Расчет заземления | Пример расчета заземляющего устройства
Без грамотно рассчитанного контура заземления (ЗК) надеяться на эффективность работы защитной конструкции было бы большой ошибкой. Только убедившись в том, что для токов стекания подготовлена цепочка с минимальным сопротивлением можно быть уверенным в безопасности людей, работающих на линии. Поэтому так важно сразу же разобраться со всеми тонкостями и особенностями расчета контуров заземления.
Содержание
Цель расчета защитного заземления
Обустраиваемое на стороне потребителя заземляющее устройство предназначено для защиты не только персонала, обслуживающего электроустановки, но и рядовых пользователей.
Важно! Опасный потенциал может попасть на металлические части оборудования во время работы с ним совершенно случайно (из-за повреждения изоляции проводов, например).
Полноценный расчет заземления гарантирует образование надежного контакта защитного устройства с землей, приводящего к растеканию тока и снижению уровня опасного напряжения.
Таким образом, назначение расчета заземляющих устройств – создание условий, исключающих риск поражения живых организмов высоким потенциалом путем его снижения в точке замыкания. В отсутствие хорошо просчитанного и функционального заземлителя любое прикосновение к корпусу поврежденного оборудования равнозначно прямому контакту с фазной жилой.
Выбор контура
Перед расчетом контура Вам предоставляется возможность выбрать один из следующих вариантов заземляющих устройств:
- Треугольная конструкция, параметры которой определяются еще на этапе проектирования.
- Линейное сооружение протяженного типа, монтируемое по периметру защищаемого объекта.
- Модульно-штыревая заземляющая конструкция.
Каждый из перечисленных выше способов сборки и последующего монтажа заземляющих устройств нуждается в подробном рассмотрении.
Треугольная конструкция
Этот вариант изготовления ЗК – самый известный и распространенный среди профессионалов и любителей.
Для обустройства такой конструкции потребуется приготовить следующие элементы:
- Двухметровые металлические стержни (арматурные прутья) в количестве 3-х штук.
- Столько же стальных перемычек, предназначенных для объединения прутьев в единую конструкцию.
- Медная шина, необходимая для соединения ЗК с точкой сбора жил от заземляемого оборудования в распределительном шкафу (ГЗШ – главная заземляющая шина).
Плоскость сварного контура с уже вбитыми в землю штырями при обустройстве ЗУ должна располагаться на глубине примерно 30-60 см.
Линейный контур
Линейное заземление выбирается в случае, когда к защитному сооружению требуется подключить несколько единиц оборудования, размещенных на удалении один от другого. Оно состоит из нескольких вбитых в землю штырей (3), расположение которых относительно друг друга выбирается из расчетных данных.
Линейная схема контура заземления для частного домаОт собранной по этой схеме конструкции, как и в случае с треугольником в сторону распределительного щитка с ГЗШ делается отвод (2).
Перед тем как рассчитать такой ЗК – следует учесть, что общее число штырей ограничено взаимным влиянием аварийных токов, протекающих в каждом одиночном заземлителе.
Модульно-штыревое заземление
Модульный тип ЗУ применяется в ситуациях, когда площадь на участке перед домом ограничена небольшими размерами и допускается обустройство одной штыревой конструкции.
Схема монтажа одиночного заземляющего электродаОна содержит в своем комплекте следующие элементы:
- Стальной стержень полутораметровой длины с медным покрытием и имеющейся на
- рабочей части резьбой.
- Специальную муфту из латуни, обеспечивающую получение резьбового соединения вертикально вбиваемого штыря с заземляющим отводом.
- Латунные зажимы особой конструкции, гарантирующие надежное сочленение металлических штырей с соединительной полосой.
- Наконечники для самих заземляющих стержней.
- Насадку с ударной площадкой, позволяющую передавать импульс от забивающего инструмента (вибромолота).
Обратите внимание: Для надежной защиты от коррозии все резьбовые элементы стержней покрываются графитной пастой, входящей в комплект фирменной поставки.
Защитная смазка сохраняется долгое время и не растекается при нагревании штырей и других элементов такого ЗУ. Входящая в состав антикоррозийная лента устойчива к воздействию агрессивных сред и защищает от разрушения всю конструкцию в целом.
Подробно о монтаже модульно-штыревого заземления читайте на этой странице.
Исходные данные для расчета заземления
Перед началом обустройства заземления расчет которого нужно провести, необходимо заранее определиться с такими исходными данными, как:
- Линейные размеры забиваемых в грунт стальных штырей.
- Расстояние между ними (шаг монтажа).
- Допустимая глубина погружения.
- Характеристики почвы в месте обустройства заземления.
Дополнительное замечание: Перед проведением расчета также потребуется знать величину сопротивления грунта Ом на участке проведения монтажных работ.
При его определении важно помнить о том, что он сильно отличается от места к месту и в значительной степени зависит от климатической зоны, к которой относится регион. Помимо этих данный придется учесть конфигурацию и материал заготовок, из которых сваривается готовое сооружение (либо обычный стальной уголок, либо медная широкая полоска).
Согласно ПУЭ минимальные размеры элементов для треугольной или линейной контурной конструкции должны быть:
- полоса – сечение 48 мм2;
- уголок 4х4 мм;
- круглый брусок – сечение 10 мм2;
- стальная труба диаметром 2,5 см со стенками толщиной не менее 3,5 мм.
Полезное замечание: Минимальную длину штырей вычисляют с учетом технических требований (необходимостью получения требуемого сопротивления стеканию в землю).
В соответствие с этими требованиями ее выбирают не менее 2-2,5 метра. Расстояние между соседними точками погружения стержней должно быть кратным их длине.
В зависимости от размеров и конфигурации площадки для обустройства ЗУ элементы конструкции устанавливаются либо в ряд, либо в виде правильного треугольника (иногда для этого выбирается квадратная форма). Используемые в этом случае методики расчета различных вариантов ЗУ ставят своей задачей получение данных по числу стержней и параметрам соединительной полосы (ее длины и сечения).
Расчет элементов заземляющего устройства
Определение параметров проводников, используемых в конструкции любого заземлителя, проводится с учетом следующих соображений:
- Длина металлических стержней или штырей в значительной мере определяет эффективность всей системы защитного заземления.
- Большое значение имеет и протяженность элементов металлических связей.
- От линейных размеров этих конструктивных составляющих зависят расход материала, а также суммарные затраты на обустройство ЗУ.
- Сопротивление вертикально забиваемых электродов в первую очередь определяется длиной.
- Их поперечные размеры не оказывают существенного влияния на качество и эффективность обустраиваемой защиты.
Обратите внимание: Порядок выбора сечения проводников определяется в ПУЭ, поскольку этот показатель характеризует устойчивость к коррозии (электроды должны служить 5-10 лет).
Помимо этого всегда нужно помнить о «золотом» правиле, согласно которому чем больше металлических заготовок предусмотрено в схеме – тем лучше характеристики безопасности контура.
Схема установки одиночного вертикального заземлителяТакже следует учесть, что мероприятия по организации заземления нельзя назвать легким занятием. При большом количестве составляющих системы увеличиваются объемы земляных работ. А решение вопроса о том, каким конкретно способом улучшать качество заземления (за счет длины или количества электродов) остается за самим исполнителем.
В любом случае при обустройстве ЗУ произвольного типа рекомендуется придерживаться следующих правил:
- стержни необходимо вбивать до отметки, находящейся ниже уровня промерзания почвы минимум на 50 сантиметров;
- такое их расположение позволит учесть сезонные факторы и исключить их влияние на работоспособность защитной системы;
- расстояние между вертикально вбитыми элементами зависит от формы выбранной конструкции и длины самих стержней.
Для корректного выбора этого показателя рекомендуется воспользоваться справочными таблицами.
Таблица определения параметров заземлителейС целью сокращения объема предстоящих расчетов (их упрощения) сначала желательно определить величину сопротивления
стеканию токов КЗ для одиночного стержня.
С учетом влияния, оказываемого на искомую величину горизонтальными элементами конструкции, сопротивление для вертикальных штырей вычисляется по следующей формуле:
Если монтируемое ЗУ обустраивается в разнородном грунте (другое его название – двухслойный), удельное сопротивление можно определить так:
где Ψ – это так называемый «сезонный» коэффициент;
ρ1 и ρ2– удельные сопротивления слоев почвы (верхней и нижней прослойки соответственно), учитываемые при расчетах в Омах на•метр;
Н – толщина слоя грунта в метрах, расположенного в верхней части земляного покрова;
t – заглубление вертикальных штырей или стержней (оно соответствует глубине подготовленной траншеи), равное 0,7 метрам.
Достаточное для получения эффективного заземления число стержней (горизонтальные составляющие пока не учитываются) определяется так:
где Rн – это нормируемое ПТЭЭП сопротивление растеканию.
С учетом горизонтальных элементов ЗУ формула для определения количества вертикальных штырей принимает такой вид:
где под ηв понимается коэффициент использования конструкции, указывающий на взаимное влияние токов стекания различных единичных элементов друг на друга.
Дополнительная информация: При обустройстве системы из линейно расположенных штырей следует помнить о том, что в этом случае их взаимное влияние проявляется особенно сильно.
При уменьшении шага монтажа этих элементов защитного контура его общее сопротивление растеканию тока заметно увеличивается. Число элементов заземляющего сооружения, полученное по результатам описанных выкладок, следует округлить до большего значения.
Расчеты заземления онлайн удается автоматизировать, если воспользоваться разработанным для этого специальным онлайн калькулятором на нашем ресурсе.
Пример расчета заземления
В качестве «классического» примера расчета заземления рассмотрим вариант ЗУ с учетом заданных исходных данных, то есть проведем вычисления для одиночного металлического штыря. Сразу оговоримся, что такие простейшие конструкции применяются при организации повторного заземления высоковольтных опор. В рассматриваемой ситуации согласно положениям ПУЭ (смотрите п.1.7.103.) сопротивление растеканию тока не может быть более 15, 30 и 60 Ом для напряжений 660, 380 и 220 Вольт соответственно.
Расчет одиночного заземляющего элемента для опоры ВЛ 380 Вольт
Согласно оговоренной ранее методике сначала по таблице выбирается тип вертикального штыря со следующими характеристиками:
- Материал – сталь.
- Форма – округлый стержень диаметром 16 мм.
- Длина L — 2,5 метра.
Обратите внимание: В качестве грунта в соответствие с таблицей выбирается полутвердая глина с удельным сопротивлением ρ, равным 60 Ом на•метр.
Глубина траншеи берется равной полметра. Затем из той же таблицы находится поправочный коэффициент, вводимый для средней климатической зоны. Его значение при фактической длине стержней до 2,5 метров с учетом промерзания грунта в данной местности составляет ψ=1,45. Показатель нормированного сопротивления для этого типа ЗУ равен 30 Омам. Следующий показатель – удельное сопротивление грунта находится по формуле:
ρ (по факту) = ψ•ρ = 1.45х60 = 87 Ом•метр
Полученные расчетные данные выглядят так:
- заглубление одиночного штыря в грунт составляет h = 0,5l + t = 0,5х2,5 + 0,5 = 1,75 метра;
- его сопротивление для нашего примера (смотрите формулы выше) составляет не более 30 Ом, что соответствует требования ПУЭ для данного напряжения.
Когда одного заземляющего штыря для опоры ВЛ недостаточно – допускается добавлять еще один или даже несколько прутьев. В этом случае потребуется другая методика, используемая для линейного контура или треугольной конструкции.
Расчет переносного заземления
Перед расчетом переносного заземления (ПЗ) следует учесть, что для этого типа защитных приборов требования к сопротивлению стеканию тока еще более высокие, чем у стационарных ЗУ (фото ниже).
Устройство переносного заземления из четырех заземлителейОбратите внимание: Самое главное в этой ситуации – правильно рассчитать сечение заземляющих проводов переносного устройства, определяющих эффективность его действия.
При решении этой проблемы, прежде всего, следует научиться различать сети и установки с различными действующими напряжениями. Провода ПЗ (согласно требованиям действующих стандартов) должны выдерживать продолжительный нагрев при замыкании в питающих линиях трехфазного и однофазного напряжения. Для электроустановок с этим показателем до 1000 Вольт выбирается шина сечением не менее 16 кв. мм.
В сетях, где напряжение превышает 1000 Вольт, предельная величина сечения проводов ПЗ не должна быть менее 25 мм2.
Точный расчет этого значения производится обычно по следующей формуле:
S = ( Iуст √tф ) / 272
где Iуст – это ток короткого замыкания;
tф – время его действия в секундах;
272– коэффициент, указывающий на тип металла проводника и отличающийся для разных токов КЗ (для меди, в частности он равен 250, а в расчетах взят с небольшим запасом).
В случаях, когда действующее напряжение не превышает 6-10 кВ – требуемое для надежной защиты сечение провода колеблется в пределах от 120 до 185 мм2. Поскольку комплект переносных заземлений с такими шинами будет очень тяжелым и неудобным в работе – согласно ПУЭ допускается использовать несколько ПЗ с меньшим сечением. При подготовке рабочего места такие заземления включаются в защищаемую цепь параллельно.
В последнем случае в формулу подставляются максимальные значения по времени воздействия тока короткого замыкания, а в трехфазных цепях искомая величина определяется для каждой их фаз.
Во втором случае особое внимание уделяется аккуратности обустройства ПЗ, чтобы избежать недопустимого в условиях наложения защитного заземления межфазного замыкания.
Дополнительная информация: При обустройстве переносной конструкции не допускается применять кабель в изоляции, не позволяющей визуально контролировать состояние рабочих жил.
Помимо этого комплект такого заземления обязательно оснащается достаточно «мощными» зажимами, посредством которых элементы переносной конструкции надежно закрепляются на токопроводящих частях. Для их фиксации на заземляющих проводах должны применяться крепления, позволяющие обходиться без переходных элементов. Такая предусмотрительность позволит увеличить площадь контакта и повысить надежность имеющегося соединения. В этом случае конструкция способна выдержать значительные по величине токи и сохранить свою работоспособность в течение длительного времени.
При наложении такого заземления в трехфазных силовых цепях с напряжениями выше 1000 Вольт для получения более надежного контакта допускается использовать сварку.
В исключительных случаях согласно ПУЭ разрешено болтовое сочленение, но только при условии предварительной пайки контактной зоны. В заключение отметим, что в рассмотренной ситуации для образования надежного соединения потребуется комплексный подход (ограничиваться только одной пайкой, например, не допускается).
Нажмите, пожалуйста, на одну из кнопок, чтобы узнать помогла статья или нет.
как рассчитать контур заземления, значение удельных сопротивлений
Большинство электроприборов не могут быть использованы без предварительного заземления. Эта процедура, состоящая из нескольких этапов, требует тщательной подготовки. В ходе такой подготовки необходимо провести расчёт заземляющего устройства, который поможет исключить ошибки в процессе выбора и установки заземляющей конструкции.
- Необходимость заземления
- Виды заземляющих конструкций
- Расчёт сопротивления
Необходимость заземления
Несмотря на всю важность, расчёт защитного заземления и его установка стали обязательными относительно недавно.
Ещё несколько десятилетий назад при обеспечении электроэнергией деревянных жилых домов проводили только нулевой провод и фазу, в то время как на производствах с целью обеспечения безопасности уже использовали заземление и зануление оборудования. В основе этих процессов лежит понятие нейтрали.
Этим термином в электрике принято обозначать место схождения трёх фаз, соединённых звездой. Вместе с заземлением эта точка образует глухозаземлённую нейтраль трансформатора. Чтобы заземлить электроприборы, их нужно соединить с нейтралью посредством специально приваренной шины. Для зануления оборудования нейтраль требуется соединить с нулевой шиной.
Сегодня в жилых и общественных зданиях заземляют водопроводные, канализационные, газопроводные трубы, а также распределительные электрощитки. Защитное заземление создают путём соединения с землёй металлических, не проводящих ток конструкций, которые могут оказаться под напряжением. Оно является обязательным для сетей:
- Переменного тока — при напряжении от 380 В.
- Постоянного тока — при напряжении от 440 В.
В наружных установках и помещениях повышенной опасности заземляющие конструкции устанавливаются при напряжении выше 42 В для переменного тока и выше 110 В — для постоянного. Помещения, в которых существует риск возникновения взрыва, заземляются при любом уровне напряжения.
Виды заземляющих конструкций
Расчёт заземления следует проводить с учётом того, где оно будет располагаться. По месту расположения заземляющая конструкция может быть:
- Выносной. Заземлитель устанавливается за пределами площади, на которой находятся приборы, нуждающиеся в отведении электрического заряда.
- Контурной. Электроды размещаются по контуру площади с оборудованием, а также внутри неё.
Заземление приборов, находящихся в закрытых помещениях, осуществляется путём прокладывания специальных магистралей для укладки проводов.
В качестве основных деталей в контурах могут использоваться естественные и искусственные заземлители. К первому типу относятся:
- металлические корпуса зданий, соединённые с землёй;
- свинцовые оболочки кабелей, колодцев, скважин;
- подземные металлические коммуникации (кроме труб теплотрасс и магистралей для взрывчатых и горючих веществ).
Для отведения заряда от распределительных устройств и подстанций естественным путём обычно используются опоры отводящих воздушных линий электропередач. В качестве соединительных элементов в таких случаях выступают громозащитные тросы.
Когда возможность использования естественных элементов заземления отсутствует или они не дают нужного результата, их заменяют стержнями из угловой стали, стальными трубами или прутьями из стали.
Все заземлители искусственного типа должны иметь определённые размеры, которые следует учитывать, проводя расчёт контура заземления. В противном случае их использование не принесёт результата.
Расчёт сопротивления
Правильный расчёт защитного заземления заключается в точном определении сопротивления растекания тока (Rз), которое зависит от множества факторов (влажности и плотности грунта, количества солей, конструктивных особенностей заземлительного устройства, диаметра и глубины погружения подключённого провода и др.).
Работа заземлительного контура характеризуется шаговым напряжением и напряжением прикосновения. Чтобы эксплуатация электрического оборудования была безопасна для человека, эти параметры не должны превышать установленных значений.
Их снижение достигается путём уменьшения сопротивления растекания тока. Результатом такого снижения является уменьшение тока, проходящего сквозь тело человека при аварии.
В процессе расчёта заземления необходимо учитывать такой важный показатель, как удельное сопротивление грунта. Таблица ПУЭ позволяет узнать его для разных видов почвы:
- Песка с разным уровнем залегания подземных вод.
- Водонасыщенной супеси (пластинчатой и текучей).
- Пластичной и полутвёрдой глины.
- Суглинка.
- Торфа.
- Садовой земли.
- Чернозёма.
- Кокса.
- Гранита.
- Каменного угля.
- Мела.
- Глинистого мергеля.
- Пористого известняка.
Все представленные в таблице разновидности грунта отличаются разным уровнем влажности, которая также сказывается на конечном значении сопротивления растекания тока. Для его точного определения удельное сопротивление умножают на коэффициент сезонности. Эта цифра зависит от низшей температуры и способа расположения электродов (вертикального или горизонтального).
Помимо удельного сопротивления почвы (ρ), для подсчёта сопротивления растекания (Rз) необходимо знать длину электрода (l), диаметр прута (d) и глубину расположения средней точки заземлителя (h).
Взаимосвязь этих величин отражается в формуле Rз = ρ/2πl∙ (ln (2l/d)+0.5ln ((4h+l)/(4h-l)).
Если основой заземлительной установки являются сваренные сверху вертикальные электроды (n), целесообразнее будет использовать формулу Rn = Rз/(n∙ Kисп), в которой буквами Kисп обозначается коэффициент использования электрода (с учётов влияния соседних). Его также легко найти в специальной таблице.
Независимо от выбранной формулы, при подсчёте защитного заземления следует принимать во внимание нормированное сопротивление заземлителя (для частного дома, источника тока или подстанции), размеры основных деталей конструкции и соединительных элементов, а также количество и метод соединения электродов (в ряд или в форме замкнутого контура).
Проводить расчёт заземлительного контура имеет смысл только в том случае, если в качестве заземлителей используются искусственные элементы. Формул для определения сопротивления естественных заземлителей не существует.
Программы для расчета заземления — обзор лучших
Продолжаем рассматривать лучшие программы для электриков, и в этой статье хотелось бы остановиться на обзоре программ для расчета заземления. Прежде чем приступить к монтажу заземляющего контура в частном доме или на подстанции, первым делом необходимо рассчитать сопротивление защитного заземления, а также количество электродов и длину горизонтального заземлителя. Кроме того, пригодятся расчетные данные относительно сечения ГЗШ, основного РЕ-проводника и даже расчет шагового напряжения. Все это можно сделать с помощью специальных программ, о которых мы сейчас и поговорим.
- «Электрик»
- «Расчет заземляющих устройств»
- Заземление
- ЭлектриКС Шторм
- «Акула»
«Электрик»
Первый программный продукт, который хотелось бы рассмотреть, называется Electric. О нем мы уже говорили, когда рассматривали лучшие программы для расчета сечения кабеля. Итак, Электромонтер легко справится с расчетами параметров заземляющего контура.
Преимущество данного продукта в том, что он довольно прост в использовании, русифицирован, а также имеет возможность бесплатного скачивания. Интерфейс программы вы можете увидеть на скриншотах ниже:
Все, что вам нужно сделать, это задать исходные данные, а затем нажать на кнопку «Расчет контура». В результате вы получите не только подробную методику расчета с использованными формулами, но и чертеж, на котором будет показан готовый контур заземления. Что касается точности расчетной работы, то здесь мы рекомендуем использовать только последние версии программы, т.к. в устаревших версиях есть много недостатков, которые со временем были исправлены. Если вам необходимо рассчитать контур заземления для частного дома или более серьезных сооружений, например, котельной или подстанции, рекомендуем использовать этот продукт.
Расчет заземления в программе Electric показан на видео:
«Расчет заземляющих устройств»
Название второй программы говорит само за себя.
Благодаря ему можно рассчитать не только контур заземления, но и молниезащиту, что тоже крайне необходимо. Интерфейс программы достаточно прост, собственно, как и в рассмотренном выше аналоге. Форма для заполнения исходных данных выглядит так:
Если вам нужно прямо сейчас выполнить простейший расчет контура заземления, вы можете воспользоваться нашим онлайн-калькулятором заземления. Точность расчетов конечно уступает программным продуктам, представленным в статье, но тем не менее вы получите приблизительные значения, на которые и стоит ориентироваться.
Заземление
Еще один программный продукт, название которого говорит само за себя. Как и в предыдущих двух программах, с этим можно разобраться без проблем, т.к. интерфейс простой и представлен на русском языке. Последняя версия программы (v3.2) позволяет не только рассчитать ЗУ, но и оценить возможность использования железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве защитного контура. участок ГЗШ, РЕ-проводник, а также проводники системы уравнивания потенциалов.
Дело в том, что создатели этой программы являются и создателями Electric, поэтому вы можете скачать один из представленных в ассортименте продуктов.
ElectriCS Storm
Более сложной программой, требующей навыков моделирования, является ElectriCS Storm. Использовать его для расчета контура заземления дома нецелесообразно, потому что велика вероятность запутаться и все рассчитать с ошибками. Мы рекомендуем работать с этим программным обеспечением для специалистов в области энергетики или студентов вузов с пересекающимися специальностями.
Преимущество данного программного продукта в том, что есть возможность спроектировать заземляющее устройство (ЗУ) и тем самым вывести 3D модель готовых защитных цепей. Кроме того, функционал программы позволяет рассчитывать электромагнитную обстановку и заземление подстанций.
Все чертежи можно сохранить в формате dwg, чтобы потом их можно было открыть в AutoCAD.
«Акула»
Ну и замыкает наш список лучших программ для расчета заземления, комплекс программ энергосистем под названием «Акула», благодаря которому вы сможете рассчитать:
- заземляющие устройства; молниезащита
- ;
- характеристики защитных устройств;
- потери напряжения до 1 кВ;
- мощность объектов, а также электрических котлов и кондиционеров;
- сечение проводки;
- внутреннее освещение;
Интерфейс также интуитивно понятен и представлен на русском языке:
«Акула» доступна для бесплатного скачивания, поэтому найти ее в Интернете не составит труда. Напоследок рекомендуем посмотреть очень полезное видео по теме:
На этом мы завершаем наш обзор. Надеемся, что предоставленные программы расчета заземления пригодились и помогли в организации защитного контура.
Также рекомендуем прочитать:
- Как сделать громоотвод в частном доме
- Почему удар током в ванной
- Что такое переносное заземление?
Опубликовано:
Вопросы заземления — промежуточные аналоговые концепции
Измерение заземленных источников сигнала
Заземленный источник сигнала лучше всего измерять с помощью дифференциальной или нереферентной измерительной системы. На рис. 7 показана ошибка, связанная с использованием системы измерения, привязанной к земле, для измерения заземленного источника сигнала. В этом случае измеренное напряжение, В м , представляет собой сумму напряжения сигнала, В s , и разность потенциалов, ΔV g , существующая между землей источника сигнала и землей измерительной системы.
Эта разность потенциалов обычно не является уровнем постоянного тока; таким образом, результатом является шумная измерительная система, часто выявляющая в показаниях компоненты частоты сети питания (60 Гц). Как упоминалось ранее, между двумя соединениями заземления может существовать разница до 200 мВ. Эта разница вызывает протекание тока, называемого током контура заземления, в межсоединении, который может сильно повлиять на измерения, вызывая ошибки смещения, особенно при измерении сигналов низкого уровня от датчиков.
Система с заземлением является приемлемым решением, если уровни напряжения сигнала высоки, а соединительная проводка между источником и измерительным устройством имеет низкий импеданс. В этом случае измерение напряжения сигнала ухудшается контурами заземления, но ухудшение может быть допустимым. Необходимо тщательно соблюдать полярность заземленного источника сигнала перед его подключением к заземленной измерительной системе, поскольку источник сигнала может быть закорочен на землю, что может привести к повреждению источника сигнала.
Измерение плавающих (не эталонных) источников
Плавающие источники сигналов могут измеряться как дифференциальными, так и несимметричными измерительными системами. Однако в случае дифференциальной измерительной системы следует позаботиться о том, чтобы уровень синфазного напряжения сигнала относительно земли измерительной системы оставался в диапазоне синфазного входа измерительного устройства. Различные явления, например входные токи смещения инструментального усилителя, могут вывести уровень напряжения плавающего источника за пределы допустимого диапазона входного каскада устройства сбора данных. Чтобы привязать этот уровень напряжения к некоторому эталону, используются резисторы. Эти резисторы, называемые резисторами смещения, обеспечивают путь постоянного тока от входов инструментального усилителя к земле инструментального усилителя. Эти резисторы должны иметь достаточно большое значение, чтобы позволить источнику плавать по отношению к эталону измерения (AIGND в ранее описанной системе измерения) и не нагружать источник сигнала, но достаточно малы, чтобы поддерживать напряжение в диапазоне входного сигнала.
стадия устройства. Как правило, значения от 10 кОм до 100 кОм хорошо работают с источниками с низким импедансом, такими как термопары и выходы модулей формирования сигналов. Эти резисторы смещения подключаются между каждым выводом и заземлением измерительной системы. Неиспользование этих резисторов может привести к ошибочным или насыщенным (положительным значениям полной шкалы или отрицательным значениям полной шкалы) показаниям.
Если входной сигнал связан по постоянному току, требуется только один резистор, подключенный от (-) отрицательного входа к земле измерительной системы, чтобы удовлетворить требованиям пути тока смещения, но это приводит к несбалансированной системе, если импеданс источника источник сигнала относительно высок. Балансные системы желательны с точки зрения помехоустойчивости. Следовательно, два резистора одинакового номинала — один для высокого (+) входа сигнала, а другой — для низкого (-) входа сигнала на землю — следует использовать, если импеданс источника сигнала высок.