во избежание поражения электрическим током
  • Во избежание риска возгорания в результате тока утечки на землю через нежелательный путь и
  • Чтобы гарантировать, что ни один из проводников с током не поднимется до потенциала по отношению к общей массе земли, чем его проектная изоляция.

Однако, если чрезмерный ток не заземлен, приборы будут повреждены без помощи предохранителя. Следует отметить, что на их генерирующих станциях происходит заземление чрезмерного тока, поэтому по заземляющим проводам ток очень мал или отсутствует вообще. Следовательно, это означает, что нет необходимости заземлять какой-либо из проводов (токоведущих, заземляющих и нулевых), содержащихся в ПВХ. Заземлить токоведущий провод катастрофически.

Я видел человека, убитого просто потому, что провод под напряжением был отрезан от верхней опоры и упал на землю, пока земля была влажной.Чрезмерный ток заземляется на генерирующих станциях, и если заземление вообще неэффективно из-за короткого замыкания, на помощь придут прерыватели замыкания на землю. Предохранитель помогает только тогда, когда передаваемая мощность превышает номинальную мощность наших приборов, он блокирует ток от достижения наших приборов, сгорая и защищая наши приборы в процессе.

В наших электроприборах, если чрезмерные токи не заземлены, мы испытаем сильный ток. Заземление в электроприборах происходит только тогда, когда возникает проблема, и оно должно спасти нас от опасности.Если в электронной установке металлическая часть электроприбора вступает в прямой контакт с проводом под напряжением, что может быть вызвано, возможно, неисправностью установки или иным образом, металл будет заряжен и на нем будет накапливаться статический заряд.

Если вы случайно прикоснетесь к металлической части в этот момент, вас поразит удар. Но если металлическая часть прибора заземлена, заряд будет передаваться на землю, а не накапливаться на металлической части прибора. Ток не проходит через заземляющие провода в электроприборах, он протекает только при возникновении проблем и только для направления нежелательного тока на землю, чтобы защитить нас от сильного удара.

Кроме того, если провод под напряжением случайно (в неисправной системе) касается металлической части машины. Теперь, если человек коснется этой металлической части машины, то через его тело будет протекать ток на землю, следовательно, он будет поражен электрическим током, что может привести к серьезным травмам, вплоть до смерти. Вот почему так важно заземление?

Электрическое заземление ... Продолжение следует ...

Пожалуйста, подпишитесь ниже, если вы хотите получить следующий пост о Заземление / заземление , например:

  • Рассчитайте сечение заземляющего проводника, заземления Свинцовые и заземляющие электроды для различных электрических устройств и оборудования, таких как двигатели, трансформаторы, домашняя электропроводка и т. Д., Путем простых расчетов
  • Цепь заземления и ток замыкания на землю
  • Защита системы заземления и дополнительных устройств, используемых в системе заземления / заземления
  • Пункты, которые следует запомнить при обеспечении заземления
  • Важные инструкции по правильной системе заземления
  • Правила электроснабжения относительно заземления
  • Как проверить сопротивление заземления с помощью тестера заземления
  • Как проверить сопротивление контура заземления с помощью амперметра и вольтметра
  • Многократное защитное заземление
  • И многое другое….

Похожие сообщения:

.

Что такое заземление нейтрали? Определение и типы заземления нейтрали

В системе заземления нейтрали нейтраль системы, вращающейся системы или трансформатора соединена с землей. Заземление нейтрали является важным аспектом проектирования энергосистемы, поскольку характеристики системы в отношении коротких замыканий, стабильности, защиты и т. Д. В значительной степени зависят от состояния нейтрали. Трехфазная система может работать двумя способами

  1. С незаземленной нейтралью
  2. С заземленной нейтралью

Незаземленная нейтраль

В системе с незаземленной нейтралью нейтраль не соединена с заземленной.Другими словами, нейтраль изолирована от земли. Следовательно, эта система также известна как система с изолированной нейтралью или система со свободной нейтралью, показанная на рисунке ниже.

Заземленная система

В системе заземления нейтрали нейтраль системы соединена с землей. Из-за проблем, связанных с незаземленной нейтралью, нейтрали заземлены в большинстве высоковольтных систем.

Ниже перечислены некоторые преимущества заземления нейтрали.

  1. Напряжения фаз ограничены напряжениями между фазой и землей.
  2. Исключены скачки напряжения из-за дуги заземления.
  3. Перенапряжения из-за разряда молнии на землю.
  4. Обеспечивает большую безопасность персонала и оборудования.
  5. Обеспечивает повышенную надежность обслуживания.

Метод заземления нейтрали

Методы, обычно используемые для заземления нейтрали системы:

  1. Жесткое заземление (или эффективное заземление)
  2. Заземление сопротивления
  3. Реактивное заземление
  4. Заземление катушки Петерсона (или резонансное заземление)

Выбор типа заземления зависит от размера устройства, напряжения системы и используемой схемы защиты.

.

Виртуальных цепей заземления

Распространенной проблемой аналоговой электроники является потребность в источник питания с двойным напряжением (например, ± 5 В), но только с одним доступный источник питания, например аккумулятор. Есть много способов «Разделить» один источник питания так, чтобы он вел себя как двойной поставка. В этой статье описываются несколько таких схем и компромиссы. участвует.

Эта статья написана с использованием твердотельных наушников. в виду звуковые схемы. Обобщение этого на другие ситуации является упражнение оставлено читателю.

Две батареи

Самый простой способ решить проблему необходимости двойного питания, когда использование батарей означает просто использовать две батареи в этой конфигурации:

Проблема в том, что если одна батарея разряжается быстрее, чем другой, такой, что один опускается примерно до 1 В или ниже, прежде чем другой становится низким, смещение постоянного тока на выходе начинает расти. (Я тестировал это с несколькими разными операционными усилителями. Это возможно, в некоторых дизайнах этой проблемы не будет.)

Батареи могут разряжаться неравномерно по ряду причин. Может ты после покупки положите батарейки в ящик и вытащите их случайным образом и нарисуйте старый и новый. Возможно, вы используете аккумуляторные батареи, и одна или несколько ячеек умирают. Возможно ты просто не повезло сегодня.

Честно говоря, прежде чем это произойдет, вы получите предупреждение: усилитель будет начинают плохо звучать по другим причинам. Вероятно, он будет слышно обрезать музыка задолго до этой опасной точки из-за недостаточного напряжения питания, и он также может испытывать нехватку тока из-за разряда батареи.Так что наиболее вероятно, что эта проблема возникнет, если вы оставите усилитель для наушников с батарейным питанием, включенный на длительное время без музыки, или не слушая музыку, которая играет. Когда-либо засыпать во время прослушивания в наушниках?

Если не выключить усилитель до того, как вы попадете в эту опасность точки, возникающее в результате высокое смещение постоянного тока может повредить ваши наушники. Итак, мы пробуем различные схемы виртуального заземления, чтобы использовать одну батарею. и еще есть двойное питание.

Резисторный делитель

Карманный усилитель CMoy источник питания - резисторный делитель типа виртуального заземления:

Два 4.Резисторы 7 кОм создают «виртуальную землю». Допустим, в этой цепи 12 В. В резисторы представляют собой резистивный делитель 0,5 ×: на клемме 6 В середина разделителя. «Расстояние» между средней точкой делителя и минусовой стороны блока питания -6 В а расстояние до плюса блока питания +6 В. Voilá , два равных, но противоположных напряжения от одного источника питания поставка!

К сожалению, эта простая конфигурация может стать несбалансированный.Чтобы понять почему, рассмотрим эту схему: карманный усилитель CMoy. наушники для вождения, нарисованные с точки зрения постоянного тока:

Аккумулятор на 1 мВ (Vos) имитирует работу операционного усилителя. входное напряжение смещения. Это разумное значение для OPA132, хотя на практике он варьируется между чипами.

Это смещение вызывает 1 мВ через R3. Потому что операционные усилители всегда заставляют их входные напряжения должны быть равными, это, в свою очередь, вынуждает 10 мВ через R4. Как видите, на нагрузку подается постоянный ток 11 мВ.Если нагрузка 32 Ом на постоянном токе (например, пара Grado SR-60), 0,34 мА проходит через нагрузку. Этот ток может исходить только от разделитель рельсов, который выглядит как два резистора, параллельных нагрузке. Закон Ома говорит нам, что, поскольку ток равен 0,34 мА и сопротивление составляет 2,35 кОм (два резистора 4,7 кОм параллельно), напряжение в средней точке делителя принудительно отклоняется на ~ 0,8 В от идеальная середина.

В этой конкретной ситуации батарея на 9 В разорвется. до +3,7 В и -5.3 В вместо идеального ± 4,5 В. Различные номиналы операционных усилителей, наушников и резисторов даст другой раскол. Поэтому лучше всего просто реализовать что это смещение будет значительным при нагрузках с низким импедансом, и будет увеличиваться с уменьшением сопротивления нагрузки, а не вычислять компенсирует и пытается как-то этому противодействовать.

Проблема с неравными виртуальными разделениями земли

В такой цепи, как карманный усилитель CMoy, неравномерное виртуальное заземление сплит не повреждает звук сам по себе.Вход и выход оба относятся к одной и той же точке земли, поэтому сдвиг не создать проблему электрической совместимости. Ты наверное спрашиваю, зачем об этом беспокоиться?

Большинство операционных усилителей не могут переключать выходное напряжение с шины на шину; у них есть минимальное расстояние. OPA132, например, требует приблизительно 3 В расстояния между шинами питания и выход с относительно низкоомными нагрузками, такими как наушники.

Допустим, мы используем аккумулятор на 9 В и под нагрузкой наша виртуальная цепь заземления неравномерно распадается на +4 В и -5 В.Предположим также, что пики нашего выходного сигнала 1 В от земли. Добавьте 3 В запаса, необходимого для операционный усилитель, и мы находимся прямо у точки ограничения шины V +. Поскольку наш источник питания представляет собой аккумулятор, его напряжение со временем будет падать, поэтому у нас будет очень мало времени выполнения, прежде чем он начнет вырезать.

Способы решения проблемы

Один быстрый и грязный способ решить эту проблему - просто увеличить напряжение питания. Но это требует большей и более дорогой мощности. если вы используете розетку, или несколько батареек.

Еще один способ решить проблему - опустить виртуальную землю номиналы резисторов. Проблема в том, что это увеличивает ток делитель рисует. Это баланс: если лишнее ток, потребляемый от батареи, достаточно высок, он может стереть увеличение времени работы достигается за счет более низкого напряжения батареи, когда начинается отсечение.

В большинстве последующих схем в этой статье используется полностью другое решение: буферизация виртуальной земли. Эти методы делают делитель напряжения имеет очень низкий импеданс, пока малый ток.Это сохраняет виртуальную точку заземления. по центру между рельсами под нагрузкой. За дополнительные детали можно легко заплатить для себя, позволяя использовать меньший блок питания, или увеличение времени работы аккумулятора.

Простые буферизованные схемы виртуального заземления

Самая элегантная виртуальная цепь заземления с буферизацией - Техас Instruments ’TLE2426. Эта часть называется «рельс splitter: «он разделяет один источник питания на две части, поэтому у вас есть два «Шины напряжения» плюс земля. Это в основном прославленный делитель напряжения, поэтому он заменяет резисторы в простом источник питания резистора-делителя: вы прикладываете напряжение между его IN и COM контакты, и он выводит ½ того, что на контакте OUT.В отличие от простого резисторный делитель, однако, внутри него есть схема буферизации, поэтому он не становится неуравновешенным. (О, может быть десятая часть вольта ошибка или около того, но это мелочь.) Вот измененный силовая цепь:

На первой схеме показан простой 3-контактный корпус, а на второй показывает схему для 8-контактных версий, которые имеют шумоподавление штырь. У последнего производительность чуть лучше.

Обратите внимание, что на батарее есть только один конденсатор вместо колпачок между каждой шиной и виртуальной землей, как в резистивном делителе поставка.В схеме резисторного делителя два конденсатора абсолютно необходимо для успеха схемы. Ниже я расскажу о преимущества использования двух подобных крышек на активной виртуальной площадке схема, а также недостатки. А пока предположим, что это лучше иметь только один перед активным «рельсом» разветвитель. "

Основная проблема TLE2426 в том, что он может обрабатывать только 20-40 мА тока, в зависимости от условий. Если ваш груз потребляет больше, источник питания на базе TLE2426 станет несбалансированным.Для более высокой нагрузки В некоторых ситуациях вы можете попробовать буферный блок питания:

Это похоже на схему внутри TLE2426. Сделав рельс разветвитель из частей, мы можем получить более высокий выходной ток. Обратите внимание, что номиналы резисторов намного выше, чем в простом блоке питания CMoy. По добавляя буфер, нам не нужны резисторы с низким делителем, чтобы сохранить зачет под контролем. Поскольку номиналы резисторов настолько высоки, в токе покоя в цепи преобладает ток покоя только буфера; делитель дает незначительный ток привлечь.

Резисторы с высокими значениями работают до тех пор, пока на нем потребляется мощность. Схема равномерно сбалансирована, как и в простом усилителе для наушников. если ты при несбалансированном натяжении делитель может выйти из строя. В В этом случае вы можете заменить разделитель на TLE2426. Еще одно достоинство TLE2426 над резисторами в том, что он занимает меньше места, а вы не нужно выполнять согласование резисторов для получения высокой точности. Так мы сделали виртуальную землю в усилителе META42.

Я использовал здесь BUF634 Burr-Brown.Он может обрабатывать до 150 мА в корпусе ДИП-8, а в более крупных корпусах на металлической основе может потреблять до 250 мА с соответствующим теплоотводом. Много другие буферы с разомкнутым контуром на рынке, которые будут обеспечивать аналогичную производительность в этой схеме. Недостатки относительно одиночного TLE2426 в том, что он сложнее, он дороже, у него выше производительность импеданс, и он имеет более высокое потребление тока покоя (~ 1,5 мА против ~ 0,3 мА).

Если вы не можете получить TLE2426 и не хотите отправлять почту заказ первый, это более близкая замена, чем схема выше:

Вы можете использовать дешевый обычный операционный усилитель, например, повсеместный μA741 - здесь.Он действует как буфер, как в предыдущая схема. Основное отличие в том, что у него более низкая производительность. тока, чем буфер, но, в отличие от буфера без обратной связи, он имеет обратную связь поэтому он имеет низкий выходной импеданс. Низкий выходной импеданс имеет много полезных свойств. воздействия на схему; в усилке для наушников самый большой ниже перекрестные помехи.

Резистор 1 кОм в цепи обратной связи, возможно, является необязательным. это цель состоит в том, чтобы поддерживать стабильность операционного усилителя перед лицом сильных емкостных нагрузки, такие как байпасные конденсаторы в цепи, на которую подается питание.

Если вы используете дешевый обычный операционный усилитель, производительность этой схемы не лучше, чем для TLE2426, и занимает больше места на плате, поэтому вы следует делать это только тогда, когда вы не можете получить TLE2426. Но если вы используете лучший операционный усилитель, вы можете получить лучшую производительность, чем TLE2426. Главный Спецификация, которую следует искать здесь, - это высокий выходной ток. Более или менее дроп-ин заменами с выходным током выше среднего являются LMH6642 и AD817.

Операционные усилители с самым высоким выходным током обычно имеют обратную связь по току.Они требуют немного большей осторожности при применении, чем обычное напряжение. тип обратной связи. Рассмотрим эту схему, которая может выдавать 250 мА:

C2 - компенсационный конденсатор, а R3 - для уменьшения питания тока немного, как описано в таблице данных в разделе на функция выключения.

Если вам нужно даже более 250 мА, старший брат LT1206, LT1210 работает по очень похожей схеме. Другие производители делают аналогичные сильноточные микросхемы CFB, которые могут здесь работать, но прочтите их спецификации перед изготовлением схем для них: операционные усилители CFB в целом без изменений не попадет в существующую схему.

Другой вариант - создать буфер из дискретных компонентов общего назначения. Этот простой дизайн разработан гуру миниатюризации Сиджосаэ:

.

Транзисторы могут быть практически любой комплементарной парой малосигнальных транзисторы. Подходящими альтернативами являются PN2222A и PN2907A.

Диоды относятся к типу слабосигнальных. Приемлемая альтернатива это 1N914.

Эта схема имеет лучшие характеристики, чем простой резистивный делитель. виртуальная земля, а стоимость деталей ниже, чем у любой другой схемы упоминается здесь.Однако это наименее точный из буферизованных виртуальные цепи заземления.

Все усложняется

Вышеупомянутые буферные цепи виртуального заземления имеют одну из двух основных проблемы. Схемы на основе операционных усилителей TLE2426 и VFB имеют довольно низкий Выходные текущие возможности. Остальные схемы имеют более высокий выходной ток, но у большинства из них отсутствует обратная связь, поэтому их выходной импеданс относительно высок; это может привести к таким проблемам, как усиление перекрестных помех в наушниках. усилитель звука. Для простых цепей лучше всего подходит схема CFB, указанная выше. баланс высокого выходного тока, низкого выходного сопротивления и простота.

Если вы можете пожертвовать простотой, вы все равно можете использовать операционные усилители с VFB объединяя их с буфером, например:

Обернув буфер в контур обратной связи операционного усилителя, вы получите более высокая токовая способность буфера плюс высокая точность, обеспечиваемая Обратная связь.

Значение резистора между буфером и операционным усилителем может потребоваться варьироваться в вашей схеме. Если у вас высокие частоты или даже нестабильность, вам нужно поднять его значение, возможно, до 1 кОм.Точно так же может потребоваться компенсационный конденсатор CC. увеличивается, если у вас проблемы со стабильностью; это наверное не должно превышать 100 пФ.

Вы можете заменить резисторный делитель на TLE2426, чтобы получить некоторые преимущества, описанные выше. Тогда это всего в одном маленьком шаге от там к концепции наземного канала, используемой PIMETA и PPA усилители:

Концепция наземного канала лучше всего работает, когда у вас много небольших заземлений токи и один большой.В усилителе для наушников схема имеет несколько резисторы и тому подобное собирается на землю, но практически все динамические ток на землю - это обратный ток от наушников. В Буферизованный операционный усилитель выдерживает большие токи (OGND), а TLE2426 устанавливает вход большого драйвера и обрабатывает все малые токи (VGND).

Для аудио я предпочитаю использовать тот же операционный усилитель и буфер в виртуальном заземление, как и в схемах аудиодрайвера. Например, если звук каналы используют операционный усилитель AD8610 и буфер HA3-5002, я обычно использую те же части для виртуального наземного драйвера.Это дает больше всего симметричная производительность, так как виртуальный наземный драйвер и наушники схемы драйверов эффективно перекладывают нагрузку друг от друга.

Конденсаторы на выходе виртуального заземляющего драйвера

Выше я сказал, что при переходе на активный разветвитель рельсов нужно серьезно подумайте о том, чтобы поставить конденсаторы шины перед разветвителем. Назначение заглушек на резистивный делитель заземления, показанный на начало этой статьи связано с тем, что этот пассивный разветвитель не может доставляет очень много тока, поэтому для этого нам нужны крышки.Резисторы здесь только поддерживают уровень постоянного тока виртуальной земли. Идеальный виртуальная цепь заземления будет иметь бесконечную подачу тока, поэтому не должно быть преимуществ в том, чтобы закрывать его выход. На самом деле это может быть вредно.

Активная виртуальная цепь заземления имеет некоторую «полосу пропускания»: то есть он будет эффективен в некотором диапазоне частот. Если вы положите конденсаторы на его выходе, что снижает его полосу пропускания: как частота идет вверх, конденсаторы «заряжаются» на большую и в большей степени.Если заглушки достаточно большие, виртуальная земля пропускная способность канала полностью забита. Это могло закончиться подходит не более чем для поддержания уровня постоянного тока виртуальной земли.

Выходные колпачки могут быть полезны, если у делителя рельсов достаточно низкий ограничение выходного тока. Такова, например, ситуация с усилителем MINT. TLE2426 имеет выход предел тока от 20 до 40 мА, в зависимости от условий эксплуатации. Когда он переходит в режим ограничения тока, его выход идет на отрицательный рельс, который приведет к значительному смещению виртуальной точки заземления, поэтому мы не можем допустить этого.Тяжелая нагрузка на наушники действительно могла превышают 20 мА, поэтому установка крышки на выходе TLE2426 экономит дизайн. Хотя TLE2426 не влияет на звуковую частоту, он все равно имеет преимущества по сравнению с резистивным делителем напряжения. Во-первых, его вывод импеданс намного ниже, поэтому описанный выше виртуальный сдвиг земли не бывает. Во-вторых, он требует меньшего рабочего тока, чем резистивный делитель CMoy.

Еще одна потенциальная проблема с большими крышками на выходе виртуального делитель земли имеет отношение к стабильности.Некоторые схемы станут очень стабильно в этой ситуации: нет полосы пропускания и нет усиления, следовательно, нет колебание. Большинство схем не приспособлены для емкостных загружает, однако. Они становятся менее стабильными при движении емкостного нагрузка. Изучите таблицы для микросхем, которые вы будете использовать. Если они особенно рекламируют тот факт, что они могут управлять большими емкостными нагрузками, остерегайтесь использовать их в цепях виртуального заземления. Не забывай учитывать ограничения системного байпаса, если они переходят с каждой шины на виртуальную земля: есть много фишек, которые станут нестабильными с меньше нанофарад емкости на их выходе, а байпас конденсаторы будут учитываться при этом.В конечном итоге вам придется построить реальных схем и протестируйте их, прежде чем вы узнаете, может ли данный чип справиться с емкостной нагрузкой в ​​вашей установке.

Есть еще одна проблема с ограничением вывода виртуальная цепь заземления: она тратит впустую емкость. В самом прямом смысле два конденсаторы на выходе виртуальной цепи заземления включены последовательно, поэтому общая емкость уменьшена вдвое. Кроме того, вам потребуется один конденсатор в перед разделителем рельсов, а два после него. Это означает, что емкость шины перед разветвителем на самом деле в четыре раза больше, чем эффективный: вы можете иметь вдвое большую эффективную емкость в половине площадь платы, или в четыре раза больше емкости в той же области платы.

Список литературы и благодарность

Карманный CMoy-усилитель с перспективой постоянного тока, схема выше и оригинальное объяснение этого связано с PRR Headwize. На этом форуме исчез, поэтому я больше не могу указывать вам на это объяснение, Увы.

Сиджосаэ опубликовал свою идею дискретного делителя рельсов в другом Headwize нить. Увы вдвойне.

Раздел 4.1.5 в оптимизирующем ОУ Джеральда Грэма Производительность была полезна при разработке разветвителя на основе ОУ с VFB.В этом разделе рассматривается работа операционных усилителей с емкостной нагрузкой, которая часто случается с виртуальным наземным водителем.

Ссылки

Arn Roatcap имеет аналогичный каталог виртуальных цепей заземления.

В Приложении A к Op. Усилители для всех (PDF, 2,9 МБ), охватывающий однополярный схемы. Помните, что это приложение было удалено или объединено с основной текст в более поздних изданиях. Я не вижу эквивалента в оглавление на текущий четвертое издание Брюса Картера.

.

Смотрите также