Противофазные и синфазные помехи

Помехи, возникающие в проводах, могут рассматриваться как противофазные или синфазные напряжения и токи.

Противофазные напряжения помех (поперечные, симметричные) возникают между проводами двухпроводной линии (u_d на рис. 1.3.). Противофазные помехи возникают через гальванические или полевые связи или преобразуются из синфазных помех в системах, несимметричных относительно земли. Конкретные примеры возникновения противофазных помех рассматриваются в последующих разделах.

Рис. 1.3. Помехи, связанные с передачей сигналов по линии:

С_Е - паразитные емкости относительно заземленного корпуса; Q₁ - источник противофазных помех; Q₂ - источник синфазных помех; Z_Q, Z_S - полные сопротивления источника и приемника помех; i_C1, i_C2 - синфазные токи, i_d - противофазный ток; u_C1, u_C2 - синфазные напряжения помех; u_d – противофазное напряжение помех.

Противофазные напряжения помех непосредственно накладываются на полезные сигналы в сигнальных цепях или на напряжение питания в цепях электроснабжения, воздействуют на линейную изоляцию между проводами и могут быть восприняты как полезные сигналы в устройствах автоматизации и тем самым вызывать ошибочное функционирование.

Синфазные напряжения помех (несимметричные, продольные напряжения) возникают между каждым проводом и землей (u_C1 и u_C2 на рис. 1.3.) и воздействуют на изоляцию проводов относительно земли.

Синфазные помехи обусловлены главным образом разностью потенциалов в цепях заземления устройства, например между точками 1 и 2 на рис. 1.3., вызванной токами в земле (аварийными, при замыканиях высоковольтных линий на землю, рабочими или токами молнии) или магнитными полями.

Земля и масса

Другими важными понятиями ЭМС являются понятия: земля и масса. С понятием "заземление" инженеры, работающие с сильноточными устройствами, связывают, как правило, вопросы техники безопасности и грозозащиты, например, устранение не­допустимо высоких напряжений прикосновения. Инженеры же, работающие в области электроники, - скорее электромагнитную совместимость их схем, например устранение контуров заземле­ния, влияние частоты 50 Гц, обращение с экранами кабелей и т. д.

Следует строго различать два понятия - защитное заземление (защитный про­вод) для защиты людей, животных и т. д. и массу, систему опор­ного потенциала, электрических контуров (это справедливо как для сильноточных, так и для слаботочных цепей). Земля и масса, как правило, в одном месте гальванически связаны друг с дру­гом, но между ними существует большое различие: провода за­земления проводят ток только в аварийной ситуации, нулевые провода - в нормальной рабочей ситуации и часто представляют общий обратный провод нескольких сигнальных контуров, веду­щий к источнику. Это различие существенно и характеризуется следующими понятиями:

Земля	Масса
Защитный провод	Нейтральный провод
Заземление	Масса схемы
Защитное заземление	Нулевая точка
Нулевой провод заземления	Сигнальная масса
Провод заземленной системы опорного потенциала	Измерительная земля
Заземленный корпус	Нулевое напряжение ( 0 В)

Понятие «земля» поясняет рис. 1.4. .

В нормальном режиме по нейтральному проводу Н протекает обратный ток электроприемников и его потенциал вследствие падения напряжения на его сопротивлении отличается от потенциала земли (за исключением эквипотенциальной шины, где он равен потенциалу земли). Защитный провод ЗП в нормальном режиме тока не проводит и его потенциал равен потенциалу земли. Поскольку корпус оборудования присоединен к защитному проводу ЗП, то и его потенциал также равен потенциалу земли и не создает угрозы для людей и животных.

При замыкании одного из фазных проводов (на рис. 1.4. провода Л₃ ) на корпус оборудования в фазном проводе возникает большой ток короткого замыкания и оборудование отключается предвключенным защитным автоматом З_з.

Рис. 1.4. Заземление в низковольтной сети:

Л₁, Л₂, Л₃ – фазные провода сети; ЗПН – защитный провод нейтрали; ЗП – защитный провод; Н – нейтральный провод; З_з – защитный автомат; R_А , R_В – сопротивление заземлителя потребителя и подстанции

Понятие «масса» поясняет рис. 1.5..

Рис. 1.5. К понятию «масса»

Под массой в схемотехнике понимают общую систему опор­ного потенциала, по отношению к которой измеряются узловые напряжения цепи (шина, провод опорного потенциала, корпус, нулевая точка). В простой цепи это просто обратный провод, в электронной схеме - общий обратный провод для всех электри­ческих контуров (рис. 1.5. а,б).Масса может, но не должна иметь потенциал земли. Однако, как правило, она в одном месте не­пременно соединена с защитным проводом и тем самым заземле­на. Масса выполняет те же функции, что и нейтральный провод. Прежде всего, на работу схемы не оказывает влияния заземле­ние массы. Однако если занимающая доста­точно обширное пространство масса заземлена в нескольких ме­стах, возникает контур заземления (см. рис. 1.3). Тогда при раз­личных потенциалах точек заземления могут протекать уравни­тельные токи, а на полных сопротивлениях массы возникать па­дения напряжения, которые накладываются на напряжения, дей­ствующие вдоль отдельных контуров цепи и являются противо­фазными помехами. При высоких частотах это даже не требует гальванического заземления, так как при наличии печатных плат с навесным монтажом и плоской массой контуры заземления могут образовываться благодаря их емкостям относительно мас­сы.