Efektivní galvanické oddělení

Jak efektivně použít galvanické oddělení? Jak zapojit datovou komunikační linku a galvanicky ji oddělit? Může se stát, že se galvanické oddělení zruší nesprávným zapojením?

U měřicích přístrojů, měřicích desek do počítačů PC, zařízení komunikujících po sériových linkách RS485, RS422 se často používá galvanické oddělení jejich částí. Někdy je nutné přímo z principu aplikace, například, když je měřená část na jiném potenciálu, než měřicí přístroj. Příkladem může být měření velmi malého proudu ionizační komory. Jindy je galvanické oddělení nutné z důvodu zamezení úrazu elektrickým proudem, do této oblasti spadají aplikace v lékařství.

Mnohokrát je však galvanické oddělení použito proto, aby nedošlo k vytvoření zemních smyček, protože vyrovnávací proudy tekoucí po zemích mohou ovlivnit výsledky měření nebo zabránit komunikaci, například po lince RS485.

Samotné galvanické oddělení ovšem nestačí. Uvažujme nyní měřicí systém s galvanickým oddělením podle obrázku 1.

pozn_go.image3.gif

Obr.1 - Měřicí systém s oddělením připojený na plovoucí měřený obvod

Oddělená část měřicího systému je připojena na měřené zařízení třídy II. Měřený obvod spolu s analogovou částí systému je tedy zcela plovoucí. Jaký je potenciál země analogové části? Ten bude výsledkem svodů v obou zařízeních a může být značně rozdílný od ukostřených částí. Navíc je jen konstrukcí dáno, jakými místy svodové proudy potečou. Výsledkem může být nestabilní nebo zcela nesprávná měřená hodnota.

Náprava situace je jednoduchá. Pokud zcela plovoucí části v měřicích systémech vzniknou, je nejlépe propojit jejich země přes vhodný odpor.

pozn_go.image4.gif

Obr.2 - Připojení rezistoru mezi země definuje potenciál oddělené části

Samozřejmě v případech, kdy měřená část je připojena například na nulový vodič s jiným potenciálem, není popsaná úprava nutná, avšak nevadí, protože zemní proudy tekoucí přes odpor jsou velmi malé a výsledek neovlivní.

Obdobný případ - spojení dvou počítačů linkou RS485 nebo RS422 je na obrázku 3.

pozn_go.image5.gif

Obr.3 - Připojení počítačů po lince RS485 s oddělením

U každého počítače je správně použit převodník linky RS232 na RS485 nebo RS422 s galvanickým oddělením (připomeňme, že tady je oddělení nutné, protože jinak možný rozdíl potenciálu nulových vodičů zamezí komunikaci). V uspořádání podle obrázku opět dochází k tomu, že spojovací vedení a oddělené části obou převodníků nemají definovaný potenciál. Je-li vedení venkovní, nabíjí se na vysoké hodnoty napětí. K poruchám na komunikaci tím obvykle nedojde, ale izolační bariera v převodnících je extrémě a zbytečně namáhána.

Obrázek 4 ukazuje nápravu – správné použití přepěťové ochrany.

pozn_go.image6.gif

Obr.4 - Připojení transilu mezi země zabrání překročení mezního napětí izolační bariéry

Unipolární transily (prvky přepěťové ochrany) 6.8V zajišťují ochranu vodičů A a B proti lokální (oddělené) zemi budiče a přijímače linky RS485. Z hlediska výše popsaného problému je však důležitý třetí, bipolární transil, který se otevře, přesáhne-li potenciál oddělené části jeho mezní napětí. Tím zabezpečuje ochranu prvků oddělení a zajišťuje rozumnou úroveň potenciálu linky. Přerušení zemní smyčky mezi oběma počítači přitom zůstává zachováno.

Ing. Pavel Poucha

Vytvořeno16. 4. 2003
Efektivní galvanické oddělení