Uzemljenje elektroničkih uređaja - GND (masa)

Uzemljenje je velika boljka elektroničkih uređaja, osobito ako se ne izvodi na propisani način ili se koristi NULOVANJE - spajanje voda 'dobro uzemljene nule' s kontaktom mase u utičnici. Problem nastaje kada se uređaji napajaju iz utičnica koje koriste različite faze i 'nazovi uzemljenu nulu'. Sve je koliko-toliko dobro dok je na sve tri faze spojen veliki potrošač (grijalica, bojler i slični) koji sa svojim malim unutrašnjim otporom anulira odstupanja u razlici potencijala između kontakata masa na utičnicama, ali kad su spojeni slabiji potrošači (muzička oprema, računala i slično) s velikim unutrašnjim otporom 'plesanje' potencijala između kontakata mase (uzemljenja) na utičnicama spojenih na različite faze pruža 'nezaboravnu zabavu' za korisnika.

Nulovana instalacija u objektima najčešće ima JADNO uzemljenje te kada se u neki objekt dovedu sve tri faze, u pravilu se događa da postoji razlika potencijala između kontakata uzemljenja kod NULOVANIH utičnica koje su na različitim fazama. Ako se na jednu utičnicu spoju jedan uređaj (PC recimo) a na drugu neki drugi (monitor recimo), njih međusobno treba povezati signalnim kabelom kod kojeg je oklop predviđen kao uzemljenje i zaštita od EMI utjecaja i koji ujedno povezuje kućišta (šasije, masu) povezanih uređaja. A kako 'uzemljenja' utičnica najčešće imaju različite potencijale, šanse za 'SPALITI' jedan od uređaja prilikom spajanja su ogromne zbog izjednačavanja potencijala između kućišta uređaja.

Razlog prisutnosti različitih potencijala 'uzemljenja' mogu biti i sami računalni uređaji. U suštini svaki od računalnih uređaja u primarnom krugu transformatora, bilo da se radi o klasičnom ili impulsnom ispravljaču (SPS), redovito se nalazi filtar za eliminiranje smetnji i visokofrekventnih harmoničnih komponenti. Načinjen je barem kao kondenzatorski djelitelj, kako pokazuje naredna slika, ili PI-filtar što je u načelu djelovanja isto.

Slika 1. Shema transformatora ispravljača.

Kada su u utičnici prespojeni kontakti '0' i 'M', a vod '0' nije ispravno uzemljen, kondenzatorski djelitelj C₁-C₂ postaviti će točku 'M' (GND - ground) na određeni potencijal koji se preko plavog prikazanog vodiča prenosi na elektroničku masu, odnosno šasiju (kućište) uređaja. Drugi uređaj, spojen na drugu utičnicu na drugoj fazi imati će ovu raspodjelu potencijala drugačiju. Kad se tome pridoda utjecaj na naponske i strujne vektore zbog jalove struje, potencijalni 'kaos' je neizbježan. Kada se sad spajaju uređaji (šasije) signalnim kabelom potencijali dviju točaka 'M' moraju se izjednačiti i to se najčešće manifestira kao iskrenje na konektoru koji se želi spojiti (VGA kabel na primjer). Druga česta manifestacija neispravnog uzemljenja i narušene naponske simetrije u primaru transformatora ispravljača je brujanje u zvučniku glazbenog uređaja. Ako je računalo povezano u mjerni sustav, 'lažiranje' rezultata mjerenja gotovo je sigurno, osobito ako senzor mjernog uređaja daje na izlazu signal male amplitude. Pojednostavljena shema impulsnog ispravljača računala prikazana je na slici 3.3.38, na kojoj je plavom crtom prikazan spoj mase na 'RM0' napojnim energetskim priključcima sa šasijom računala.

Istina, staro elektroničarsko pravilo kaže 'najprije sve poveži pa onda uključi' kako bi se potencijali pojedinih 'šasija' uređaja izjednačili prije njihovog uključivanja, ali u eri PnP tehnologije, osobito kod USB i sličnih standarda, koji predviđaju priključivanje uređaja na vruće (HotPlug), navedenog se nije moguće držati. Utoliko je značaj uzemljenja veći. Vrlo često se dogodi da se prilikom nevremena ili nepoćudnih energetskih naponskih oscilacija, računalo resetira i ne da se više 'upaliti', osobito ako se skupi određena količina statičkih naboja na šasiji, koju senzor matične ploče prepoznaje kao veliki potencijal, a koji se nema preko čega anulirati. Treba jednostavno ugasiti računalo, isključiti naponski energetski vod, ostaviti računalo da 'odstoji' par sati, i vrlo vjerojatno je da će prilikom ponovnog priključivanja sve biti u redu. Korisno je, po isključivanju iz naponske mreže, još par puta pritisnuti prekidač napajanja, da se kondenzatori elektroničke sklopke isprazne.

Ako se prekine, prema primjeru na slici, plavo obojeni vodič u uređaju, šasija je odijeljena od napojne mase i problem nestaje; istina šasija je na nekom virtualnom potencijalu ali prilikom spajanja s drugim uređajem nema 'pražnjenja'. Odijeljenu masu imaju TV uređaji, napojni vod ima dva vodiča (nulu i fazu) i uređaj se ne spaja preko 'šuko' utikača, a masa šasije ostvaruje se preko antenskog sustava. Kako sad navedeno napraviti svakom novom računalnom uređaju? Drugo moguće rješenje je skidanje prespojnika u utičnici, ali su tada svi uređaji pod nekim potencijalom na šasiji zbog kondenzatorskog djelitelja, ali se tome može doskočiti uzemljenjem šasija za vodovodnu cijev (nije preporučljivo) ili spajanjem šasija za neki ispravno uzemljeni sustav. U ovu svrhu nikako se NE SMIJE koristiti GROMOBRANSKO uzemljenje. Ako su šasije neuzemljene, prilikom dodira rukom može se osjetiti lagano 'peckanje', što znači da je šasija pod naponom, ali ne može 'ubiti' jer je kapacitet kondenzatora djelitelja dovoljno mali prema električkoj provodljivosti čovjeka tako da mu zatvaranje strujnog kruga ne može nauditi. Ova 'energetičarska poslastica' prisutna je, na primjer, kod svih perilica rublja spojenih na 'dobro' nulovanu energetsku instalaciju.

Dakle, rješenja problema su:

• Dovesti električnu instalaciju u ispravno stanje.
• Sve računalne i / ili glazbene uređaje spojiti na istu fazu ako je moguće.
• Svu opremu električki odvojiti pomoću transformatora za odvajanje od gradskog izvora napajanja koji transformira u odnosu 1:1 (220 V - 220 V), bilo koristeći 'off-line' UPS (besprekidno napajanje) ili odvojni transformator za 'kućno kino' kao na slici 3.2a.

Loše uzemljenje veliki je problem prilikom umrežavanja računala, čak ako se radi o umrežavanju samo nekoliko računala, na primjer u knjigovodstvenom servisu putem BNC konektora i tankog koaksijalnog kabla (thin Ethernet) što je ujedno i najjeftinije rješenje za umrežavanje - cheapnet (cheap / net). Sve je dobro povezano i podešeno, ali ne radi, nema komunikacije iako je sve tehnički ispravno, jer se preko oklopa koaksijalnog kabla 'pokušavaju' izjednačiti potencijali elektroničkih sklopova računala (ne kućišta) što se odražava na njihovu međusobnu komunikaciju. Jedino rješenje je povezivanje svih računala na istu fazu pomoću razvodnih energetskih produžnih kablova i time na jedinstvenu točku uzemljenja. Zbog navedenog tanki koaksijalni kabel nije bio osobito popularan kod administratora mreža. Ovaj problem nije toliko izražen kod mreža s UTP kablovima, jer nema izjednačavanja potencijala preko spojnog kabla zbog načina na koji se prenosi komunikacijski signal. Sve manja cijena prespojnika, s 4 do 8 RJ45 priključaka, potpuno je istisnula tanki koaksijalni kabel kao rješenje umrežavanja i kod malih firmi upravo zbog problema s energetskim uzemljenjem. Jedinstvena točka uzemljenja je pravilo koje se bezuvjetno mora poštovati prilikom spajanja računalnih uređaja i / ili uređaja koji obrađuju analogni signal, kao što su glazbeni uređaji ili pak izvor analognog signala spojen za A/D pretvornik u računalu i slično.

Zaključno, uzemljenje kućišta elektroničkih uređaja (i ne samo njih) je nužda zbog:

• Smanjenja utjecaja smetnji u sustavu.
• Jedinstvenog nultog potencijala kućišta svih uređaja.
• Izbjegavanje strujnog udara glede zdravlja korisnika.

Tko ima zadovoljstvo da ga 'trese' struja (blaže značenje riječi - ubije) prilikom korištenja elektroničkih ili bilo kojih električnih uređaja, ne mora ništa uzemljiti. Kad se zatvori strujni krug preko njega između kućišta računala i slučajno dodirnutog recimo radijatora, neka mu je Svevišnji od pomoći. Ne kažu bez veze iskusni električari - 'Kad radiš sa strujom, koristi jednu ruku, a s drugom igraj biljar!'. Uz dobre cipele, poštujući prethodno navedeno, dobro je izoliran od okoliša, i nema šanse da će ga stresti struja iako je možda cijeli pod naponom. I ptice se odmaraju na JEDNOJ žici dalekovoda bez problema, zar ne?

Možda se ovaj problem nekome čini trivijalan, ali ozbiljne tvrtke ne misle tako.

Naime, svojevremeno 80' godina, firma DEC (Digital Equipment Corporation) u jednoj Hrvatskoj firmi trebala je instalirati mrežu; svu aktivnu i pasivnu opremu, 'mainframe' i pripadne mu terminale i osobna računala. Prije potpisivanja ikakvog ugovora njihovi stručnjaci došli su provjeriti kakvo je stanje energetske strukture u objektima. Ustanovili su da je uzemljenje katastrofa i rekli da od daljnjeg ugovaranja (a time i izvođenja radova) nema ništa dok se to ne dovede u red. Nakon par mjeseci, kad se je uzemljenje napravilo po svim važećim propisima, DEC je izvješten o radovima, no oni su opet došli sa svojim stručnjacima i tek kad su oni rekli da je sve u redu nastavilo se je s ugovaranjem posla.

Toliko o ozbiljnosti u ovoj struci.