Элементы защиты от перенапряжений, устанавливаемые в цепях питания, служат для исключения проникновения в устройства и оборудование, эксплуатируемое в помещениях, импульсов, способных вызвать помехи или повреждения, или же для снижения остаточного напряжения устройств грубой защиты до допустимых для установленного оборудования значений. В качестве примера на рис. 5.1 приведена схема грубой защиты при централизованном питании. Она защищает фазу и нейтраль от поступающих внешних перенапряжений и состоит из параллельно включенных в каждой цепи разрядника с поверхностным разрядом и металлооксидных варисторов с тепловой сигнализацией. Разрядники способны выдерживать токи, обусловленные молнией, и гасить дугу сопровождающего тока. При приходе импульса перенапряжения сначала работает варистор (время срабатывания примерно 25 нс), а затем срабатывает разрядник с запаздыванием порядка микросекунд.

       Элементы, ограничивающие перенапряжения в этой области, должны, с одной стороны, обладать способностью отводить сильные импульсные токи (до 10 кА), а с другой - быстро ограничивать перенапряжения, близкие по значениям к рабочим напряжениям. Эти требования удовлетворяются в многоступенчатых схемах. На рис. 5.2 приведена схема одного из таких устройств, состоящего из газонаполненного разрядника, металлооксидного варистора (грубая защита) и ограничительного стабилитрона (тонкая защита). При появлении импульса перенапряжения сначала срабатывает стабилитрон. Ток i₁ вызывает падение напряжения на индуктивности L₁ U_L1=L₁di₁/dt, что приводит к срабатыванию варистора. Под воздействием напряжения U_L2=L₂di ₂/dt разрядник пробивается. Таким образом приходящий импульс (10 кВ) со скоростью изменения 1 кВ/мкс ступенчато ограничивается до 35 В.

       На рис. 5.3 в качестве примера приведена схема адаптера для устройства V.24/RS232C. Он рассчитан на ток до 5 кА (импульс 8/20 мкс), срабатывает за время 100 пкс, ограничивает напряжение крутизной 1 кВ/мкс до 20 В и позволяет передавать информацию до 40 Кбайт/с.

Каждая система опорного потенциала, связывающая в аналоговых и цифровых устройствах сигнальные и питающие цепи, таит в себе опасность гальванических влияний. Физическая структура системы выбирается в соответствии с рабочими частотами. Например, при частотах менее 10 кГц (аналоговая часть, системы питания) ее следует выполнять в виде звезды, а при частотах более 100 кГц (цифровая часть) - в виде закольцованной структуры.
       Как правило, имеющиеся в приборе системы опорных потенциалов различных функциональных групп объединяются в центральной точке, которая и соединяется с корпусом или системой защитного заземления (рис. 5.4).

       В устройствах автоматизации со многими приборами или шкафами взаимные помехи будут наименьшими, если все корпуса и проводящие детали здания и устройства находятся под одним напряжением. Для этого приборы автоматизации подходящим образом соединяют с заземляющим устройством, требующимся также для защиты от напряжения прикосновения, грозовых и коммутационных перенапряжений, а также для рабочего заземления электротехнических установок.
       Сильноточное заземляющее устройство состоит, как правило, из фундаментного заземлителя (кольцеобразного сборного проводника, расположенного на нижнем этаже здания, рис. 5.5), к которому присоединены все естественные и дополнительные заземлители. К естественным заземлителям относятся все металлические элементы, соприкасающиеся с землей (трубы, фундамент здания, металлические конструкции технических и технологических агрегатов, оболочки кабелей, рельсовые пути, экраны кабельных каналов, приходящих в здание), а также система заземления электрооборудования.
       Для заземления электронных промышленных средств в устройствах автоматизации применяют в основном два вида соединений заземляющих проводов: соединение их в звезду или присоединение к плоскому заземлителю.
       При соединении в звезду изолированные провода системы опорного потенциала всех приборов объединяются в одной точке, также изолированной, которая кратчайшем путем соединяется с системой заземления, предназначенной для электротехнических установок и грозозащиты (рис. 5.5а).

       При использовании плоского заземлителя системы опорного потенциала непосредственно соединяются с корпусами приборов (рис. 5.4), которые проводниками кратчайшим путем связываются с изолированным плоским заземлителем, сооруженным на полу производственного помещения, подсоединенным в одной точке к заземлению электротехнических устройств (рис. 5.5б).
       Соединения в звезду являются классическим видом заземления аналоговых и небыстродействующих цифровых устройств автоматизации.
       Для быстродействующих устройств полные сопротивления отдельных расположенных в виде лучей проводов аземления становятся слишком высокими, чтобы гарантировать нормальное функционирование заземляющего устройства, и поэтому используется плоское заземление.
       На практике часто применяют комбинацию этих двух видов заземления: в производственных с управляющей и вычислительной техникой - плоское заземление, а в пределах общего пространственно разветвленного устройства, которое, естественно, может содержать также аналоговые компоненты - звездой. В этом случае повторяется принцип занулений внутри прибора (рис. 5.6).

В е р с т к а :   Б е к р е н е в   С е м ё н