Fakta och myter om isolerad jordning-Del 1 / iGround

12 Jun fakta och myter om isolerad jordning – Del 1

allmänt

det är inte ovanligt att gå in i ett datacenter eller kommunikationsrum och upptäcka ett orange uttag monterat på väggen. Fråga någon vad det är och du får i allmänhet ett svar som ’det är vår nödkraft’ eller ’det är vår brusfria Mark’. Det är lika vanligt, fastän, att få en axelryckning från den personen när frågade ’varför’ de har en. Till denna dag, jag tycker att många datacenter och kommunikationspersonal är omedvetna om att telekommunikationsstandarder rynka pannan på deras use…in faktum är att Building Industry Consulting Services International (BICSI) specifikt instruerar en kommunikationsdistributionsdesigner att hålla sig borta från sådana kabelsystem i sina referensmanualer.

Varför är isolerad jordning (IG) ett problem? Var har den sitt ursprung? Och finns det någon sanning i ett IG-system som hjälper bullerproblem?

denna tvådelade bloggartikel behandlar dessa frågor och andra, så läsaren kan utbildas om deras användning och till viss del varnas om de redan är anställda på plats. Den första delen av denna artikel kommer att fokusera på elektriskt brus och det teoretiska behovet av IG, liksom installationskraven och säkerhetsöverträdelser som kan uppstå med IG-systemets dåliga ledningsmetoder. Den andra delen av artikeln kommer att fokusera på de tekniska problemen med IG och snabb och enkel mätning för att avgöra om ig är ett problem för dig på din webbplats.

Var ska man börja?

ett isolerat jordningssystem (ig) specificeras ofta där det finns en oro för elektriskt brus på utrustningens jordningssystem som orsakar driftsproblem för elektronisk utrustning. Genom att införliva ett IG-system i motsats till ett solidt jordat (SG) – system skulle man vara benägen att tro att något hade gjorts för att åtgärda potentiella problem. Tyvärr skapar även korrekt installerade ig-system betydande operativa problem, även om det är installerat enligt National Electrical Code-krav och Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) rekommenderade metoder. För att förstå hur man installerar ig-system, och huruvida de verkligen fungerar, måste vi förstå resonemanget för att specificera ett sådant system. Detta kräver en närmare titt på orsaken och effekten av ’elektriskt brus’ …

Vad är ’elektriskt brus’?

elektriskt brus är en allmän term som används av både professionella och lekmän för att beskriva en händelse som stör driften av elektronisk utrustning. Den korrekta termen för det är dock common-mode spänning. Common-mode spänning är en oönskad signal som uppstår mellan kretsledare och jord som kan efterlikna avsedda signaler mellan enheter, ofta med fel intervall. Specifikt är common-mode spänningen mellan neutral och jord av största vikt för strömförsörjningsdesigners. Detta beror på att det saknas filtrering mellan dessa två punkter inom utrustningens strömförsörjning. Som ett resultat är en störning som genereras på ac-sidan av strömförsörjningen (dvs AC-jordningssystemet) vanligt för dc-sidan (känd som chassijord), därav termen common-mode.

källor för Common-Mode spänning

nästan all utrustning, med undantag för glödlampor, är en källa till common-mode spänning. Alla enheter som innehåller motorer kommer att rikta-par common-mode strömmar till utrustningen jordningsledaren. Dessa inkluderar automater, kopiatorer, laserskrivare, kylenheter, UPS, etc.

studier har också visat att lösa anslutningar på utrustningen jordning eller neutrala ledare som utsätts för mekanisk vibration kan också orsaka mid-level elektriskt brus eller kan förvärra problemet där det finns en befintlig common-mode spänning. Andra källor kan inducera en spänning på jordkretsen via elektromagnetisk störning (EMI) eller radiofrekvensinterferens (RFI). Radio / TV-antenner, rörelsedetektorer, tvåvägsradio, mobiltelefoner, personsökare och lysrör ger upphov till dessa typer av störningar.

oavsett källan till störningen accepteras det av (IEEE) Standard 1100 (Emerald Book) att någon spänning större än 1 volt mellan neutral och jord vid ingången till elektronisk utrustning sannolikt kommer att orsaka fel på utrustningen.

hur påverkar det utrustningen?

elektronisk utrustning kommunicerar både internt och med andra enheter genom en digital puls som är känd som en bit eller en sträng bitar som kallas byte. En typisk bit, som visas i ritning 1, liknar den hos en kvadratvågpuls men realistiskt är vågformen mindre linjär än ofta avbildad. Amplituden för denna puls varierar med utrustningens design och applikation. Typiskt arbetar transistor-transistorlogik (TTL) och komplementär metalloxidhalvledare (CMOS) logik vid 5 volt. När pulsen är aktiv sägs den vara i logik 1 eller högt tillstånd. När pulsen inte är aktiv kallas den logik 0 eller ett lågt tillstånd.

vid pulsens främre och bakre kant är övergångspunkter. Här, för en kort tid, är pulsen varken vid logik 1 eller logik 0. Om en slumpmässig common-mode spänning uppstår mellan neutral och ac utrustning marken samtidigt som övergångspunkterna inträffar, är det möjligt att den avsedda signalen kan vändas. Som ett resultat finns det en mindre bit i informationsströmmen som reser till kretsar inom enheten eller till en extern enhet. När detta inträffar kommer de interna kretsarna inte att fungera som ett resultat av paritetsfel till bitstrukturen, vilket resulterar i utrustningsfel.

Pandora ’ s Box

1980, med avtäckningen av deras höghastighetsdatabehandlingsprodukter, började en ansedd utrustningstillverkare specificera en unik jordningsdesign som kallas en isolerad Mark. Avsikten var att kräva att en isolerad jordningsledare för utrustning skulle köras till jordningsterminalen på orange ig-behållare, som är utformade för att separera jordningsterminalen för sladdansluten utrustning från själva utloppets monteringsrem. Således installeras två utrustningsområden (och därför underhållas). Syftet med IG-systemet var att förlänga noll volt-referensen (skapad av neutral-equipment ground bond vid den elektriska serviceingången) till neutral-ground-ingången på utrustningsplatsen. Den önskade avsikten (och NEC-kompatibla) av IG ska se ut som Ritning 2 nedan.

under de närmaste åren specificerade andra utrustningstillverkare samma typ av jordningssystem. Tyvärr var de flesta utrustningstillverkare slappa i de exakta kraven för en ig-installation. Vissa elektriker var tvungna att förlita sig på sin egen tolkning av hur den skulle installeras. För att göra saken värre hade National Electrical Code och IEEE inga krav på installation av ett sådant jordningssystem. Som ett resultat upplevde många webbplatser allvarliga säkerhets-och utrustningsproblem på grund av felaktig installation av IG-kretsen. Faktum är att många av de system som fortfarande används idag är potentiell säkerhet (elektriska stötar och brand), blixtnedslag och operativa risker.

NFPA blir involverad

1981 upplevde ett företag i Chicago, IL betydande brandskador som direkt tillskrivs ett markfel på ett felaktigt installerat ig-system där den fysiska installationen hindrade den från att tillåta tillräcklig ström för att utlösa brytaren. Ett grundläggande diagram över denna typ av felaktig ledning kan ses nedan, där en separat driven jordstång används för att referera till den isolerade utrustningens jordbuss i en underpanel.

1984, som svar på detta och andra incidenter, tillhandahöll författarna till National Electrical Code installationskrav för en isolerad jordledare för utrustning.

i 2002 års version av NEC 250.146 (d) Anges installationskraven för Ig-systemet, men det vägleder inte installatören om huruvida användningen är fördelaktig eller inte. Sammanfattningsvis kräver koden att en isolerad jordningsledare för utrustning (minsta storlek per tabell 250-122) körs med kretsledarna från utrustningens jordterminal vid behållaren till utrustningens jordningsterminal vid det härledda systemet eller tjänsten. Av säkerhetsskäl är det viktigt att notera att ig-utrustningens jordledare inte kan köras i sin egen ledning eller köras utanför grenkretsen eller matarledningen. Dessutom kan ig-utrustningens jordledare inte avslutas till en ensam jordstång.

för utrustningens prestanda rekommenderar IEEE att ig-ledaren och kretsledarna finns i metallrör för att skydda mot utstrålad EMI/RFI. De rekommenderar också en separat varm, neutral, och utrustning jordledare tillhandahållas för varje enskild grenkrets. Dock, denna IEEE rekommenderade ledningar praxis ses som kostnads oöverkomliga av de flesta elinstallatörer och sällan påträffas i fältet. Men även om de nödvändiga och rekommenderade designmetoderna följs måste man fråga….

fungerar ett IG-System verkligen?

det korta svaret på denna fråga är ”nej”. Och inte bara fungerar det inte, studier har visat att det kan introducera problem där du inte förväntar dig dem. I vissa fall har IG-system varit kända för att förvärra problem med common-mode-spänning … eller i extrema fall skapa common-mode-spänning där ingen borde vara!

det finns många anledningar till att IG-systemet är ineffektivt. Men, övergripande, överväga det faktum att varje webbplats är unik. Som sådan kan den elektromagnetiska kompatibiliteten (EMC) mellan enheter, än mindre varje grenkrets, förändras dramatiskt. Av denna anledning är variablerna som orsakar, förhindrar och förstärker elektriska brusstörningar lika dynamiska. I vår nästa installation kommer vi att ta itu med de tekniska problem som hindrar IG från att hjälpa oss. Och om du redan använder det, kommer vi att diskutera hur kan du testa det för att se om det orsakar ett problem för dig…alla med en run-of-the-mill VOM?