Это не просто «Земля измельчена»,
Люди, знакомые с электричеством, часто принимают идею о том, что «земля заземлена», т. Е. Что в доме, особенно с системой заземления, которая соответствует NEC или CEC, все точки системы заземления находятся на одинаковом напряжении.
Что такое «Потенциал основания» и почему вы должны относиться к нему серьезно (фото-кредит: blakley.co.uk)
NEC / CEC поддерживает это впечатление, требуя, чтобы ток переменного тока не проходил через заземляющий провод, за исключением узко определенных исключений: условия отказа (короткое замыкание на линии или утечка) или действие защитных устройств, отправляющих импульсные токи в система заземления.
Без молнии в правильном проводном доме это впечатление правильное.
Для наиболее распространенного источника повреждения молнии, показанного на рисунке 1 (как режим 1), с хорошей защитой от перенапряжений, установленной на входе в здание (рис. 2 ниже), действительно, крупные токи молнии останавливаются на служебном входе.
Тем не менее, при ближайшей молнии или молнии, которые могут прикрепляться к проводам, которые поступают в дом по другим путям (режимы 2, 3, 4 на рис. 1), молния может генерировать большие токи в наземной системе дома.
Рисунок 1 - Как молния создает повреждающие напряжения внутри дома. Наиболее распространенным источником ущерба являются удары по электрическим и коммуникационным линиям, которые затем проводят скачки непосредственно в оборудование. Прямые удары по зданию, хотя и редко, могут повредить структуру, а также содержимое.
Для длинных проводов заземления во многих реальных установках (рис. 5 и рис. 6 ниже) падение напряжения в проводе может быть намного больше.
Для примеров, показанных на рисунках 5 и 6, с всплеском 3000 А (10% умеренно сильного импульса молнии), с временем нарастания 3 мкс и длиной 30 футов (~ 9 метров) между А и В или C, напряжение, развиваемое в проводе A-B, составляет ~ 10 000 В !
Это разность напряжений между различными точками в системе заземления называется повышением потенциала земли, сокращенно GPR. Это неизбежно, когда большие потоки молниевого потока протекают через заземляющую систему дома.
Рисунок 2 - Дополнительная защита, описанная NEC. NEC позволяет добавлять воздушные терминалы («громоотводы»), связанные с землей здания, а также дополнительные защитные устройства переменного тока, коаксиальные защитные устройства и телекоммуникационные защитные устройства. Три заземленных электрода и связи между ними образуют систему заземления заземления.
Потенциальный рост земли внутри здания
На рисунках 5 и 6 показаны упрощенные схемы для телевизоров, подключенных к утилите CATV. Единственной защитой, требуемой NEC / CEC, является заземляющий блок, который соединяет оболочку кабеля с землей, где кабель CATV входит в здание. Аналогичная схема была бы применима для спутниковых приемников с малыми часами.
Если блок заземления был заменен телефонным (основным) входным протектором (NID), схема была бы действительна для факсимильного аппарата или ПК с модемом.
Во всех этих случаях оборудование (телевизор, спутниковый ресивер или факсимильный аппарат) ссылается на стороне переменного тока на точку B (через нейтраль нейтрали и заземления), но со стороны сигнала, до точки A (через коаксиальную оболочку). Как указано выше, во время даже скромного удара молнии к сигнальным кабелям разность напряжений (GPR) между А и В может легко достигать 10 000 В.
Это достаточное различие в напряжении для вспышки по большинству обычных изоляционных барьеров в оборудовании. Если это произойдет, оборудование, вероятно, будет сильно повреждено.
ПРИМЕЧАНИЕ. Если заземление NEC не требуется (т. Е. Если входной заземляющий блок подключен только к несвязанной заземляющей штанге, водопроводу и т. Д.), Ситуация значительно хуже и может привести к пожару или другому повреждению в сам дом.
Если кабели CATV, спутник или телефон не входят в здание рядом с служебным входом, единственным эффективным способом защиты оборудования является использование многопортового защитника, как показано на рисунке 1.
Рисунок 3 - Многопортовые сетевые фильтры (фото-кредит: thewirecutter.com)
Многопортовые защитные устройства (рис. 3) устраняют повреждение из-за различий в потенциале заземления с помощью устройств ограничения напряжения или прямой связи для сравнения вместе с сигнальными проводами и проводами переменного тока, когда разность напряжений превышает безопасные уровни, обычно несколько сотен вольт.
Многопортовые защитные устройства для точки доступа (также называемые вставными защитниками) обычно состоят из защитного устройства переменного тока и одного или нескольких сигнальных протекторов в одной сборке, предназначенной для установки рядом с оборудованием, которое соединяется как с AC, так и с сигналом линий (рисунок 4).
Рисунок 4 - Базовый подключаемый многопортовый протектор (Surge Reference Equalizer). Для каждого порта (кабеля) имеется защитник, и все защитные устройства соединены (связаны).
Эти защитники выполняют три цели:
- Обычно защитные устройства переменного тока имеют более низкое эффективное напряжение, ограничивающее перенапряжение, чем защитные панели, а также могут защищать от постоянного перенапряжения переменного тока.
- Защитные устройства сигнальной линии обычно имеют более низкое напряжение ограничения перенапряжения, чем первичные защитные устройства, и могут также защищать от напряжений (например, напряжения переменного тока от случайного контакта с линиями электропередач), которые слишком малы для остановки на первичном сигнальном протекторе.
-
Основания для всех защитников связаны (связаны) так, что межсистемные напряжения минимизируются.
В условиях молнии могут возникать большие напряжения между, например, телефоном, кабелем CATV и заземлением переменного тока, и эти разности напряжения часто являются причиной повреждения молнии.
Важно понимать, что многопортовые защитники обычно не значительно уменьшают GPR между точкой A и точкой B.
В большинстве случаев импеданс сигнального провода к оборудованию плюс импеданс проводки переменного тока намного больше, чем импеданс связи между A и B.
Таким образом, подавляющее большинство поступающих импульсных потоков молнии течет через заземляющую связь A-B и выходит из дома через заземляющий электрод, как предполагали авторы NEC / CEC.
Рисунок 5 - Даже при заземлении коаксиального кабеля, который соответствует требованиям к коду, если коаксиальная линия находится далеко от земли здания, длинный провод заземления A-B может создавать очень большие напряжения, которые могут повредить телевизор. Многопортовый протектор, показанный на телевизоре, может значительно уменьшить напряжение между заземлением переменного тока и коаксиальным кабелем, предотвращая повреждение комплекта.
Если напряжение от А до В составляет 10 кВ, а напряжение между сигналом и соединениями переменного тока на оборудовании составляет всего несколько сотен вольт, оставшаяся часть 10 кВ должна появляться в кабелях переменного и переменного тока, разделенных пропорционально их импедансы.
Поэтому вполне возможно, чтобы провод переменного тока или сигнала имел 5 кВ или более между двумя его концами в течение короткого времени, в течение которого ток молнии сохраняется.
Из-за короткой продолжительности тока даже небольшие провода обычно не будут повреждены этими относительно небольшими (несколько сотен ампер) остаточными молниеносными токами. Однако действие многопортового защитника создает дополнительное возмущение GPR.
Напряжение между заземлением переменного тока (зеленый провод) на оборудовании может быть на несколько кВ отличным от напряжения в точке B.
Если телевизор подключен к другому оборудованию, которое независимо подключено к B проводкой переменного тока, это разность напряжений будет отображаться на другом оборудовании и может повредить его.
Рисунок 6 - Различия в потенциале земли внутри здания в условиях удара молнии
Рис. 6 пояснения. Различия в потенциале грунта в здании в условиях молниеносного удара: как повреждаются телевизоры.
С ростом 3 000 А в 3 мкс и 30-футовой наземной связью (А-С), ~ 10 000 В развивается между А и С. Даже с многопортовым протектором (D) для TV1 напряжение заземления на D передается на TV2 коаксиальным кабелем, что приводит к потенциалу 8000 В по TV2, что, вероятно, уничтожит его. Для защиты TV2 требуется второй многопортовый протектор, как показано на рисунке 5.
На рисунке 6 показано очень распространенное неправильное использование многопортовых защит, которые не полностью защищают от повреждений молнии из-за этого эффекта. Один (AC + Coax) многопортовый протектор, D, использовался для защиты двух телевизоров.
Установщик предположил, что коаксиальный протектор в D удалит молниеносную волну, и любые телевизоры, расположенные ниже по течению, будут безопасны без дополнительной защиты. Это допущение имеет ограниченное значение для разности напряжений между сердечником и оболочкой коаксиального кабеля.
Но это совершенно неправильно при описании различий в потенциале земли!
Если защитник и TV1 находятся вблизи входа кабеля в точке A, большая часть GPR в точке A появится на протекторах D и TV1. Но без защитника на TV2, полный потенциал 8000 В в точке D доведен до точки E, вход TV2. Разность 8000 В между точкой E и напряжением на B, подключение TV2 к служебной панели, приведет к повреждению TV2. Для защиты TV2 требуется второй многопортовый протектор, расположенный на TV2.
Полная защита оборудования с несколькими портами может осуществляться только с помощью защиты от перенапряжений, которая защищает все входящие линии и межсоединения (связи) между портами. Это можно сделать на главном входе, если все коммунальные услуги (питание, кабельное телевидение, телефон и т. Д.) Объединены, а устройства защиты от перенапряжений связаны с общей точкой заземления.
Если это не сделано, оборудование может быть защищено только многопортовыми защитниками, расположенными на защищаемом оборудовании.
Одной только защиты от перенапряжений недостаточно для защиты оборудования. Также требуется межсистемное соединение.
Наземный потенциал для оборудования за пределами здания
Оборудование, установленное вне здания, уязвимо для повреждения GPR, поскольку оно обычно ссылается на два основания. Компрессоры, насосы для колодцев, обогреватели для бассейнов и бассейнов и другое наружное оборудование часто монтируются на бетонных площадках, контактирующих с влажной почвой (см. Рис. 7).
В некоторых случаях эта подушка может быть более эффективной основой, чем строительный заземляющий электрод. Таким образом, земля оборудования соединена с землей площадки, а линия оборудования и нейтральные соединения относятся к строительной площадке.
Во время удара молнии, хотя земля оборудования привязана к строительной площадке (с помощью заземляющего провода зеленого оборудования) на NEC, провод все еще имеет индуктивный импеданс.
Для быстрорастущих молниеносных скачков индуктивность заземляющего провода оборудования предотвращает напряжение на удаленной площадке от напряжения на строительной площадке.
Таким образом, между землей и площадкой может быть разница в десятках тысяч вольт.
Рисунок 7 - Повышение потенциала земли для оборудования за пределами здания
Рисунок 7 - Оборудование, имеющее собственное основание, может быть повреждено потенциальными различиями между двумя основаниями. Во время молниеносного всплеска в заземляющий электрод напряжение возрастает на 750 кВ для удара 30 кА и 25 Ом.
Изоляция между катушкой двигателя и рамой / корпусом видит значительную часть 750 кВ, разработанную на строительной площадке, и может разрушить изоляцию двигателя, элементов управления или проводки.
Напряжение на катушках двигателя ссылается на строительную площадку, потому что изначально ток не течет через линию и нейтральные провода, поэтому напряжение на двигателе следует за напряжением на строительной площадке. Разность потенциалов заземления между землей и землей площадки появляется между обмотками двигателя и (заземленной) рамой двигателя и будет мигать над изоляцией.
Сетевой фильтр на сервисной панели не может устранить эту проблему. Только соответствующий защитник, установленный на оборудовании, соединяющий между собой все провода, нейтральные и заземленные, может предотвратить повреждение. Этот протектор может также защищать от повреждения от удара молнии к самому оборудованию или вблизи него, как показано в режиме 2 на рисунке 1.
Отсутствие осознания этой причины ущерба и средства правовой защиты несут ответственность за многие случаи повреждения внешнего оборудования. Ущерб может быть предотвращен относительно простой дополнительной защитой от перенапряжений, установленной на оборудовании.
Ссылка // Руководство IEEE по защите от перенапряжений оборудования, подключенного к цепям питания и связи переменного тока