Энциклопедия АСУ ТП Спонсор проекта: Skip Navigation LinksЭнциклопедия АСУ ТП : 3 Защита от помех : 3.1 Источники помех : 3.1.4 Статическое электричество Соспонсор:




Робот BotEyes




Промышленные контроллеры RealLab!

3.1.4. Статическое электричество

Статическое электричество возникает на диэлектрических материалах. Величина заряда зависит от скорости движения трущихся тел, их материала и величины поверхности соприкосновения. Примерами трущихся тел могут быть:

  • ременный привод;
  • лента конвейера;
  • синтетическая одежда и обувь на теле человека;
  • поток непроводящих твердых частиц (пыли), газа или воздуха через сопло;
  • движение непроводящей жидкости, заполняющей цистерну;
  • автомобильные шины, катящиеся по непроводящей дороге;
  • резиновые ролики под стульями, когда стулья перемещаются по непроводящему полу.

Человек, идущий по синтетическому ковру, может приобрести на теле потенциал 15 кВ относительно земли и окружающих предметов [Эрглис], рис. 3.67.

Ременный привод, состоящий из диэлектрического ремня и двух шкивов, является наиболее общим примером генератора статического электричества. Потенциал статического заряда на ремне может достигать 60…100 кВ и пробиваемый воздушный промежуток - 9 см. Поэтому на взрывоопасных производствах (элеваторы, мельницы) ремни используют с проводящими присадками или металлизацией.

Для снятия зарядов с ремней и других электризующихся предметов используют заземленный подпружиненный металлический гребешок или щетку, которые касаются движущейся поверхности. ленты электризуются хуже ременного привода вследствие низкой скорости движения.

Вторым способом борьбы со статическим электричеством является применение увлажнителя воздуха в помещении для получения влажности выше 50% (см. рис. 3.67).

Для уменьшения зарядов на теле человека используют заземление запястья работников, электропроводные полы, электропроводную одежду, увлажнение воздуха.

Электростатический заряд создает вокруг себя электрическое поле, которое при достижении напряженности поля пробоя изоляции вызывает электростатический разряд. Разряд представляет собой импульсный перенос заряда между телами с разными потенциалами. В результате протекания тока разряда по проводникам появляется кондуктивная помеха, во время разряда излучается электромагнитный импульс, а пробой изоляции может привести к потере работоспособности электронных устройств.

Рис. 3.67. Максимальное напряжение, до которого может быть заряжен человек при контакте с указанными материалами (ГОСТ Р 51317.4.2)

Рис. 3.68. Форма разрядного тока испытательного пистолета (ГОСТ Р 51317.4.2)

Форма импульса, которым испытываются электронные устройства на устойчивость к электростатическим разрядам, и приближенно соответствующая форме импульса в реальных условиях эксплуатации приборов, приведена на рис. 3.68. Величина перетекающего заряда определяется емкостью заряженного тела. Напряжение при испытаниях устанавливается в зависимости от степени жесткости испытаний от 2 до 8 кВ при контактном разряде и до 15 кВ при воздушном (табл. 3.24). Воздушный разряд более приближен к реальности, но он трудно воспроизводим, поэтому при испытаниях используют также и контактный разряд.

Табл. 3.24. Величина испытательного напряжения

Контактный разряд

Воздушный разряд

Степень жесткости

Испытательное напряжение, кВ

Степень жесткости

Испытательное напряжение, кВ

1

2

1

2

2

4

2

4

3

6

3

8

4

8

4

15

Результатом возникновения статических электрических зарядов может быть пробой входных каскадов измерительных систем, появление линий на CRT (Cathode Ray Tube) мониторах, перевод триггеров в другое состояние, поток ошибок в цифровых системах, пробой изоляции гальванически изолированных цепей, воспламенение взрывоопасной смеси, электромагнитный импульс, кондуктивная помеха от импульса тока, возникающего во время разряда.

Для защиты систем автоматики от сбоев используют электростатические экраны, соединенные с экранным заземлением, преобразователи интерфейсов с защитой от статического электричества (например, преобразователь интерфейсов NL-232C фирмы Reallab! имеет защиту от статических зарядов с потенциалом до ±8 кВ по стандарту IEC1000-4-2).

В параметрах устройств автоматики иногда указывают величину напряжения, которым испытывались входные, выходные и интерфейсные цепи на воздействие электростатического заряда.

3.1.5. Помехи через кондуктивные связи

Кондуктивные связи (от слова "conductor" - "проводник") - это связи через электропроводную среду, например, через общую шину заземления или по влажной поверхности диэлектрика. Их источниками являются соседние электрические цепи (см. раздел "Паразитные кондуктивные связи").

3.1.6. Электромагнитные помехи

Электромагнитные помехи создаются проводниками, по которым течет переменный электрический ток или между которыми имеется переменное напряжение. Помеха может существовать в виде электромагнитной волны, когда расстояние от источника помехи до приемника превышает длину волны , или в виде преобладающего электрического или магнитного поля около источника. Если расстояние до излучаемого элемента (антенны) превышает , такое электромагнитное поле называют полем дальней зоны, в противоположном случае - полем ближней зоны.

Рис. 3.69. Наведение электромагнитной помехи через взаимную индуктивность и магнитопровод

В ближней зоне моделью передачи помехи является емкостная или индуктивная связь, в дальней зоне - модель распространения радиоволн от передающей к приемной антенне. Излученная мощность прямо пропорциональна квадрату частоты. Поэтому, например, на частоте 50 Гц излучения практически нет и помеха передается через емкостную или индуктивную связь.

Источником электромагнитного поля помехи может быть радиомодем, радио- или сотовый телефон, радиоретранслятор, сотовый передатчик на крыше здания, двигатель с искрящимися щетками, электросварочный аппарат, трамвай, люминесцентные лампы, тиристорный регулятор, компьютер, телевизионные и радиостанции, цифровая часть измерительной системы, реле регулятора, космическое коротковолновое излучение, удар молнии и др.

Источником электромагнитной помехи может быть и сама системы автоматики, содержащая компьютер, реле, тиристоры, мощные выходы дискретных модулей. Сильным источником электромагнитных помех являются оптоволоконные передатчики, поскольку они потребляют большой ток и работают на высоких частотах. Излучаются такие помехи с помощью случайных проводников, образующих дипольную или рамочную антенну. Дипольная антенна является источником преимущественно электрического поля в ее окрестности, рамочная - источником магнитного поля. Вдали от таких источников доминирующего поля нет, есть поперечная электромагнитная волна. Реальные системы образуют множество излучающих антенн, состоящих из проводов, кабелей и различных металлических поверхностей.

Помехи с частотой выше 100 кГц находятся обычно за границей частотного диапазона измерительных систем, однако высокочастотные помехи могут быть нежелательным образом выпрямлены или перенесены в область более низких частот с помощью нелинейных характеристик диодов и транзисторов, расположенных на измерительной плате и внутри микросхем.

Наводятся электромагнитные помехи на всех проводящих предметах, которые в рассматриваемом случае играют роль антенн. Мощность наведенной помехи зависит от площади контура, охваченного проводником и его сопротивления. Помеха, наведенная в "антенне", кондуктивным путем может передаваться в сигнальные цепи или цепи заземления, вызывая поток ошибок в цифровых схемах или погрешность передачи сигнала в аналоговых.

Наиболее распространенным приемником электромагнитных помех являются длинные провода: цепи заземления, промышленные сети (полевые шины), кабели, соединяющие датчики и модули аналогового ввода, кабели информационных коммуникаций. Подробнее о защите кабелей систем автоматизации от электромагнитных помех см. [Денисенко]. "Замаскированными" приемниками электромагнитных помех являются металлические конструкции в зданиях: металлические стеллажи, окна с металлической рамой, трубы водоснабжения и отопления здания, защитное контурное заземление здания.

Рис. 3.70. Изменение направления магнитного поля через промежуточный короткозамкнутый виток

Основным методом борьбы с электромагнитными наводками является уменьшение площади контура, принимающего помеху, и применение дифференциального способа передачи сигнала в сочетании с витыми парами проводов. Однако даже в контуре с маленькой площадью может наводиться большая помеха, если при монтаже допустить ошибку, показную на рис. 3.69: в железной раме стеллажа (стола или другой конструкции), выполняющей роль магнитопровода, от источника тока наводится магнитное поле помехи , которое наводит напряжение во втором витке провода. Два витка и сердечник в этом примере образуют трансформатор с ферромагнитным сердечником.

Второй аналогичный эффект иллюстрируется рис. 3.70: ток взаимной индукции, протекая через короткозамкнутый виток, создает магнитное поле, которое наводит э. д. с. в соседнем контуре. Отметим, что в данном примере короткозамкнутый виток изменяет направление магнитного поля, поэтому помеха может наводиться и в плоскости, перпендикулярной плоскости контура тока молнии . Множество короткозамнутых витков существует в металлической решетке железобетонной конструкции здания.

3.1.7. Другие типы помех

В измерительных цепях, находящихся в состоянии движения (вибрации), источником помех может быть трибоэлектричество, возникающее при трении тел из различных материалов, а также пьезоэлектричество и эффект электростатического или электромагнитного микрофона.

Методы борьбы с помехами такого типа сводятся к закреплению и механическому демпфированию движущихся частей электрической схемы.

В системах с очень высокой чувствительностью могут наблюдаться паразитные напряжения, вызванные термоэлектрическим эффектом в контактах разнородных металлов (например, медь и оловянно-свинцовый припой). Эти источники помех опасны тем, что встречаются редко, поэтому о них часто забывают.


© RLDA Ltd. info@rlda.ru  Рейтинг@Mail.ru Спонсоры проекта: , а также