Помехи из сети электроснабжения

а)	б)	в)
Рис. 3.3. Виды помех, проникающих из сети питания: а) - от вспышки молнии; б) - при переключении индуктивной нагрузки; в) - помехи от радиостанций

Питающая сеть 220/380 В с частотой 50 Гц и подключенные к ней блоки питания являются источниками следующих помех:

o фон с частотой 50 Гц;

o выбросы напряжения от вспышки молнии (рис. 3.3, а);

o кратковременные затухающие колебания при переключении индуктивной нагрузки (рис. 3.3, б);

o высокочастотный шум, наложенный на синусоиду 50 Гц (рис. 3.3, в);

o инфранизкочастотный шум, проявляющийся как нестабильность во времени величины среднеквадратического значения сетевого напряжения (рис. 3.4);

o долговременные искажения формы синусоиды и гармоники при насыщении сердечника трансформатора и по другим причинам.

Наибольшее влияние на системы промышленной автоматики оказывают первые три вида помех (рис. 3.3). Для уменьшения кратковременных выбросов напряжения используют специальные защитные диоды и варисторы. Инфранизкочастотный шум и искажения синусоиды отфильтровываются стабилизатором и сглаживающим фильтром сетевого источника питания и практически не проходят сквозь паразитные емкости сетевого трансформатора.

Рис. 3.4. Изменения действующего значения сетевого напряжения в течение суток (измерено 12.11.2005 г. с помощью модуля NL-8AI в НИЛ АП)

Причинами и источниками сетевых помех могут быть разряды молнии при попадании в линию электропередачи, включение или выключение электроприборов, тиристорные регуляторы мощности, реле, электромагнитные клапаны, электродвигатели, электросварочное оборудование и др.

Путь проникновения сетевой помехи показан на рис. 3.5. Силовой или развязывающий трансформатор включен в сеть 220 В, 50 Гц. Сеть представлена эквивалентным источником напряжения и эквивалентным источником помех . Нулевой провод источника сетевого напряжения заземлен на главном щите у ввода в здание. Если выход источника питания тоже заземлен, что часто необходимо для целей электробезопасности, то возникает путь протекания тока помехи, показанный на рис. 3.5, включающий сопротивление заземляющего проводника . Основным звеном в этой цепи является паразитная емкость между обмотками силового трансформатора , для уменьшения влияния которой часто используют заземленныйэлектростатический экран (рис. 3.6). Ток помехи протекает по общему проводу источника питания и заземляющему проводнику (рис. 3.5), создавая на их сопротивлении падение напряжения помехи, о котором речь пойдет в следующих разделах (на рис. 3.5 эти участки цепи выделены жирной линией). Ток источника помехи может замыкаться не на трансфораторной подстанции, а через внутреннее сопротивление других электроприборов, подключенных к электрической сети, а также через емкость кабеля. Таким образом, на шине заземления падает паразитное напряжение помехи, делая ее "грязной", и часть напряжения помехи попадает на выход источника питания через участок провода, выделенный жирной линией на рис. 3.5.

Наиболее значительной помехой, проникающей в шину заземления из сети 220 В 50 Гц, является емкостной ток, протекающий через емкость между обмоткой двигателя и его корпусом; ток между сетевой обмоткой трансформатора и сердечником, ток через конденсаторы сетевых фильтров.

рис. 3.5. Пути проникновения помехи их сети 220 В, 50 Гц в систему заземления и общий провод источника питания

Путь тока помехи через емкость между первичной обмоткой трансформатора и его заземленным сердечником показан на рис. 3.5. Этот ток также протекает через общий провод источника питания и заземляющий проводник. Именно эта емкость является причиной того, что незаземленные электроприборы "бьют током". При отсутствии заземления потенциал металлического корпуса приборов, подключенных к сети 220В, составляет от нескольких десятков до 220В в зависимости от сопротивления утечки на землю. Для уменьшения этого напряжения корпуса приборов, включенных в сеть 220 В, должны быть заземлены.

При использовании DC-DC (Direct Current-Direct Current) и AC-DC (Alternating Current-Direct Current) преобразователей напряжения, которые содержат внутренний генератор, к источнику помехи добавляется емкостная и индуктивная наводка от собственного генератора преобразователя. Поэтому уровень помех на общем проводе у DC-DC и AC-DC преобразователей выше, чем в источниках с обычным силовым трансформатором, хотя проходная емкость в преобразователях может быть уменьшена до единиц пикофарад по сравнению с сотнями пикофарад для обычного силового трансформатора.

Для уменьшения проникновения помехи в источниках питания используют раздельное экранирование первичной и вторичной обмотки трансформатора, а также разделение защитной, сигнальной и корпусной (экранной) земли (рис.3.6). На рисунке сплошной жирной линией нарисован металлический корпус прибора; кружочками обозначены клеммные соединители, изолированные от корпуса. Методы соединения различных земель между собой описаны ниже, в разделе "Методы экранирования и заземления".