Зачем заземляться
Приветствую хабровцев.
Для кого этот пост
История вопроса
Купив новые наушники с микрофоном, и придя домой — я с грустью обнаружил, что микрофон создает посторонний шум. Я вернулся в магазин, там на ноутбуке мы проверили, не было никакого постороннего шума от микрофона. Придя домой стал искать причину. Подключил старые наушники, не шумят. Снова подключил новые наушники, шумят. Через некоторое время я случайно прикоснулся к системному блоку ногой, и о чудо шум значительно уменьшился.
Итак, я пришел к выводу, что на корпусе системника возникают какие-то помехи. У меня сразу же возникла мысль о заземлении, и я полез измерять напряжение корпуса относительно земли. За землю сначала я взял нулевой провод, и с удивлением обнаружил, что разность потенциалов получилась порядка 100В. Решил измерить напряжение относительно отопительной батареи, все те же
Стало любопытно, решил гуглить, и как оказалось я далеко не первый: 
Откуда все-таки напряжение
Я не буду вдаваться в подробности, откуда берется напряжение на корпусах холодильников/стиральных машин. Скажу лишь, что причина в 99% случаев та же, что и на корпусе системного блока. В гугле можно найти более подробное описание и объяснение. В кратце же причина такова:
В блоке питания компьютера стоит фильтр, гасящий высокочастотные помехи, и сбрасывающий их в землю. А вот собственно и сам этот фильтр: 
Таким образом в землю у нас идет 110В (если в розетке 220В), но ток представляет собой только ток помех, а значит и сила тока у нас будет незначительная.
А вот такой девайс наверное знаком всем: 
Подводный камень данного девайса заключается в том, что он связывает заземления всех устройств, включенных в него. Если у вас включено N системников в него, то ток, отфильтрованный каждым фильтром в БП будет складываться, и находиться на корпусе каждого системника будет уже сумма 😉 Кроме того, как показали мои «измерения земли» — точно такие же фильтры находятся в мониторах (по крайней мере в обоих моих мониторах именно так).
Чем это грозит
Даже сложив ток от 5-6 устройств, подключенных к вышеупомянутому сетевому фильтру — вряд ли он будет настолько сильным, чтобы убить человека. Но тут есть другие подводные камни.
Что будет если один из конденсаторов фильтра вдруг пробьет? Вы запросто получите полные 220 на корпусе своего системника. Конечно конденсаторы выбираются с таким номинальным напряжением, чтобы пробоя не случилось даже от сильных скачков (на выше приведенной схеме 2kV например), но как говорится раз в год и лапоть стрельнет. Но это не самое страшное.
Основная прелесть в том, что устройства, рассчитанные на заземления проектируются так, как будто у вас заземление есть. устройство правомерно считает, что в случае внештатной ситуации оно может сбросить излишки тока в землю. На схеме выше видно, что земля, которую я обвел — не единственная. И сколько у вас таких потенциальных мест неизвестно. Таким образом без существующего заземления на корпусе вашего электроприбора запросто может образоваться опасное для жизни напряжение.
И самый ужас
Особо опасно таким образом использовать приборы, так или иначе работающие с водой. Например стиральные или посудомоечные машины. В стиральной машине например ТЭН может прохудиться, и на корпусе будет полноценных 220В, а поскольку стиральная машина расположена часто в ванной, где кафель, и влага, то вы будете являться отличным проводником, и удар током скорее всего будет летальным
Выводы
Надеюсь тех, у кого все еще нет заземления, я убедил его сделать. Напоследок лишь скажу, не делайте заземление как проще и побыстрее (на батарею, зануление и т.п.), делайте как надо, ибо это не только ваша личная безопасность, но и безопасность окружающих.
На хабре есть статьи, как правильно делать заземление. Так же кучу информации по этому поводу можно нагуглить.
Ну и спасибо за внимание. 😉
UPD. Стараниями TolTol, vertu77, juray я понял, что значительно обезопасить себя можно используя УЗО, т.к. его можно включить в цепь без заземления. Однако не без недостатков
Земля (электроника)
Земля в электронике — узел цепи, потенциал которого условно принимается за ноль. Другими словами, все напряжения в системе отсчитываются от потенциала земли. Выбор земли произволен, однако на практике чаще всего за землю принимают один из выводов источника питания. При однополярном источнике обычно землёй считают его отрицательный вывод, при двуполярном источнике за землю принимают его среднюю точку. Иногда в англоязычной литературе на схемах обозначается GND (от англ. Ground , земля).
Содержание
Разновидности
Сигнальная земля
Сигнальная земля — узел цепи, относительно которого отсчитываются потенциалы сигналов в схеме. Соответственно, сигналы подаются в схему (и снимаются со схемы) таким образом, что один вывод источника (приёмника) сигнала подключен к сигнальной земле.
Виртуальная земля
В электронных схемах могут существовать такие узлы, потенциал которых равен потенциалу земли, однако они не имеют короткого соединения с землёй. Узел, обладающий такими свойствами, называют виртуальная земля. Классическим случаем виртуальной земли является инвертирующий вход операционного усилителя, включенного как инвертирующий усилитель.
«Мекка» заземления
В некоторых случаях даже сплошной медный проводник не обеспечивает достаточной эквипотенциальности по всей своей длине. Такая ситуация имеет место при протекании большого тока по земляному проводнику малого сечения. В результате потенциал в различных точках земли может отличаться на десятки милливольт. В некоторых случаях это может привести к нежелательным последствиям. Например, если несколько мощных нагрузок подключены к источнику напряжения через общую земляную шину, то изменение тока, потребляемого одной нагрузкой будет вызывать изменение напряжения на всех остальных нагрузках. Для минимизации подобного взаимного влияния земляные проводники, идущие к каждой нагрузке должны расходиться от одной точки, которая и получила название «мекка» заземления.
От этой же точки следует брать потенциал для обратной связи в стабилизаторе, который регулирует напряжение для нагрузок, подключенных к «мекке» заземления. При этом можно быть уверенным, что выходное напряжение стабилизатора стабилизировано относительно «мекки» заземления, а не какой-либо другой точки шин заземления.
См. также
Литература
- Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т. 1. Пер. с англ.— 4-е изд., перераб. и доп.— М.: Мир, 1993.—413 с., ил. ISBN 5-03-002337-2.
Примечания
- ↑ Electrical and electronics diagrams, IEEE Std 315-1975, Section 3.9: Circuit return.
- Схемотехника
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое «Земля (электроника)» в других словарях:
Квантовая электроника — область физики, изучающая методы усиления и генерации электромагнитных колебаний, основанные на использовании эффекта вынужденного излучения (См. Вынужденное излучение), а также свойства квантовых усилителей и генераторов и их применения … Большая советская энциклопедия
Каринтия (земля) — У этого термина существуют и другие значения, см. Каринтия. Координаты: 46°45′43″ с. ш. 13°49′08″ в. д. / 46.761944° с. ш … Википедия
Заземление — Статья не является нормативным документом. Предупреждение: статья носит чисто информативный характер и не является нормативным документом. При выполнении работ, связанных с электричеством, следует руководствоваться … Википедия
GND — GND: Земля (электроника) узел цепи, потенциал которого условно принимается за ноль Gemeinsame Normdatei немецкая система классификации и систематизации … Википедия
СССР. Естественные науки — Математика Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. Эйлер, Д. Бернулли и другие западноевропейские учёные. По замыслу Петра I академики иностранцы… … Большая советская энциклопедия
СССР. Технические науки — Авиационная наука и техника В дореволюционной России был построен ряд самолётов оригинальной конструкции. Свои самолёты создали (1909 1914) Я. М. Гаккель, Д. П. Григорович, В. А. Слесарев и др. Был построен 4 моторный самолёт… … Большая советская энциклопедия
Болгария — (България) Народная Республика Болгария, НРБ (Народна република България). I. Общие сведения Б. государство в Юго Восточной Европе, в восточной части Балканского полуострова. На В. омывается Чёрным морем. Граничит на С.… … Большая советская энциклопедия
Медицина — I Медицина Медицина система научных знаний и практической деятельности, целями которой являются укрепление и сохранение здоровья, продление жизни людей, предупреждение и лечение болезней человека. Для выполнения этих задач М. изучает строение и… … Медицинская энциклопедия
Роботы в культуре — Треножник атакует людей Роботы, как культурный феномен появились с пьесой Карела Чапека «R.U.R.», описывающую конвейер, на котором роботы собирают самих с … Википедия
Великобритания (государство) — Великобритания (Great Britain); официальное название ‒ Соединённое Королевство Великобритании и Северной Ирландии (The United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland). I. Общие сведения В. ‒ островное государство на С. З. Европы; занимает… … Большая советская энциклопедия
GND, Земля, Масса, Заземление и Шасси в электротехнике
Всем знакомы термины: «разность потенциалов» между узлами схемы или между точками в цепи, «напряжение на радиоэлементе», «напряжение или потенциал в данной точке схемы». Все эти термины хотя и кажутся разными, на самом деле сводятся к одному и тому же вопросу. Между двумя точками всегда есть электрическое напряжение – мы не можем говорить о напряжении в одной точке. Даже если описываем состояние схемы или цепи, то всегда используем две точки. То есть когда говорим о напряжении в какой-либо точке схемы, фактически говорим о напряжении между этой точкой и определенной частью электросхемы, взятой в качестве точки отсчета. Именно этот узел, относительно которого считаем потенциал, является так называемой массой.
Конечно также можем измерить напряжение в цепи между определенными точками, ни одна из которых не является массой. Тогда говорим о напряжении между двумя точками схемы и конкретно указываем, какие места в цепи затрагиваются. Помните, что напряжение между двумя точками в схеме есть не что иное, как разность потенциалов между ними.
Иногда называют падением напряжения. Чаще всего используем этот термин, когда говорим о напряжении на резисторе, через которое протекает ток. Как известно из закона Ома, что напряжение на резисторе прямо пропорционально его электрическому сопротивлению и току, протекающему через него. Поэтому, когда говорим о падении напряжения на резисторе, имеем в виду напряжение, измеренное между одним концом радиоэлемента и другим.
Как видите, можно определить одну и ту же электрическую величину тремя способами: падение напряжения, разность потенциалов и просто напряжение. Это разнообразие может сбивать с толку, поэтому следует сразу привыкнуть ко всем этим терминам.
Несколько слов о массе
Откуда произошло название "масса"? Старые электронные схемы собирались без использования печатных плат. Все элементы монтировались на общем металлическом каркасе или пластине. Отчасти именно из этой – теперь уже исторической – пластины и ее довольно больших размеров (большой массы) и возникло понятие, которое ещё иногда упоминается как шасси. На схемах также используется сокращение GND (земля, Ground) – по этой причине понятие массы часто путают с понятием заземления.
В течение многих лет наблюдали в электронных устройствах косвенное гальваническое (электрическое) соединение земли с "реальной" землей схемы. Поэтому обратите внимание на один важный момент: в подавляющем большинстве электронных устройств, встречающихся сегодня, заземление не будет таким же, как масса. Масса электронной схемы, например отрицательный полюс источника питания, аккумулятора или батарейки, чаще всего не связана с корпусом устройства. Так как различать понятия «земля» и «масса», чтобы они не вызывали путаницы?
В электронных устройствах с которыми имеем дело ежедневно, масса чаще всего связана с отрицательным полюсом источника питания, батареи или аккумулятора. Поэтому когда рассматриваем потенциал, преобладающий в данной точке цепи, то действительно имеем в виду напряжение измеренное между этой точкой и точкой заземления, то есть отрицательным полюсом источника питания.
Можно легко запомнить это следующим образом: подключите красный провод мультиметра (вольтметра) к точке где хотите измерить напряжение, и подключите черный провод к земле схемы. В настоящее время трудно найти схемы, в которых земля не подключена напрямую к отрицательному полюсу источника питания.
Следует подчеркнуть, что построение схемы может быть более сложным. Не всегда в устройстве только одно напряжение питания. Помимо схем с несколькими напряжениями – например 12 В, 5 В и 3,3 В – во многих источниках питания (в эту группу также входят компьютерные блоки питания ATX) существуют дополнительные отрицательные напряжения на землю. Что это значит? Можем представить такое решение как последовательное соединение двух источников напряжения, например, батареи, где точка заземления (контрольная точка) – это место, где эти две батареи соединяются.
В этой конфигурации свободный полюс одной из батарей будет подавать положительное напряжение, а свободный полюс другой будет подавать отрицательное. Если оба источника имеют одинаковое значение напряжения, говорим о так называемом симметричном питании. Особенно часто оно используется в аналоговых схемах, например, усилителях или некоторых измерителях.
Тенденция, которая присутствует в электронике в течение многих лет, указывает на то что схемы, требующие симметричного питания, постепенно уходят в прошлое. Это связано с тем, что проектирование электронных схем использующих только одно напряжение питания, намного проще, поскольку это снижает не только сложность, но также затраты. У этого решения конечно есть недостатки, но здесь не будем вдаваться в подробности. Единственное, что надо помнить в этом разделе это то, что цепи могут питаться симметричным или асимметричным напряжением, а опорный потенциал, с которым связаны все измерения напряжения в схеме, является потенциалом земли. Масса (земля) – понятие условное, но чаще всего это то же самое, что отрицательный полюс питающего напряжения или точка разделения симметричных напряжений.
Заземление и земля
Наверняка вы часто сталкиваетесь с концепцией заземления. В старину основная масса схемы была построена в виде металлического каркаса или пластины, которая в то же время была конструктивным элементом поддерживающим все устройство и его элементы. Но сегодня часто имеем дело с несколько другим подходом – отрицательный полюс источника питания, то есть заземление схемы, должен быть полностью отдельным узлом, не связанным с металлическим корпусом устройства или заземляющим контактом. Штырь этот в электрических розетках служит защитой от поражения током в случае, например, повреждения изоляции.
Такое решение бывает в лабораторных источниках питания, которые имеют три клеммы. Красная клемма – это положительный полюс источника питания. Черная клемма – отрицательный полюс, который в большинстве случаев приравнивается к заземлению схемы, подключенной к БП. Третья клемма обычно зеленая. Это фактическое заземление, электрически связанное с корпусом, заземляющий провод и соответствующий контакт на сетевой вилке. Такое решение приобретает все большее значение не только по соображениям безопасности, но и благодаря своим превосходным противоинтерференционным свойствам.
Конечно, связи между землей схемы и реальной землей иногда могут иметь различную форму, но не будем вдаваться в подробности обо всех возможных вариантах. Существует множество возможностей, и каждая из них должна быть тщательно продумана конструктором, чтобы избежать как ошибок в дизайне, так и опасностей, которые могут привести к поражению пользователя электрическим током в случае неправильного использования устройства или неполадки. Поэтому начинающим электронщикам не следует пытаться самостоятельно создавать устройства с питанием от сети.
Современные источники питания подключаемые к розетке или лабораторные источники питания, защищены таким образом, что даже в случае внутреннего повреждения БП обеспечивает пользователя надлежащей защитой. Поэтому если планируете собирать устройство с питанием от электросети 220 В, обязательно выберите качественный фирменный блок питания, который позволит спокойно работать, не беспокоясь о своей безопасности или безопасности других пользователей устройства. Не стоит экономить несколько рублей на покупке дешевого блока питания от неизвестного источника – безопасность – это главное, а цены на фирменные блоки питания больше не являются препятствием даже для начинающих энтузиастов электроники.
Кстати, международные стандарты требуют чтобы заземляющий провод в электрооборудовании имел желто-зеленую изоляцию. Поэтому в трехжильных силовых кабелях можно встретить провода с изоляцией «классического» цвета: коричневый (фаза), синий (нейтраль) и желто-зеленый (земля). Не рекомендуем использовать провода этих цветов для других соединений (даже низковольтных) в конструируемых устройствах – упомянутый набор цветов всегда должен четко соответствовать фактическому назначению кабелей.
Разметка земли и заземления на схеме
Если вы знакомы со схемами электронных устройств, то обязательно встретите различные типы маркировки линий электропитания. В случае с массой наиболее часто используемая маркировка – это жирная короткая линия, оканчивающая провод. Всегда рисуют эту линию горизонтально, благодаря чему маркировка масс бросается в глаза, и сразу видно какие элементы связаны друг с другом. Конечно все элементы отмеченные (связанные) с массовым символом, физически связаны друг с другом.
На схемах: 1 заземление, масса; 2 защитное заземление; 3 и 4 соединение с корпусом или шасси (массой)
Очень важно отличать заземление от массы, которое, как упоминалось ранее, обычно представляет собой полностью отдельную цепь. Заземление часто обозначается тремя линиями меньшей длины, электрическая линия подключается к самой длинной из этих черточек. На многих схемах также есть второй символ заземления, то есть одна горизонтальная линия с тремя короткими диагональными линиями, прикрепленными к ней. Конечно на схемах есть и другие обозначения линий электропитания. Чаще всего это будут, например, короткие стрелки с напряжением, преобладающим в этой цепи (например, + 5 В, -5 В, +12 В и так далее).
Если взять готовую печатную плату, например с компьютера, усилителя или даже мобильного телефона, можно заметить что помимо дорожек, соединяющих отдельные выводы элементов, видно еще одно большое медное поле. Конечно в подавляющем большинстве промышленных плат это поле, как и остальная часть платы, покрыто лаком зеленого или синего цвета. Но если внимательно посмотрите на печатную плату заметите, что промежутки между дорожками и элементами образуют одно большое общее соединение. Эта комбинация в подавляющем большинстве случаев и составляет массу схемы!
Конечно есть исключения, например в специализированных схемах, где таких полей меди (полигоны) может быть больше: один из них может быть подключен к земле, а другой – к питающему напряжению, например выходу импульсного преобразователя. Такие «многоугольники» особенно популярны из-за их хороших шумоподавляющих свойств.
Если же вся печатная плата, за исключением дорожек и мест предназначенных для пайки контактных площадок, покрыта сплошным полем заземления, то можем быть уверены что это заземление будет представлять собой очень хороший экран, защищающий схему от электромагнитных помех.
Еще раз подчеркнем, что не всякое медное поле связано с землей! Поэтому при проведении измерений или при ремонте готовых схем надо убедиться, что массовое поле действительно земля.
Думаем теперь вы поняли основные понятия массы и различия между – часто двусмысленными и сбивающими с толку – именами, используемыми как в электротехнике, так и радиоэлектронике. Мы обсудили разницу между массой, землей и заземлением, и теперь дело за вами – применить эту информацию на практике!
Что такое фаза, ноль и земля: объясняем простым языком
Электричество пришло в наши дома более 100 лет назад, принеся с собой такие привычные слуху термины, такие как фаза, ноль и земля. Но слышать и понимать, что это такое — совсем разные вещи. Разбираемся, как применять эти понятия на практике.
Электрический ток — как это работает?
Из школьного курса физики каждому известно, что электрический ток может быть постоянным и переменным. К бытовым розеткам жилых помещений подведен переменный ток с напряжением 220 В.
Электрическая схема представляет собой систему потребителей тока, подключенных к источнику питания в двух точках при помощи проводника. По одному проводнику ток подается на приборы, а по другому — возвращается обратно. Тот проводник, по которому приходит питание, называется фазой, а отводящий — нулем. Заземление представляет собой защитный проводник, который служит для аварийного отведения напряжения.
- Фаза — проводник, по которому подается ток.
- Ноль — отводящий проводник, который выравнивает напряжение.
- Земля — заземление, проводник, который не находится под напряжением и служит для аварийных ситуаций.
Если сравнивать наглядно, то представим себе бак, в который по одной трубе подается вода для наполнения, а по второй — отводится при наполнении до краев. Подающая труба сравнима с фазой, отводящая — с нулем, а бак — с прибором-потребителем. В случае неполадок с отводящей трубой бак будет продолжать переполняться, и в итоге его разорвет. Чтобы этого не случилось, в баке предусматривают третью трубу, которая аварийно отводит излишки воды в специальный резервуар. Третья труба, в данном случае, будет выполнять функцию заземления.
Фаза, ноль и земля в электроснабжении
Электропитание к потребителям поступает от трансформаторной подстанции и подается на электрощит, от которого распределяется между потребителями. В многоквартирном доме это обычно подъездный щит, от которого питание отводится на квартирные щитки. Как устроена эта система?
Трансформатор подстанции получает ток напряжением 380 В. От его обмоток, соединенных звездой, отводятся 3 фазы, поступающие на щит. Общий ноль подключен в точку соединения обмоток, где он подключается к заземляющему контуру и расщепляется на рабочий ноль и защитный PE проводник (землю).