Princip "jednotného zemnění" pro bezpečnostní návrh systému bezpečnosti

1. Základní koncept „jednobodového zazemlení“

Jednobodové zazemlení se týká konfigurace, při které je hlavní systémový hostitele spojen s zemí v jediném bodě, zatímco všechny vzdálené zařízení, včetně kamer a dalších zařízení, musí zůstat elektricky izolované od země. Konkrétně, „jednobodové zazemlení“ znamená, že pro jakýkoli „systém“, kde jsou komponenty přímo elektricky spojeny, centrální agregační bod (tj. hlavní systémový hostitel nebo podhostitel) musí být zazemlen jen v jednom místě.

Například v optickém vláknovém přenosovém systému: přední vícekanalové optické vysílače fungují jako podhostitelé. Jejich obaly jsou zazemleny v jednom bodě na zemi, zatímco všechny kamery připojené kabely k těmto optickým vysílačům musí zůstat izolované od země. Toto tvoří „jednobodové zazemlení“ pro systém s přímým elektrickým spojením. Zazemlení zadního hlavního systémového hostitele nemůže toto nahradit, protože optické vlákno poskytuje elektrickou izolaci mezi oběma konci.

2. Inženýrské požadavky pro „jednobodové zazemlení“

Hlavní hostitel musí být zazemlen v jednom bodě a všechno vzdálené zařízení v systému musí zůstat volné vzhledem k zemi. Elektrostatické náboje vygenerované v rámci systému jsou uvolněny skrze zazemlení hostitele, což udržuje statickou stejnopotenciálnost s zemí a zajistí bezpečnost provozu.

Po implementaci jednobodového zazemlení se „potenciál země“ systému týká potenciálu systému vzhledem k nulovému potenciálu země—konkrétně, potenciálu v bodě zazemlení systému.

V fórech bezpečnostního průmyslu někteří takzvaní „profesionální ochránci před bleskem“ popisovali bleskově indukované elektromotorické síly (EMF) na kabelech pomocí termínů jako „přetlak“ nebo „vysoký potenciál“, tvrdíce, že „zazemlení ochranných přístrojů na obou koncích kabelu může oba konce udržet ve stejném potenciálu.“

Nicméně, vysokofrekvenční analýza ukazuje, že pro střídavě indukované EMF na kabelech, i když by odpor zazemlení ochranného přístroje byl nulový a potenciály země na obou koncích by byly rovnocenné, clampingové napětí omezovacích ochranných přístrojů na obou koncích bude vždy „stejné v hodnotě, ale opačné v polaritě.“ Neexistuje žádná skutečná stejnopotenciální situace. Kromě toho, „cesta uvolnění do země“ zahrnuje celkový AC/DC impedancí kabelu a vodičů zazemlení, stejně jako samotný odpor zazemlení. Představa „efektivního odvodu bleskového proudu“ v takových konfiguracích je pouhým iluzí.

Bleskově indukované EMF jsou nezávislé na zemi; neexistuje problém s uvolněním proudu do země. „Jednobodové zazemlení“ slouží pouze k uvolnění elektrostatických nábojů uvnitř systému, a proto nevyžaduje nízký odpor zazemlení nebo speciální zazemňovací síť. Zásadně se liší od tradičního zazemlení bleskosvodů, zazemlení elektrických systémů nebo zazemlení ochranných přístrojů navržených pro zpracování velkých proudů. Jednoduché spojení obyčejným drátem s ocelovými armaturami budovy nebo vodovodem je dostatečné.

3. Analýza rozumnosti „jednobodového zazemlení“

„Jednobodové zazemlení“ eliminuje všechny zemní smyčky, efektivně blokuje cesty pro „bleskově indukovaný potenciál země“ a „potenciál země elektrické sítě“ do nízkonapěťových elektronických systémů. Je to nejúčinnější základní technika pro ochranu proti blesku, potlačení přechodů a prevenci rušení.

Naopak, vícebodové zazemlení způsobuje rušení potenciálem země, přechody v elektrické síti a napětí zpětného úderu blesku. Mnoho reálných případů v bezpečnostním inženýrství potvrdilo, že vícebodové zazemlení vedlo k ničení jak bezpečnostního zařízení, tak ochranných přístrojů proti blesku.

„Jednobodové zazemlení“ v bezpečnostních systémech není pouze kompatibilní s ochranou proti indukovanému blesku—je to základní princip a nezbytná předpoklad pro správný návrh ochrany proti blesku v těchto systémech.

Přímé bleskové zásahy nezpůsobují a neměly by spoléhat na žádnou část systému zazemlenou pro uvolnění. Ochrana proti indukovanému blesku vyžaduje pouze ochranné obvody, které potlačí indukované napětí na portech zařízení na úroveň nižší než „maximální bezpečné napětí“ zařízení. Tyto ochranné obvody nemusí být spojeny s zemí.

S „jednobodovým zazemlením“ celý systém plave ve stejném potenciálu jako bod zazemlení. Umělé vytváření vícebodového zazemlení s pokusem dosáhnout „stejnopotenciální vazby“ je teoreticky a prakticky nedosažitelné pro širokopásmové informační systémy.

Dodržování bezpečnostního návrhového principu „jednobodového zazemlení“ pomáhá zabránit klamání mitem „ochrany proti blesku založené na zazemlení“ a předejít nadbytečným investicím do příliš komplexních zazemňovacích systémů.