Замер контура заземления


Обзор методов измерения сопротивления заземления

Заземление используется в реализации различных проектов электрических систем. Само понятие “заземление” схематично рассматривается подключением участка электрической цепи к потенциалу земли.

Контур заземления содержит проводник и электрод, внедрённый глубоко в грунт. Традиционным действием в электротехнической практике является измерение сопротивления заземления только ещё запускаемых и уже эксплуатируемых сетей. Мы расскажем, как и каким образом производится это важное действие.

Содержание статьи:

Для чего необходимы измерения?

Блестящее решение перечисленных ниже задач достигается идеальным нулевым сопротивлением в заземляющей цепи:

  1. Не допустить появления напряжения на корпусе технологических машин.
  2. Добиться эффективного опорного потенциала электроаппаратуры.
  3. Полностью устранить статические токи.

Правда электротехнический опыт показывает: результат под идеальный нуль получить невозможно.

Процедура исполнения необходимых замеров с помощью прибора для определения сопротивления заземляющей шины. Такие процедуры проводятся по графику, который утверждается руководством обслуживающей организации

В любом случае, заземлённый электрод выдаёт какое-никакое сопротивление.

Конкретную величину resistance определяют:

  • сопротивление электрода в точке контакта с проводящей шиной;
  • контактная область между земляным электродом и грунтом;
  • структура грунта, дающая разное сопротивление.

Практика измерений сопротивления контура заземления отмечает, что первыми двумя факторами вполне можно пренебречь, но при соблюдении логичных условий:

  1. Заземляющий электрод сделан из металла с высокой электропроводимостью.
  2. Тело штыря электрода тщательно зачищено и плотно посажено в грунт.

Остаётся фактор третий – резистивная поверхность грунта. Он видится главной расчётной деталью для измерений сопротивления контура заземления.

Вычисляется же благодаря формуле:

R = pL / A,

где: p – удельное сопротивление грунта, L – условное заглубление, А – рабочая площадь.

Чтобы обезопасить владельцев дома/квартиры, заземлением должны быть снабжены все виды мощного домашнего электрооборудования:

Галерея изображений

Фото из

Все виды бытового энергозависимого оборудования, эксплуатируемого в квартирах и домах, необходимо подключать к автономным или общественным системам заземления

Для подключения электроприборов к заземляющей системе необходимо устанавливать розетки с заземляющими контактами, снабженными либо выходящими за пределы корпуса медными скобами, либо третьим отверстием, предназначенным для погружения контакта штепселя с тремя штырями

Обязательному заземлению подлежат все виды холодильного оборудования (холодильники, морозильные шкафы, МВП, электроплиты, стиральные машины

Подключение к заземляющему контуру обязано производится согласно схеме, приложенной производителем технической продукции, с использованием рекомендованных им средств

Обязательно необходимо выполнить заземление гидромассажной ванны, т.к. в ее работе используются электроприборы

В беспрекословном заземлении нуждаются все виды сетевых машин, начиная от домашнего стационарного компьютера до серверных шкафов, в том числе электрошкафы для автоматов и УЗО

Необходимо заземлять все модели энергозависимых газовых котлов: как напольные, так и настенные

Все линии заземления прокладывают по параллельной схеме, последовательное подключение к заземляющей системе недопустимо

Варианты заземляющих контактов

Штепсельная розетка с заземляющим контактом

Заземление кухонной бытовой техники

Подключение стиралки к заземляющему контуру

Устройство заземления гидромассажной ванны

Способ заземления сетевого оборудования

Заземление напольного газового котла

Подключение линий заземления к шине

При тестировании сопротивления каждую из заземляющих линий проверяют отдельно. Сопротивление между заземляющим элементом и каждой не проводящей ток частью электрооборудования, попадание под напряжение которой возможно, должно быть меньше 0,1 Ом.

Обзор измерительных способов

Существует несколько вариантов измерения сопротивления , каждый из которых вполне точно позволяет определить искомую величину.

3-точечная система определения

Так, например, часто применяется методика 3-х точечной схемы, основанная на эффекте падения потенциала.

Графическая схема так называемой трёхточечной системы, которую достаточно часто применяют, когда требуется измерить значение сопротивления заземляющего контура

Измерения выполняют за три основных шага:

  1. Замер напряжения на электроде Э1 и зонде Э2.
  2. Замер силы тока на электроде Э1 и зонде Э3.
  3. Расчёт (формулой R = E / I) сопротивления заземляющего электрода.

Для этой методики точность замеров логически зависима от места инсталляции зонда Э3. Его рекомендуется внедрять в грунт на удалении – оптимально за пределы так называемой области ЭСЭ (эффективного сопротивления электродов) Э1 и Э2.

Измерения по технологии «62%»

Если структура грунта под размещение заземляющего электрода отличается однородным содержимым, методика «62%» для определения сопротивлений контуров заземления обещает хорошую результативность.

Схема под технологию измерений под интересным названием «62%». Однако название взято от оптимальной величины отступа между электродами, при которой получают приемлемый результат

Способ применим под схемы с единственным заземляющим электродом. Точность показаний здесь обусловлена возможностью расположения рабочих зондов  на прямолинейном участке, относительно заземляющего электрода.

Точки инсталляции контрольных зондов

Заглубление электрода, мРасстояние до зонда Э1, мРасстояние до зонда Э2, м
1,813,721,9
2,415,2524,4
3,016,7526,8
3,618,329,25
5,521,635,0
6,022,536,6
9,026,242,65

Упрощённый двухточечный метод

Применение этого способа измерений требует наличия ещё одного качественного заземления помимо того, которое будет подвергаться исследованию. Методика актуальна для территорий густонаселённых, где часто нет возможности широко оперировать вспомогательными рабочими электродами.

Упрощённая методика измерений производится по двухточечной схеме. При такой технологии требуется меньше манипуляций с оборудованием и расчётами, но точность расчетов невысока

Метод двухточечного измерения отличается тем, что одновременно показывает результат для двух устройств заземления, включенных последовательно. Этим и объясняются требования к высокому качеству исполнения второго заземления, чтобы не учитывать его сопротивление.

Для выполнения вычислений также измеряется сопротивление заземляющей шины. Полученный результат вычитывают из результатов общих замеров.

Точность этого способа оставляет желать лучшего по сравнению с двумя вышеизложенными. Здесь существенную роль играет расстояние между заземляющим электродом, сопротивление которого измеряется и вторым заземлением. Стандартно такая методика не применяется. Это своего рода альтернатива, когда нельзя использовать другие способы измерений.

Точные измерения по четырём точкам

Для большинства вариантов измерения сопротивлений наиболее оптимальным способом, помимо 2-х и 3-х точечных, считается 4-х точечная технология. Такой технологией замеров наделены приборы, подобные тестеру 4500 серии. Судя из наименования метода, на рабочей площадке в одну линию и на равных расстояниях размещаются четыре рабочих электрода.

По такой схеме – четырехточечной, производятся самые точные измерения. Используется современная аппаратура и есть возможность выполнять работы без отключения заземляющей цепи

Генератор тока прибора подключается на крайние электроды, в результате чего между ними течёт ток, значение которого известно. На других клеммах прибора подключены два внутренних рабочих электрода.

На этих клеммах присутствует значение падения напряжения. Конечный результат по замерам – сопротивление заземления (в Омах), значение которого прибор демонстрирует на дисплее.

Приборами из серии 4500 часто пользуются для измерения напряжения прикосновения. Устройством при помощи специального модуля генерируется в земле напряжение небольшой величины – имитация повреждения кабеля.

Одновременно на шкале прибора указывается ток, текущий по цепи заземления. Показания на экране берут за основу и умножают на предполагаемую величину тока в земле. Таким способом вычисляют напряжение прикосновения.

Выполнение мероприятий по контролю за состоянием электротехнической аппаратуры и линий заземления. Для работы используется измерительный прибор типа 4500

К примеру, максимальное значение ожидаемого тока на участке повреждения равно 4000А. На экране прибора отмечается величина 0,100. Тогда величина напряжения прикосновения будет равна 400В (4000*0,100).

Измерение прибором С.А6415 (6410, 6412, 6415)

Уникальность этого способа – возможность проведения замеров без отключения заземляющей цепи. Также здесь следует выделить преимущественную сторону, когда измерять общее сопротивление устройства заземления допустимо методом включения в цепь заземления резистивной составляющей всех соединений.

Принцип работы примерно следующий:

  1. Специальным трансформатором в цепи создаётся ток.
  2. Ток течёт в образованном контуре.
  3. С помощью синхронного детектора регистрируется измеряемый сигнал.
  4. Полученный сигнал преобразуется АЦП.
  5. Результат выводится на ЖК-дисплей.

Устройство оснащается модулем (избирательный усилитель), благодаря которому полезный сигнал эффективно очищается от разного рода помех – н.ч. и в.ч. шумов. Лапами клещей в их сочленённом состоянии образуется возбуждаемый контур, охватывающий проводник заземления.

Инструкция измерения прибором С.А6415

Последовательность действий при работе с прибором серии С.А6415 доходчиво описывается в инструкции, прилагаемой к этому уникальному устройству.

Уникальный измерительный прибор – клещи, благодаря которому относительно просто и легко удаётся измерить сопротивление земляного контура в различных условиях

Например, есть необходимость провести измерения сопротивления заземления какого-либо электрического модуля (трансформатора, электросчётчика и т.п.).

Последовательность действий:

  1. Открыть доступ к заземляющей шине, сняв защитный кожух.
  2. Захватить клещами проводник (шину или непосредственно электрод) заземления.
  3. Выбрать режим измерения «А» (измерение тока).

Максимальное значение тока прибора составляет 30А, поэтому в случае превышения этой цифры выполнять измерение нельзя. Следует снять прибор и повторить попытку измерений в другой точке.

Процесс выполнения замеров с помощью измерительных устройств типа С.А6415 и 3770. Результаты измерений фиксируются в таблице и сравниваются при следующем ТО

Когда полученная на шкале величина тока укладывается в допустимый диапазон, можно продолжить работу переключением прибора на измерение сопротивления «?».

Высвеченный на дисплее результат покажет общее значение сопротивления, включая:

  • электрод и шину заземления;
  • контакт нейтрали с электродом заземления;
  • контакт соединений на линии между нейтралью и заземляющим электродом.

Работая с клещами, следует иметь в виду: завышенные показания прибора по сопротивлению заземления, как правило, обусловлены плохим контактом заземляющего электрода с грунтом.

Также причиной высокого сопротивления может быть оборванная токоведущая шина. Высокие цифры сопротивлений в точках соединений (сращиваний) проводников тоже могут влиять на показания прибора.

Общие рекомендации по измерению УСГ

Прежде чем , к примеру для газового котла, следует получить точные сведения о том, в область каких грунтов будет закладываться заземляющий электрод. Часто для определения значений “p” грунта предлагается обращаться к существующим таблицам.

Однако этот вариант с таблицами даёт чисто ориентировочные данные. Поэтому полагаться на них не стоит. Истинные значения сопротивления грунта могут отличаться в разы.

Вариант #1: однослойный грунт

Если грунт имеет однородную составляющую, его удельное сопротивление измеряют методикой «пробного электрода».

Структура однородного грунта. При таких условиях измерить и вычислить сопротивление значительно проще, чем проделывать ту же самую работу на многослойных грунтах

Метод предполагает выполнение определённой процедуры в два этапа:

  1. Берут стержневой контрольный зонд длиной чуть больше глубины проектной закладки.
  2. Погружают зонд в землю строго вертикально на глубину проектной закладки.
  3. Оставшийся над поверхностью земли конец используют для замера сопротивления растекания (Rr).
  4. Определяют УСГ по формуле p = Rr * Ψ.

Желательно выполнить процедуру несколько раз в различных точках рабочей площадки. Альтернативные замеры помогают достичь точных результатов измерений сопротивления грунта.

Вариант #2: многослойный грунт

Для такой ситуации замер УСГ выполняют методом ступенчатого зондирования. То есть контрольный зонд погружается до рабочей глубины ступенями и в положении каждой ступени выполняются измерения удельного сопротивления.  Вычисления среднего УСГ производятся с помощью формул для каждого отдельного измерения.

Многослойный грунт. При таких условиях приходится вычислять сопротивление каждого отдельно взятого слоя. Расчёты по многослойным грунтам требуют больше работы

Затем, исходя из климатических особенностей местности, находят значения для сезонных изменений. Таким способом (достаточно сложным) получают расчётные значения УСГ верхних слоёв. Нижележащие слои рассматриваются как не подверженные сезонным изменениям и потому расчёт для них ограничивается несколько упрощённым измерением и вычислением.

Требования к исполнению работ

Работы подобного плана, конечно же, выполняются квалифицированным персоналом, представляющим специализированные организации. Так, за эксплуатацию силовых щитков в жилых домах, как правило, отвечают коммунальные службы. Производить какие-либо измерения в этих точках разрешается только через обращение к этим службам.

Электрические цепи относятся к опасным системам. Несмотря на то, что коммуникации бытового сектора рассчитаны под напряжение менее 1000В, это напряжение смертельно для человека. Требуется соблюдать все необходимые меры безопасности при обращении с электрическим оборудованием. Обывателю зачастую такие меры попросту неведомы.

С особенностями сооружения заземления для ванны в городской квартире ознакомит , содержащая правила и руководство по проведению работы.

Выводы и полезное видео по теме

Выполнение измерений на практике с помощью прибора:

Исполнение работ, связанных с проверкой сопротивления заземления, требуется обязательно, независимо от сложности электрической схемы и категории объекта, где устанавливается или установлено и эксплуатируется электрооборудование. Многие специализированные организации готовы предоставлять такие услуги.

Оставляйте, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Не исключено, что вы знаете простой и эффективный способ измерения сопротивления контуров заземления, не приведенный в статье. Задавайте вопросы, делитесь полезной информацией и фото по теме.

контуров заземления

контуров заземления

[Начало] [ Вверх]

Ground Loops Radio Оборудование

Контуры заземления Транспортные средства

Контуры заземления Аудио Системы

Как заземлить Возникновение петель (техническое)

Автопарк и Заземление

Примечание: это обсуждение применяется только к основаниям внутри платформы или системы.Оно делает не применяется к кабелям или проводке вне здания, где повреждение светом или другие скачки напряжения вызывают беспокойство.

Проблемы контура заземления обычно возникают, когда соединительные порты заземлены к пунктам, работающим с перепады напряжения. Разница в напряжениях обычно возникает из-за высоких токов. на другом заземленном пути. Проблемные перепады напряжения обычно создаются падение напряжения вдоль Сильноточный провод, заземленный с обоих концов на общую землю.Это может создают разность потенциалов вдоль пути заземления сигнального провода, и это напряжение передается в чувствительную схему.

Нежелательное взаимодействие, которое мы называем «контур заземления», обычно является непреднамеренным в результате плохой техники подключения, плохого планирования порта источника или нагрузки или комбинация всего.


Примечание: "Порт" по определению подключение входа или выхода сигнала, обычно через разъем, разъем или терминал полоса. «Порты» - это точка соединения, в которой соединительный провод или кабель входит или выходит Устройство.

Использование шины заземления вдоль стола не вызывает "заземления". петля ». Замена проводов на звезду или прокладка отдельных заземляющих проводов на дальние общая точка, как и стержень, не исправляет контуры заземления. Несколько заземляющих проводов в далекую точку не исправьте контуры заземления или радиопомехи, за исключением случая чистой случайности. Длинные изолированные заземляющие провода от оборудования на столе до общего места вне рабочего стола, например, стержень не годится наука.

Низкая частота оборудования или контуры заземления постоянного тока вызваны мощностью падение напряжения на кабеле и отсутствие использования одноточечного заземления на одном конце пути.RFI вызваны синфазным RF на антенных кабелях или нарушение целостности экрана. Более короткий и более низкий путь заземления сопротивление между оборудованием в одной точке, тем лучше! Исключение составляет как правило, любой сильноточный источник питания или нагрузка. Источники или нагрузки сильного тока в целом НЕ должен быть привязан к наземная шина более чем в одной точке. Что-то вроде сильноточной мощности Отрицательный провод питания должен быть заземлен только со стороны оборудования. В идеале отрицательная шина должна плавать на источнике питания, но должна иметь предохранительный зажим, который это высокий импеданс при нормальных условиях при ограничении отрицательной клеммы поднимаются при неисправностях.

С за исключением сильноточного источника питания с заземленным минусом шасси, который должен быть заземлен непосредственно на сильноточное оборудование, которое оно обслуживает, Самый короткий путь с наименьшим сопротивлением между оборудованием всегда лучше. Эта обычно требует наличия тяжелой заземляющей шины с низким сопротивлением и короткой гибкой плетеные провода, соединяющие настольное оборудование с этой настольной шиной.

Отрицательный вывод предохранители на оборудовании - тоже вообще плохая идея, но мы видим это повсюду.Предохранители с отрицательным выводом были необходимы из-за плохих инструкций по подключению!

Современные автомобили используют микропроцессорную систему для изучения многих аспекты состояния двигателя. Процессор считывает внешние датчики и, используя эти данные, вычисляет время зажигания, топливо форсунка открывает окна, включает насосы и вентиляторы, управляет системой рециркуляции отработавших газов, регулирует двигатель холостой ход и десятки других функций. Несколько датчиков сообщают компьютеру множество различных параметров в том числе положение дроссельной заслонки, втекающая в двигатель воздушная масса, охлаждающая жидкость температура, барометрическое давление, содержание кислорода в выхлопных газах, положение коленчатого вала, и другие параметры.Разница между подачей топлива на 15 лошадиных сил или подача топлива на 500 лошадиных сил может быть менее 3 вольт, на некоторых датчики! Десятые доли вольта могут существенно изменить критические параметры двигателя, и изменения датчика в сотых долях вольта могут заметно изменить смесь. количество. Эта чувствительность к относительно небольшим изменениям напряжения датчика является корнем Проблемы с контуром заземления системы управления двигателем. ключ к правильному управлению сложными функциями. читает датчики низкого напряжения с высоким сопротивлением, обычно работающие в диапазоне от нуля до пять вольт, точно.Шум может особенно повлиять на точность чувствительной синхронизации функции.

Повреждение оборудования может произойти в результате проблемы с контуром заземления. Из-за плотного Упаковка и миниатюрная конструкция, современная электроника использует небольшие проводники (следы фольги) и компоненты. Контур заземления может расплавить следы фольги, повредить полупроводники или микросхемы или разрушить малые резисторы. Контур заземления может вывести из строя дорогую электронную систему за доли секунды. второй. Хуже того, контур заземления, влияющий на дозирование топлива или время зажигания, может разрушить двигатель.

Мои проблемы с Послепродажная система EFI является хорошим примером ошибки контура заземления, угрожающей ресурс двигателя.

Высокая чувствительность к малым уровням напряжения лежит в основе шум или гудение контура заземления звука.

Второстепенная проблема - повреждение оборудования. Из-за плотного упаковка, современная аудиоэлектроника часто использует небольшие проводники из фольги и текущие чувствительные компоненты. Полупроводники малой мощности могут быть непоправимо повреждены под действием нескольких вольт или нескольких тысячных долей напряжения. амперный ток.Как и в случае с домашними компьютерами и автомобилями, контур заземления может расплавить следы фольги, повредить полупроводники или микросхемы или разрушить небольшие резисторы или конденсаторы. Дорогой аудиокомпонент может быть испорчен доли секунды.

Когда я начал заниматься радиовещанием, наземные пути между различными частями звукового оборудования были изолированы. Инженеры заземлили щиты на симметричных линиях в одной точке пути, обычно на терминалах входного порта. Экраны на несимметричных линиях, если оборудование не было смонтировано в одной стойке, были с одной стороны плавает изолирующий трансформатор.

Единственными общими соединениями шасси были провода питания, радио частотные основания и основания безопасности. Заземляющие экраны звуковых сигналов или сигналов низкого уровня были всегда изолирован от шасси или заземления на одном конце. Это верно для всех низкоуровневых сигнальные линии. Изоляция предотвратила нежелательные сигналы контура заземления, обычно проявляющиеся в виде гула или шума, из-за фоновый мусор. Было очень плохой практикой балансировать и заземлять шасси постоянного тока. несбалансированные линии, особенно линии с экраном толщиной менее нескольких толщин кожи или чрезмерно резистивные экраны более чем в одной точке кабельной трассы.

Низкоуровневые аналоговые измерения и сигнальные заземления также нарушены землей петли. Как правило, по крайней мере один конец участка должен быть независимым от земли или земля изолирована. Это предотвратит нарушение критического сигнала контурами заземления. напряжения и выдача ложных показаний.

Самый простой контур заземления показан ниже:

Если мы рассмотрим систему постоянного тока с "A" как источник и «B» в качестве нагрузки, напряжение «C» подтолкнет «B -» вверх на.5 вольт. Это означает, что разница между плюсом и минусом "B" будет 2,5 вольта.

И наоборот, если "B" был источником 2,5 В, а "A" нагрузка, "C" подтолкнет "A -" к более отрицательному значению, а разница "A" между + и - будут 3 вольта.

Вот почему мы должны быть уверены, что ничто не заставляет внешнее напряжение на заземляющем проводе. Единственный способ исключить возможность заземления петля, нарушающая чувствительное напряжение или даже вызывающая повреждение, будет плавать один или оба конца системы полностью заземлены.Хотя бы один конец, либо конец источника или конец нагрузки должен быть в дифференциальном режиме. «Дифференциальный» означает, что касается только разницы напряжений между + и -, а не внешней источник. Если поместить один конец в дифференциал, он будет выглядеть так:

В приведенном выше случае "B -" будет иметь единственный точка заземления. В точке «А -» не могло быть земли. Не заземляя любой конец отрицательный и создание дифференциала нагрузки или источника устраняет контур заземления.

Решение проблемы с контуром заземления с помощью заземляющего проводника больше, как правило, не лучший способ что-то делать, хотя, безусловно, помочь, уменьшив падение напряжения (уменьшив импеданс тракта).Проблема в том, что проводники, какими бы большими они ни были, всегда есть неизбежное падение напряжения с током. Это падение напряжения определяется законом Ома, где ток, умноженный на сопротивление, - это падение напряжения на пути тока. Если проводник передает высокочастотные сигналы, вопрос осложняется сопротивлением и эффекты стоячей волны. Для большинства систем аудио, питания и управления мы можем просто рассмотреть сопротивление. Для более высоких частот или резко возрастающих форм волны (например, зажигания системные импульсы), мы должны учитывать реактивные части импеданса проводки.

Системы со смесью больших токов и чувствительных линии нижнего уровня доставляют гораздо больше хлопот, чем другие системы. Сильные токи могут легко создавать перепады напряжения, которые составляют значительную часть низкого сигнала уровни. Когда системы высокого и низкого уровня имеют общую основу, падение текущего напряжения по заземляющей или нейтральной проводке может передаваться на другие наземные пути. Это передает часть высокого тока в низкий система уровней.

В схемах ниже, даже с тысячными долями Ом сопротивление проводника и соединения, сильноточная цепь заземления Падение на 1/10 вольт.Сигнальный провод, даже с проводом гораздо меньшего размера, имеет только падение на несколько милливольт. Это потому, что ток нагрузки очень низкий.

Давайте рассмотрим несколько основных несбалансированных систем. В этих схемах:

R1 - R4 сигнальный провод и сопротивления соединений
R5 индикатор или сопротивление нагрузки
R6 Сильноточная нагрузка
R7-R10 Сопротивление проводника сильноточной нагрузки
VS1 Источник сигнала
VS2 Источник для сильноточной нагрузки

В системе ниже мы видим напряжение сигнала, на которое ничего не влияет, кроме небольшое падение напряжения в сигнальных проводниках.Нет тока нагрузки большой мощности и нет контура заземления.

В системе ниже общий провод заземления между верхней и нижней нейтралью. был добавлен в левом конце. Мы видим, что на напряжение сигнала ничего не влияет, кроме небольшое падение напряжения в сигнальных проводниках. Нет контура заземления и нет высокого сила тока нагрузки. Датчик низкого уровня считывает только 0,004 В от источник.

В системе ниже мы видим напряжение сигнала, на которое ничего не влияет, кроме небольшое падение напряжения в сигнальных проводниках.В R6 ток нагрузки 118 ампер, но ток не влияет на напряжение сигнала, потому что заземление сигнала у свинца только одна земля точка. Нет контура заземления.

В системе ниже мы видим, что напряжение сигнала сильно зависит от высокого текущая нагрузка. Это потому, что в вышеупомянутой системе есть контур заземления. Сигнал провод заземлен с каждого конца.

В системе ниже тяжелая заземляющая шина с очень низким сопротивлением была добавлена ​​в попытаться уменьшить сопротивление шасси или нейтрального тракта.Хотя снижается, напряжение сигнала остается под влиянием падения напряжения в верхнем токопроводы. Этот пример демонстрирует, почему лучшее решение - избегать контуров заземления, вместо того, чтобы пытаться ослабить контуры заземления за счет лучшего заземления между точками заземления системы.

Автостоянка в Типичные легковые автомобили unibody - это особая ситуация. Механический строительные методы, которые делают платформу жесткой, также работают, чтобы сформировать большой тракт заземления шасси большой площади с очень низким сопротивлением.Сварная оболочка образует заземляющий провод с очень низким сопротивлением и является отличным местом для заземление для сигнального и силового заземления. Хотя сопротивление не нулевое, Оболочка тела - самое близкое к нему. Использование четырехпроводного измерения сопротивления Мой Мустанг 1989 года измеряет менее 0,002 Ом от заземления заднего аккумулятора. к земле рельса рамы переднего внутреннего крыла. Это приблизительный эквивалент 15 футов медного провода и разъемов AWG № 0. Большая часть этого сопротивления концентрируется вокруг клемм заземления (до того, как ток сможет распространение), а не по пути тела.Если я улучшил точки подключения, я может значительно уменьшить небольшое сопротивление моей системы сейчас. Это не совсем необходимо, так что я не заморачивался.

Нет смысла запускать тяжелый медный минус от двигатель к батарее, когда шасси уже есть и корпус, включая потери при случайном подключении, имеет меньшее сопротивление, чем хорошо сделанный кабель.

Пример заземления сопротивление:

Сопротивление любого однородного проводника обратно пропорционально площади поперечного сечения и прямо пропорционально к удельному сопротивлению и длине.Проще говоря, если мы удвоим крест площадь сечения проводника мы сокращаем сопротивление (и падение напряжения) в половина. Если мы удвоим длину, мы удвоим сопротивление и удвоим падение напряжения.

Медный провод номер 1 AWG имеет эффективный диаметр около 0,3. дюймов. Площадь круга равна пи * р в квадрате. У этого провода был бы крест площадь сечения около пи * 0,15 * 0,15 = 0,071 квадратного дюйма.

Предположим, что толщина стального корпуса составляет около 16 калибра, или около 0,06. дюймов толщиной.Площадь в один фут будет иметь 12 * 0,06 = 0,72 кв. дюймы площади поперечного сечения. Физическое сечение около десяти раз больше, чем площадь поперечного сечения медного провода.

Удельное сопротивление стали около 15 Ом на 10-6 см. В удельное сопротивление меди 1,7 Ом на 10-6 см. Мы можем разумно предположить сталь имеет примерно 15 / 1,7 = 8,8-кратное сопротивление меди для того же длина и одинаковая площадь поперечного сечения. Пока корпус корпуса выше материал удельного сопротивления, тело также имеет гораздо большее поперечное сечение площадь.

Это означает стальной корпус шириной в один фут, если этот корпус толщиной всего 0,06 дюйма, сопротивление примерно на 10% меньше, чем у аналогичного длина пути через медный провод. Легко понять, почему наземный путь через кузов автомобиля, который, вероятно, несколько футов шириной и намного толще во многих областях это малая часть сопротивления медного провода.

Поверхность пола шириной четыре фута и толщиной всего 0,06 дюйма, будет иметь поперечное сечение около 2.88 квадратных дюймов. Эквивалент медный проводник должен быть 2,88 / 8,8 = 0,327 квадратных дюйма, или диаметр = 2 * квадрат A / pi, или 0,645 дюйма в диаметре! Сопротивление тонкой стальной напольной кастрюли шириной 4 фута с медный кабель требует кабеля больше 4/0, и у нас даже нет рассчитывал на помощь каркасных реек, рокеров или дорожек на крыше!

Давайте посмотрим, почему Ford сделал систему определенным образом и как схемы могут вводить в заблуждение.Это схема отрицательного вывода аккумуляторного кабеля. Фокс Мустанги:

Правильная схема вышеуказанного:

В системе, описанной выше, отрицательный вывод EEC не заземлен на отрицательный полюс аккумулятора. Отрицательный EEC фактически подключается к шасси автомобиля рядом с пусковым реле, где он имеет общую точку заземления шасси с отрицательной клеммой аккумулятора. Основания как это работает только тогда, когда аккумулятор установлен спереди и сделан точно так, как изначально сделано.Эта система приемлема, потому что:

1.) Мустанг изначально имел довольно низкое потребление тока от система зарядки.

2.) Заземлил блок от головы до файрволла.

3.) Очень короткий и тяжелый провод аккумулятора был надежно подключен. к блоку.

Схема альтернативного метода для передней батареи во избежание контуров заземления:

Задний аккумулятор для предотвращения опасности возгорания контура заземления и заземляющего провода:

Соединения отрицательного полюса батареи:

С аккумулятором на задней панели нет причин долго работать отрицательные выводы от ничего к аккумулятору.Исключение составляют некоторые устройства зоны багажника с плавающей площадкой, например, топливные насосы или другие электродвигатели. Это предполагает цельный автомобиль или раму большой площади. со сварной конструкцией в качестве шины заземления. В Европе основания для отрицательные клеммы АКБ для средств связи запрещены из-за пожара и угрозы безопасности.

Устройство с аккумулятором сзади Всегда допустимо до нег пост Допустимо, но часто нежелательно Никогда не допустимо до отрицательного сообщение
Усилитель с общим минусом на корпус и домкраты х
Усилитель с минусом с плавающей запятой шкаф и домкраты Х * Х **
Электродвигатель или насос с изолированным земля Х * Х **
Блок зажигания с минусовой общей к корпус или другие провода Х
Инвертор мощности с отрицательным общим выводом до жилья и торговых точек Х
Инвертор мощности с отрицательным изолирован от шкафа и домкратов х
Радиосистема, включая стереосистемы и системы двусторонней связи с общим минусом шкаф и домкраты х
Радиосистема, включая стереосистемы и системы двусторонней связи с минусом, изолированным от шкафа и розеток Х * х *

* если рядом с аккумулятором ** если далеко от аккумулятор

С аккумулятором, устанавливаемым спереди, прочный заземленные устройства вообще может быть подключен к минусовой батарее практически любым способом.

Устройство, с аккумулятором спереди Всегда допустимо до нег пост Допустимо, но обычно нежелательно Никогда не допустимо до отрицательного сообщение
Усилитель с общим минусом к шкафу и домкраты Х
Усилитель с минусом с плавающей запятой шкаф и домкраты Х * Х **
Электродвигатель или насос с изолированным земля Х
Блок зажигания с минусовой общей к корпусу или другим проводам Х
Инвертор мощности с отрицательным общим выводом к шкафу и розеткам Х
Инвертор мощности с отрицательным изолирован от шкафа и домкратов Х
Радиосистема, включая стерео и двустороннюю с общим минусом к корпусу и гнездам х
Радиосистема, включая стерео и двустороннюю с минусом, изолированным от шкафа и розеток Х

.

Понимание ошибки контура заземления при измерении напряжения ...

Истинный потенциал земли - это то, что существует только на бумаге или в моделировании. В реальном мире не существует такого понятия, как истинное заземление, которое при испытаниях и измерениях приводит к ошибкам контура заземления. Контуры заземления создают проблемы при измерении сигналов низкого уровня, таких как измерения термопар. При измерении напряжений в цепях, в которых цифровой мультиметр и тестируемое устройство привязаны к общему заземлению, образуется контур заземления .Как показано на рисунке, любая разница напряжений между двумя опорными точками заземления (Vground) вызывает прохождение тока через измерительный провод гетеродина. Это вызывает ошибку напряжения (VL), которая приводит к неточности измерения цифрового мультиметра.

При рассмотрении контуров заземления только с точки зрения постоянного тока, пока Ri имеет большое значение (имеется в виду воздух между двумя потенциалами), ошибка будет довольно незначительной при измерении мВ и выше. Цифровые мультиметры Keysight True вольт , такие как 34460/61/65 / 70A, имеют Ri 10 Гом при влажности 80%.Влажность 80% является высоким показателем для лабораторных условий, поэтому в большинстве случаев фактическое Ri намного превышает 10 Гом. Ошибка, вызванная контурами заземления постоянного тока, может быть еще больше уменьшена, если путь заземления сигналов низкого уровня будет как можно короче.

Более крупным источником шума и ошибок от контуров заземления является компонент переменного тока. Импеданс цифрового мультиметра относительно земли ниже при использовании переменного тока из-за емкостной составляющей Ci, параллельной Ri. Емкостная составляющая возникает из-за обмоток трансформатора внутри цифрового мультиметра.Ссылаясь на расчет Z в нижней части рисунка, по мере увеличения частоты изоляция цифрового мультиметра по оси Z по отношению к земле начинает уменьшаться. Теперь в большинстве низкочастотных настроек шум контура заземления исходит от линии питания, поэтому он составляет 60 или 50 Гц. Влияние шума контура заземления линии питания переменного тока можно уменьшить, установив время интегрирования измерения цифрового мультиметра на 1 или более циклов линии питания (для 60 Гц это 16,67 мс). Если ваша среда тестирования состоит из высокочастотных сигналов, высокоскоростных цифровых сигналов или компонентов с шумом, таких как реле или двигатель, лучше всего проводить любые чувствительные измерения напряжения на отдельном потенциале земли, если это возможно.

Чтобы перейти на страницу Википедии о контуре заземления, щелкните здесь

.

Двухпортовый шунтирующий метод измерения и собственный контур заземления | 2019-04-05

Двухпортовое сквозное измерение - это адаптация 4-проводной системы измерения Кельвина с использованием векторного анализатора цепей (ВАЦ) для измерения очень низких импедансов, порядка милли / микроом. Этот метод становится популярным из-за его важности для измерения импеданса распределительных сетей (PDN). В этой статье мы показываем теорию, лежащую в основе двухпортовых параллельных измерений с использованием векторного анализатора цепей, и то, как собственный контур заземления вносит ошибку измерения.Наконец, мы предлагаем решения проблемы контура заземления с результатами измерений. Эта статья получила награду за выдающуюся работу на EDI CON USA 2018.

Двухпортовый шунтирующий измерительный прибор является золотым стандартом для измерения импеданса в миллиомах при поддержке измерений на очень высоких частотах. Эти возможности делают его идеальным для измерения в сети распределения электроэнергии (PDN). В этой статье показано, как сделать 2-портовый шунт путем измерения с помощью коммерческого векторного анализатора цепей (ВАЦ).К сожалению, это измерение включает нежелательный контур заземления. Если не исправить, контур заземления вносит значительные ошибки.

Рис. 1. Установка для измерения импеданса через 2 порта с использованием коммерческого анализатора цепей Omicron Bode 100 для измерения низких импедансов
(Z DUT << 50 Ом).

Рисунок 2. Эквивалентная принципиальная схема двухпортового параллельного сквозного измерения, показанная на (Рисунок 1)
для измерения R.

На рис. 1 показана стандартная двухпортовая установка для сквозных измерений. На рисунке 2 показана конфигурация схемы для измерения резистора малого номинала при двухпортовом сквозном шунтирующем измерении. Из определения S 21 [1, с. 2-3],

Решая для R, получаем,

, где предполагается, что R 0 = 50 Ом и S 21 << 1 (верно для очень малых величин / сопротивлений импеданса - R << R 0 ).Уравнение 1 менее интуитивно понятно при измерениях с двухпортовым шунтом. Другое представление определения S 21 показано в [1, стр. 2],

Уравнение 3 дает такое же значение для S 21 после упрощения. Разница в том, что это дает интуитивное ощущение того, что происходит с S 21 . Знаменатель для ВАЦ является постоянным, если импедансы источника и приемника фиксированы. Одно исключение из этого было предложено Стивом Сэндлером в его статье «Расширение полезного диапазона 2-портового шунта за счет измерения импеданса» [2].Здесь источник R 0 увеличивается, чтобы сместить окно измерения. Источник R 0 увеличивается до более высокого значения путем добавления внешнего резистора, например, 450 Ом, и теперь Rs становится 500 Ом для 50-омного ВАЦ, предполагая, что интересующий нас частотный диапазон таков, что внешний резистор электрически очень мал и является сосредоточенным элементом на этой частоте. Что мы здесь делаем, так это то, что мы снизили максимальную мощность, которая может быть получена от ВАЦ, что увеличивает диапазон измеряемых импедансов.Следует отметить, что чувствительность является неотъемлемым свойством ВАЦ и не изменяется.

В уравнении 3, S 21 2 - это полученная мощность в Rx, масштабированная на мощность, которая была бы получена, если бы DUT не присутствовал. Давайте посмотрим, как это повлияет на измерения импеданса двух портов. R = 25S 21 и S 21 увеличивается, когда принимаемая мощность увеличивается.

Любое увеличение принимаемой мощности будет отражено как увеличение измерения R.

Неидеальности

Как и все измерения, двухпортовые сквозные измерения страдают от неидеальности. На рисунке 3 показаны две неидеальности,

  1. Потери в кабеле
  2. Контур заземления

Рис. 3. Неидеальность, добавленная в 2-портовый шунт в результате измерений

Каждый кабель будет иметь потери в кабеле, которые обозначены как сопротивление кабеля на рисунке 3. Все заземления в ВАЦ соединены вместе на ВЧ-заземлении на передней панели.Это приводит к замкнутому контуру заземления в двухпортовом шунте при измерениях, как показано на рисунке 3.

Проблема контура заземления

Рисунок 4. Формирование синфазного тока из-за контура заземления

На рисунке 4 показан альтернативный путь возврата сигнального тока, рассматриваемого как ток синфазного режима. Этот путь был создан добавлением заземления. Если бы этот путь никогда не существовал, весь ток вернулся бы через кабель. Новый путь создал дополнительный путь для тока, который зависит от значения R G .Практически во всех ВАЦ R G << Rcable1b и Rcable2b. Таким образом, дополнительный ток будет намного больше по сравнению со случаем отсутствия этого дополнительного пути. Этот дополнительный ток добавляет больше мощности в приемнике, что вызывает увеличение до S 21 и, в свою очередь, оценочного R, который 25S 21 . Это ошибка измерения и не имеет отношения к фактическому значению R. Таким образом, это будет считаться ошибкой.

Пример

Рисунок 5.Пример оценки ошибки контура заземления

Давайте рассмотрим пример, чтобы оценить, сколько ошибок возникает из-за синфазного тока, создаваемого контуром заземления. На рисунке 5 показан пример, в котором изучаются два случая наличия и отсутствия контура заземления. Небольшое сопротивление (R G = 10 - 15 Ом) помещается в петлю для имитации соединения контура заземления, а большое сопротивление (R G = 10 15 Ом) помещается в петлю. для имитации подключения контура заземления.Схема может быть решена с помощью любой программы SPICE для оценки мощности, потребляемой приемником в этих двух случаях,

  1. R G = 10 - 15 Ом
  2. R G = 10 15 Ом

Мы можем использовать уравнение 3 для оценки S 21 . Знаменатель, мощность, потребляемая приемником Rx при отсутствии тестируемого устройства, = 5 мВт (потери в кабеле не учитываются и предполагается, что расширение порта не выполняется путем калибровки) - это максимальная мощность, которая может быть передана от источника.Это постоянная величина по отношению к ВАЦ. S 21 для этих двух случаев составляет

  1. S 21 = = 0,022538
  2. S 21 = = 0,0036841

Как мы и ожидали в случае 1, приемник потребляет больше мощности из-за более высокого синфазного тока. Расчетное значение R из S 21 на основе R = 25S 21 ар,

  1. S 21 = 0,56344
  2. S 21 = 0.092101

Ошибка из-за контура заземления составляет около 460%. Небольшое отклонение в случае 2 происходит из наших приближений и предположений. Пример был сделан для DC. Такой же подход можно применить и к корпусу переменного тока. Это оставлено на усмотрение заинтересованных читателей.

Из этого примера ясно, что нам нужно минимизировать ток синфазного режима, который вносит большую ошибку в измерения с двухпортовым шунтом.

Способы решения проблемы контура заземления

Рисунок 6.Удаление контура заземления в двухпортовом шунте с помощью схемы измерения импеданса, показанной на рисунке 1.

Рисунок 7. Схема синфазного трансформатора

На рисунке 6 показано решение проблемы контура заземления. Очевидный способ минимизировать ошибку измерения - минимизировать ток синфазного режима. Мы разработали два продукта для минимизации синфазного тока

На рисунке 10 показаны экспериментальные результаты с использованием синфазного дросселя Picotest (J2102A) и полуплавающего дифференциального усилителя (J2113A).

Первый подход заключается во внедрении высококачественного синфазного трансформатора 50 Ом или синфазного дросселя. Как видно из названия, он блокирует ток общего режима. На рисунке 7 показана эквивалентная схема синфазного трансформатора. Синфазный трансформатор построен на ферритовом сердечнике, так что, когда Iout = Iin, индуктивность, передаваемая току, равна нулю. Часть этого тока называется дифференциальным током. Это ток, который способствует нормальной работе.

Когда часть тока проходит через один, но не возвращается через другой, это называется синфазным током.Трансформатор синфазного сигнала имеет очень большую индуктивность для этого потока тока и эффективно его блокирует. Величина блокировки (затухания) сильно зависит от конструкции трансформатора. Поскольку этот трансформатор не должен влиять на нормальную операцию измерения ВАЦ, он должен быть спроектирован таким образом, чтобы полное сопротивление дифференциального тока составляло 50 Ом. Важным моментом является то, что синфазный дроссель не работает при постоянном токе или низкой частоте. Максимальная частота, при которой действует синфазный трансформатор, зависит от сердечника и определяется качеством материала.Мы обнаружили лучшие результаты измерений, когда синфазный дроссель подключен к контуру приемника, как показано на рисунке 8.

Рис. 8. Синфазный трансформатор, включенный в двухпортовый шунт через измерительную цепь


Рисунок 9. Полуплавающий дифференциальный усилитель, включенный в двухпортовый шунтирующий контур через измерительную цепь

Рисунок 10. Сравнение методов решения проблемы контура заземления в двухпортовом шунте путем измерения импеданса при измерении
сопротивления 1 МОм

Другой подход к проблеме контура заземления - использование полуплавающего дифференциального усилителя, который показывает большое сопротивление синфазному току.Поскольку это сопротивление, полуплавающий усилитель эффективен и при постоянном токе. Лучшие результаты измерений наблюдаются, когда он подключен к контуру приемника, как показано на Рисунке 9.

Заключение

Сквозное шунтирование с двумя портами - важный метод измерения для измерения очень низких импедансов. Поскольку импедансы PDN, которые необходимо измерить, уменьшаются из-за более высоких требований к функциональности микросхемы, метод становится все более популярным. В настоящее время обычно рассчитываемое целевое сопротивление PDN находится в миллиомном диапазоне.Однако некоторые усовершенствованные конструкции PDN находятся в диапазоне микроом. Это делает двухпортовое сквозное измерение важным методом для схем PDN.

К сожалению, топология измерения с двумя шунтирующими портами имеет собственный контур заземления. Один из способов решения этой проблемы - разорвать контур заземления. В этой статье предлагаются два метода (синфазный дроссель или полуплавающий дифференциальный усилитель) для размыкания контура заземления. Синфазный дроссель не эффективен при постоянном токе, в то время как полуплавающий дифференциальный усилитель является эффективным решением даже при постоянном токе.Результаты измерений для обоих предложенных решений были представлены, чтобы показать эффективность этих методов. Для точных измерений PDN требуется изоляция контура заземления с плоскими частотными характеристиками и постоянным сопротивлением 50 Вт. Решения общего назначения или самодельные решения могут не обеспечить требуемого плоского сопротивления 50 Ом. Поэтому важно проверить свой изолятор или использовать изолятор, сделанный специально для этой цели.

Обратите внимание, что один из способов уменьшить влияние контура заземления - это минимизировать сопротивление в заземляющих соединениях от ВАЦ к ИУ.


Список литературы

[1] Р. В. Андерсон, «Методы S-параметров для более быстрого и точного проектирования сети», примечания к приложению HP 95-1, февраль 1967 г.

[2] С. М. Сандлер, «Расширение диапазона использования 2-портового шунта за счет измерения импеданса», IEEE MTT-S Lat. Am. Микроу. Конф. (LAMC), стр. 1–3, декабрь 2016 г.

[3] Дж. Й. Чой и И. Новак, «Моделирование и измерение микроомов в PDN», DesignCon 2015

Биография автора (ов)

Anto K Davis получил B.Tech. степень в области электротехники и электроники в Национальном технологическом институте Тричи, Индия, в 2006 году, а также степень магистра технических наук. и к.т.н. степени в области дизайна электроники от Индийского института науки, Бангалор, Индия, в 2010 и 2015 годах соответственно. Он работал в Huawei Technologies, Бангалор, Индия, с 2006 по 2007 год, и в Brocade Communications, Бангалор, Индия, в 2011 году. Он работал докторантом в Школе электротехники и компьютерной инженерии Технологического института Джорджии, Атланта, США. США, с января 2016 года по декабрь 2017 года.В настоящее время он работает старшим техническим специалистом в компании Picotest в Бангалоре, Индия (начата в январе 2018 года).

Его доктор философии. Исследования касались методов снижения шума для микропроцессорных сетей распределения питания (PDN) и методов подавления антирезонансных пиков. В настоящее время он исследует стабильность коммутационных и линейных преобразователей в Picotest. Его исследовательские интересы включают: электромагнитную совместимость, целостность питания, анализ стабильности импульсных преобразователей мощности, управление преобразователями мощности, преобразователи с переключаемыми конденсаторами, преобразователи с переключаемыми катушками индуктивности, беспроводную передачу энергии и Интернет вещей.

Стивен М. Сэндлер занимается проектированием энергосистем почти 40 лет. Основатель и генеральный директор Picotest.com, компании, специализирующейся на инструментах и ​​аксессуарах для высокопроизводительных систем энергоснабжения и тестирования распределенных систем, Стив также является основателем AEi Systems, компании, которая специализируется на анализе схем наихудшего случая для обеспечения высокой надежности. отрасли.

Он часто читает лекции и публикует материалы на международном уровне по вопросам целостности электроснабжения и проектирования распределенных энергосистем.Его последние книги включают: Моделирование импульсных источников питания с помощью SPICE (2018) и Power Integrity: Измерение, оптимизация и устранение неисправностей, связанных с параметрами питания в электронных системах (2014). Стив является лауреатом премии Джима Уильямса ACE в номинации «Автор года» (2015) и обладателем наград DesignCon 2017 и EDICON USA 2017 Best Paper Awards.

.

Как устранить контуры заземления с изоляцией сигналов

  • Сетевые сайты:
    • Последний
    • Новости
    • Технические статьи
    • Последний
    • Проектов
    • Образование
    • Последний
    • Новости
    • Технические статьи
    • Обзор рынка
    • Образование
    • Последний
    • Новости
    • Мнение
    • Интервью
    • Особенности продукта
    • Исследования
    • Форумы
  • Авторизоваться
  • Присоединиться
    • Авторизоваться
    • Присоединиться к AAC
    • Или войдите с помощью

      • Facebook
      • Google

0:00 / 0:00

  • Подкаст
.

Смотрите также