Das "Single-Point Grounding"-Prinzip für die Sicherheitsauslegung von Sicherheitssystemen

1. Grundkonzept des „Einzelpunkt-Groundings“

Einzelpunkt-Grounding bezieht sich auf eine Konfiguration, bei der der Hauptsystemhost an einem einzigen Punkt mit der Erde verbunden ist, während alle entfernten Geräte – einschließlich Kameras und anderer Ausrüstung – elektrisch von der Erde isoliert bleiben müssen. Genauer gesagt bedeutet „Einzelpunkt-Grounding“, dass für jedes „System“, dessen Komponenten direkt elektrisch miteinander verbunden sind, der zentrale Aggregationspunkt (d.h. der Haupt- oder Subsystemhost) nur an einem einzigen Punkt geerdet werden muss.

Beispielsweise in einem Glasfaserübertragungssystem: Die vorderen Mehrkanal-Optiksender fungieren als Subsystemhosts. Ihre Gehäuse sind an einem einzigen Punkt mit der Erde verbunden, während alle über Kabel mit diesen Optiksendern verbundenen Kameras von der Erde isoliert bleiben müssen. Dies stellt das „Einzelpunkt-Grounding“ für ein System mit direkter elektrischer Verbindung dar. Das Grounding des hinteren Hauptsystemhosts kann dies nicht ersetzen, da die Glasfaser zwischen den beiden Enden eine elektrische Isolation bietet.

2. Ingenieur-Anforderungen für „Einzelpunkt-Grounding“

Der Hauptsystemhost muss an einem einzigen Punkt geerdet sein, und alle entfernten Geräte im System müssen relativ zur Erde schweben. Elektrostatische Aufladungen, die innerhalb des Systems entstehen, werden durch den Erdungs-Punkt des Hosts abgeleitet, wodurch ein statisches Gleichpotential mit der Erde aufrechterhalten wird, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Nach der Implementierung des Einzelpunkt-Groundings bezieht sich das „Erds Potential“ des Systems auf das Potential des Systems relativ zum Nullpotential der Erde – speziell auf das Potential am Erdungs-Punkt des Systems.

In Foren der Sicherheitsbranche haben einige sogenannte „Professionelle Blitzschutz“-Befürworter Blitzauslösende elektromotorische Kräfte (EMF) auf Kabeln mit Begriffen wie „Überspannung“ oder „Hochpotential“ beschrieben und behauptet, dass „das Anschluss von Überspannungsschutzgeräten an beiden Enden des Kabels beide Enden auf das gleiche Potential bringen kann.“

Eine Hochfrequenzanalyse zeigt jedoch, dass für wechselwirkende induzierte EMF auf Kabeln, selbst wenn der Erdungs-Widerstand des Überspannungsschutzgeräts null ist und die Erdpotentiale an beiden Enden gleich sind, die Spannungs-Begrenzungswerte der Spannungsbegrenzer an beiden Enden immer „gleich groß, aber entgegengesetzt in Polarität“ sein werden. Es gibt keine echte Gleichpotentialbedingung. Darüber hinaus beinhaltet der „Entladepfad zur Erde“ den Gesamtwert des Wechsel- und Gleichstrom-Widerstands des Kabels und der Erdungsleiter, sowie den Erdungs-Widerstand selbst. Die Vorstellung, dass „Blitzströme effektiv abgeleitet“ werden können, ist in solchen Konfigurationen lediglich eine Illusion.

Blitzauslösende EMF haben nichts mit der Erde zu tun; es gibt kein Problem der Stromabgabe in die Erde. „Einzelpunkt-Grounding“ dient ausschließlich der Abfuhr von elektrostatischen Aufladungen innerhalb des Systems, es erfordert daher keinen geringen Erdungs-Widerstand oder ein dediziertes Erdungsnetz. Es unterscheidet sich grundsätzlich vom traditionellen Blitzableiter-Grounding, dem Netzwerk-Grounding oder dem Überspannungsschutz-Grounding, das für große Ströme ausgelegt ist. Eine einfache Verbindung mit normalen Drähten zu Gebäuderüsten oder Wasserrohren reicht aus.

3. Rationalitätsanalyse des „Einzelpunkt-Groundings“

„Einzelpunkt-Grounding“ eliminiert alle Erd-Schleifen und blockiert effektiv Eindringwege für „blitzinduziertes Erdpotential“ und „Netzwerkerdpotential“ in Niederspannungs-Elektroniksysteme. Dies ist die wirksamste grundlegende Technik für Blitzschutz, Überspannungsbegrenzung und Störungsvorsorge.

Im Gegensatz dazu führt mehrpunktiges Grounding zu Erdpotentialstörungen, Netzwerkschwellen und Blitzrückstoßspannungen. Zahlreiche Praxisfälle in der Sicherheitstechnik haben bestätigt, dass mehrpunktiges Grounding sowohl Sicherheitsausrüstung als auch Blitzschutzeinrichtungen zerstört hat.

„Einzelpunkt-Grounding“ in Sicherheitssystemen ist nicht nur kompatibel mit dem Schutz gegen induzierten Blitz, sondern es ist tatsächlich ein grundlegendes Prinzip und eine wesentliche Voraussetzung für eine korrekte Blitzschutzplanung in solchen Systemen.

Direkte Blitzschläge sollten nicht – und dürfen nicht – auf irgendeinen Teil des Systems verlassen, um abzuleiten. Der Schutz gegen induzierten Blitz erfordert lediglich Schutzkreise, um die induzierte Spannung an den Geräteanschlüssen unter die „maximal zulässige Spannung“ des Geräts zu drücken. Solche Schutzkreise müssen nicht mit der Erde verbunden sein.

Bei „Einzelpunkt-Grounding“ schwebt das gesamte System auf demselben Potential wie der Erdungs-Punkt. Das künstliche Erzeugen von mehrpunktigem Grounding mit dem Ziel, „Gleichpotentialverbindung“ herzustellen, ist theoretisch und praktisch für weitläufige Informationssysteme nicht erreichbar.

Die Einhaltung des Sicherheitsdesign-Prinzips des „Einzelpunkt-Groundings“ hilft, nicht von der Fehlvorstellung des „erdungsbasierten Blitzschutzes“ getäuscht zu werden und unnötige Investitionen in übermäßig komplexe Erdungssysteme zu vermeiden.