Заземление, экранирование и молниезащита приборов: недооценённый источник отказов

Заземление, экранирование и молниезащита приборов: недооценённый источник отказов

Периодические смещения показаний и сбои связи могут возникать из-за проводки, соединений уравнивания потенциалов, качества питания или импульсных перенапряжений. Прежде чем менять преобразователь, проверьте всю установку. Отдельно рассматривайте защитное заземление, опорный потенциал сигнала и экранирование кабеля.

Различайте защитное уравнивание потенциалов и опорный потенциал сигнала

Защитное уравнивание потенциалов ограничивает опасное напряжение прикосновения и обеспечивает необходимый путь тока повреждения. Опорный потенциал сигнала и экран кабеля выполняют другие функции. Разность опорных потенциалов может искажать сигнал, если в его цепь попадает нежелательный ток или превышается допустимое синфазное напряжение интерфейса.

В некоторых низкочастотных аналоговых цепях используют одну заданную точку подключения опорного потенциала сигнала. Это не означает, что можно отключать защитное заземление полевых приборов или заменять связанную сеть заземления предприятия одной изолированной точкой. Соблюдайте руководства оборудования, электрический проект и применимые требования безопасности.

Подключение экрана: с одного конца или с обоих?

Экран кабеля создаёт путь для токов помех; эффективность зависит от частоты, импеданса подключения и системы уравнивания потенциалов. Для некоторых низкочастотных аналоговых цепей распространено подключение с одного конца. Другие цепи, особенно высокочастотные, могут требовать подключения с обоих концов или по всей окружности экрана.

Выбирайте подключение экрана по руководствам оборудования на обоих концах и проекту электромагнитной совместимости EMC объекта. Если при двухстороннем подключении возможен нежелательный низкочастотный ток, оцените уравнивание потенциалов, развязку или одобренную ёмкостную схему. Не отключайте защитный проводник и не придумывайте подключение на месте ради устранения помех.

Каким путём молния воздействует на прибор

Импульсные перенапряжения могут проникать через питание, сигнальные и коммуникационные цепи, а также из-за разности потенциалов земли после прямого или близкого удара молнии. Располагайте и согласовывайте устройства SPDs на границах открытых воздействию кабелей или зон защиты; защита может понадобиться на обоих концах. Одно устройство SPD у одного преобразователя не заменяет полный проект молниезащиты.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (SPD) ограничивает импульс, отводя ток на землю, поэтому ему нужно короткое, прямое заземляющее соединение с низким импедансом. SPD на окрашенной панели с метровым тонким проводом малоэффективно; SPD, непосредственно соединённое с чистой шиной заземления, выполняет защитную функцию.

Практический список проверок заземления

Проверьте сеть защитного уравнивания потенциалов и предусмотренные подключения опорного потенциала сигнала. Не отключайте полевые заземления как универсальный способ борьбы с контурами заземления.

Проверьте каждый экран по утверждённой схеме подключения: непрерывность, длину открытого участка, кабельные вводы и требуемые соединения на обоих концах.

Разделяйте лотки. Не прокладывайте кабели 4–20 mA и цифровой связи в одном лотке с кабелями двигателей и силовыми кабелями; при необходимости пересекайте их под прямым углом.

Правильно подключайте SPD к системе уравнивания потенциалов. Качество защиты определяется его соединением с землёй: коротким, широким и прямым.

Проверьте заземляющую сетку предприятия. Приборное заземление, соединённое с корродированной или отключённой сеткой, не обеспечивает заземления.

Вопросы наладчиков

Вопрос 1. Почему показания уходят при пуске насоса?

Возможны провалы питания, индуктивная связь, разность опорных потенциалов, превышение пределов интерфейса и реальные изменения процесса. Безопасно запишите тренды питания и сигнала, проверьте трассы и сопоставьте событие с показаниями, прежде чем менять соединения уравнивания потенциалов. Сам симптом не доказывает наличия второго пути заземления.

Вопрос 2. Заземлять экран у преобразователя или в шкафу?

Соблюдайте требования оборудования и проекта EMC объекта. Для некоторых аналоговых петель обычно подключают экран только в шкафу, но цифровые интерфейсы, защита от перенапряжений и уравнивание потенциалов могут требовать другой схемы.

Вопрос 3. Нужна ли защита от перенапряжений в каждой петле?

Руководствуйтесь оценкой риска молнии и перенапряжений на объекте, подверженностью кабеля воздействиям, границами зон защиты и стойкостью оборудования. Учитывайте совместимость сигнала и напряжения, HART и требования взрывоопасной зоны там, где они применимы; само наружное размещение не определяет полный проект SPD.

Вопрос 4. Можно ли использовать экран как запасной проводник?

Никогда. Экран предназначен для экранирования, а не для проведения рабочего тока; такое использование лишает его назначения и напрямую вводит помехи в сигнал.

Другие технические руководства

• Выходные сигналы радарного уровнемера: как выбрать подходящий
• Техническое обслуживание радарного уровнемера: что делать и на что не тратить время

Обсудите свою задачу измерения с METRAVON

Технические источники

• Подключение экрана и уравнивание потенциалов