La forma más segura de conectar a tierra una caja de metal

Actualmente estoy construyendo un reloj nixie con algunos componentes de alta frecuencia (GPS) y planeo poner el reloj en una caja de metal. El voltaje más alto utilizado en el reloj es de aproximadamente 510 V (referenciado a TIERRA DEL RELOJ). Hay tres configuraciones diferentes de puesta a tierra del recinto de metal que estoy contemplando. Quiero discutir las consideraciones de seguridad de cada uno y, en última instancia, determinar cuál es la opción más segura/mejor práctica (o si la opción correcta/más segura es otra y no una de las que he enumerado a continuación). No pude encontrar una publicación que discutiera las consideraciones de seguridad de todas estas opciones.

A continuación hay una lista de las 3 opciones de conexión a tierra que estoy considerando con representaciones esquemáticas adjuntas para cada opción. Cada esquema tiene la conexión en cuestión resaltada en amarillo.

EDITADO: Imágenes actualizadas para mostrar explícitamente la conexión EARTH para mayor claridad.

Opción 1: Conectar la caja metálica a la TIERRA DEL RELOJ

Representación esquemática de la Opción 1, con la conexión en cuestión resaltada en amarillo

Dado que tendré algunos conectores SMA montados en la carcasa metálica, si no aíslo estos conectores de la carcasa metálica del reloj, conectarán la carcasa metálica a la TIERRA DEL RELOJ. Esta opción permitirá que el TRANSFORMADOR DEL RELOJ actúe como un transformador de aislamiento y también evitará que se acumulen grandes diferencias de voltaje entre la caja de metal y los componentes electrónicos internos del reloj. Sin embargo, me preocupa que esto no siga la práctica común de conectar la carcasa metálica de los equipos alimentados por la red eléctrica a TIERRA.

Ventajas:

  • CLOCK TRANSFORMER actúa como un transformador de aislamiento.
  • Evita que se acumulen grandes diferencias de voltaje entre la carcasa de metal y la electrónica interna del reloj.

Contras:

  • No sigue la práctica común de conectar la caja metálica de los equipos alimentados por la red eléctrica a TIERRA. La caja de metal puede generar una gran diferencia de potencial con respecto a TIERRA, lo que puede provocar una descarga eléctrica si alguien toca la caja de metal.

Opción 2: Conectar la caja metálica a TIERRA

Representación esquemática de la Opción 2, con la conexión en cuestión resaltada en amarillo

Si elijo esta opción, aislaría los conectores SMA (que son TIERRA DEL RELOJ) de la carcasa metálica del reloj. Esto parece seguir la práctica común de conectar la carcasa metálica de los equipos alimentados por la red eléctrica a TIERRA. Sin embargo, ¿debo preocuparme de que la electrónica interna del reloj pueda acumular grandes diferencias de potencial con respecto a la caja?

Ventajas:

  • Sigue la práctica común de conectar la caja metálica de los equipos alimentados por la red eléctrica a TIERRA.
  • CLOCK TRANSFORMER actúa como un transformador de aislamiento.

Contras:

  • Se pueden acumular grandes diferencias de voltaje entre la carcasa de metal y la electrónica interna del reloj.

Opción 3: Conecte la caja de metal tanto a TIERRA como a TIERRA DEL RELOJ

Representación esquemática de la Opción 3, con las conexiones en cuestión resaltadas en amarillo

Esta opción evita que la electrónica interna del reloj genere grandes tensiones con respecto a la caja y, al mismo tiempo, sigue la práctica habitual de conectar a TIERRA la carcasa metálica de los equipos alimentados por red. Sin embargo, esta opción elimina la seguridad del TRANSFORMADOR DE RELOJ actuando como transformador de aislamiento.

Ventajas:

  • Sigue la práctica común de conectar la caja metálica de los equipos alimentados por la red eléctrica a TIERRA.
  • Elimina la posibilidad de que se acumulen grandes diferencias de voltaje entre el gabinete y la electrónica interna del reloj.

Contras:

  • CLOCK TRANSFORMER ya no actúa como transformador de aislamiento. Tocar un nodo eléctrico interno en el reloj (como CLOCK VDD) podría provocar una descarga eléctrica grave.

Parece que cada opción presenta algunas ventajas, pero aún tiene algunos defectos de seguridad. Supongo que trabajar con la red eléctrica es intrínsecamente peligroso, sin embargo, ¿hay alguna opción que se destaque como significativamente más segura que las otras dos?

¿Puedes probarlo sin preocuparte por el "transformador de poste de teléfono"?
1) Espero que te des cuenta de que la antena del GPS debe estar fuera de la caja de metal, de lo contrario no recibirá nada. 2) La regla general para los equipos alimentados por CA con una carcasa de metal que puede ser tocada por el usuario es que la carcasa debe conectarse a tierra , lo que descarta la opción 1. Las opciones 2 o 3 están bien con respecto a la seguridad. Yo optaría por la opción de "solo un motivo", por lo que sería la opción 3.
¿Tiene tomacorrientes de CA de 3 clavijas? En caso afirmativo, debe mostrar los tres para mayor claridad.
Yo diría que la línea de base a considerar debería ser la opción 3. A partir de ahí, puede analizar si la conexión de la Tierra con Clock Ground es realmente dañina y, de ser así, proceder a aislar cuidadosamente Clock Ground cada vez más, por ejemplo, a través de la respuesta de ThePhoton.
@Bimpelrekkie: tienes razón con respecto a la antena GPS; el conector SMA es para conectar una antena GPS externa.
@Mattman944: Buen punto. He actualizado las imágenes para mostrar las tres para mayor claridad.
Desearía que la gente de electrónica no usara la palabra "tierra" para referirse a la referencia de 0V/retorno común/actual. Me doy cuenta de que se acuñó mucho antes de que la alimentación de CA se diera cuenta de la necesidad de llevar un tercer cable a tierra a cada tomacorriente, pero aún así. Ni siquiera están relacionados. Es como los bucles de tierra de la electrónica (diafonía de la señal) frente a los bucles de tierra de la alimentación de CA (el avión privado de un electricista gira al aterrizar debido a la falta de manejo de los vientos cruzados).

Respuestas (3)

Opción 4: conecte el gabinete a tierra y conéctelo a la tierra del reloj con una alta impedancia, tal vez 1 megaohmio.

Esto evita que se acumulen grandes voltajes entre el circuito interno y la carcasa y, al mismo tiempo, limita el daño que puede causar una descarga eléctrica del circuito interno.

Esto tiene más sentido para mí. Las diferencias de alto voltaje dentro de la caja implican cargas estáticas superficiales significativas en los nodos en cualquier extremo de la fuente de alimentación de alta tensión. Pero también entonces la posibilidad de acumulación de carga, también. La caja de metal debe tener en todas partes un campo eléctrico de cero dentro de la propia cubierta de metal, pero cualquier acumulación de carga dentro de la caja será contrarrestada por la carga en la superficie interior de la caja y, por lo tanto, también se reflejará de nuevo en sentido opuesto en la superficie exterior de la caja. caja. Tener algo para purgar cualquier acumulación de carga del circuito interno es una buena idea. +1
¡Esto tiene mucho sentido para mí, y creo que es una solución muy elegante y segura! Gracias por la sugerencia. Probablemente también agregaré un pequeño capacitor cerámico para desviar el ruido de alta frecuencia, como lo sugiere Tony Stewart EE75 a continuación.
Vale la pena poner en serie dos o tres resistencias de alto valor, en caso de que una se cortocircuite por alguna razón. Esto sería estrictamente necesario si las resistencias fueran el único dispositivo de seguridad, pero en este caso es solo una buena práctica. También asegúrese de que las resistencias tengan una clasificación de voltaje para el voltaje más alto presente en el dispositivo.

Desde el punto de vista de la seguridad, el gabinete debe estar conectado a tierra, no a la pata neutral de la fuente de alimentación. Debe tener un enchufe de tres clavijas con la carcasa conectada a la clavija de tierra. Ahora, cualquiera que toque el gabinete está a salvo, suponiendo que el enchufe de pared esté correctamente conectado a tierra. Incluso si no lo es, necesita otra falla para que el recinto sea peligroso. No puede contar con que el cable neutro esté conectado a tierra.

Muy buen punto. He actualizado las imágenes para mostrar explícitamente la conexión a TIERRA, además de los cables vivo y neutro. ¡Gracias por la captura!
En cuanto a la seguridad, ya sea 2 o 3 está bien ahora. No he hecho el diseño de RF, pero me dijeron que la tierra en el lado secundario necesitaba estar conectada en alguna parte. Teníamos CC y lo conectamos a la tierra entrante, no a la tierra.

Puede alimentar esto con un regulador de 9 V y un elevador, ambos desde el mismo transformador de bajo voltaje y bajo VA en un amplio rango. Todo lo que necesita es una entrada de suministro de pared de 12 V CC con CC y un cable ESD de tierra para purgar cualquier carga en una caja de plástico metalizada o una caja de metal.

No hay necesidad de un gran transformador 1:1.
No necesita más de 500 V, solo 190 V CC para tubos Nixie estándar.

ingrese la descripción de la imagen aquí

La carcasa puede tener doble aislamiento o conexión a tierra con entrada de CA o entrada de CC con un cable de tierra ESD con 1 Mohm R y cerámica pequeña C para derivar el ruido de RF. La resistencia purgará la carga estática en una caja con doble aislamiento que se puede recubrir con spray en una caja de plástico con pintura disipadora de estática. Pero si prefiere una caja de metal, la conexión a tierra de 3 hilos es imprescindible con los fusibles encendidos.

¡Gracias por la aportación! Omití la mayor parte de la información sobre el reloj nixie en la publicación original, ya que lo que más me preocupaba era cuál era la forma más segura de conectar a tierra la carcasa. El reloj utiliza la frecuencia de red de 60 Hz para realizar un seguimiento del tiempo. Además, estoy usando un Dekatron como pantalla adicional, por lo que se necesitan 510 V. Como usted y The Photon sugirieron, estoy planeando usar una resistencia de ~ 1M Ohm en paralelo con una pequeña tapa de cerámica para conectar CLOCK GROUND a EARTH. También pondré un fusible de 1A justo después del TRANSFORMADOR DE RELOJ (en serie con el secundario). ¡Aprecio tus comentarios!
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