12 Jun Die Fakten und Mythen der isolierten Erdung – Teil 1
Posted at 11:23hin Grounding / BondingbyiGround
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Es ist nicht ungewöhnlich, in ein Rechenzentrum oder einen Kommunikationsraum zu treten und eine orangefarbene Steckdose an der Wand zu erkennen. Wenn Sie jemanden fragen, was das ist, erhalten Sie im Allgemeinen eine Antwort wie ‚Das ist unsere Notstromversorgung‘ oder ‚Das ist unser lärmfreier Boden‘. Es ist jedoch genauso üblich, von dieser Person ein Achselzucken zu bekommen, wenn sie gefragt wird, warum sie eine hat. Zu diesem Tag, Ich finde, dass viele Rechenzentren und Kommunikationspersonal nicht bewusst sind, dass die Telekommunikationsstandards auf ihre Stirn runzeln use…in tatsächlich weist Building Industry Consulting Services International (BICSI) einen Kommunikationsverteilungsdesigner ausdrücklich an, sich in seinen Referenzhandbüchern von solchen Verdrahtungsschemata fernzuhalten.
Warum ist isolierte Erdung (IG) ein Problem? Wo ist es entstanden? Und gibt es eine Wahrheit an einem IG-System, das Lärmproblemen hilft?
Dieser zweiteilige Blogartikel befasst sich mit diesen und anderen Fragen, sodass der Leser über deren Verwendung informiert und bis zu einem gewissen Grad gewarnt werden kann, wenn er bereits vor Ort beschäftigt ist. Der erste Teil dieses Artikels konzentriert sich auf elektrisches Rauschen und den theoretischen Bedarf an IG sowie auf die Installationsanforderungen und Sicherheitsverletzungen, die bei den schlechten Verdrahtungsmethoden des IG-Systems auftreten können. Der zweite Teil des Artikels konzentriert sich auf die technischen Probleme mit IG und die schnelle und einfache Messung, um festzustellen, ob IG ein Problem für Sie auf Ihrer Website darstellt.
Wo soll ich anfangen?
Ein isoliertes Erdungssystem (IG) wird häufig angegeben, wenn Bedenken hinsichtlich des elektrischen Rauschens des Erdungssystems des Geräts bestehen, das Betriebsprobleme für elektronische Geräte verursacht. Durch die Einbeziehung eines IG-Systems im Gegensatz zu einem fest geerdeten (SG) -System würde man geneigt sein zu glauben, dass etwas getan wurde, um potenzielle Probleme zu beheben. Leider verursachen selbst ordnungsgemäß installierte IG-Systeme erhebliche Betriebsprobleme, selbst wenn sie gemäß den Anforderungen des National Electrical Code und den empfohlenen Praktiken des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) installiert werden. Um zu verstehen, wie IG-Systeme installiert werden und ob sie wirklich funktionieren oder nicht, müssen wir die Gründe für die Angabe eines solchen Systems verstehen. Dies erfordert einen genauen Blick auf die Ursache und Wirkung von ‚elektrischem Rauschen’…
Was ist ‚Elektrisches Rauschen‘?
Elektrisches Rauschen ist ein allgemeiner Begriff, der von Fachleuten und Laien gleichermaßen verwendet wird, um ein Ereignis zu beschreiben, das den Betrieb elektronischer Geräte stört. Der richtige Begriff dafür ist jedoch Gleichtaktspannung. Gleichtaktspannung ist ein unerwünschtes Signal, das zwischen Schaltungsleitern und Masse auftritt und beabsichtigte Signale zwischen Geräten nachahmen kann, häufig in den falschen Intervallen. Insbesondere die Gleichtaktspannung zwischen Neutralleiter und Masse ist für Stromversorgungsdesigner von größter Bedeutung. Dies liegt daran, dass zwischen diesen beiden Punkten innerhalb der Stromversorgung des Geräts keine Filterung vorhanden ist. Infolgedessen ist eine Störung, die auf der AC-Seite der Stromversorgung (d. H. Dem AC-Erdungssystem) erzeugt wird, der DC-Seite (bekannt als Chassis-Masse) gemeinsam, daher der Begriff Gleichtakt.
Gleichtaktspannungsquellen
Nahezu alle Geräte mit Ausnahme von Glühlampen sind Gleichtaktspannungsquellen. Jedes Gerät, das Motoren enthält, leitet Gleichtaktströme direkt an den Erdungsleiter des Geräts an. Dazu gehören Verkaufsautomaten, Kopierer, Laserdrucker, Kühlgeräte, USV’s usw.
Studien haben auch gezeigt, dass lose Verbindungen an der Erdung des Geräts oder an Neutralleitern, die mechanischen Vibrationen ausgesetzt sind, auch elektrisches Rauschen auf mittlerem Niveau verursachen oder das Problem bei vorhandener Gleichtaktspannung verstärken können. Andere Quellen können über elektromagnetische Störungen (EMI) oder Hochfrequenzstörungen (RFI) eine Spannung am Erdungskreis induzieren. Radio- / TV-Antennen, Bewegungsmelder, Funkgeräte, Mobiltelefone, Pager und Leuchtstofflampen verursachen diese Art von Störungen.
Unabhängig von der Quelle der Störung wird vom (IEEE) Standard 1100 (Emerald Book) akzeptiert, dass jede Spannung von mehr als 1 Volt zwischen Neutralleiter und Masse am Eingang elektronischer Geräte wahrscheinlich zu Fehlfunktionen des Geräts führt.
Wie wirkt es sich auf die Ausrüstung aus?
Elektronische Geräte kommunizieren sowohl intern als auch mit anderen Geräten über einen digitalen Impuls, der als Bit oder eine als Byte bezeichnete Bitfolge bezeichnet wird. Ein typisches Bit, gezeigt in Zeichnung 1, ähnelt dem eines Rechteckimpulses, obwohl, realistisch, Die Wellenform ist weniger linear als oft dargestellt. Die Amplitude dieses Impulses variiert je nach Gerätedesign und Anwendung. Typischerweise arbeiten Transistor-Transistor-Logik (TTL) und komplementäre Metalloxid-Halbleiter (CMOS) -Logik bei 5 Volt. Wenn der Impuls aktiv ist, wird gesagt, dass er sich im Zustand Logisch 1 oder hoch befindet. Wenn der Impuls nicht aktiv ist, spricht man von Logisch 0 oder einem niedrigen Zustand.
An der Vorder- und Hinterflanke des Impulses befinden sich Übergangspunkte. Hier liegt der Impuls für kurze Zeit weder bei logisch 1 noch bei logisch 0. Wenn gleichzeitig mit dem Auftreten der Übergangspunkte eine zufällige Gleichtaktspannung zwischen dem Neutralleiter und der AC-Gerätemasse auftritt, ist es möglich, dass das beabsichtigte Signal umgekehrt wird. Infolgedessen gibt es ein Bit weniger im Informationsstrom, der zur Schaltung innerhalb des Geräts oder zu einem externen Gerät gelangt. Wenn dieses auftritt, funktioniert die interne Schaltung nicht infolge des Paritätsfehlers zur Bitstruktur, mit dem Ergebnis der Ausrüstungsfunktionsstörung.
Die Büchse der Pandora
1980 begann ein renommierter Gerätehersteller mit der Enthüllung seiner Hochgeschwindigkeits-Datenverarbeitungsprodukte, ein einzigartiges Erdungsdesign namens Isolated Ground zu spezifizieren. Die Absicht war es, einen isolierten Erdungsleiter für Geräte zum Erdungsanschluss orangefarbener IG-Buchsen zu führen, die dazu bestimmt sind, den Erdungsanschluss für kabelgebundene Geräte vom Montageband der Steckdose selbst zu trennen. Somit werden ZWEI Ausrüstungsgründe installiert (und müssen daher gewartet werden). Das Ziel des IG-Systems bestand darin, die Null-Volt-Referenz (die durch die Neutralleiter-Erdungsverbindung am Eingang des elektrischen Dienstes erzeugt wurde) auf den Neutralleiter-Eingang am Gerätestandort auszudehnen. Die gewünschte Absicht (und NEC-konform) des IG sollte ungefähr so aussehen wie in Abbildung 2 unten.
In den nächsten Jahren spezifizierten andere Gerätehersteller die gleiche Art von Erdungssystem. Leider waren die meisten Gerätehersteller bei den genauen Anforderungen einer IG-Installation nachlässig. Einige Elektriker mussten sich auf ihre eigene Interpretation verlassen, wie es installiert werden sollte. Erschwerend kommt hinzu, dass der National Electrical Code und die IEEE keine Anforderungen an die Installation eines solchen Erdungssystems hatten. Infolgedessen kam es an vielen Standorten aufgrund der unsachgemäßen Installation der IG-Schaltung zu schwerwiegenden Sicherheits- und Geräteleistungsproblemen. Tatsächlich sind viele der heute noch verwendeten Systeme potenzielle Sicherheits- (Stromschlag und Feuer), Blitz- und Betriebsgefahren.
Die NFPA beteiligt sich
1981 erlitt ein Unternehmen in Chicago, IL, einen erheblichen Brandschaden, der direkt auf einen Erdschluss an einem falsch installierten IG-System zurückzuführen war, bei dem die physische Installation verhinderte, dass genügend Strom den Leistungsschalter auslöste. Ein grundlegendes Diagramm dieser Art von unsachgemäßer Verdrahtung ist unten zu sehen, wo ein separat angetriebener Erdungsstab verwendet wird, um auf den isolierten Erdungsbus für Geräte in einem Unterpanel zu verweisen.
Als Reaktion auf diese und andere Vorfälle stellten die Autoren des National Electrical Code 1984 Installationsanforderungen für einen isolierten Erdungsleiter für Geräte bereit.
In der Version 2002 des NEC® enthält Abschnitt 250.146 (d) die Installationsanforderungen des IG-Systems, führt den Installateur jedoch nicht an, ob seine Verwendung von Vorteil ist oder nicht. Zusammenfassend erfordert der Code, dass ein isolierter Geräterdungsleiter (Mindestgröße gemäß Tabelle 250-122) mit den Stromkreisleitern vom Geräterdungsanschluss an der Steckdose zum Geräterdungsanschluss am abgeleiteten System oder Dienst geführt wird. Aus Sicherheitsgründen ist es wichtig zu beachten, dass der IG-Erdungsleiter nicht in seiner eigenen Leitung oder außerhalb des Abzweigkreises oder der Speiseleitung verlegt werden kann. Außerdem kann der IG-Ausrüstungserdungsleiter nicht zu einem einzelnen Erdungsstab beendet werden.
Aus Gründen der Geräteleistung empfiehlt die IEEE, dass der IG-Leiter und die Schaltungsleiter in metallischen Leitungen enthalten sind, um sie vor abgestrahlter EMI / RFI zu schützen. Sie empfehlen außerdem, für jeden einzelnen Zweigkreis einen separaten heißen, neutralen und Geräteerdungsleiter bereitzustellen. Diese von IEEE empfohlene Verdrahtungspraxis wird jedoch von den meisten Elektroinstallateuren als unerschwinglich angesehen und ist auf dem Gebiet selten anzutreffen. Aber selbst wenn die erforderlichen und empfohlenen Designpraktiken befolgt werden, muss man fragen ….
Funktioniert ein IG-System wirklich?
Die kurze Antwort auf diese Frage lautet „NEIN“. Und es funktioniert nicht nur nicht, Studien haben gezeigt, dass es Probleme verursachen kann, wo man sie nicht erwarten würde. In einigen Fällen sind IG-Systeme dafür bekannt, Gleichtaktspannungsprobleme zu verschlimmern … oder im Extremfall Gleichtaktspannung zu erzeugen, wo keine sein sollte!
Es gibt viele Gründe, warum das IG-System unwirksam ist. Berücksichtigen Sie jedoch insgesamt die Tatsache, dass jede Site einzigartig ist. Daher kann sich die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zwischen Geräten, geschweige denn zwischen jedem Zweigkreis, dramatisch ändern. Aus diesem Grund sind die Variablen, die elektrische Störgeräusche verursachen, verhindern und verstärken, gleichermaßen dynamisch. In unserer nächsten Installation werden wir uns mit den technischen Problemen befassen, die IG daran hindern, uns zu helfen. Und wenn Sie es bereits verwenden, werden wir diskutieren, wie Sie es testen können, um zu sehen, ob es ein Problem für Sie verursacht … alles mit einem Run-of-the-Mill VOM?
