Цели заземления

Защитное заземление служит исключительно для защиты людей от поражения электрическим током. Наличие защитного заземления часто приводит к увеличению уровня помех в системах автоматики, однако оно является необходимым, поэтому исполнение сигнальной и силовой земли должно базироваться на предположении, что защитное заземление имеется и оно выполнено в соответствии с ПУЭ [Правила]. Защитное заземление можно не применять только для оборудования с напряжением питания до 42 В переменного или 110 В постоянного тока, за исключением взрывоопасных зон. Подробнее см. раздел "Заземление на взрывоопасных объектах" и ПУЭ, гл.1.7.

Правила заземления для уменьшения помех от сети 50 Гц в системах автоматизации зависят от того, используется ли сеть с глухозаземленной или с изолированной нейтралью. Заземление нейтрали трансформатора на подстанции выполняется с целью ограничения напряжения, которое может появиться на проводах сети 220/380 В относительно Земли при прямом ударе молнии или в результате случайного соприкосновения с линиями более высокого напряжения, или в результате пробоя изоляции токоведущих частей распределительной сети.

Электрические сети с изолированной нейтралью используются для избегания перерывов питания потребителя при единственном повреждении изоляции, поскольку при пробое изоляции на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью срабатывает защита и питание сети прекращается. Кроме того, в цепях с изолированной нейтралью при пробое изоляции на землю отсутствует искра, которая неизбежна в сетях с глухозаземленной нейтралью. Это свойство очень важно при питании оборудования во взрывоопасной зоне. В США в нефтегазовой и химической промышленности используется также заземление нейтрали через сопротивление, ограничивающее ток на землю в случае короткого замыкания [Nelson].

Сигнальная земля служит для упрощения электрической схемы и удешевления систем и устройств автоматики. При использовании сигнальной земли в качестве общего провода для разных цепей появляется возможность применения одного общего источника питания для всей электрической цепи вместо нескольких «плавающих» источников. Электрические цепи без общего провода (без земли) всегда можно преобразовать в цепи с общим проводом и наоборот по правилам, изложенным в работе [Денисенко].

В зависимости от целей применения сигнальные земли можно разделить на базовые и экранные. Базовая земля используется для отсчета и передачи сигнала в электронной цепи, а экранная земля используется для заземления экранов.

Базовая сигнальная земля используется также для «привязки» потенциала изолированной части электрической цепи к земле системы автоматики. Например, если входные каскады модуля ввода сигналов термопар имеют гальваническую развязку от земли системы, то потенциал входов может быть как угодно большим вследствие заряда паразитной емкости между землей и входными каскадами. Во время грозы этот потенциал может составить тысячи вольт (см. раздел "Молния и атмосферное электричество"), что приведет к пробою гальванической изоляции модуля. Для предотвращения этого явления аналоговая земля входных каскадов (обозначается обычно AGND) должна быть соединена с землей системы, как это будет описано ниже.

Экранная земля используется для заземления экранов кабелей, экранирующих перегородок, корпусов приборов и снятия статических зарядов с трущихся частей транспортерных лент, ремней электроприводов и т. п.