Електроника NTB - научно-техническо списание - Електроника NTB - Заземяване и екраниране на сгради

списание

научно-техническо

Въведение
Необходимостта от заземяване и екраниране става все по-очевидна в цифровите и високоскоростните системи за предаване, когато се разглежда високото затихване на сигнала при високи скорости на предаване, до точката, в която той става податлив на смущения.
В областта на електромагнитната съвместимост основните изисквания са: ограничаване на електромагнитното излъчване и съпротивлението на оборудването срещу външни влияния като удари на мълния, излъчване от електропроводи, електрически железници, електромагнитни импулси при ядрена експлозия, електростатични разряди и др.
Системата за заземяване трябва да гарантира безопасността на хората и да предпазва инсталациите от повреди. В миналото някои телекомуникационни съоръжения са използвали отделни наземни вериги и техните свързващи мрежи. Понастоящем не се препоръчва използването на "изолирано" заземяване за електронно оборудване, тъй като това може да доведе до земни връзки или паразитни елементи (капацитети и взаимни индуктивности). В случай на гръмотевични удари или откази на електрическата система могат да възникнат нежелани преходни напрежения между изолираната заземяваща система и други части на инсталацията. Опитите за разделяне на наземни връзки в променливотокови вериги и комуникационно оборудване обикновено са безполезни, тъй като заземяващите проводници могат да имат разсеяни контакти и електромагнитните съединители в оборудването се усилват от плътността на свързващите линии. Защитни вериги
Така наречената зонова концепция за намаляване на смущения се счита за модерна, което е еквивалентно на каскадния принцип на защита на оборудването от пренапрежение на линията: първо, груб етап, осигуряващ първия етап за намаляване на пренапрежението, след това следващия и т.н. .
Обикновено се използват три или четири защитни зони: външна или периферна (на ниво сграда, фиг. 1); вътрешен (на ниво контролна зала, фиг. 2); локални - на нивото на рейката и групата оборудване в контролната зала (фиг. 2) и локални (по избор) - на нивото на отделни чувствителни елементи вътре в оборудването.
Външната защита (първата зона, създадена на ниво сграда) използва взаимосвързваща проводникова система (BSP), разположена около периметъра на сградата. Вътре в сградата такава зона екранира предимно отделни контролни помещения (т.е. втората защитна зона като цяло) и намалява разликата в напрежението между металните конструкции, които ще бъдат свързани. За да се изпълнят тези функции, е необходимо съпротивлението на свързващите проводници (при стационарни условия) или тяхната индуктивност (при условия на преходния процес) да бъде възможно най-малко и SSP да има формата на клетка на Фарадей вижте страничната лента).
За образуването на такава клетка е необходимо да се създаде клетъчна екранираща обвивка извън сградата с помощта на SSP (фиг. 1), което ще осигури най-малък ефект от външните полета. Следователно, системата за външна защита включва хоризонтални (затворени в пръстен) проводници, монтирани по вътрешния периметър на сградата на всеки етаж, и вертикални проводници, свързващи подовите пръстенови конструкции и земния пръстен на приземния етаж.
Когато в сграда се използват стоманобетонни блокове, армиращите пръти трябва да бъдат обвързани със стоманена тел или закрепени със скоби, образуващи снопове, преди да бъдат изляти с бетон. Бетонът е устойчив на корозия и предпазва такива връзки. Тъй като благодарение на тези връзки се оформят много паралелни пътеки, съпротивлението на арматурните снопове е много ниско (Проводниците на SSP могат да бъдат прикрепени към армировката и изведени на бетонната повърхност, за да се монтират така наречените "арматурни клеми ", който може да се използва, например, за свързване към тях на шини на антенната кула и на антенната кабелна входна платка.
Стоманобетонната армировка може да осигури електрическа непрекъснатост, ако приблизително 50% от фугите (вертикални и хоризонтални) са заварени или здраво свързани (болтови, жични).
Клетките на Фарадей често се използват в малки до средни сгради с високи антени или в опасни зони. Подходящи са и за дървени сгради.
Структурата на външната система от проводници (шини) има редица характеристики:
· Проводниците са прикрепени към стени или към външната страна на кабелните стелажи близо до стената; автобусът е разположен така, че да е достъпен за проверка и свързване на оборудването;
· Шината може да бъде съставена от няколко секции, свързани заедно чрез запояване, гъвкави съединения или свързващо подаващо устройство;
· Вертикалните проводници, свързващи пръстеновидните шини на всеки етаж, трябва да бъдат поставени във всеки ъгъл на сградата и толкова много допълнителни проводници трябва да бъдат монтирани на стените, така че разстоянието между тях да не надвишава 5 m;
· На приземния етаж (близо до повърхността на земята), пръстеновидната шина, която действа като „удължен“ главен заземителен терминал, трябва да бъде свързана със земния пръстен в точките, където тази шина се свързва с вертикалните проводници. Автобусът трябва да бъде свързан със следните елементи на строителната конструкция:
· Заземяващо подаващо устройство във всяко устройство за въвеждане на кабел;
· Общо заземяване на електрозахранващата мрежа;
Водоснабдителна система и други тръбопроводи в сградата.
За да се отслаби електромагнитното въздействие, всички метални елементи от екраниращата конструкция на обекта (електрически комбинирани) са свързани към мълниезащитната и заземителната система. Например екраниращият ефект на стоманена мрежа с стъпка от 40 cm при честота от 106 Hz е около 30 dB, а със стъпка от 20 cm може да бъде увеличен до 50 dB [1]. Загубата на целостта на екрана ще наруши екранирането на магнитните полета, създавайки "теч", който се определя от максималния размер (не площ) на отвора. Фигура 1 показва пример за такава система.
Вътрешната защита (втората зона, създадена на нивото на помещенията за оборудване) се изгражда, ако е възможно, подобно на схемата за външна защита, чрез образуване на заземен контур/шина около залата (фиг. 2).
Взаимовръзката на вътрешните зони може да бъде направена под формата на мрежа, звездна или дървовидна обща свързваща система (OSS). Всички метални рамки, шкафове, огради, тръбопроводи, автобуси за заземяване на пода, метализирани подове и тавани и др. трябва да бъде свързан към OSS в няколко точки.
Избягвайте да инсталирате електронно оборудване в рамките на 1 м от външните стени и да фиксирате шкафовете за оборудване директно към външните стени.
Местната защита (третата зона, създадена на ниво групи оборудване, шкафове за оборудване) се използва като допълнение към системата за вътрешна защита, фиг. 2. Състои се от локални или инструментални екрани, свързани помежду си чрез дървовидна свързваща система.
Местната защита (четвъртата зона, създадена на ниво оборудване, податливо на смущения) използва конвенционални методи за защита, включително мрежести или плътни екрани.

Стандарти
Предвид важността на проблема със заземяващото и екраниращото оборудване, ITU издаде нови регулаторни насоки относно заземяването в далекосъобщителни инсталации [2]. Той се фокусира върху възможността за създаване на добра екранираща мрежа (мрежеста структура) около оборудването и цялата телекомуникационна сграда/конструкция, а също така описва системата от връзки и джъмпери между металните възли на оборудването, рамката на сградата или фитингите, между рафтове, шкафове и др.
Подобни изисквания се съдържат в инструкциите, одобрени от Министерството на енергетиката на Русия [3].

Заключение
И така, основната задача на заземяващото устройство - да отклони възможно най-много (50% или повече) от външния ток (мълния) в земята - е успешно решена с помощта на мрежеста система за заземяване (електромагнитен щит) под и около сградата . Останалата част от този ток всъщност се разпространява чрез комуникации, подходящи за сградата (кабелни обвивки, тръбопроводи и др.).
По принцип защитата на мрежата осигурява добро екраниране, поне при ниски честоти (въпреки че в отделни мрежови клетки могат да се появят резонансни честоти). С внедрените защитни мерки приносът на индуцираните честоти лежи главно в мегагерцовия регион, поради което размерите на звездовидни и дървовидни системи не трябва да надвишават няколко метра.
Съгласно указанията [2], раздел ITU за заземяване благоприятства мрежовата система. Съответствието със стандартите [2, 3] като цяло ще позволи минимизиране на напрежението и смущения, причинени от външно електромагнитно въздействие върху оборудването.

Литература
1. Дяков А.Ф. и други Електромагнитна съвместимост в електроенергетиката и електротехниката. - М.: Енергоатомиздат, 2003.
2. Ръчно „Заземяване и свързване на джъмпери“: Изд. ITU-T, 2003.
3. Инструкции за устройството за мълниезащита на сгради, конструкции и индустриални комуникации. - М.: Изд. MEI, 2004.

Клетката на Фарадей е затворена камера (или клетка, например под формата на паралелепипед/куб), образувана от плътен или мрежест метален екран и имаща потенциала на точката, към която е свързана. В този смисъл това е еквипотенциална повърхност, което означава, че силата на вътрешното електрическо поле на клетката е нула. Такава клетка се използва в изследователски лаборатории за високо напрежение, окачена в разрядната верига на мощни импулсни генератори на ток/напрежение или на електропреносна линия (без да изключва нейната работа), окачена на фазов проводник. В този случай клетката придобива потенциала на точката на суспензия. В него може да се помести оборудването, което трябва да бъде защитено, или апаратите и тестерите за безопасно извършване на необходимите измервания.