Електроніка НТБ - науково-технічний журнал - Електроніка НТБ - Заземлення та екранування будівель
Введення Необхідність у заземленні та екрануванні стає все більш очевидною в цифрових та високошвидкісних системах передачі, якщо врахувати велике згасання сигналу на високих швидкостях передачі до рівня, коли він стає чутливим до перешкод. В області електромагнітної сумісності основними вимогами є: обмеження електромагнітного випромінювання та стійкість обладнання проти зовнішніх впливів, таких як удари блискавки, випромінювання ліній електропередач, електричних залізниць, електромагнітних імпульсів ядерного вибуху, електростатичних розрядів тощо. У минулому в деяких спорудах електрозв'язку використовувалися окремі ланцюги заземлення та мережі, що їх з'єднують. В даний час використання "ізольованих" заземлень для електронного обладнання не рекомендується, тому що при цьому можуть виникати зв'язки через землю або паразитні елементи (ємності та взаємні індуктивності). При ударах блискавки або аваріях у системі живлення можуть виникати небажані перехідні напруги між ізольованою системою заземлення та іншими частинами установки. Спроби розділити заземлення в ланцюгах змінного струму й у обладнанні зв'язку зазвичай не приносять користі, оскільки провідники заземлення можуть мати випадкові контакти, а електромагнітні зв'язки в устаткуванні посилюються завдяки щільності з'єднувальних ліній. Схеми захисту Сучасною вважається так звана зонна концепція ослаблення перешкод, еквівалентна каскадному принципу захисту апаратури від перенапруг на лінії: спочатку грубий ступінь, що забезпечує перший етап зниження перенапруги, потім наступний і т.д. Зазвичай використовують три або чотири зони захисту: зовнішню, абопериферійну (на рівні будівлі, рис.1); внутрішню (на рівні апаратної, рис.2); місцеву – на рівні стійки та групи обладнання в апаратній (рис.2) та локальну (на вибір) – на рівні окремих чутливих елементів усередині обладнання. ), що розташовані по периметру будівлі. Усередині будівлі така зона первинно екранує окремі апаратні (тобто другу зону захисту в цілому) і зменшує різницю напруг між металевими структурами, що з'єднуються. Для виконання цих функцій потрібно, щоб опір з'єднувальних провідників (в стаціонарних умовах) або їх індуктивність (в умовах перехідного процесу) були якнайменше, а ССП мала вигляд клітини Фарадея (див. врізання). Для формування такої клітини потрібно створити зовні будівлі комірчасту екрануючу оболонку, використовуючи ССП (рис.1), що забезпечить найменший вплив зовнішніх полів. Тому зовнішня система захисту включає горизонтальні (замкнуті в кільце) провідники, встановлені вздовж внутрішнього периметру будівлі на кожному поверсі, і вертикальні провідники, що з'єднують поверхові кільцеві структури і кільцеве заземлення на першому поверсі. заливання їх бетоном повинні обв'язуватися сталевим дротом або закріплюватися затискачами, утворюючи зв'язки. Бетон перешкоджає корозії та захищає такі зв'язки. Оскільки завдяки цим сполукам формується багато паралельних шляхів, то опір арматурних зв'язок дуже низький (Провідники ССП можуть бути прикріплені до арматури і виведені на поверхню бетону, щоб встановити так звані "термінали арматури", які можна використовувати, наприклад, для підключення до них шиниантеної вежі та вхідної плати антенного кабелю. Арматура залізобетонних будов може забезпечити електричну безперервність, якщо приблизно 50% з'єднань (вертикальних та горизонтальних) виконані зварюванням або мають жорсткий зв'язок (болтове кріплення, в'язання дротом). Структури типу клітини Фарадея часто використовуються в будинках малого та середнього розміру, що мають високі антени або знаходяться в грозонебезпечних районах. Вони підходять і для дерев'яних будівель. Структура зовнішньої системи провідників (шин) має ряд особливостей: провідники прикріплюються до стін або до зовнішньої сторони кабельних штативів біля стіни; шину розташовують так, щоб вона була доступна для огляду і робіт з підключення обладнання; поверсі, повинні розміщуватися в кожному куті будівлі, а на стінах встановлюватися додатково стільки провідників, щоб відстань між ними не перевищувала 5 м; має з'єднуватися з кільцевим заземленням у тих точках, де ця шина з'єднується з вертикальними провідниками. Шина обов'язково підключається до наступних елементів конструкції будівлі: · заземлюючому фідеру в кожному кабельному пристрої введення; · загальному заземленню мережі силового живлення; · системі водопроводу та інших трубопроводів у будівлі. всі металеві елементи екрануючої структури об'єкта (електрично об'єднані) з'єднуються із системою блискавкозахисту та заземлення. Наприклад, екрануюча дія сталевої сітки з кроком 40 см на частоті 106 Гцстановить величину близько 30 дБ, а при кроці 20 см може бути доведено до 50 дБ [1]. Порушення цілісності екрану погіршує екранування магнітних полів, утворюючи "відплив", величина якої визначається максимальним розміром (а не площею) отвору. На рис.1 показаний приклад такої системи. Внутрішній захист (друга зона, створювана на рівні апаратних залів) будується, якщо це можливо, аналогічно схемі зовнішнього захисту шляхом формування навколо залу контуру/шини заземлення (рис.2). 4>З'єднання внутрішніх зон може бути виконане у вигляді сітчастої, зіркоподібної або деревоподібної загальної сполучної системи (ОСС). Будь-які металеві рами, шафи, огорожі, трубопроводи, поверхові шини заземлення, металізовані підлоги та стелі тощо. повинні бути підключені до ОСС у кількох точках. Слід уникати установки електронного обладнання ближче 1 м від зовнішніх стін, а також прикріплення стійок обладнання безпосередньо до зовнішніх стін. Місцевий захист (третя зона, створювана на рівні груп обладнання, апаратних) шаф) використовується як доповнення до системи внутрішнього захисту, рис.2. Вона складається з локальних або приладових екранів, з'єднаних між собою деревоподібною сполучною системою. Локальний захист (четверта зона, створювана на рівні чутливих до наведень вузлів обладнання) використовує звичайні способи захисту, включаючи комірчасті або суцільні екрани.
Стандарти З огляду на важливість проблеми заземлення та екранування обладнання, МСЕ випустив новий регламентуючий посібник із заземлення в установках електрозв'язку [2]. Основну увагу в ньому приділено можливості створення гарної екрануючої сітки (комірчастої структури) навколо обладнання та всієї будівлі/споруди електрозв'язку, а також описана система з'єднань та перемичок міжметалевими вузлами обладнання, каркасом будівлі, або арматурою, між полицями, шафами тощо. Аналогічні вимоги містяться і в інструкції, затвердженій Міненерго України [3].
Висновок Отже, основне завдання заземлювального пристрою - відведення якомога більшої частини (50% і більше) зовнішнього струму (блискавки) в землю - успішно вирішується за допомогою сітчастої системи заземлення (електромагнітного екрану) під будівлею та навколо нього. Решта цього струму реально розтікається за відповідними до будівлі комунікаціями (оболонками кабелів, трубопроводів тощо). ). При реалізованих захисних заходах внесок індукованих частот лежить, головним чином, в мегагерцевій області, тому розміри зіркоподібних і деревоподібних систем не повинні перевищувати кількох метрів. Дотримання стандартів [2, 3] в цілому дозволить звести до мінімуму напруги та перешкоди, спричинені зовнішнім електромагнітним впливом на обладнання.
Література 1. Дяков А.Ф. та ін Електромагнітна сумісність в електроенергетиці та електротехніці. – М.: Вища школа, 2003. 2. Керівництво "Заземлення та сполучні перемички": Изд. МСЕ-Т, 2003. 4.3. Інструкція з влаштування блискавкозахисту будівель, споруд та промислових комунікацій. - М: Вид. МЕІ, 2004.
Клітина Фарадея являє собою замкнуту камеру (або клітину, наприклад, у формі паралелепіпеда/куба), сформовану суцільним або сітчастим металевим екраном і має потенціал тієї точки, з якою вона з'єднана. У цьому сенсі вона є еквіпотенційноюповерхня, отже, напруженість внутрішнього електричного поля клітини дорівнює нулю. Таку клітину застосовують у високовольтних дослідницьких лабораторіях, підвішуючи у розрядному ланцюгу потужних імпульсних генераторів струму/напруги, або на ЛЕП (без відключення її роботи), підвішуючи на фазний провід. При цьому клітина набуває потенціалу точки підвісу. У ній можна розміщувати обладнання або апаратуру, що захищається, і випробувачів для безпечного проведення необхідних вимірювань.