Unikanie elektrycznych pętli uziemienia

Pętle uziemienia (określone również jako ?zakłócenia?) w systemie elektrycznym wynikają z niepożądanego prądu, płynącego w przewodzie łączącym dwa punkty, które powinny być na takim samym potencjale elektrycznym, ale nie są. Wystąpienia takich warunków w pętli oprzyrządowania powoduje dodawanie lub odejmowanie prądu, lub napięcia elektrycznego w sygnale przyrządu, co dla działania systemu sterowania jest często zjawiskiem szkodliwym. Te zakłócenia, zależnie od swojego rodzaju, mogą mieć wpływ na wynik działania i niezawodność różnych elementów składowych systemu. Na przykład tradycyjne lub klasyczne urządzenia wejścia/wyjścia I/O 4-20 mA są odporne na wszystkie szumy, poza szumami wysokiej częstotliwości, takimi jakie są wytwarzane przez napędy zmiennej częstotliwości i urządzenia komutujące moc, oparte na bipolarnych tranzystorach z izolowaną bramką (IGBT).
Przeciwnie do powszechnego poglądu sygnały danych cyfrowych używane w architekturach komunikacyjnych typu fieldbus również są podatne na zakłócenia elektryczne.
Zminimalizowanie wpływu zakłóceń elektrycznych na działanie i niezawodność systemu sterowania wymaga:

  • użycia izolowanych źródeł zasilania prądu przemiennego ac,
  • ustalenia jednego, wspólnego dla całego systemu punktu uziemienia,
  • zapewnienia izolacji dla sygnałów niskonapięciowych (na przykład termopar),
  • zminimalizowania nadmiernego wpływu rozproszonych pól magnetycznych,
  • wyboru odpowiednich kabli oraz ich dróg prowadzenia, z uwzględnieniem odpowiedniego rozdzielania kabli i pojedynczego, wspólnego uziemienia.

Niewłaściwe metody uziemiania, takie jak uziemianie ekranowanych przewodów kablowych na obu końcach lub na złym końcu, są dobrze znanymi źródłami wywoływania zakłóceń elektrycznych, ale są problemem, który ciągle pojawia się w systemach sterowania i pomiarów.


Ekranowane przewody kablowe powinny być uziemione na jednym końcu i to najlepiej na końcu po stronie źródła zasilania. Drugi koniec powinien być owinięty taśmą i zabezpieczony (patrz rysunek ?Sposoby prawidłowego uziemiania ekranów?).
Większość błędnych projektów systemów uziemiania jest wynikiem mieszania podsystemów zasilania i uziemiania (takich jak AC, DC, ekrany, obudowy itp.) i/lub brak pojedynczego, wspólnie wydzielonego punktu uziemienia w systemie siatki uziomowej obiektu regulowanego.
Podsystemy zasilania i uziemienia powinny być wzajemnie rozdzielone, aż do ostatniego możliwego i/lub praktycznego punktu połączenia. Wówczas, i tylko wówczas, podsystemy powinny być połączone. Na przykład rozpatrzmy grupowanie czterech szafek sterowania i oprzyrządowania. Przy grupowaniu zasilania ac, dc, ekranów i obudów uziemienia powinny pozostać rozdzielone przechodząc przez szafki i powinny być dołączone do wydzielonej szafki, zawierającej szynę uziemienia. Izolowany przewód uziemienia z szafki zawierającej szynę uziemienia powinien być poprowadzony do odosobnionego (wydzielonego) punktu siatki uziomowej obiektu regulowanego.
W dużych obiektach przemysłowych dołączanie wszystkich głównych punktów uziemienia do tego samego punktu siatki uziomowej może nie być praktycznym rozwiązaniem. Zakładając, że siatka uziomowa obiektu jest prawidłowo zaprojektowana, różnica elektrycznego potencjału pomiędzy punktami dołączeniowymi siatki powinna być pomijalna, umożliwiając użycie różnych punktów dołączenia siatki uziomowej.
Pozostawienie nieskorygowanych elektrycznych pętli uziemienia może spowodować uszkodzenie sygnałów analogowych i cyfrowych i/lub szybkie lub stopniowe zniszczenie wyposażenia. Znalezienie i skorygowanie problemów może być żmudne i czasochłonne, ale praktycznie nie ma innych wyborów.