Основи на заземяването и безопасността в индустриалните системи

Заземяването е една от най-малко видимите части на индустриалната система, но то пряко определя колко безопасно и надеждно работи оборудването при реални аварийни условия.

От безопасността на операторите до защитата на оборудването и контрола на статичното електричество, заземяването е основата на проектирането на електрически системи в съвременната автоматизация.

Фигура 1. Заземителни проводници, свързани към шина в индустриален панел.

Заземяване за безопасност на персонала

В индустриална среда безопасността винаги е водещ приоритет при проектирането на системата.

Заземителната система гарантира, че непредвидените аварийни токове няма да преминат през операторите при повреда на оборудването.

Повечето повреди възникват в точките на свързване, като клеми, конектори или разпределителни блокове.

Когато проводник под напрежение влезе в контакт с метален корпус, заземителната мрежа осигурява път с ниско съпротивление, който незабавно задейства защитните устройства.

Този механизъм предотвратява протичането на опасен ток през персонала и намалява риска от смъртоносен токов удар.

Защита на оборудването и стабилност на системата

Заземяването също така стабилизира индустриалните системи по време на преходни електрически явления.

Тези явления могат да възникнат при превключване на двигатели, индуктивни товари или външни фактори, като пренапрежения от мълнии.

Без подходящ заземителен път преходната енергия може да попадне в чувствителната управляваща електроника и да повреди вътрешните схеми.

В системи за автоматизация, които разчитат на PLC и DCS платформи, като ABB 800xA и AC 800M, целостта на заземяването пряко влияе върху непрекъснатостта на работа и надеждността на системата.

Фигура 2. Система от заземителни електроди, свързваща електрическата инфраструктура на обекта със земята.

Заземителни мрежи и път на аварийния ток

Правилно проектираната заземителна система гарантира, че аварийният ток следва контролиран път обратно към източника.

Този контролиран път ограничава повишаването на напрежението по откритите метални повърхности и позволява на защитните устройства бързо да прекъснат захранването.

Без този път енергията може да се разреди през пистите на печатните платки или управляващите модули, което води до трайна повреда на оборудването и престой на системата.

Статично електричество и контрол на ESD

Електростатичният разряд се превръща в критичен проблем в среди, включващи електроника, прахообразни или запалими материали.

Дори малка разлика в потенциала между две проводими повърхности може да предизвика разряд.

Макар токът да може да бъде минимален, освобождаването на енергия все пак може да възпламени чувствителни материали или да повреди полупроводникови компоненти.

Заземяването изравнява електрическия потенциал между всички проводими елементи в средата.

Това включва рамите на оборудването, работните станции, операторите и инструменталните системи.

Системите за контрол на ESD, като антистатични гривни и заземени подови настилки, разширяват тази защита до точките на взаимодействие с хората.

Фигура 3. Антистатичната гривна поддържа еднакъв потенциал между оператора и оборудването.

Индустриални стандарти и член 250 на NEC

Проектирането на заземяването следва строги регулаторни рамки, определени от стандарти като член 250 на NEC и UL 508A.

Тези стандарти определят как трябва да бъдат изпълнени заземителните проводници, свързващите системи и връзките със земята в индустриалните инсталации.

Те също така определят сечението на проводниците, методите на свързване и изискванията за защита при аварии, за да гарантират предвидимо поведение на системата.

В мащабни системи за автоматизация, включващи платформи като GE Fanuc RX3i / RX7i PACSystems, спазването на тези стандарти гарантира дългосрочна експлоатационна безопасност и готовност за сертифициране.

Заключение

Заземяването не е спомагателен елемент от проекта.

То определя границата на безопасност между нормалната работа и аварийните електрически условия.

От защитата на персонала до стабилността на системата и контрола на ESD, заземяването гарантира, че индустриалните системи за автоматизация остават предвидими при всички експлоатационни сценарии.

Разбирането на неговата роля е от съществено значение за проектирането на надеждни и безопасни системи за управление в съвременна индустриална среда.