Электросеть и ESD
Mar. 16th, 2014 12:42 am![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
general-drozd.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruОригинал взят у меня же ![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
general_drozd
У всех у нас дома розетки.
Что, у кого-то нет? Тогда срочно выключите компьютер, он не может без них работать!
Итак, розетки есть. Как тут уже писал товарищnlothik, к розеткам обычно полагаются вилки, причем и вилки и розетки бывают разными.
Меня же сейчас интересует та их часть, которая с "заземлением", которое правильно называется Pe-проводником.
В квартирах старых домов нет такого проводника, и до розетки идут только два провода, фазный и нейтральный. А в домах помоложе - три. В худшем случае это довольно плохой плоский алюминиевый трехжильный провод, где Pe идёт центральной жилой.
В зависимости от принятой в доме схемы заземления, возможны разные способы подключения Pe-проводника.
Как правило принята система TN-C-S, при которой с трансформаторной подстанции идёт общий PeN-проводник. В ВРУ здания, при входе продника он заземляется и с единого разделяется на N и Pe шины. Далее по дому идёт разводка тремя проводниками: L, N, Pe.
ВРУ, чтоб было понятно, это комнатка где-то в подвале, где стоит щит и висит табличка "не влезай, убьёт".
Встречал так же "особые" случаи, когда прямо в этажном щите происходило соединение N и Pe, причем и на корпус щита, а по этажам шел вверх и вниз PeN. Насколько я понимаю, вообще-то, это неверно, потому, что больше похоже на нештатно допиленную руками схему TN-C, которую в жилых домах уже решили не использовать, а в современных электроустановках такая система встречается только в уличном освещении из соображений экономии и пониженного риска.
Но встречал-то не в старых советских домах, а в куда более новых.
У меня вот дом например 1999 года сдачи. Алюминий, плоский, так себе, 3х2,5, скрутки, схема TN-C-S.
Так получилось, что я работаю с РЭО, и основное место у меня там, где и живу: дома.
Просто паять можно и не задумываясь о мелочах, но у меня часто бывают довольно сложные приборчики с довольно немалой ценой. И вот тут уже повод задуматься об электростатике.
Электростатика, накапливаемая на операторе, способна сильно усложнить жизнь. Она если и не выводит компоненты из строя сразу же, то значительно увеличивает вероятность их выхода из строя и сокращает срок жизни.
Вот такие символы, думаю, многие встречали на разных предметах: инструментах, одежде, обуви.
Обозначают они соответствие предмета антистатическим стандартам.
Для одежды или обуви это значит электрическую проводимость, для инструмента, в основном, тоже. Смысл предпринимаемых мер - исключить накопление заряда статического электричества на инструментах или операторе. И обеспечить его стекание...
А что делать с зарядом дальше? Типовые промышленные схемы предполагают наличие в защищенной зоне токопроводящего ковра для отвода через ноги, коврика на столе и таких вот примерно браслетов для рук:
Причем всё это должно быть ещё и подключено к заземляющей шине, иначе а куда "сливать" заряд. И пол, и стол, и руки. Причем через резистор в 1 мегаОм. Это чтобы, не дай бог, оператора не закоротило от бытовой сети.
Можно, правда, слегка ограничить это всё. Не производство, всё же. ESD-перчатки и браслеты на обе руки. Ну и инструмент защитить.
Вопрос: а куда.
Самый первый ответ "ну так есть заземление же, вот оно в розетке".
И ответ - неправильный.
Для использования в качестве заземляющей шины нужен какой-то проводник, обладающий рядом свойств, не полностью совпадающим со свойствами проводника Pe. Например сопротивление растеканию на ESD-заземлителе может быть заметно выше. Но это не главное.
Главное (если не считать безопасность, хотя там под вопросом, 1МОм всё таки) - нулевой потенциал. А вот с ним получается интересно.
Немного отвлекусь. Заземление бывает естественное или искусственное.
К естественному заземлению принято относить те конструкции, строение которых предусматривает постоянное нахождение в земле. Однако, поскольку их сопротивление ничем не регулируется и к значению их сопротивления не предъявляется никаких требований, конструкции естественного заземления нельзя использовать в качестве заземления электроустановки. К естественным заземлителям относят, например, трубы.
Искусственное заземление — это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.
Исходя из данных определений, можно предположить, что естественное заземление для целей ESD защиты может подходить даже больше, чем имеющееся в домах электрическое.
А потом и проверить.
Естественным заземлением в доме можно считать элементы дома и металлотрубные коммуникации в последнем. Под элементами следует считать арматуру, пронизывающую дом целиком и детали, к ней закреплённые. Однако, сложно дать гарантии, что все стыки арматуры сварены, как положено. Поэтому остаются трубы центрального отопления, ливневой канализации, газовые. По последним, кстати, уравнение потенциалов на концах, это довольно обязательный и проверяемый элемент.
Путём элементарной проверки вольтметром, данный пакет труб имеет у меня в доме равный потенциал. Нулевой. И может считатся за этакий "образец земли".
Можно, вобщем, на этом и закочить, написать, что я подключил шину ESD-заземления к трубам отопления и прицепил браслеты к ней. Прицепил.
Но вот захотелось проверить, а что у меня на Pe творится.
А вот: между Pe и фактической землёй 56 переменных Вольт. Если бы я подключил к сети паяльную станцию так, как желает производитель, то на жале получил бы вот эти самые переменные 56В. Тогда, как для большинства микросхем в "холодном" режиме достаточно 30В, чтобы умереть.
Стало интересно, а какая там мощность в проводе.
Второй мультиметр у меня в режиме амперметра включен. Замыкаем Pe на трубу и...
Тока нет и милливольт разницы. То есть мощность всё же никакая. Но напряжение есть. И для плат оно опасно.
Значит, если купит кто паяльную станцию, то очень надо подумать будет, а сколько вольт подарит ему бортсеть на корпус.
И не только, кстати, станцию. Столько вольт будут на любом корпусе. В том числе, например, и корпусе ПК. А это уже гораздо так опаснее.
А ещё был у меня случай когда шибко умный ремонтник подал фазу на землю. Корпус печки-свч и всех металлических приборов был под фазой, к счастью покрашенное всё. Как тогда не шваркнуло хозяев на кухне - ума не приложу. Но это уже совсем другая история...
general_drozdУ всех у нас дома розетки.
Что, у кого-то нет? Тогда срочно выключите компьютер, он не может без них работать!
Итак, розетки есть. Как тут уже писал товарищ
nlothik, к розеткам обычно полагаются вилки, причем и вилки и розетки бывают разными.Меня же сейчас интересует та их часть, которая с "заземлением", которое правильно называется Pe-проводником.
В квартирах старых домов нет такого проводника, и до розетки идут только два провода, фазный и нейтральный. А в домах помоложе - три. В худшем случае это довольно плохой плоский алюминиевый трехжильный провод, где Pe идёт центральной жилой.
В зависимости от принятой в доме схемы заземления, возможны разные способы подключения Pe-проводника.
Как правило принята система TN-C-S, при которой с трансформаторной подстанции идёт общий PeN-проводник. В ВРУ здания, при входе продника он заземляется и с единого разделяется на N и Pe шины. Далее по дому идёт разводка тремя проводниками: L, N, Pe.
ВРУ, чтоб было понятно, это комнатка где-то в подвале, где стоит щит и висит табличка "не влезай, убьёт".
Встречал так же "особые" случаи, когда прямо в этажном щите происходило соединение N и Pe, причем и на корпус щита, а по этажам шел вверх и вниз PeN. Насколько я понимаю, вообще-то, это неверно, потому, что больше похоже на нештатно допиленную руками схему TN-C, которую в жилых домах уже решили не использовать, а в современных электроустановках такая система встречается только в уличном освещении из соображений экономии и пониженного риска.
Но встречал-то не в старых советских домах, а в куда более новых.
У меня вот дом например 1999 года сдачи. Алюминий, плоский, так себе, 3х2,5, скрутки, схема TN-C-S.
Так получилось, что я работаю с РЭО, и основное место у меня там, где и живу: дома.
Просто паять можно и не задумываясь о мелочах, но у меня часто бывают довольно сложные приборчики с довольно немалой ценой. И вот тут уже повод задуматься об электростатике.
Электростатика, накапливаемая на операторе, способна сильно усложнить жизнь. Она если и не выводит компоненты из строя сразу же, то значительно увеличивает вероятность их выхода из строя и сокращает срок жизни.
Вот такие символы, думаю, многие встречали на разных предметах: инструментах, одежде, обуви.
Обозначают они соответствие предмета антистатическим стандартам.
Для одежды или обуви это значит электрическую проводимость, для инструмента, в основном, тоже. Смысл предпринимаемых мер - исключить накопление заряда статического электричества на инструментах или операторе. И обеспечить его стекание...
А что делать с зарядом дальше? Типовые промышленные схемы предполагают наличие в защищенной зоне токопроводящего ковра для отвода через ноги, коврика на столе и таких вот примерно браслетов для рук:
Причем всё это должно быть ещё и подключено к заземляющей шине, иначе а куда "сливать" заряд. И пол, и стол, и руки. Причем через резистор в 1 мегаОм. Это чтобы, не дай бог, оператора не закоротило от бытовой сети.
Можно, правда, слегка ограничить это всё. Не производство, всё же. ESD-перчатки и браслеты на обе руки. Ну и инструмент защитить.
Вопрос: а куда.
Самый первый ответ "ну так есть заземление же, вот оно в розетке".
И ответ - неправильный.
Для использования в качестве заземляющей шины нужен какой-то проводник, обладающий рядом свойств, не полностью совпадающим со свойствами проводника Pe. Например сопротивление растеканию на ESD-заземлителе может быть заметно выше. Но это не главное.
Главное (если не считать безопасность, хотя там под вопросом, 1МОм всё таки) - нулевой потенциал. А вот с ним получается интересно.
Немного отвлекусь. Заземление бывает естественное или искусственное.
К естественному заземлению принято относить те конструкции, строение которых предусматривает постоянное нахождение в земле. Однако, поскольку их сопротивление ничем не регулируется и к значению их сопротивления не предъявляется никаких требований, конструкции естественного заземления нельзя использовать в качестве заземления электроустановки. К естественным заземлителям относят, например, трубы.
Искусственное заземление — это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.
Исходя из данных определений, можно предположить, что естественное заземление для целей ESD защиты может подходить даже больше, чем имеющееся в домах электрическое.
А потом и проверить.
Естественным заземлением в доме можно считать элементы дома и металлотрубные коммуникации в последнем. Под элементами следует считать арматуру, пронизывающую дом целиком и детали, к ней закреплённые. Однако, сложно дать гарантии, что все стыки арматуры сварены, как положено. Поэтому остаются трубы центрального отопления, ливневой канализации, газовые. По последним, кстати, уравнение потенциалов на концах, это довольно обязательный и проверяемый элемент.
Путём элементарной проверки вольтметром, данный пакет труб имеет у меня в доме равный потенциал. Нулевой. И может считатся за этакий "образец земли".
Можно, вобщем, на этом и закочить, написать, что я подключил шину ESD-заземления к трубам отопления и прицепил браслеты к ней. Прицепил.
Но вот захотелось проверить, а что у меня на Pe творится.
А вот: между Pe и фактической землёй 56 переменных Вольт. Если бы я подключил к сети паяльную станцию так, как желает производитель, то на жале получил бы вот эти самые переменные 56В. Тогда, как для большинства микросхем в "холодном" режиме достаточно 30В, чтобы умереть.
Стало интересно, а какая там мощность в проводе.
Второй мультиметр у меня в режиме амперметра включен. Замыкаем Pe на трубу и...
Тока нет и милливольт разницы. То есть мощность всё же никакая. Но напряжение есть. И для плат оно опасно.
Значит, если купит кто паяльную станцию, то очень надо подумать будет, а сколько вольт подарит ему бортсеть на корпус.
И не только, кстати, станцию. Столько вольт будут на любом корпусе. В том числе, например, и корпусе ПК. А это уже гораздо так опаснее.
А ещё был у меня случай когда шибко умный ремонтник подал фазу на землю. Корпус печки-свч и всех металлических приборов был под фазой, к счастью покрашенное всё. Как тогда не шваркнуло хозяев на кухне - ума не приложу. Но это уже совсем другая история...
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2014-03-16 02:01 am (UTC)no subject
Date: 2014-03-17 04:02 pm (UTC)no subject
Date: 2014-03-17 05:02 pm (UTC)Я попробую обьяснить. Вы приносите на рабочее место электронную сборку и компонент который собираетесь к ней припаять, из мест с произвольным потенциалом (иначе надо вообще требовать чтоб все на Земле было заземлено в одном месте), естественно в ESD-защитной упаковке, иначе все остальное не имеет смысла. Кладете их на слабопроводящую рабочую поверхность - заряд рассасывается, потенциалы рабочего места и принесенных частей выравниваются. Надеваете браслет присоединенный к рабочей поверхности - ваш потенциал выравнивается с рабочей поверхностью и частями. Пока то над чем вы работаете соприкасается только с руками, инструментами и поверхностью у которых один и тот же потенциал - ESD неоткуда браться. И если вы сложите все части в ESD-защитную упаковку, перенесете у другому рабочему месту, например за 10 тыс км, и там распакуете следуя описаной процедуре - никакого повреждения от ESD не будет, не смотря на то что потенциалы у рабочих мест никак не связаны и совершенно разные. Но если кто-то с потенциалом соседней батареи подойдет в изолирующей обуви к столу и, предварительно не уравняв потенциал с рабочей поверхностью (не одев браслет и даже не подержавшись за нее), ткнет пальцем в чувствительный компонент - да, он этот компонент повредит.
no subject
Date: 2014-03-17 05:13 pm (UTC)Но если человек, надев ESD браслет присоединённый к ESD столу коснётся ногой или рукой одновременно и схемы, и батареи парового отопления под потенциалом - схема может сгореть.
Кстати, в самом плохом случае человек тоже помереть может.
Особенно если оказывается, что каркас стола заземлён туда же, куда паяльник, а земля на паяльнике и на батарее разная. Обычное дело, между прочим.
А ещё бывает что вроде бы земля и там и там одна и та же, но рядом работает какой-то высокочастотный источник помех и разность потенциалов присутствует только на высоких частотах. Человек может и не почувствовать, а схема погорит.
no subject
Date: 2014-03-17 05:34 pm (UTC)А чтобы защитить аппаратуру в описанном вами случае, требуется ставить фильтры на главную заземляющую шину в помещении.
no subject
Date: 2014-03-17 06:10 pm (UTC)Где тут 1 МОм? Нет его.
! МОм стоит в ESD браслете. Но если коснуться одновременно каркаса стола и батареи - может быть поражение током. Кстати, в нашей стране встречается странная традиция присоединять земляной проводник розетки к нулю(!!!)
То же самое касается платы. Сигнальная земля платы соединена с защитным заземлением в какой-либо точке - одновременное прикосновение к плате и батарее может убить плату.
Фильтры не помогут, если имеется некий высокоомный вход на плате. Скажем, вход полевого транзистора. шина заземления сама имеет ёмкость относительно земли и ВЧ токи могут так же пойти через неё.
На самом деле единственный способ защиты - уравнивать, уравнивать и уравнивать потенциалы любыми доступными средствами. Выравнивающие потенциалы проводники должны обладать наименьшей возможной индуктивностью.
Кстати, в лаборатории был случай один раз. Включили новый лазер - из ВЫКЛЮЧЕННОГО синхронхронноного детектора пошёл дым. Я ору коллеге "Выключай"!!! А что выключать-то, когда он выключен?
Оказалось. что ВЧ источник лазера наводил токи по земле, а корпус детектора касался каркаса стеллажа, на котором он стоял. а входная земля детектора касалась оптического стола, на котором стоял лазер. Такая во загогулина получилась. Пришлось перепаивать часть деталей и полностью менять транзисторы входного каскада.
Век живи, век учись, как говорится.
no subject
Date: 2014-03-17 08:22 pm (UTC)no subject
Date: 2014-03-17 07:27 pm (UTC)Именно об этом я и написал. Защита от ESD - не просто набор технических решений, а следование процедурам - все попадающее в рабочую зону должно быть безопасным способом разряжено. Ну решите вы проблему с потенциалом батареи - и что? А если человек коснется не батареи, а чего то еще - схемы и своей меховой шапки, например? Как заземлить ВСЁ вокруг?
Кстати, в самом плохом случае человек тоже помереть может.
Нет, для этого в браслет и вставлено мегаомное сопротивление. Но это уже вовсе проблема электробезопасности, а не ESD. Наверное самый простой и надежный (но возможно недешевый и тяжелый) способ решить проблему - поставить изолирующий трансформатор с экранированием между обмотками для питания всего рабочего места, соединить нейтраль вторичной обмотки к местной земле.
А ещё бывает что вроде бы земля и там и там одна и та же, но рядом работает какой-то высокочастотный источник помех и разность потенциалов присутствует только на высоких частотах.
А на высоких чаcтотах понятия "земли" вообще нет, там есть только понятие возвратного пути для ВЧ тока. И если схема не работает правильно изза помех - то это уже проблема электромагнитной совместимости (EMI), решается совершенно не так как проблема ESD или электробезопасности - не присоединением всего к одной земле, а выяснением типа паразитной связи (емкостная или индуктивная) и соответственно борьбой с ней.
Человек может и не почувствовать, а схема погорит.
Это вряд ли. Понятно, что внутри включеной микроволновки электроника помрет, но там и человеку мало не покажется :) Я напомню, процесс изготовления транзисторов в микросхемах состоит из процессов напыления, окисления, травления и т.д. подложек в химреакторах, когда вся подложка удерживается электростатической присоской (700-1000В), а прямо над поверхностью создается плазма с помощью киловаттных ВЧ или микроволновых генераторов с напряженностью поля 1000В/см - и ничего не горит. Пока, если вдруг что-то пойдет не так, не возникнет локализованый разряд (пробой) через газ, и ток не потечет прямо через полупроводниковое устройство на подложке.
ЗЫ Вы еще забыли перечислить случай ground loop (выравнивающий ток (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%8B%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D0%BE%D0%BA)) - он практически всегда мешает чувствительным измерениям на постоянном токе и низкой частоте, но очень редко что-то сжигает. И что характерно в этом случае - чем больше всего начинаешь заземлять не думая куда и как при этом пойдет выравнивающий ток - тем хуже становится результат :(