مبدأ "التوصيل الأرضي من نقطة واحدة" لتصميم أمان نظام الأمان

1. المفهوم الأساسي لـ "التوصيل الأرضي بنقطة واحدة"

يشير التوصيل الأرضي بنقطة واحدة إلى تكوين يتم فيه توصيل المضيف الرئيسي للنظام بالأرض في نقطة واحدة فقط، بينما يجب أن تبقى جميع الأجهزة البعيدة - بما في ذلك الكاميرات والمعدات الأخرى - معزولة كهربائيًا عن الأرض. بشكل خاص، يعني "التوصيل الأرضي بنقطة واحدة" أنه بالنسبة لأي "نظام" تكون مكوناته متصلة كهربائيًا مباشرة، يجب أن يكون نقطة التجميع المركزية (أي المضيف الرئيسي للنظام أو مضيف النظام الفرعي) متصلاً بالأرض في نقطة واحدة فقط.

على سبيل المثال، في نظام نقل الألياف الضوئية: تعمل أجهزة الإرسال الضوئية المتعددة القنوات الأمامية كمضيف لنظام فرعي. يتم توصيل أغلفتها بالأرض في نقطة واحدة فقط، بينما يجب أن تبقى جميع الكاميرات المتصلة بهذه الأجهزة الإرسالية عبر الكابلات معزولة كهربائيًا عن الأرض. هذا يشكل "التوصيل الأرضي بنقطة واحدة" لنظام ذو اتصال كهربائي مباشر. لا يمكن أن يحل توصيل المضيف الرئيسي الخلفي بالأرض محل هذا، لأن الألياف الضوئية توفر عزل كهربائي بين الطرفين.

2. متطلبات الهندسة لـ "التوصيل الأرضي بنقطة واحدة"

يجب توصيل المضيف الرئيسي بالأرض في نقطة واحدة فقط، ويجب أن تظل جميع المعدات البعيدة في النظام عائمة بالنسبة للأرض. يتم تصريف الشحنات الكهروستاتيكية التي تنشأ داخل النظام عبر نقطة التوصيل الأرضي للمضيف، مما يحافظ على التماثل الكهربائي الثابت مع الأرض لضمان سلامة التشغيل.

بعد تنفيذ التوصيل الأرضي بنقطة واحدة، فإن "المحتمل الأرضي" للنظام يشير إلى المحتمل للنظام بالنسبة لمحتمل الأرض الصفر - تحديدًا، المحتمل عند نقطة التوصيل الأرضي للنظام.

في منتديات صناعة الأمن، قام بعض من يدعون "حماية البرق المهنية" بتوضيح قوى الدفع الكهرومغناطيسية الناجمة عن البرق على الكابلات باستخدام مصطلحات مثل "الجهد الزائد" أو "المحتمل العالي"، مدعين أن "توصيل حماية الجهد الزائد في كلا طرفي الكابل يمكن أن يثبت كلا الطرفين على نفس المحتمل."

ومع ذلك، تظهر التحليلات عالية التردد أنه بالنسبة للقوى الكهرومغناطيسية المتبادلة على الكابلات، حتى لو كان مقاومة التوصيل الأرضي لحماية الجهد الزائد صفرًا وكانت المحتملات الأرضية في كلا الطرفين متساوية، فإن جهود التثبيت لحماية الجهد الزائد في كلا الطرفين ستكون دائمًا "متساوية في المقدار ولكن معاكسة في القطبية." لا يوجد أي حالة حقيقية للتماثل الكهربائي تمامًا. بالإضافة إلى ذلك، يتضمن "مسار التفريغ إلى الأرض" المقاومة الكلية للتيار المتردد والمستمر لكابلات التوصيل الأرضي وأسلاك التوصيل الأرضي نفسها. فكرة "تفريغ تيار البرق بشكل فعال" في هذه التكوينات هي مجرد وهم.

قوة الدفع الكهرومغناطيسي الناجمة عن البرق غير متعلقة بالأرض؛ لا يوجد مشكلة في تصريف التيار إلى الأرض. "التوصيل الأرضي بنقطة واحدة" مُخصص فقط لتوزيع الشحنات الكهروستاتيكية داخل النظام، لذلك لا يحتاج إلى مقاومة توصيل أرضية منخفضة أو شبكة توصيل أرضية خاصة. يختلف بشكل أساسي عن التوصيل الأرضي التقليدي للأبراج المضادة للبرق أو توصيل أرضية نظام الطاقة أو توصيل أرضية حماية الجهد الزائد المصمم لمعالجة التيار العالي. الاتصال البسيط باستخدام سلك عادي إلى قضبان البناء أو أنابيب المياه كافٍ.

3. تحليل العقلانية لـ "التوصيل الأرضي بنقطة واحدة"

يقوم "التوصيل الأرضي بنقطة واحدة" بإزالة جميع الحلقات الأرضية، مما يمنع فعليًا مسارات الاختراق لـ "المحتمل الأرضي الناجم عن البرق" و "المحتمل الأرضي لشبكة الطاقة" في الأنظمة الإلكترونية ذات الجهد المنخفض. هذا هو التقنية الأساسية الأكثر فعالية لحماية البرق وتقليل الجهد الزائد ومنع التداخل.

بالنسبة للتوصيل الأرضي متعدد النقاط، فإنه يدخل تداخل المحتملات الأرضية وارتفاعات الجهد في شبكة الطاقة وجولات الجهد الناجمة عن البرق. أكد العديد من الحالات العملية في هندسة الأمن أن التوصيل الأرضي متعدد النقاط قد أدى إلى تدمير كل من معدات الأمن وأجهزة حماية البرق.

إن "التوصيل الأرضي بنقطة واحدة" في أنظمة الأمن ليس فقط متوافقًا مع حماية البرق المستحثة ولكنه أيضًا مبدأ أساسي ومطلب أساسي لتصميم حماية البرق المناسب في هذه الأنظمة.

لا يعتمد الإضراب المباشر للبرق ولا ينبغي أن يعتمد على أي جزء من النظام متصلاً بالأرض للتخلص منه. حماية البرق المستحث تتطلب فقط دوائر حماية لتقليل الجهد المستحث في منافذ المعدات إلى مستوى أقل من "الجهد الآمن الأقصى" للمعدات. هذه الدوائر الحماية لا تحتاج إلى الاتصال بالأرض.

مع "التوصيل الأرضي بنقطة واحدة"، يطفو النظام بأكمله بنفس المحتمل مثل نقطة التوصيل الأرضي. خلق التوصيل الأرضي متعدد النقاط بشكل مصطنع مع محاولة تحقيق "ربط التماثل الكهربائي" هو أمر غير ممكن نظرًا وعمليًا لأنظمة المعلومات الواسعة النطاق.

الالتزام بمبدأ تصميم السلامة "التوصيل الأرضي بنقطة واحدة" يساعد على تجنب الانخداع بأساطير "حماية البرق بالتوصيل الأرضي" ويمنع الاستثمار غير الضروري في أنظمة التوصيل الأرضي المعقدة للغاية.