Заземлённое или плавающее напряжение 24 В постоянного тока? Руководство по выбору для панели управления
Заземление одного из выводов источника питания 24 В постоянного тока может улучшить обнаружение неисправностей и обеспечить опорное напряжение, тогда как плавающие цепи поддерживают гальваническую ...
Две цепи управления на 24 В постоянного тока могут нормально работать, используя при этом совершенно разные схемы относительно защитного заземления. В одной общий провод постоянного тока может быть соединён с землёй в определённой точке, а другая может намеренно оставаться изолированной. Этот выбор влияет на поведение при неисправностях, результаты измерений, электромагнитную совместимость и поиск неисправностей — но его ни в коем случае нельзя делать только по привычке.
Первое правило — соблюдать применимые электротехнические нормы, стандарты для машин, требования объекта и инструкции по монтажу каждого подключённого устройства. «Плавающая» цепь — это спроектированная стратегия изоляции, а не разрешение отказаться от защитного соединения открытых проводящих частей.
Разделяйте три понятия, которые часто называют землёй
Защитное заземление соединяет доступные металлические части так, чтобы при неисправности сработало защитное устройство и ограничилось напряжение прикосновения. Функциональное заземление обеспечивает электромагнитную совместимость или качество передачи сигналов. Общий провод постоянного тока — это штатный обратный провод цепи 24 В. Они могут соединяться в одной специально предусмотренной точке, но это не взаимозаменяемые обозначения.
В рекомендациях Rockwell Automation по подключению и заземлению PanelView Plus проводится такое же различие между защитным заземлением, функциональным заземлением и общим проводом постоянного тока. Эта терминология полезна для шкафов управления в целом, поскольку заставляет явно указать на схеме назначение каждого проводника.
У плавающей вторичной цепи нет преднамеренной опоры на землю, поэтому любой проводник может приобрести синфазное напряжение из-за токов утечки, ёмкостной связи или нарушения изоляции. Схема сохранена из исходной иллюстрации; источник: Control.com.
Что меняет одновыводное заземление цепи постоянного тока
Соединение одной стороны изолированного источника 24 В постоянного тока с шиной заземления шкафа создаёт предсказуемую опорную точку. Показание между общим проводом постоянного тока и защитным заземлением должно быть близким к нулю, а при замыкании положительного проводника на заземлённый металл возникает определённый путь обратного тока. При правильно согласованной защите неисправность может быть отключена.
Такое соединение также уменьшает неопределённость, когда несколько устройств обмениваются неизолированными сигналами. Входы, выходы, аналоговые преобразователи и коммуникационные адаптеры могут проектироваться с учётом известного диапазона синфазного напряжения, а не его случайного изменения относительно земли.
Большее количество соединений не означает лучшего результата. Подключение общего провода постоянного тока к земле в нескольких удалённых точках может создать циркулирующие токи через экраны, металлоконструкции, кабельные лотки или общие цепи связи. В проекте следует указать преднамеренное соединение и исключить случайные параллельные пути.
Почему некоторые цепи намеренно оставляют плавающими
Изолированная вторичная цепь может не допустить формирования сильноточной цепи при первом замыкании одного из проводников на землю. Это полезно только в тех случаях, когда применение незаземлённой вторичной цепи разрешено, а контроль изоляции или другой метод диагностики выявляет первое повреждение до того, как второе повреждение создаст опасный путь.
Изоляция также полезна между зонами измерения. Длинные аналоговые линии, тензодатчики и машины с отдельным питанием могут превысить диапазон синфазного напряжения входа, даже если обе стороны номинально работают от 24 В постоянного тока. Гальванические изоляторы, изолированные модули ввода-вывода и правильно подключённые экраны часто решают проблему измерений надёжнее, чем простое оставление всего источника управления плавающим.
В сопутствующем руководстве по сигнальным цепям промышленных измерений объясняется, почему возбуждение, обратные пути, экранирование и изоляцию входов необходимо оценивать как единую систему.
Плавающее показание не означает автоматически наличие опасного источника
Цифровой мультиметр с высоким входным сопротивлением может показывать неожиданное напряжение между плавающим проводником и землёй, поскольку небольшие ёмкостные токи или токи утечки создают синфазный потенциал. Само отображаемое напряжение не показывает доступный ток короткого замыкания. Инженеры должны использовать утверждённый метод измерения, учитывать выходное сопротивление цепи и соблюдать безопасные рабочие процедуры.
И наоборот, низкое номинальное напряжение не исключает риска. Оборудование со смешанными уровнями напряжения, повреждённая изоляция, накопленная энергия, неправильное заземление или второе замыкание на землю могут изменить характер опасности. Никогда не подключайте измерительный провод или перемычку заземления только для того, чтобы показание мультиметра выглядело привычно.
Требования устройств могут определить архитектуру
Некоторые источники питания, фильтры, устройства защиты от импульсных перенапряжений, модули ввода-вывода, человеко-машинные интерфейсы и устройства безопасности требуют подключения к земле или определённой схемы SELV/PELV. Системное решение должно учитывать требования наиболее ограничивающего из подключённых устройств. Проверьте, изолированы ли сигнальные порты, подключаются ли экраны кабелей через ёмкость или напрямую и соединены ли несколько источников параллельно либо их общие провода связаны где-то ещё.
В шкафах, модернизируемых на действующем объекте, перед изменением любого соединения задокументируйте все существующие подключения. Новый человеко-машинный интерфейс, экран Ethernet, ноутбук или заземлённый измерительный прибор могут непреднамеренно создать опорную точку для цепи, которая ранее была плавающей.
Пусконаладка должна подтвердить путь тока при неисправности
При отключённом питании проверьте целостность защитных соединений, предусмотренное соединение постоянного тока с землёй, подключение экранов и отсутствие несанкционированных параллельных соединений. После подачи питания по утверждённой процедуре зафиксируйте напряжения между положительным проводом и общим проводом, положительным проводом и землёй, а также общим проводом и землёй у источника и на характерных нагрузках.
Проверьте работу диагностических функций, предусмотренных проектом. Это может включать контролируемое испытание замыкания на землю, срабатывание сигнализации контроля изоляции, отключение защиты ответвления или имитацию потери общего провода. Практический порядок поиска неисправностей в руководстве Диагностика источников питания 24 В постоянного тока поможет отличить просадку источника, сопротивление проводки и периодические неисправности нагрузки от симптомов, связанных с заземлением.
Редакционная позиция: выберите концепцию поведения при неисправности и зафиксируйте её
По мнению PLC ProTech, большинство обычных шкафов управления машинами выигрывает от чётко задокументированной одновыводной опорной точки, если это допускается нормами и инструкциями устройств. Плавающие цепи следует применять там, где изоляция и поведение при первом повреждении являются осознанными требованиями системы и поддерживаются средствами контроля и процедурами технического обслуживания.
Худшая конструкция — не обязательно заземлённая или плавающая. Хуже всего недокументированная гибридная схема, в которой опорная точка относительно земли меняется при подключении кабеля, экрана или сервисного ноутбука.
Часто задаваемые вопросы
Следует ли заземлять отрицательный вывод каждого источника питания 24 В постоянного тока?
Универсального правила для всех машин и юрисдикций не существует. Проверьте применимые нормы, руководства на изделия, требования безопасности и архитектуру системы. Если соединение с землёй необходимо, на схемах следует указать его расположение и назначение.
Можно ли использовать защитное заземление как штатный обратный провод постоянного тока?
Нет. Защитное заземление — это защитный путь, а не предусмотренный путь возврата рабочего тока нагрузки. Общий провод постоянного тока должен иметь отдельный проводник соответствующего сечения, даже если в одной точке он соединён с землёй.
Почему плавающая цепь 24 В постоянного тока показывает напряжение относительно земли?
Сопротивление утечки, ёмкость кабеля, фильтры, компоненты защиты от импульсных перенапряжений и подключённые приборы могут смещать оба проводника относительно земли. Мультиметр с высоким входным сопротивлением способен отображать это синфазное напряжение, даже если доступный ток очень мал.
Устранит ли отсутствие заземления цепи управления шум от контуров заземления?
Не обязательно. Шум зависит от способов связи, прокладки кабелей, подключения экранов, изоляции входов и ограничений синфазного напряжения. Изолированные сигнальные интерфейсы и спланированная схема соединений обычно предсказуемее, чем использование неопределённой плавающей опорной точки.