Материал: Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

при этом должны иметь малое сопротивление для опасных токов, которые по тем или иным причинам (при аварийных ситуациях, воз­ действиях молний и т.п.) могут возникать в РЭС. Как правило, за­ щитные заземления должны иметь хороший низкоомный контакт с «землей».

Рабочие заземления включают в себя заземление силового оборудования (сильноточных цепей), которое по своему функцио­ нальному назначению требует наличия заземления, и сигнальное или схемное заземление, обеспечивающее опорный потенциал для электронных, аналоговых и цифровых схем. Цель подобной сис­ темы заземления - снизить уровень взаимовлияния между различ­ ными электронными схемами.

Неудачное выполнение цепей заземления корпуса устройства РЭС или экранированного сооружения, в котором размещены РЭС, приводит к уменьшению эффективности экранирования от НЭМП. Особенность цепей заземления связана с тем, что нередко они вы­ полняют одновременно несколько функций: защитного заземле­ ния и обеспечения эквипотенциальности и «обратного» провод­ ника цепей.

Совмещение нескольких функций одной системой провод­ ников и проводящих поверхностей приводит к тому, что по ука­ занным проводникам протекают электрические токи от различ­ ных источников (рис. 4.38). В общем случае это обратные токи I. для различных сигналов, токи 12 в цепи защитного заземления, токи обусловленные заземлением экрана. Из-за конечного со­ противления земляной шины на любом общем ее участке с со­ противлением 7?о6щ (например, участок а - б на рис. 4.38) создает­ ся падение напряжения, 77пом = (Z,+ I2^ I3)Ro6ui, пропорциональное токам в цепи заземления. Это напряжение представляет собой эдс помех для любого рецептора, где участок указанной шины ис­ пользуется в качестве проводника его электрической цепи (учас­ ток а - б, рис. 4.38). Несмотря на малую величину Ло6щ, эдс поме­ хи может иметь неприемлемое значение для соответствующего рецептора помех. Так, если сопротивление 7?о6ш =10~2 Ом, ток по­ мех равен 1 А, падение напряжения на этом сопротивлении со­ ставляет 10 мВ, что может быть совершенно недопустимым для

ряда рецепторов.

251

Рис 4 38 Схема влияния помех в системе заземления

Вторая причина возникновения помех в цепях заземления свя­ зана с образованием так называемых контуров заземления. Рас­ смотрим два устройства, соединенные парой проводников, один из которых является сигнальным, а другой служит для протека­ ния обратных токов (рис. 4.39). Пусть возвратный проводник со­ единен с корпусом устройства, а корпус - с землей. Если этот про­ водник соединен с корпусом и второго устройства, также имею­ щего электрический контакт с землей (соединение 2' 3'), образу­ ется замкнутый проводящий контур 2- 2' -3' -3 -2. Внешнее элек­ тромагнитное поле наводит в этом контуре эдс помех, вызывая протекание тока 1П, который, в свою очередь, создает на участке 2-3 падение напряжения, равное Ua =In Z]3. В результате раз­ ность потенциалов между точками 1-2 изменяется на значение

Ua=Iu Z}3, представляющее собой напряжение помех на входе ре­

цептора. Если отсутствует проводник 2' - 3' или соединение про­

водника 2- 2’ с корпусом второго устройства, возможность обра­ зования контура заземления полностью не исключается. В этих случаях контур может состоять из проводников 2- 2’, 3-3', земля­ ной шины и паразитных емкостей между сигнальной цепью и кор­ пусом устройства С2, а также между корпусом и землей С23 (рис. 4.39).

252

Рис. 4 39. Схема образования контура заземления

Таким образом, напряжение помехи, связанное с несовершен­

ством системы заземления, оказывается тем большим, чем больше

сопротивление земляной шины, площадь контура заземления и комплексное сопротивление заземляющих проводников.

Наиболее общие правила выполнения цепей заземления:

1.Величины сопротивлений заземляющих проводников,

атакже общих земляных шин должны быть минимальными. Под­ черкнем, что на уровень помех влияет комплексное сопротивле­ ние указанных проводников, которые должны обладать мини­ мальными активным сопротивлением и собственной индуктив­ ностью. С учетом того, что помехи могут быть как низко-, так и

высокочастотными, выполнение указанного требования ослож­ няется наличием поверхностного эффекта, приводящего к росту активного сопротивления и индуктивности проводника. Для ре­ ализации этого требования заземляющие проводники должны, прежде всего, иметь минимально возможную длину Z, значитель­

но меньшей длины волны помехи: I, < 0,02Хп. Для уменьшения сопротивления форма и размеры поперечного сечения заземля­ ющих проводников должны быть такими, чтобы на частоте по­

мехи обеспечивались малые активное и реактивное сопротивле­

ния. Поскольку эти величины уменьшаются с ростом попереч­ ных размеров проводника, а по мере повышения частоты все бо­ лее проявляется поверхностный эффект, целесообразно применять

заземляющие проводники в виде трубок, обладающих полным

наименьшим сопротивлением среди других проводников с такой же площадью поперечного сечения.

Важную роль в системе заземлений играет также качество электрических соединений, которые должны обеспечивать, во-пер­ вых, минимальное сопротивление контакта, во-вторых, надежный

контакт в условиях климатических воздействий, а также вибраций. Кроме того, соединения должны исключать возможность образо­ вания окисных пленок на контактирующих поверхностях и свя­ занных с ними нелинейных эффектов. Наконец, соединения долж­ ны исключать образование гальванических пар для предотвраще­ ния коррозии и появления помех, связанных с возникновением со­ ответствующей эдс в цепи. Качественное выполнение соединений представляет собой важную конструкторскую задачу.

2.Следует по возможности избегать использования общих проводников в системах экранирующего и защитного заземлений

ицепях, по которым протекают слабые токи сигналов.

3.Контуры заземлений должны отсутствовать (по возмож­ ности). Для их исключения используют изолирующие и нейтрали­ зующие трансформаторы или оптроны. Использование этих уст­ ройств уже рассматривалось в подразд. 4.6.2.

По своему исполнению система схемных заземлений может быть одноточечной, «плавающей», многоточечной и региональ­ ной. На рис. 4.40 приведены возможные варианты одноточечного заземления по системе «еж» (рис. 4.40, а) и «ёлочка» (одноточеч­ ное заземление с помощью шины, рис. 4.40, б). Подобная система

заземления, как правило, применяется в небольших экранирован­ ных подсистемах.

Рис. 4 40. Варианты выполнения одноточечного заземления

а- «еж», б - «ёлочка»

Кее достоинствам относится то, что она позволяет исклю­ чить образование больших петель, образующих контуры заземле­ ния. Однако конструктивное решение системы заземления в виде «ежа» или «ёлочки» сопряжено с определенными трудностями,

254

в частности, при их реализации для систем со значительными ли­ нейными размерами. В этих случаяхразмеры цепей могут оказаться сравнимыми с длиной волны помехи, что может вызвать резонанс­ ные явления в соединительных кабелях и привести к несовмести­ мости защищаемых систем.

Помимо одноточечного способа заземления, на практике при­ меняется «плавающая» система заземления (рис. 4.41), при кото­ рой каждый экранированный объем имеет собственную систему заземления, обычно одноточечную. Хотя данная система является

«идеальным» способом решения для отдельных подсистем, она тре­

бует принятия дополнительных схемных мер, например, развязки с использованием оптронных пар.

Оптоэлектронная система

Плавающий потенциал

Рис 4 41 «Плавающая» система заземления

Для многих практических случаев достаточно эффективной яв­

ляется многоточечная система заземления (рис. 4.42). Здесь каждая

подсистема РЭС экранирована, заземлена и связана друг с другом посредством кабелей. Однако при этом требуется дополнительная за­ щита вводов, хорошее экранирование кабелей и максимальное при­

ближение их к «земле».

Комбинированными свойствами всех предыдущих систем за­ земления обладает региональная зональная система заземления. В этом случае в пределах каждой экра­ нированной зоны сохраняется концеп­ ция одноточечной системы заземления.

Однако все входы и выходы кабелей между зонами (подсистемами) должны иметь, как и в случае «плавающего» за­

255