proprietăți de frecvență înaltă echipotențiale conductor

Terentev Dmitri, CTO COMMENG

Dacă excludem cazurile de alegeri greșite și greșeli rău în timpul asamblării, este de multe ori a constatat că sistemul de potențiale dispozitive de echilibrare și de legare la pământ nu îndeplinesc nici cerințele SAE. Îndeplinirea acestor cerințe asigură siguranța electrică, dar de multe ori acest lucru nu este suficient pentru compatibilitatea electromagnetică (EMC).

O condiție necesară pentru funcționarea normală a obiectului de comunicare moderne, în special în mediul electromagnetic complex (activitate mare furtuna, prezența turnuri de antene, linii de aer, nivel ridicat de zgomot industrial) este de potrivire a dispozitivelor de legare la pământ și sisteme echipotențiale cerințele actuale, care odată cu progresul tehnologiei în continuă creștere.

Noi nu va lua în considerare structura de sisteme și metode de instalare echipotențiale - se va concentra pe proprietățile conductoare. Spectrul energetic al mai puternice interferențe - fulger ajunge la sute de KHz și frecvența zgomotului artificiale este în prezent măsurată în MHz.

Nu am putut găsi în orice parametri ghid de înaltă frecvență de cabluri și anvelope utilizate pentru sistemele de egalizare a potențialului.

În referința [1] prezintă valorile inductanțelor trăiau cabluri de înaltă tensiune (probabil, la o frecvență de 50 Hz).
In [3], formula empirică și datele experimentale, conform cărora sol impedanță complex bucle elemente din oțel depinde în mare măsură nu numai de frecvență, ci și asupra mărimii curentului care curge. Figura 1 arată dependența 50h4 benzii de rezistență la rezistența și frecvența curentului.

Fig. 1. Dependența rezistenței 50h4 benzi de oțel pe curent și frecvență.

Considerăm dependența componentei active și conductorii impedanță inductive asupra frecvenței curentului care curge.

Componenta activă a rezistenței conductorului crește odată cu creșterea frecvenței datorită influenței efectului pielii, dintre care o manifestare este că valoarea AC de la suprafața conductorului centru scade. Distanța de la suprafața conductorului la care densitatea de curent scade cu un factor de e (adică are o valoare de 37% din valoarea maximă) se numește adâncimea pielii.
Grosimea stratului de piele este calculat ca

unde μ - permeabilitatea magnetică absolută a materialului.

σ - conductivitatea.

Pentru cupru la frecvența industrială de 50 Hz adâncimea pielii de aproximativ 1 cm, și, de exemplu, 10 MHz este de aproximativ 10 microni.

Permeabilitatea magnetică a oțelului este de aproximativ 1000 de ori (sau mai mult, în funcție de gradul) decât cea a cuprului și conductibilitate sub circa 7 ori, apoi adâncimea stratului de piele este la 50 Hz de 0,08 cm, și 10 MHz mai puțin de 1 micron.

Putem estima, de asemenea, influența efectului de piele de o asemenea magnitudine umplerii timpului grosime conductor de curent, care este un conductor transversală circulară cu diametrul secțiunii d este definită ca:

Cupru secțiunea material conductor solid de 16 de metri pătrați. mm este umplut cu timpul curent de ordinul a 1,5 microsecunde. Sârma de oțel din aceeași secțiune transversală (permeabilitate magnetică relativă de 1000) pentru 25 microsecunde.

Componenta inductivă a rezistenței conductorului depinde de inductanță intrinsecă și frecvența. Inductanța unui singur conductor poate fi determinată după cum urmează:

Pentru joasă frecvență:

unde l lungimea cablurilor, r raza secțiunii sale transversale.

În cazul în care permeabilitatea firului μ ≠ μ0.

în cazul în care - inductanta interna a firului.

Când curentul ultra înaltă frecvență este concentrată într-un strat conductor infinit subțire:

Calculele arată că inductanța conductorului de un metru secțiune circulară de 16 mm, suprafață pătrat este:

- la o frecvență joasă pentru oțel 5 mH la 1,2 mH cupru,
- pentru ultrahigh pentru orice material conductor sau aliaj 1.16 uH.

Luați în considerare proprietățile conductoare în funcție de frecvența, vom face următoarele concluzii:

1. Efectul de piele este de zece ori mai puternic decât oțelul arătat în conductori decât cupru (sau, de exemplu, aluminiu). Datorită rezistenței pielii efect al conductoarelor este crescut în mod semnificativ.

2. Timpul de umplere conductorilor din cupru comparabil cu o interferență timp de creștere a impulsului (8-10 ms), iar sârma de oțel depășește durata curentului de trăsnet și interferența față depășește durata impulsului indus datorită interferenței inductive.

3. Inductanța conductorilor din materiale nemagnetice cu creșterea frecvenței rămâne practic neschimbată.

4. Inductivitatea firelor de oțel la toate frecvențele mai mari decât cea a cuprului (pentru frecvențele joase de mii de ori). Odată cu creșterea frecvenței, inductanța conductorului unui material magnetic este redus prin reducerea inductanței interne. Secțiunea transversală a unui conductor prin care curge curent, (și, prin urmare, inductanța internă) este invers proporțională cu rădăcina pătrată a frecvenței. Reactanța inductivă este direct proporțională cu frecvența, prin urmare, în ciuda reducerii inductanță cu frecvență în creștere, inductiv crește reactanței.

A doua parte a articolului trebuie să înceapă cu o corectare a unei erori în terminologia pe care am făcut în prima parte, și anume, în loc de „a sistemului de egalizare a potențialului“, în acest context, ar fi mai corect să spunem „sistemul de egalizare a potențialelor.“ Ne putem cere scuze doar cititorilor, și de a folosi acest lucru ca o scuză pentru a încerca să înțeleagă o problemă importantă.

Ceea ce se spune în această privință, în EMP?

Echipotențială - reducerea diferență de potențial (etapa de tensiune) la sol sau podea, prin conductoare de protecție prevăzute în pământ, o podea sau pe suprafața acestuia și atașat la un dispozitiv de legare la pământ, sau prin utilizarea acoperiri speciale la sol.

7.1.32 echipotențială - conexiune electrică a pieselor conductoare pentru realizarea egalității potențialului lor.

egalizare a potențialului de protecție - potențialul de egalizare să fie efectuate în scopul de a siguranței electrice.

Aici trebuie să se explice că în capitolul 1 termenul RB „echipotențială“ trebuie înțeles ca „legătură echipotențială de protecție“.

Aș dori să reiterez opinia că dispozitivul de legare la pământ trebuie să fie considerate ca făcând parte din sistemul de egalizare a potențialelor obiect. Această abordare este folosită de compania noastră, și facilitează atât înțelegerea și soluții la multe probleme tehnice.

Astfel, performanța SAE prevede doar electric, dar în orice caz, nu garantează că sistemul de potențialele echipotențiale și dispozitivele de legare la pământ, care sunt o parte a unui EMC.

Din acest motiv, că în titlu nu se referă la potențialii conductori de egalizare în cadrul SEP înțelege „conductoare de protecție concepute pentru egalizarea potențialului de protecție.“

În consecință, trebuie să existe un alt termen pentru potențial sistem de egalizare, la care proprietățile de înaltă frecvență ale cerințelor speciale.

Anterior a fost luate în considerare și influența inductanța efectului pelicular asupra rezistenței conductoarelor echipotențiale și dependența lor de frecvență.

Proprietățile Wave echipotențială conductoarele sunt de interes practic, nu numai pentru dezvoltatorii de hardware, dar, de asemenea, trebuie să fie luate în considerare atunci când montarea în cazurile în care frecvența de interferență atinge zeci de MHz.

Desigur electric cunoscut faptul că curentul electric alternativ electric de la lungimi de undă X lungimea conductorului de λ / 4 are o rezistență infinită.

Luați în considerare următorul caz: un filtru pentru filtrarea zgomotului de înaltă frecvență este conectat la sistemul de lungimea cablului echipotențială de 2,5 metri. componenta Interferența cu o lungime de undă de 10 m (frecvență de aproximativ 30 MHz) ale unui astfel de cablu nu trece.

împământare Adesea conductor pus de-a lungul scărilor, de asemenea, conectate la sistemul de echipotențializare. În acest caz, sistemul conductor - kabelrost poate fi considerată ca o linie de transport cu caracteristică impedanta Z0. în funcție de inductanță și capacitate de cablu și între scările de cablu.

Impedanța caracteristică a acestor linii nu crește în mod continuu cu o frecvență și are paralele (rezistență ridicată) și consecutivă (impedanță scăzută) rezonanțele.

Este posibil, în plus față de prima parte, fac două mai mult de ieșire a proprietăților de înaltă frecvență de conductoare echipotențiale:

Este nevoie de 1. Posibila interferență meci sfert de lungime de undă și lungimea conductorului de împământare care urmează să fie luate în considerare la proiectarea și construirea de site-uri în cazul în care un astfel de amestec este prezent.
2. Efectul de rezonanță paralelă, în care caracteristica crește impedanță dramatic pământare nu este luată în considerare, fie de către designeri, și nici, în special, organizațiile de construcții. Această chestiune necesită un studiu suplimentar.

Este evident că în viitorul apropiat va fi nevoie de materiale pentru instalații și echipamente, expertiză și tehnici (de exemplu, software) necesare pentru a crea sisteme echipotențiale care îndeplinesc cerințele actuale EMC. ONG „munca Ingineri de telecomunicații în această direcție și îi invită pe toți cei interesați în dezvoltarea acestei ramuri a tehnologiei, să coopereze.

Toate aceste date au fost mult timp cunoscute. Ei au nevoie pentru a găsi o aplicație practică pentru industria de telecomunicații și instrumente eficiente pentru crearea de potențiale sisteme de echilibrare care îndeplinesc cele mai stricte cerințe EMC. Acest lucru va necesita conductori, care sunt în mod semnificativ proprietățile de înaltă frecvență mai bune decât firele de la sol utilizate în prezent:

1. benzi din materiale non-magnetice. Ei au proprietăți mult mai bune decât cele circulare conductorilor secțiune transversală.
2. cabluri de legare la pământ de înaltă frecvență speciale. Aici cuvântul pentru industria de cablu.

Sarcina este clar - de a reduce influența efectului pielii, reducând inductanță. Dar acest subiect este pentru un alt articol.

4. L. Aslamazov efect de piele. „Quantum» №5, 1985.

5. Kalantarov PL Zeitlin LA Calcularea inductanțe. carte de referință. L. Energoatomisdat 1986.