Принципът „Едноточкова заземна“ за безопасен дизайн на сигурностната система

1. Основна концепция на „едноточкова заземяване“

Едноточковата заземяване се отнася до конфигурация, при която основният системен хост е свързан с земята само в една точка, докато всички отдалечени устройства – включително камери и друго оборудване – трябва да останат електрически изолирани от земята. По-специално, „едноточковата заземяване“ означава, че за всяка „система“, в която компонентите са директно електрически свързани, централната агрегираща точка (т.е. основният системен хост или хост на подсистема) трябва да бъде заземена само в една точка.

Например, в оптична система за предаване: многоканалните оптични предаватели в предната част функционират като хости на подсистеми. Техните корпуси са заземени в една точка към земята, докато всички камери, свързани чрез кабели с тези оптични предаватели, трябва да останат изолирани от земята. Това представлява „едноточкова заземяване“ за система с директна електрическа свързаност. Заземяването на основния системен хост в задната част не може да замести това, тъй като оптичната влакна предоставя електрическа изолация между двете крайности.

2. Инженерни изисквания за „едноточкова заземяване“

Основният хост трябва да бъде заземен в една точка, а всичко отдалечено оборудване в системата трябва да остане плаващо спрямо земята. Електростатичните заряди, генерираны в системата, се разтоварват през точката на заземяване на хоста, поддържайки статична равно потенциалност с земята, за да се осигури безопасност при операцията.

След прилагането на едноточкова заземяване, „потенциалът на земята“ на системата се отнася до потенциала на системата спрямо нулевия потенциал на земята – по-специално, потенциалът в точката на заземяване на системата.

В форуми на сигурността, някои така наречени „професионалисти по защита от мълнии“ са описали индуцираните електромоторни сили (EMF) в кабелите с термини като „прекомерно напрежение“ или „висок потенциал“, твърдейки, че „заземяването на защитни уреди на двете краища на кабела може да заклещи двете краища на един и същ потенциал.“

Обаче, анализът на високата честота показва, че за индуцираните променливи EMF в кабелите, дори ако съпротивлението на заземяване на защитния уред е нула и потенциалите на земята на двете краища са равни, ограничителните напрежения на защитните уреди на двете краища винаги ще бъдат „равни по величина, но противоположни по полярност“. Няма никакво истинско равно потенциално състояние. Освен това, „пътят за разтоварване към земята“ включва общата AC/DC импеданс на кабела и заземящите проводници, както и самото съпротивление на заземяване. Идеята за „ефективно отвличане на тока от мълнията“ в такива конфигурации е просто илюзия.

Индуцираните EMF от мълнията са независими от земята, няма проблем с разтоварване на тока в земята. „Едноточковата заземяване“ е предназначена единствено за разтоварване на електростатичните заряди в системата, затова не изисква ниско съпротивление на заземяване или специална мрежа за заземяване. Тя фундаментално се различава от традиционното заземяване на мълниепад, заземяване на електроенергийната система или заземяване на защитни уреди, предназначени за обработване на големи токове. Просто свързване с обикновен проводник към арматурата на сградата или водопроводната тръба е достатъчно.

3. Анализ на рационалността на „едноточкова заземяване“

„Едноточковата заземяване“ елиминира всички заземящи контури, ефективно блокирайки пътеките за инвазия на „индуцирания потенциал на земята от мълния“ и „потенциал на земята на електроенергийната мрежа“ в нисковолтови електронни системи. Това е най-ефективната основна техника за защита от мълнии, ограничаване на вълните и предотвратяване на интерференция.

В сравнение, множеточковото заземяване внася интерференция от потенциала на земята, вълни от електроенергийната мрежа и напрежения от обратен удар на мълния. Много реални случаи в инженерията на сигурността са потвърдили, че множеточковото заземяване е довело до унищожаване както на оборудване за сигурност, така и на защитни уреди от мълнии.

„Едноточковата заземяване“ в системите за сигурност не само е съвместима с защитата срещу индуцирани мълнии, но е, фактически, основен принцип и необходима предпоставка за правилна проектиране на защита от мълнии в такива системи.

Директните удари на мълния не – и не трябва – да се ползват от заземяване на някаква част от системата за разтоварване. Защитата срещу индуцирани мълнии изисква само защитни вериги, които да ограничат индуцираното напрежение в портовете на оборудването до ниво под „максимално безопасно напрежение“ на оборудването. Такива защитни вериги не са необходими да бъдат свързани с земята.

С „едноточкова заземяване“, цялата система плава на същия потенциал като точката на заземяване. Искусственото създаване на множеточково заземяване, опитвайки се да постигне „равно потенциално свързване“, е теоретично и практически недостижимо за широкообхватни информационни системи.

Съобразуването с принципа на безопасността на „едноточкова заземяване“ помага да се избегне заблуждаването от мита за „защита от мълнии, базирана на заземяване“ и предотвратява ненужните инвестиции в прекомерно сложни системи за заземяване.