Il Principio del "Single-Point Grounding" per la Sicurezza nella Progettazione dei Sistemi di Sicurezza

1.Concetto di base del “grounding a singolo punto”

Il grounding a singolo punto si riferisce a una configurazione in cui l'host principale del sistema è collegato a terra in un solo punto, mentre tutti i dispositivi remoti, comprese le telecamere e altre apparecchiature, devono rimanere isolati elettricamente da terra. In particolare, "grounding a singolo punto" significa che per qualsiasi "sistema" in cui i componenti sono direttamente connessi elettricamente, il punto centrale di aggregazione (cioè l'host principale del sistema o l'host del sottosistema) deve essere collegato a terra in un solo punto.

Ad esempio, in un sistema di trasmissione a fibra ottica: i trasmettitori multipli frontali agiscono come host dei sottosistemi. I loro involucri sono collegati a terra in un solo punto, mentre tutte le telecamere collegate a questi trasmettitori tramite cavi devono rimanere isolate elettricamente da terra. Questo costituisce il "grounding a singolo punto" per un sistema con connettività elettrica diretta. Il collegamento a terra dell'host principale del sistema back-end non può sostituire questo, poiché la fibra ottica fornisce isolamento elettrico tra le due estremità.

2. Requisiti ingegneristici per il “grounding a singolo punto”

L'host principale deve essere collegato a terra in un solo punto, e tutte le apparecchiature remote nel sistema devono rimanere fluttuanti rispetto a terra. Le cariche elettrostatiche generate all'interno del sistema vengono scaricate attraverso il punto di collegamento a terra dell'host, mantenendo l'equipotenziale statico con terra per garantire la sicurezza operativa.

Dopo aver implementato il grounding a singolo punto, il "potenziale di terra" del sistema si riferisce al potenziale del sistema rispetto al potenziale zero di terra, specificamente al potenziale al punto di collegamento a terra del sistema.

Nei forum dell'industria della sicurezza, alcuni cosiddetti "professionisti della protezione dai fulmini" hanno descritto le forze elettromotrici indotte dai fulmini sui cavi utilizzando termini come "sovratensione" o "alto potenziale", sostenendo che "il collegamento a terra dei protettori contro i sovratensioni alle due estremità del cavo può clippare entrambe le estremità allo stesso potenziale."

Tuttavia, l'analisi ad alta frequenza mostra che, per le forze elettromotrici alternate indotte sui cavi, anche se la resistenza di terra del protettore è zero e i potenziali di terra alle due estremità sono uguali, le tensioni di clippaggio dei protettori limitatori di tensione alle due estremità saranno sempre "uguali in ampiezza ma opposte in polarità." Non c'è affatto una condizione di equipotenziale. Inoltre, il "percorso di scarico a terra" include l'impedenza AC/DC totale del cavo e dei conduttori di terra, nonché la resistenza di terra stessa. L'idea di "deviare efficacemente la corrente dei fulmini" in tali configurazioni è solo un'illusione.

Le forze elettromotrici indotte dai fulmini non sono correlate a terra; non c'è problema di scarico di corrente a terra. Il "grounding a singolo punto" è inteso solo per dissipare le cariche elettrostatiche all'interno del sistema, quindi non richiede una resistenza di terra bassa o una griglia di terra dedicata. È fondamentalmente diverso dal tradizionale collegamento a terra dei parafulmini, del sistema di alimentazione o dei protettori contro i sovratensioni progettati per gestire correnti elevate. Una semplice connessione con un filo comune a una barra d'acciaio dell'edificio o a un tubo idraulico è sufficiente.

3. Analisi della razionalità del “grounding a singolo punto”

Il "grounding a singolo punto" elimina tutti i loop di terra, bloccando efficacemente i percorsi di intrusione per il "potenziale di terra indotto dai fulmini" e il "potenziale di terra della rete elettrica" nei sistemi elettronici a bassa tensione. Questo è la tecnica fondamentale più efficace per la protezione dai fulmini, la soppressione delle sovratensioni e la prevenzione degli interferenze.

Al contrario, il grounding multipunto introduce interferenze di potenziale di terra, sovratensioni della rete elettrica e tensioni di retrocolpo dei fulmini. Numerosi casi reali nell'ingegneria della sicurezza hanno confermato che il grounding multipunto ha portato alla distruzione sia delle apparecchiature di sicurezza che dei dispositivi di protezione dai fulmini.

Il "grounding a singolo punto" nei sistemi di sicurezza non solo è compatibile con la protezione dalle sovratensioni indotte dai fulmini, ma è in realtà un principio fondamentale e un prerequisito essenziale per una progettazione adeguata della protezione dai fulmini in tali sistemi.

I colpi di fulmine diretti non e non dovrebbero dipendere dal collegamento a terra di alcuna parte del sistema per lo scarico. La protezione dalle sovratensioni indotte dai fulmini richiede solo circuiti di protezione per sopprimere la tensione indotta nelle porte delle apparecchiature a un livello inferiore alla "tensione massima sicura" dell'apparecchiatura. Tali circuiti di protezione non devono essere collegati a terra.

Con il "grounding a singolo punto", l'intero sistema fluttua allo stesso potenziale del punto di collegamento a terra. Creare artificialmente un grounding multipunto cercando di ottenere un "collegamento a equipotenziale" è teoricamente e praticamente irrealizzabile per i sistemi informativi a vasta area.

Rispettare il principio di progettazione sicura del "grounding a singolo punto" aiuta a evitare di essere tratti in inganno dal mito della "protezione dai fulmini basata sul collegamento a terra" e a prevenire investimenti inutili in sistemi di terra eccessivamente complessi.