Принцип "Одноточечного заземления" для безопасного проектирования системы безопасности

1. Основные понятия "одноточечного заземления"

Одноточечное заземление означает конфигурацию, в которой основной системный узел подключен к земле в одной точке, в то время как все удаленные устройства, включая камеры и другое оборудование, должны оставаться электрически изолированными от земли. В частности, "одноточечное заземление" означает, что для любой "системы", где компоненты непосредственно электрически соединены, центральная точка сбора (то есть основной системный узел или узел подсистемы) должна быть заземлена только в одной точке.

Например, в оптоволоконной системе передачи данных: многоканальные оптические передатчики на переднем конце выступают в качестве узлов подсистем. Их корпуса заземлены в одной точке, тогда как все камеры, подключенные к этим оптическим передатчикам через кабели, должны оставаться изолированными от земли. Это и составляет "одноточечное заземление" для системы с прямым электрическим соединением. Заземление основного системного узла на заднем конце не может заменить это, так как оптоволокно обеспечивает электрическую изоляцию между двумя концами.

2. Инженерные требования для "одноточечного заземления"

Основной узел должен быть заземлен в одной точке, а все удаленные устройства в системе должны оставаться плавающими относительно земли. Статические заряды, генерируемые в системе, разряжаются через точку заземления узла, поддерживая статическое равновесие потенциалов с землей, чтобы обеспечить безопасность эксплуатации.

После реализации одноточечного заземления, "потенциал заземления" системы относится к потенциалу системы относительно нулевого потенциала земли, а именно, потенциалу в точке заземления системы.

На форумах по безопасности некоторые так называемые "профессионалы защиты от молний" описывают ЭДС, вызванные молнией на кабелях, терминами "перенапряжение" или "высокий потенциал", утверждая, что "заземление ограничителей перенапряжения на обоих концах кабеля может приравнять оба конца к одному и тому же потенциалу."

Однако высокочастотный анализ показывает, что для переменной индуцированной ЭДС на кабелях, даже если сопротивление заземления ограничителя перенапряжений равно нулю и потенциалы заземления на обоих концах равны, ограничивающие напряжения ограничителей перенапряжений на обоих концах всегда будут "одинаковыми по величине, но противоположными по знаку." Нет никакого истинного состояния равенства потенциалов. Более того, "путь разрядки к земле" включает общее АЧ/ПЧ сопротивление кабеля и проводников заземления, а также само сопротивление заземления. Понятие "эффективного отвода тока молнии" в таких конфигурациях является лишь иллюзией.

ЭДС, вызванная молнией, не связана с землей; нет проблемы отвода тока в землю. "Одноточечное заземление" предназначено исключительно для рассеивания статических зарядов внутри системы, поэтому оно не требует низкого сопротивления заземления или специальной заземляющей решетки. Оно принципиально отличается от традиционного заземления молниеотводов, заземления энергосистем или заземления ограничителей перенапряжений, предназначенных для работы с большими токами. Простое соединение обычным проводом с арматурой здания или водопроводной трубой достаточно.

3. Анализ рациональности "одноточечного заземления"

"Одноточечное заземление" устраняет все контуры заземления, эффективно блокируя пути вторжения "потенциала заземления, вызванного молнией" и "потенциала заземления энергосети" в низковольтные электронные системы. Это наиболее эффективная базовая техника для защиты от молний, подавления импульсов и предотвращения помех.

В противоположность этому, многоточечное заземление вводит интерференцию потенциалов заземления, скачки напряжения в энергосети и обратные напряжения молнии. Множество реальных случаев в инженерии безопасности подтвердили, что многоточечное заземление привело к разрушению как оборудования безопасности, так и устройств защиты от молний.

"Одноточечное заземление" в системах безопасности не только совместимо с защитой от индуцированных молний, но и, фактически, является фундаментальным принципом и необходимым предварительным условием для правильного проектирования защиты от молний в таких системах.

Прямые удары молнии не должны и не могут полагаться на любую часть системы, заземленную для разрядки. Защита от индуцированных молний требует только защитных цепей, чтобы подавить индуцированное напряжение на портах оборудования до уровня ниже "максимального безопасного напряжения" оборудования. Эти защитные цепи не обязательно должны быть подключены к земле.

С "одноточечным заземлением" вся система плавает на том же потенциале, что и точка заземления. Искусственное создание многоточечного заземления с целью достижения "эквипотенциального соединения" теоретически и практически недостижимо для широкозонных информационных систем.

Соблюдение принципа "одноточечного заземления" в безопасном проектировании помогает избежать заблуждений, связанных с "защитой от молний на основе заземления", и предотвращает ненужные инвестиции в чрезмерно сложные системы заземления.