DC-voedingen aarden

 

Moet je een gelijkstroomvoeding met massa verbinden of niet? Het antwoord hierop is geen eenduidig ja of nee. Dit artikel onderzoekt de voor- en nadelen van het aarden van gelijkstroomvoedingen

Gelijkstroomvoedingen zijn een veelvoorkomend – misschien wel bijna gegarandeerd – onderdeel van een regelsysteem, vooral van een systeem met een digitale regelaar. Een veelbesproken kwestie bij DC-voedingssystemen is de aansluiting van de uitgang op het aardingssysteem dat de industriële machines met elkaar verbindt. Is die aardverbinding nodig? Zo niet, is het dan een goed of een slecht idee om deze verbinding tot stand te brengen?

De meeste DC-voedingen die in schakelkasten zijn geïnstalleerd, leveren de gebruikelijke 24V. Computervoedingen (inclusief PLC-voedingen of PSU’s) leveren meestal 5V en /- 12V, allemaal met een constante gelijkstroompolariteit. Wanneer we de uitgangsdraden bekijken, zien we dat ze alleen een en een – aansluiting bevatten en zeer zelden een beschermende aardeaansluiting. Voor AC-systemen is deze aarding echter zeer strikt gereguleerd en vereist.

De kwestie van het aarden van DC-voedingen kan worden opgesplitst in drie afzonderlijke onderwerpen:

1. Onderzoeken van het meest kritieke aspect – is het vereist door een NEC-voorschrift?
2. Als dat niet het geval is, moet het per geval worden bekeken en moeten de redenen voor het aarden van de DC-uitgang worden afgewogen
3. Tot slot, dit afzetten tegen de negatieve gevolgen die een dergelijke verbinding met zich meebrengt.

Codevereisten voor aarding van DC-systemen

De eerste essentiële vraag die altijd moet worden gesteld: is een verbinding vereist en welke voorwaarden regelen die verbinding?

Het antwoord komt uit NEC-artikel 250.162, dat verwijst naar de aarding van tweedraads DC-systemen, waaronder de 5V- en 24V-uitgangen vallen, afhankelijk van het geval. De regelgeving stelt een strikte limiet aan de vereiste aarding als de spanning hoger is dan 60V. Aangezien geen van deze twee gevallen die spanning overschrijdt, zijn we gedwongen om de mogelijkheden af te wegen en te bepalen of we die optionele aansluiting moeten maken.

Het korte antwoord voor een 24V DC systeem is dus nee, de uitgang hoeft niet te worden aangesloten op aarde.

Voordelen van een geaarde DC-uitgang

Het eerste – en misschien wel meest voor de hand liggende – voordeel van een geaarde DC-uitgang is het veiligheidsbeveiligingselement. Neem een draad die van de -V uitgangsdraad naar het aardingssysteem loopt via een groene draad. Als de V-draad ergens in het systeem losraakt en in contact komt met een geaarde DIN-rail of een metalen kast van een bedieningsstation, zal deze onmiddellijk een onbelemmerd pad naar aarde hebben en de zekering of stroomonderbreker doen springen.

Dit element voegt inherente veiligheid toe aan het systeem en zorgt ervoor dat geen enkele operator per ongeluk in contact komt met die spanning door de metalen kast in de buurt van het storingspunt aan te raken.

Een tweede voordeel van het aarden van het DC-systeem is dat een groot netwerk van onderling verbonden aardingssignalen een zeer consistent referentiepunt creëert. Als je spanning meet met een meter en de spanning op een knooppunt verandert door interferentie, maar de referentie niet, dan zou dit een zeer ruisachtig signaal zijn. Maar als de referentie tegelijkertijd verandert door dezelfde storing, dan zijn de signalen ten opzichte van elkaar vrij stabiel. Wanneer dezelfde storing op beide lijnen aanwezig is, wordt dit common-mode signalering genoemd en wordt ruis gemeten wanneer slechts één van deze signalen wordt gemeten zonder referentie naar het andere.

Vaak wordt aanbevolen om de DC – uitgang te verbinden met een gebonden aarde om deze common-mode ruis te verminderen of te elimineren.

Het is ook handig voor metingen als de referentie voor een DC component een metalen voorwerp in de buurt kan zijn. Als het systeem niet geaard is, moet je een common – a draad in de buurt hebben om metingen te kunnen doen.

Het opsommen van deze voordelen betekent echter niet altijd dat dit moet gebeuren. Er zijn verschillende redenen waarom het nuttig is om het systeem ook ongeaard te laten.

Een gelijkstroomvoeding aansluiten op aarde of niet?

Als de vraag wordt gesteld “moet je een DC-voeding aansluiten op aarde, of moet je dat niet doen? In veel gevallen zal het geen problemen opleveren. Het is zelfs veiliger om de gemeenschappelijke -v van de DC-uitgang te aarden.

In gevallen waar instrumentatie-isolatie belangrijk is, zal het een slecht idee zijn om die verbinding te maken.

Er zijn verschillende redenen die ingenieurs hebben opgesteld voor en tegen het aarden van DC systemen, en vele zijn gebaseerd op specifieke scenario’s en gevallen. Meestal zijn deze praktijken volkomen acceptabel en leiden ze tot verschillende meningen en oplossingen. Er is geen antwoord voor alle gevallen, dus de beste optie is om de voordelen en uitdagingen te begrijpen en vaardig te worden in het oplossen van problemen, zodat systemen zo betrouwbaar mogelijk kunnen worden gebouwd.