Заземено или плаващо 24 VDC захранване? Ръководство за избор на контролен панел
Заземяването на едната страна на захранване 24 VDC може да подобри откриването на повреди и референтното напрежение, докато плаващите вериги осигуряват изолация. Това ръководство обяснява свързване...
Две управляващи вериги с 24 VDC могат да работят нормално, като използват много различни отношения към защитното заземяване. Едната може да свързва общия проводник за постоянен ток към земя в определена точка, а другата умишлено да остане изолирана. Изборът влияе върху поведението при повреда, измерванията, електромагнитната съвместимост и диагностиката, но никога не трябва да се прави само по навик.
Първото правило е да се спазват приложимите електротехнически норми, стандартите за машината, спецификацията на обекта и инструкциите за монтаж на всяко свързано устройство. „Плаващата“ верига е проектирана стратегия за изолация, а не разрешение да се пропусне защитното свързване на откритите проводими части.
Разграничете трите понятия, които често се наричат „земя“
Защитното заземяване свързва достъпните метални части, така че при повреда да може да задейства защитното устройство и да ограничи допирното напрежение. Функционалното заземяване подпомага електромагнитната съвместимост или характеристиките на сигнала. Общият проводник за постоянен ток е нормалният обратен проводник на веригата 24 V. Те могат да бъдат свързани в една предвидена точка, но не са взаимозаменяеми понятия.
Ръководството на Rockwell Automation за окабеляване и заземяване на PanelView Plus прави същото разграничение между защитно заземяване, функционално заземяване и общ проводник за постоянен ток. Тази терминология е полезна при всички управляващи табла, защото изисква от схемата да показва какво се очаква да прави всеки проводник.
Плаващата вторична страна няма преднамерена референция към земя, затова всеки проводник може да придобие синфазно напрежение поради утечки, капацитет или повреда на изолацията. Диаграмата е запазена от оригиналната медийна илюстрация; източник: Control.com.
Какво променя едноточковото свързване на DC към земя
Свързването на едната страна на изолирано захранване 24 VDC към шината за заземяване на таблото създава предвидима референция. Измереното с мултиметър напрежение между общия проводник за постоянен ток и защитното заземяване трябва да е близо до нулата, а повреда между положителния проводник и заземен метал получава определен обратен път. Тогава правилно координираната защита може да изключи повредата.
Това свързване намалява и неяснотите, когато няколко устройства обменят неизолирани сигнали. Входове, изходи, аналогови предаватели и комуникационни адаптери могат да бъдат проектирани спрямо известен синфазен диапазон, вместо да „плават“ спрямо земята.
Повече свързвания не означават по-добър резултат. Свързването на общия проводник за постоянен ток към земя в няколко отдалечени точки може да създаде циркулиращ ток през екрани, конструкционна стомана, кабелни скари или общи комуникационни проводници. Проектът трябва да посочва преднамерената точка на свързване и да предотвратява случайни паралелни пътища.
Защо някои вериги умишлено остават плаващи
Изолираната вторична страна може да предотврати превръщането на първата повреда между проводник и земя във верига с голям ток. Това поведение е полезно само когато приложението допуска незаземена вторична страна и когато контролът на изолацията или друг диагностичен метод открива първата повреда, преди втора повреда да създаде опасен път.
Изолацията е ценна и между измервателни зони. Дълги аналогови линии, мостови сензори и машини с отделни захранвания могат да надхвърлят синфазния диапазон на даден вход, дори когато и двете страни номинално са 24 VDC. Галваничните изолатори, изолираните входове/изходи и правилно терминираните екрани често решават проблема с измерването по-надеждно от простото оставяне на цялото управляващо захранване плаващо.
Придружаващото ръководство за сигнални вериги за промишлени измервания и управление обяснява защо възбуждането, обратните пътища, екранирането и изолацията на входовете трябва да се оценяват като една система.
Плаващото измерване не означава автоматично опасен източник
Високоомният цифров мултиметър може да покаже изненадващо напрежение между плаващ проводник и земя, тъй като малки капацитивни или утечни токове установяват синфазен потенциал. Самото показание на напрежението не разкрива наличния ток при повреда. Инженерите трябва да използват одобрен метод за измерване, да разбират импеданса на източника на веригата и да спазват процедурите за безопасна работа.
Обратно, ниското номинално напрежение не премахва риска. Оборудване със смесени напрежения, повредена изолация, натрупана енергия, неправилно свързване или втора повреда към земя могат да променят опасността. Никога не свързвайте измервателен проводник или заземителен мост само за да изглежда показанието на мултиметъра познато.
Изискванията към устройствата могат да определят архитектурата
Някои захранвания, филтри, устройства за защита от пренапрежение, модули за входове/изходи, операторски панели и устройства за безопасност изискват свързване към земя или конкретна конфигурация SELV/PELV. Решението на ниво система трябва да спазва най-строгите изисквания на свързаното оборудване. Проверете дали сигналните портове са изолирани, дали кабелните екрани се свързват капацитивно или директно и дали няколко захранвания са свързани паралелно или имат общи проводници, свързани на друго място.
При съществуващи табла документирайте всяка налична връзка, преди да променяте която и да е от тях. Нов операторски панел, Ethernet екран, лаптоп или заземен измервателен уред може неволно да създаде референция към верига, която преди е била плаваща.
Пускането в експлоатация трябва да потвърди пътя при повреда
При изолирано захранване проверете непрекъснатостта на защитното свързване, предвиденото свързване между DC и земя, терминирането на екраните и липсата на неразрешени паралелни връзки. При включена система и съгласно одобрена процедура запишете напреженията между положителния проводник и общия проводник за постоянен ток, между положителния проводник и земята и между общия проводник и земята както при захранването, така и при представителни товари.
Проверете очакваната от проекта реакция на диагностиката. Това може да включва контролиран тест за повреда към земя, аларма от устройство за контрол на изолацията, задействане на защитата на разклонението или симулация на прекъснат общ проводник. Практическият процес за диагностика в Диагностика на захранвания 24 VDC може да помогне за разграничаване на срив на източника, съпротивление на окабеляването и прекъсващи товари от симптоми, свързани със заземяването.
Редакционна позиция: изберете философия за реакция при повреда и я документирайте
Според PLC ProTech повечето стандартни табла за управление на машини се възползват от ясно документирана едноточкова референция, когато нормите и инструкциите на устройствата го позволяват. Плаващите вериги са подходящи там, където изолацията и поведението при първа повреда са преднамерени системни изисквания, подкрепени от мониторинг и процедури за поддръжка.
Най-лошата конструкция не е непременно заземена или плаваща. Това е недокументирана хибридна система, чиято референция към земя се променя, когато бъде свързан кабел, екран или сервизен лаптоп.
Често задавани въпроси
Трябва ли отрицателният извод на всяко захранване 24 VDC да бъде заземен?
Няма универсално правило, което да обхваща всяка машина и всяка юрисдикция. Проверете приложимите норми, ръководствата на продуктите, проекта за безопасност и архитектурата на системата. Когато се изисква свързване, схемите трябва да посочват неговото местоположение и предназначение.
Може ли защитното заземяване да се използва като нормален обратен проводник за постоянен ток?
Не. Защитното заземяване е защитен път, а не предвиденият обратен път на товарния ток. Общият проводник за постоянен ток трябва да има собствен проводник с правилно оразмеряване, дори когато е свързан към земя в една точка.
Защо плаваща верига 24 VDC показва напрежение спрямо земя?
Съпротивлението на утечка, капацитетът на кабела, филтрите, компонентите за защита от пренапрежение и свързаните измервателни уреди могат да променят потенциала на двата проводника спрямо земя. Високоомният мултиметър може да покаже това синфазно напрежение, дори когато е наличен много малък ток.
Премахва ли плаващото управляващо захранване шума от земни контури?
Не автоматично. Шумът зависи от свързването, маршрута на кабелите, терминирането на екраните, изолацията на входовете и синфазните ограничения. Изолираните сигнални интерфейси и планираната схема на свързване обикновено са по-предвидими от разчитането на неопределена плаваща референция.