Підключення заземлення в одному електричному контурі
Розглянемо деякі особливості підключення до освітлювальної мережі 220 В електричних пристроїв з точки зору безпеки як людини, так і самих приладів.
На малюнку 1 представлена схема мережевого фільтра з харчування (ФП), що застосовується практично в кожному джерелі живлення побутових пристроїв різної складності (телевізора, комп'ютера або периферійного пристрою).
Конденсатори фільтра призначені для шунтування високочастотних перешкод освітлювальної мережі на землю через дріт захисного заземлення та відповідні триполюсні вилку (штекер) і розетку. Провід заземлення з'єднують з контуром заземлення, його неприпустимо з'єднувати з «нулем» освітлювальної мережі. При влаштуванні «занулення» необхідна гарантія того, що нуль не стане фазою, якщо хто-небудь «переверне» штекер харчування. Якщо ж «землю» пристрою нікуди не підключати, на корпусі (загальному проводі) пристрою може з'явитися змінну напругу 100 В (рис.2): конденсатори фільтру працюють як ємнісний дільник напруги, і оскільки їх ємність однакова, 220 В ділиться навпіл.
Потужність даного джерела обмежена, так як струм короткого замикання 1КЗ на землю становить від одиниць до десятків мА; причому, чим потужніший джерело живлення, тим більше ємність конденсаторів фільтра і, отже, струм.
При ємності конденсатора 0,01 мкФ струм буде близько 0,7 мА. Дані значення змінного струму і напруги небезпечні для людини, особливо для дитини або домашньої тварини (їх маса і стійкість до небезпечних факторів набагато нижче, ніж у дорослої людини). Потрапити під удар електричного струму в даному випадку можна, наприклад, доторкнувшись одночасно до металевих частин корпусу комп'ютера і батареї опалення. Ця напруга є одним з джерел різниці потенціалів між пристроями, від якої страждають інтерфейсні схеми.
Мал. 1. Вхідні ланцюги (ФП) джерела живлення побутової техніки
Мал. 2. Освіта потенціалу на загальному проводі електроприладу
Що ж відбувається при з'єднанні за допомогою кабелю двох різних пристроїв, наприклад, телевізора - з DVD програвачем, музичного центру - з підсилювачем низької частоти (НЧ), комп'ютера - з принтером? Загальний провід кабелю має електричний контакт із загальним проводом електричних схем і друкованих плат, а також і корпусом пристрою (якщо він з струмопровідного матеріалу). Коли з'єднуються, надійно заземлені (занулені) через окремий провід на загальний контур (на ріс.З показано правильне підключення електричних пристроїв), проблеми різниці потенціалів не виникає.
Якщо ж в якості заземлюючого проводу використовувати нульовий провід живлення при розведенні мережі живлення з триполюсні розетками двопровідним кабелем, на ньому буде присутній різниця потенціалів, викликана падінням напруги від протікає силового струму lnul. Цю небезпечну ситуацію ілюструє малюнок 4.
Якщо в ці ж розетки включати пристрої з великим енергоспоживанням (наприклад, потужний лазерний принтер або факс старого зразка), різниця потенціалів буде відчутною. Також будуть помітними імпульсні перешкоди, створювані при включенні / виключеніі.етіх пристроїв. Еквівалентний джерело напруги при невисокому значенні електрорушійної сили (ЕРС) Еnul <10 В будет иметь низкое выходное сопротивление, равное сопротивлению участка нулевого провода. Мощность, потребляемая устройствами, расположенными на рисунке 4, равна: Р1 = Р2+РЗ.
Оскільки зазвичай опір з'єднувального кабелю більше живильного (так як перетин проводів кабелю живлення більше перетину проводів кабелю з'єднання), через загальний провід з'єднувального кабелю потече струм істотно менший, ніж силовий. Це прямий наслідок закону Ома: U = I * R тобто I = U / R.
Але при порушенні контакту в нульовому проводі харчування через кабель може протікати і весь струм, споживаний пристроєм.
Мал. 3. Правильне підключення електричних пристроїв
Мал. 4. Поява різниці потенціалів при двухпроводном кабелі живлення
Мал. 5. Поява фазної напруги на загальному проводі (корпусі пристрою) при обриві нульового проводу
Мал. 6. Наслідки обриву нульового проводу
Значення цього небезпечного струму може досягати декількох ампер, що спричинить вихід пристроїв з ладу. Різні потенціали відносно загального проводу (корпусу) різних пристроїв також є джерелом перешкод. Така ситуація представлена на малюнку 5. Найнебезпечніша ситуація виникає при обриві нульового проводу (наприклад, отгорел нульовий провід в щиті або розподільній коробці) в разі заземлення пристроїв через робочий нульовий провід (рис.6).
Тоді через трансформатор джерела живлення або двигун пристрою (наприклад, пилосос) на нульовий клеми приладу, а значить, і на корпусі пристрою, з'явиться небезпечна напруга 220 В з великою потенційною потужністю. Це загрожує важкими ураженнями електричним струмом. Тому ніколи не приєднуйте робочий нульовий провід до корпусу електроприладу!
Домогосподарка А застосовувала в кімнаті пилосос за призначенням. Раптом двигун пилососа перестав працювати (з технічних причин пропав контакт нульового проводу в електрощитку житлового будинку). А стала шукати причину в пилососі, доторкнулася рукою до металевої частини корпусу, а оголеною коліном торкнулася батареї опалення. В результаті її тіло стало провідником електричного струму по найкоротшому шляху, і А отримала електричний удар.
Якщо обидва з'єднуються кабелем пристрою не заземлені (в разі їх харчування від однієї фази мережі), різниця потенціалів між ними буде небагатою (викликаної розкидом ємностей конденсаторів в різних фільтрах). Зрівнює струм через загальний провід з'єднувального кабелю буде малий, і різниця потенціалів між загальними проводами в схемах (платах) пристроїв теж буде мала. Але і в цьому випадку не слід забувати про безпеку людини.
Так, якщо незаземлённие пристрої підключені до різних фаз, різниця потенціалів між їх несоедінённимі корпусами буде близько 190 В, при цьому зрівнює струм через кабель може досягати десятка міліампер.
Чому виходять з ладу електронні пристрої?
З'єднання заземленого пристрою з незаземлённим, особливо коли в останнього потужне джерело живлення, призводить до неминучого виходу з ладу електронних пристроїв. Для пристроїв, джерела живлення яких мають шнури з двополюсної виделкою (такі ще зустрічаються), ці проблеми також актуальні. Джерела харчування часто мають мережевий фільтр, але з конденсаторами малої місткості (отже, струм короткого замикання досить малий).
Досить небезпечні кабелі живлення пристроїв з двополюсної виделкою, якими підключаються джерела живлення з триполюсні роз'ємом. Домашні користувачі, що підключають свої пристрої в побутові розетки, можуть зіткнутися з проблемами через відсутність заземлення.
Далеко не в кожній квартирі сьогодні встановлені евророзетки з надійним заземленням. Ще менший відсоток безпечних силових підключень в старому фонді сільських будинків. Локально проблеми заземлення вирішує застосування мережевих фільтрів по живленню (ФП) типу Pilot і їм подібних (рис.7). Електрична схема фільтру представлена на малюнку 1.
Мал. 7. Промисловий мережевий фільтр з харчування (ФП) Pilot
Мал. 8. Правильна схема заземлення
Харчування від одного ФП всіх пристроїв, що з'єднуються інтерфейсами, вирішує проблему різниці потенціалів. Ще краще, коли ФП включений в триполюсні розетку із заземленням. Однак затискаються контакти розеток можуть мати поганий контакт внаслідок ослаблення пружності або наявності задирок в пластмасовому кожусі. Крім того, ці контакти «не люблять» часте виймання і вставки вилок, тому рекомендується:
- знеструмлювати обладнання після закінчення роботи краще вимикачем харчування фільтра (попередньо вимкнувши пристрої);
- відключати харчування при підключенні і відключенні сполучних кабелів.
Чому? Невелика різниця потенціалів, яка практично зникне при з'єднанні (електричному контакті) пристроїв загальними проводами інтерфейсів, може пробити вхідні і вихідні ланцюги сигнальних ліній, якщо в момент приєднання роз'єму контакти загального дроту з'єднаються пізніше сигнальних.
Користувачеві ПК В час від часу потрібно включати сканер, який має адаптер до мережі 220 В. Щоб не «встромляти» постійно кабелі в роз'єм (USB) і роз'єм живлення, з'єднав штатним кабелем USB роз'єми сканера і системного блоку і чутливі паралельні порти. У послідовних портів і роз'ємів побутової техніки зона чутливості до статиці нижче (пороги ± 3 В), ще меншу чутливість мають інтерфейси локальних мереж, де зазвичай є гальванічна розв'язка сигнальних ланцюгів від загального проводу з допустимою напругою ізоляції порядку 100 В.
Заземлення віддалених пристроїв
Проблема заземлення пристроїв, рознесених територіально, ускладнюється. Якщо розводка харчування і заземлення виконана двопровідним кабелем (рис.4), різниця потенціалів, обумовлена падінням напруги на заземлюючих проводах, буде особливо відчутною. У ряді випадків практикується прокладка окремого кабелю (з великим перетином провідника) або шини для ланцюга заземлення. Однак розводка заземлення окремим кабелем не завжди зручна і часто неефективна з точки зору захисту від перешкод, оскільки при цьому можуть утворюватися замкнуті контури з широким охоплюються простором - своєрідні антени. Тому розведення харчування до віддалених пристроїв доцільно виконувати трьохпровідний кабель, один з проводів якого використовується для захисного заземлення. Тоді деревоподібна схема заземлення виходить природним чином (рис.8), захисний провід в кореневій частині цього «дерева» заземляють або «зануляют». Додаткові проблеми при розведенні електроживлення для комп'ютерів обумовлені динамічною нелінійністю вхідного ланцюга бестрансформаторних джерел живлення (сучасні та застосовуються повсюдно). Традиційні електромережі розраховані на більш-менш лінійну навантаження.
У будинках з сучасним плануванням розводка електричного живлення проводиться відповідно до схеми, представленої на малюнку 8. А як же бути іншим?
Кілька практично рекомендацій
Ні в якому разі не намагайтеся заземлитися на батарею опалення. Акуратно проведіть заземлення проводом великого перерізу від електричного щита на сходовому майданчику до себе в квартиру. Не забувайте про техніку безпеки.
Всі побутові пристрої повинні бути надійно заземлені. Заземлення повинно бути виконано для всіх розеток (НЕ частково і не вибірково). Забороняється з'єднувати клему заземлення розетки або приладу з робочим нульовим проводом мережі. Рекомендується відключати харчування при підключенні і відключенні сполучних кабелів різних побутових пристроїв. Якщо різні пристрої з'єднують за допомогою кабелів (наприклад, в комп'ютерну мережу), необхідно їх підключити до подовжувачу, має клеми заземлення.
А.КАШКАРОВ, м С. - Петербург