2.2.1 Связь через общее полное сопротивление

Этот механизм связи возникает, когда разные цепи имеют в своем составе одно или несколько общих сопротивлений.

Простейшим и наиболее общим случаем такой связи являются цепи, имеющие общий «обратный провод», обычно являющийся сетью заземления, причем предполагается, что он не идеален, то есть имеет отличное от нуля сопротивление. На рисунке 2.2 приведен пример такой цепи, состоящей из двух контуров.

Рисунок 2.2 – Механизм связи через общее полное сопротивление

Благодаря наличию общего сопротивления падение напря­жения на сопротивлении нагрузки контура , представляет собой алгебраическую сумму полезной ЭДС и напряжения по­мехи, вызванной протеканием тока в контуре , , поскольку сопротивление обычно намного больше общего сопротивле­ния таким образом, напряжение помехи составляет величину , где соответствует передаточной функции, вследствие чего в данном случае может быть названо передаточным сопротивлени­ем.

Существует два возможных пути ослабления связи через общее полное сопротивление без воздействия на источники помех:

• устранение общего обратного провода (стратегия разомкну­той цепи);

• уменьшение полного сопротивления обратного провода (стратегия короткозамкнутой цепи).

Интересно отметить, что при рассмотрении контуров заземле­ния, эти два метода иногда приводят к диаметрально противопо­ложным результатам:

1. устранение общего обратного провода эквивалентно задаче обеспечения каждой сети не более одного присоединения к земле, что ведет к концепции радиальной схемы заземления (схемы за­земления звездой);

2. уменьшение сопротивления обратного провода, напротив, оз­начает увеличение числа проводников (так как простое увеличе­ние сечения проводника слабо влияет на его индуктивность), уве­личение количества точек заземления ведет к образованию сложнозамкнутой сети заземления.

Очевидное противоречие между двумя подходами может быть устранено, если сделать разделение между заземлением активных цепей, переносящих полезный сигнал и заземлением металличес­ких корпусов и экранирующих цепей.

Стратегию разомкнутой цепи следует применять к активным цепям: общие обратные провода в активных цепях следует (по возможности) устранять. Такие цепи следует заземлять в одной точке.

С другой стороны, стратегия короткозамкнутой цепи применяется в оставшемся большинстве случаев, в частности, при заземле­нии всевозможных экранов.

Существуют два важных исключения, для которых связь через общее полное сопротивление не может быть устранена. Это — сети электроснабжения и связи коаксиальными кабелями.

Однако для сетей с коаксиальными кабелями (как и для всех цепей переменного тока), может быть достигнуто естественное устранение рассматриваемой связи посредством уменьшения площади петли каждой цепи как показано на рисунке 2.3, где приведен план пространственного расположения двух цепей с тремя воз­можными обратными проводами.

Рисунок 2.3 – Естественное устранение связи цепей с общим полным сопротивлением

На данном рисунке изображены три обратных провода с сопро­тивлениями , и , по которым даже при практическом ра­венстве их поперечных сечений и длин будет протекать разные токи. Переменный ток большей частью будет возвращаться по проводнику , переменный ток I₂, будет возвращаться преимуще­ственно по проводнику , а в проводнике ток будет практи­чески отсутствовать.

Это явление, которое является частным случаем индуктивной связи, заметно даже на частоте 50 Гц. Например, когда на линии высокого напряжения происходит КЗ на землю, ток большей час­тью возвращается в источник по линии, а не по прямому пути между местом КЗ и источником (смотри рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Различия в путях протекания обратного тока в земле для постоянного и переменного токов

На этом и большинстве последующих рисунков цепь представ­лена в виде двух- или трехмерного изображения, на которое со­гласно теории цепей нанесены сосредоточенные элементы для того, чтобы показать их взаимные индуктивности.

Данный механизм известен под названием эффекта близости, а на высоких частотах проявляется и поверхностный эффект. Благо­даря этому важному эффекту становится возможным создание вы­сокочастотных сетей с множественным заземлением, в которых проблема помех, создаваемых токами внешних возмущений, практически отсутствует.

Данный принцип магнитного подавления рассмотрен в следу­ющем разделе.

Примеры помех, передаваемых посредством общего полного сопротивления:

1. токи КЗ частотой 50/60 Гц в заземлителе, используемом в качестве плоскости нулевого потенциала;

2. прямое попадание молнии в контур заземления, цепи или оборудование (например, в антенны);

3. разряд статического электричества непосредственно на оборудование;

4. перекрестные помехи между цепями, имеющими общее сопротивление;

5. гармонические составляющие, колебания и провалы напряжения в цепях электропитания.