Erdung von DC-Stromversorgungen

Sollte man ein Gleichstromnetzteil an die Erde anschließen oder nicht? Die Antwort auf diese Frage ist kein einfaches Ja oder Nein. Dieser Artikel befasst sich mit den Vor- und Nachteilen der Erdung von Gleichstromversorgungen

Gleichstromversorgungen sind eine häufige – vielleicht sogar fast garantierte – Komponente eines Steuerungssystems, insbesondere eines Systems, das einen digitalen Regler enthält. Ein häufig diskutiertes Thema bei Gleichstromversorgungssystemen ist der Anschluss des Ausgangs an das Erdungssystem, das die Industriemaschinen miteinander verbindet. Ist diese Erdverbindung erforderlich? Wenn nicht, ist es eine gute oder schlechte Idee, diese Verbindung herzustellen?

Die meisten in Schaltschränken installierten DC-Stromversorgungen geben die üblichen 24 V aus. Computernetzteile (einschließlich SPS-Netzteile oder PSUs) geben in der Regel 5 V und /- 12 V aus, alle mit einer konstanten Gleichstrompolarität. Betrachtet man die Ausgangsleitungen, so enthalten sie nur eine und eine – Klemme und sehr selten einen Schutzleiteranschluss (Erde). Bei Wechselstromsystemen ist dieses Erdungssystem jedoch streng geregelt und vorgeschrieben.

Die Frage der Erdung von Gleichstromversorgungen kann in drei separate Themen aufgeteilt werden:

1. Prüfung des kritischsten Aspekts – ist sie durch eine NEC-Vorschrift vorgeschrieben?
2. Wenn nicht, muss dies von Fall zu Fall geprüft werden, wobei die Gründe für die Erdung des Gleichstromausgangs abzuwägen sind
3. Und schließlich die Gegenüberstellung mit den negativen Auswirkungen, die sich aus einer solchen Verbindung ergeben.

Code-Anforderungen für die Erdung von DC-Systemen

Die erste wichtige Frage, die immer gestellt werden muss, lautet: Ist eine Verbindung erforderlich, und welche Bedingungen gelten für diese Verbindung?

Die Antwort findet sich im NEC-Abschnitt 250.162, der sich auf die Erdung von Zweileiter-Gleichstromsystemen bezieht, zu denen je nach Fall die 5-V- und 24-V-Ausgänge gehören. Die Vorschrift legt eine strenge Grenze für die erforderliche Erdung fest, wenn die Spannung über 60 V liegt. Da keiner der beiden Fälle diese Spannung übersteigt, sind wir gezwungen, die Möglichkeiten abzuwägen und zu entscheiden, ob wir diese optionale Verbindung herstellen wollen.

Die kurze Antwort für ein 24-V-DC-System lautet also: Nein, der Ausgang muss nicht geerdet werden.

Vorteile eines geerdeten DC-Ausgangs

Der erste – und vielleicht offensichtlichste – Vorteil eines geerdeten Gleichstromausgangs ist das Sicherheitselement. Stellen Sie sich eine Leitung vor, die vom -V-Ausgangskabel über ein grünes Kabel mit dem Erdungssystem verbunden ist. Wenn sich der V-Draht irgendwo im System löst und eine geerdete DIN-Schiene oder einen Metallschrank der Bedienstation berührt, hat er sofort einen ungehinderten Weg zur Erde und löst die Sicherung oder den Unterbrecher aus.

Dieses Element erhöht die Sicherheit des Systems und stellt sicher, dass kein Bediener versehentlich mit der Spannung in Berührung kommt, indem er das Metallgehäuse in der Nähe der Fehlerstelle berührt.

Ein zweiter Vorteil der Erdung des Gleichstromsystems besteht darin, dass ein großes Netzwerk miteinander verbundener Erdungssignale einen sehr konsistenten Bezugspunkt schafft. Wenn Sie die Spannung mit einem Messgerät messen und sich die Spannung an einem Knotenpunkt aufgrund von Störungen ändert, der Bezugspunkt jedoch nicht, wäre dies ein sehr verrauschtes Signal. Wenn sich jedoch die Referenz gleichzeitig aufgrund derselben Störung ändert, sind die Signale im Verhältnis zueinander recht stabil. Wenn die gleiche Störung auf beiden Leitungen auftritt, spricht man von Gleichtaktsignalen, und das Rauschen wird gemessen, wenn nur eines dieser Signale ohne Bezug auf das andere gemessen wird.

Häufig wird empfohlen, den DC-Ausgang mit einer Masse zu verbinden, um dieses Gleichtaktrauschen zu verringern oder zu beseitigen.

Außerdem ist es für die Messungen von Vorteil, wenn die Referenz für jede Gleichstromkomponente ein beliebiges metallisches Objekt in der Nähe sein kann. Wenn das System nicht geerdet ist, müssen Sie einen gemeinsamen Draht in der Nähe haben, um Messungen durchführen zu können.

Die Aufzählung dieser Vorteile bedeutet jedoch nicht immer, dass man dies tun sollte. Es gibt mehrere Gründe, warum es sinnvoll ist, das System auch ungeerdet zu lassen.

Soll man eine Gleichstromversorgung an die Erde anschließen oder nicht?

Auf die Frage, ob man ein Gleichstromnetzteil erden sollte oder nicht, gibt es keine eindeutige Antwort: Ja oder Nein. In vielen Fällen wird dies keine Probleme verursachen. Vielmehr bietet es mehr Sicherheit, den gemeinsamen Minuspol des Gleichstromausgangs zu erden.

In Fällen, in denen die Isolierung von Instrumenten wichtig ist, ist es eine schlechte Idee, diese Verbindung herzustellen.

Es gibt eine Vielzahl von Gründen, die Ingenieure für und gegen die Erdung von Gleichstromsystemen angeführt haben, und viele davon beruhen auf spezifischen Szenarien und Fällen. In der Regel sind diese Praktiken durchaus akzeptabel und führen zu einer Vielzahl von Meinungen und Lösungen. Es gibt keine Antwort für alle Fälle, daher ist es am besten, die Vorteile und Herausforderungen zu verstehen und zu lernen, die Fehlersuche zu beherrschen, damit die Systeme so zuverlässig wie möglich gebaut werden können.