Верификация заземления и экранирования

После выполнения мер по защите от помех осуществляется проверка их эффективности или соответствия проекту (верификация). Соответствие государственным стандартам устанавливается в процессе сертификационных испытаний на соответствие комплексу стандартов по ЭМС.

Однако до испытаний, в процессе разработки и экспериментальной доводки проектируемых изделий обычно используют осциллографы, преимущественно с плавающим (батарейным) питанием и самописцы.

Самописцы помогают найти плохие (шуршащие) контакты в цепи заземления и питания аппаратуры, а также редко появляющиеся сбои в СА. Для этого с помощью многоканального компьютерного самописца контролируют интересующий параметр, напряжение в цепи низковольтного питания, в питающей сети 220 В и разность напряжений между несколькими точками системы заземления. Непрерывная запись параметров процесса и напряжений позволяет установить причинно - следственную связь между сбоями технологических параметров и выбросами напряжения в цепи питания и заземления.

Осциллографы с плавающим питанием позволяют контролировать величину и частоту помехи на клеммах заземления в монтажных шкафах автоматики, оценить уровень и найти источник магнитного поля помехи с помощью антенны из нескольких витков провода, подключенной к осциллографу.

Аналогично можно найти источник электрического поля с помощью пластины (обкладки конденсатора).

Идеальным прибором для исследования помех мог бы стать миниатюрный цифровой осциллограф с малой емкостью на землю (в том числе на руки оператора), с батарейным питанием, имеющий потенциальный, токовый и электрометрический входы и передающий сигнал в компьютер через оптический кабель.

17.9. Гальваническая развязка

Гальваническая развязка (изоляция) цепей является радикальным решением большинства проблем, связанных с заземлением, и ее применение фактически стало стандартом в системах ПА.

Для осуществления гальванической развязки необходимо обеспечить подачу электроэнергии в изолированную часть цепи и обмен с ней сигналами. Подача энергии выполняется с помощью развязывающего трансформатора (в DC-DC или AC-DC- преобразователях) или с помощью автономных источником питания: гальванических батарей и аккумуляторов. Передача сигнала осуществляется через оптроны и трансформаторы, элементы с магнитной связью, конденсаторы или оптоволокно.

Основная идея гальванической развязки заключается в полном устранении пути, по которому возможна передача кондуктивной помехи.

Гальваническая изоляция позволяет решить следующие проблемы:

· исключает появление паразитных токов по шине земли, вызванных разностью потенциалов отдаленных друг от друга земель, и тем самым снижает индуктивные наводки, вызванные этими токами;

· уменьшает практически до нуля напряжение синфазной помехи на входе дифприемника аналогового сигнала (например, на рис.17.18 синфазное напряжение на термопаре относительно земли не влияет на дифференциальный сигнал на входе модуля ввода);

· защищает входные и выходные цепи модулей в-в от пробоя большим синфазным напряжением (например, на рис. 17.18 синфазное напряжение на термопаре относительно земли может быть как угодно большим, если оно не превышает напряжение пробоя изоляции).

Для применения гальванической развязки СА делится на автономные изолированные подсистемы, обмен информацией между которыми выполняется с помощью элементов гальванической развязки. Каждая подсистема имеет свою локальную землю и локальный источник питания. Подсистемы заземляют только для обеспечения электробезопасности и локальной защиты от помех.

Основным недостатком цепей с гальванической развязкой является повышенный уровень помех от DC-DC-преобразователя, который, однако, для низкочастотных схем можно сделать достаточно малым с помощью цифровой и аналоговой фильтрации. На высоких частотах емкость подсистемы на землю, а также проходная емкость элементов гальванической изоляции являются фактором, ограничивающим достоинства гальванически изолированных систем. Емкость на землю можно уменьшить, применяя оптический кабель и уменьшая геометрические размеры изолированной системы.