"Yksipistegroundaus" -periaate turvallisuusjärjestelmän suunnittelussa

1. Yhden pisteen maarityksen peruskäsite

Yhden pisteen maaritys tarkoittaa konfiguraatiota, jossa pääjärjestelmän isäntä on yhdistetty maan napaan vain yhdellä pisteellä, kun taas kaikki etälaitteet – kuten kamerat ja muu laite – on säilytettävä sähköisesti eristettynä maasta. Tarkemmin ottaen "yhden pisteen maaritys" tarkoittaa, että mihin tahansa "järjestelmään", jonka komponentit ovat suoraan sähköisesti yhdistetty, keskuskohtaisen keräyspisteen (eli pääjärjestelmän isännän tai alijärjestelmän isännän) on oltava maassa yhdellä pisteellä.

Esimerkiksi optisen kaapelivälitysjärjestelmässä: useankanaliset optiset lähetinlaitteet toimivat alijärjestelmien isäntinä. Niiden kotelot on maannut yhdellä pisteellä, kun taas kaikki näihin optisiin lähetinlaitteisiin kaapeleilla yhdistetyt kamerat on säilytettävä sähköisesti eristettynä maasta. Tämä muodostaa "yhden pisteen maarityksen" järjestelmälle, jossa on suora sähköinen yhteys. Järjestelmän takapään pääjärjestelmän isännän maannus ei voi korvata tätä, koska optinen kaapeli tarjoaa sähköisen eristäytyminen kummallekin päälle.

2. Insinöörimääräykset "yhden pisteen maaritykselle"

Pääisännän on oltava maassa yhdellä pisteellä, ja järjestelmän kaikki etälaitteet on säilytettävä kiertyneinä maasta nähden. Järjestelmässä luodut elektrostaattiset varaukset voidaan vapauttaa pääisännän maannuspisteestä, pitäen staattisen samapotilaan maan kanssa turvatakseen toiminnan turvallisuuden.

Kun yhden pisteen maaritys on toteutettu, järjestelmän "maapotila" viittaa järjestelmän potentiaaliin maan nollapotilaan suhteen – erityisesti järjestelmän maannuspisteen potentiaali.

Turvallisuusteollisuuden foorumeissa jotkut niin kutsutut "ammatilliset salaman suojaajat" ovat kuvaileet sähkömagneettisia voimia, joita salama aiheuttaa kaapeleissa, käsitteinä kuten "ylipaine" tai "korkeampi potentiaali", väittäen, että "kaapelin molempien päiden maannussuojaimet voivat kiinnittää molemmat päät samaan potentiaaliin."

Kuitenkin korkean taajuuden analyysi osoittaa, että vaihtovirraksi aiheuttetuille sähkömagneettisille voimille kaapeleissa, vaikka maannussuojaimen maannusresistanssi olisikin nolla ja molempien päiden maapotila olisikin sama, rajoitusjännitteet molemmissa päissä ovat aina "saman suuruudet mutta vastakkaisia merkkejä." Ei ole olemassa todellista samapotilaan tilaa. Lisäksi "maahin suuntautuvan sähkövirtaumien polku" sisältää kaapelin kokonaisen AC/DC impedanssin ja maannusjohtojen sekä itse maannusresistanssin. Ajatus "tehokkaasti ohjaavasta salaman sähkövirtaumesta" tällaisissa asettelussa on vain illuusio.

Salama aiheuttama sähkömagneettinen voima ei liity maahan; ei ole ongelmaa virtausten pääsemiseen maahan. "Yhden pisteen maaritys" on tarkoitettu vain sähköstaattisten varauksien vapauttamiseen järjestelmästä, joten se ei vaadi alhasta maannusresistanssia tai erityistä maannusverkkoa. Se poikkeaa perinteisestä salamanvarjennuksen maannuksesta, sähköjärjestelmien maannuksesta tai suuri virtauskykyä käsittelevästä maannussuojaimen maannuksesta. Yksinkertainen yhdistys tavallista kaapelia rakennuksen armoituksiin tai vedenputkiin on riittävä.

3. "Yhden pisteen maarityksen" järkevyysanalyysi

"Yhden pisteen maaritys" poistaa kaikki maan silmukat, estäen tehokkaasti "salaman aiheuttaman maapotilaan" ja "sähköverkon maapotilaan" pääsyn alijännitejärjestelmiin. Tämä on tehokkain perustekniikka salaman suojalle, sähköiskujen hillitsemiselle ja häiriöiden ehkäisemiselle.

Usean pisteen maannus puolestaan tuottaa maapotilaan häiriötä, sähköverkon sähköiskuja ja salaman vastaisen jänniten (back-flash). Useat turvallisuusinsinööriyritysten tapaukset ovat vahvistaneet, että usean pisteen maannus on tuhonnut sekä turvallisuuslaitteet että salaman suojalaitteet.

Turvallisuusjärjestelmissä "yhden pisteen maaritys" ei ainoastaan ole yhteensopiva induktoidun salaman suojaamisen kanssa – se on itse asiassa perusperiaate ja välttämätön edellytys asianmukaiselle salaman suojan suunnittelulle tällaisissa järjestelmissä.

Suoran salaman osuukset eivät – eivätkä myöskään tulisi – luottaa järjestelmän minkään osan maannukseen virtausta varten. Suojaa induktoidulta salamalta vaativat vain suojakoneistot, jotka hillitsevät induktoidun jänniten laitteiden portteihin alle laitteen "maksimin turvallinen jännite." Nämä suojakoneistot eivät tarvitse yhteyttä maahan.

"Yhden pisteen maarityksellä" koko järjestelmä kiertyy samaan potentiaaliin maannuspisteessä. Käyttäytymisen monipisteen maannuksen luomista yrittäessä saavuttaa "samapotilaan yhdistely" on teoreettisesti ja käytännössä mahdotonta laajamaille informaatiójärjestelmille.

Noudattamalla "yhden pisteen maarityksen" turvallisuussuunnittelun periaatteita voidaan välttää harha, joka liittyy "maannuksen perustaan salaman suojaamiseen," ja estää tarpeeton sijoitus liian monimutkaisiin maannusjärjestelmiin.