Pemahaman Tentang Ground Loops

Ground loop: Cara kerjanya dan cara menghadapinya

Ground-loop dibuat setiap kali dua atau lebih peralatan bertenaga listrik dihubungkan bersama, sehingga AC yang diturunkan dari listrik mengalir melalui pelindung dan konduktor arde, menurunkan tingkat kebisingan sistem. Efeknya paling buruk ketika dua atau lebih unit dihubungkan melalui ground utama serta kabel audio, dan situasi ini biasanya dimaksud dengan istilah "loop ground". Namun, arus tanah juga dapat mengalir dalam sistem yang tidak dibumikan secara galvanis; mereka berkekuatan lebih rendah tetapi masih dapat menurunkan tingkat kebisingan, jadi skenario ini juga dipertimbangkan di sini.

Di sini saya telah menggunakan kata "tanah" untuk konduktor dan seterusnya, sementara "bumi" digunakan untuk benda lembap yang rapuh tempat batang tembaga ditusukkan.

INJEKSI HUM OLEH ARUS GROUNDING UTAMA

Gambar 1 menunjukkan apa yang terjadi ketika apa yang disebut "ground teknis" seperti batang tembaga yang terkubur terpasang ke sistem grounding yang sudah terhubung ke "ground utama" di papan distribusi daya. Yang terakhir adalah wajib baik secara hukum maupun teknis, jadi orang sebaiknya menerima ini dan menunjukkannya sebagai landasan referensi. Dalam banyak kasus, "pembumian utama" ini sebenarnya adalah konduktor netral, yang hanya diardekan di gardu transformator jarak jauh.

AB adalah kabel dari gardu induk ke konsumen, yang melayani banyak rumah dari sambungan yang disadap sepanjang kabel tersebut. Ada arus besar yang mengalir ke konduktor N+E, jadi titik B seringkali 1 Volt rms atau lebih di atas bumi. Dari B dan seterusnya, di kabel internal rumah, netral dan arde selalu terpisah.

Gambar 1

Dua perangkat audio dihubungkan ke kabel listrik ini di C dan D, dan dihubungkan satu sama lain melalui kabel F-G yang tidak seimbang. Kemudian koneksi yang keliru dibuat ke bumi di D; rms 1V sekarang terkesan di jalur B-C-D, dan arus besar kemungkinan mengalir melaluinya, tergantung pada resistansi total jalur ini. Akan ada penurunan tegangan dari C ke D, besarnya tergantung pada fraksi dari total resistansi BCDE yang dibuat oleh bagian C-D. Kabel pembumian CD-D akan memiliki penampang minimal 1,5 mm persegi, sehingga koneksi ekstra FG ke kabel audio tidak mungkin banyak mengurangi tegangan yang mengganggu.

Untuk merasakan besaran yang terlibat, ambil arus arde yang masuk akal sebesar 1 Amp. Konduktor arde 1,5 mm persegi akan memiliki resistansi 0,012 Ohm/meter, jadi jika soket listrik di C dan D berjarak satu meter, tegangan CD akan menjadi 12 mV rms. Hampir semua ini akan muncul antara F dan G, dan tidak dapat dibedakan dari sinyal yang diinginkan ke tahap input Unit 2, sehingga dengungan akan menjadi parah, mungkin hanya 30 dB di bawah level sinyal nominal.

Cara terbaik untuk mengatasi masalah ini bukanlah dengan membuatnya sejak awal. Jika beberapa arus arde tidak dapat dihindari maka penggunaan input seimbang (atau output ground-cancel - tidak perlu menggunakan keduanya) harus memberikan setidaknya 40 dB penolakan pada frekuensi audio.

Gambar 1 juga menunjukkan titik pembumian ketiga, yang untungnya tidak memperumit situasi. Pipa air logam diikat ke ground utama yang masuk untuk alasan keamanan, dan karena biasanya terhubung secara elektrik ke pasokan air yang masuk, arus mengalir melalui B-W dengan cara yang sama seperti melalui sambungan batang tembaga D-E. Namun arus pipa air ini tidak mengalir melalui C-D dan tidak dapat menyebabkan masalah ground-loop. Namun hal itu dapat menyebabkan pipa menghasilkan medan magnet AC yang diambil oleh kabel lain.

INJEKSI HUM OLEH TRANSFORMER STRAY FIELDS

Gambar 2 menunjukkan tata letak fisik yang benar-benar buruk yang akan menyebabkan arus tanah mengalir meskipun sistem ditanahkan dengan benar hanya pada satu titik.

Gambar 2

Di sini Unit 1 memiliki catu daya DC eksternal; ini memungkinkan untuk menggunakan trafo tipe rangka yang murah yang akan memiliki medan liar yang besar. Tapi ... perhatikan bahwa kabel di PSU yang menghubungkan ground utama ke 0V keluar mengambil setengah putaran di sekitar transformator, dan arus signifikan akan diinduksi ke dalamnya, yang akan mengalir di sekitar loop C-F-G-D, dan memberikan tegangan yang tidak diinginkan -jatuhkan antara F dan G. Dalam hal ini memperkuat dasar dari interkoneksi audio kemungkinan akan membantu, karena secara langsung mengurangi fraksi dari tegangan loop total yang dijatuhkan antara F dan G.

Sulit untuk menerapkan besaran apa pun pada efek ini karena bergantung pada banyak hal yang tidak dapat dipertimbangkan seperti kualitas pembuatan trafo dan pengaturan fisik yang tepat dari kabel arde di PSU. Jika kabel ini dialihkan ke posisi titik-titik pada diagram, trafo tidak lagi tertutup setengah putaran, dan efeknya akan jauh lebih kecil.

INJEKSI HUM OLEH TRANSFORMER STRAY CAPACITANCE

Tampaknya pada pandangan pertama bahwa adopsi peralatan Kelas-II (berinsulasi ganda) di seluruh sistem audio akan memberikan kekebalan yang melekat pada masalah ground-loop. Hidup tidak sesederhana itu, meskipun harus dikatakan bahwa ketika masalah seperti itu benar-benar terjadi, kemungkinan besar masalah tersebut tidak terlalu parah.

Masalah ini menimpa semua peralatan Kelas-II sampai batas tertentu.

Gambar 3

Gambar 3 menunjukkan dua unit Kelas-II yang dihubungkan bersama oleh kabel audio yang tidak seimbang. Dua transformator utama dalam unit memiliki kapasitansi liar dari hidup dan netral ke sekunder. Jika kapasitansi ini semuanya identik, tidak ada arus yang akan mengalir, tetapi dalam praktiknya tidak, jadi arus 50 Hz disuntikkan ke rel 0V internal dan mengalir melalui resistansi F-G, menambahkan dengungan ke sinyal.

Input yang seimbang atau output pembatalan ground akan menghilangkan atau membuat efek buruk yang dapat diabaikan. Mengurangi resistansi jalur arde interkoneksi juga berguna - lebih dari jenis loop arde lainnya, karena arus arde pada dasarnya ditetapkan oleh kapasitansi liar yang kecil, sehingga mengurangi separuh resistansi F-G akan mengurangi separuh tegangan interferensi.

Ada batasan seberapa jauh Anda dapat mengambil ini- sementara input seimbang sederhana akan memberikan penolakan 40dB dengan biaya rendah, meningkatkan luas penampang tembaga di dasar kabel audio dengan faktor 100 kali lipat tidak akan berhasil. menjadi mudah atau murah.

Gambar 3 menunjukkan peralatan dengan sasis logam yang terhubung ke 0V; (ini cukup dapat diterima untuk persetujuan keselamatan - yang penting adalah isolasi antara sumber listrik dan yang lainnya, bukan antara sirkuit tegangan rendah dan logam yang dapat disentuh) perhatikan sambungan sasis namun tidak memiliki relevansi dengan efek dasar, yang akan tetap terjadi bahkan jika kandang peralatan benar-benar non-konduktor.

Besarnya arus tanah bervariasi dengan detail konstruksi trafo, dan meningkat seiring dengan bertambahnya ukuran trafo. Oleh karena itu, semakin besar daya yang ditarik unit, semakin besar arus tanah yang dapat dipertahankannya. Inilah sebabnya mengapa banyak sistem secara subyektif bebas dengung hingga sambungan subwoofer bertenaga, yang kemungkinan besar memiliki trafo lebih besar daripada komponen sistem lainnya.

Equipment type	Power consumption	Ground current
Turntable, CD, cassette deck	20W or less	5 uA
Tuners, amplifiers, small TVs	20-100W	100 uA
Big amplifiers, subwoofers, large TVs	More than 100W	1mA

ARUS TANAH DI DALAM PERALATAN

Setelah arus arde diatur mengalir, mereka dapat menurunkan kinerja sistem di dua lokasi: di luar unit sistem, dengan mengalir di arde interkoneksi, atau di dalam unit, dengan mengalir melalui jalur PCB internal, dll. Masalah pertama dapat ditangani secara efektif dengan menggunakan input yang seimbang, tetapi efek internal dari arus tanah bisa jauh lebih parah jika perlengkapannya dirancang dengan buruk.

Gambar 4

Gambar 4 menunjukkan situasinya. Ada, untuk alasan apa pun, arus arde mengalir melalui CD konduktor arde, menyebabkan arus interferensi mengalir di sekitar loop CFGD seperti sebelumnya. Sekarang, bagaimanapun, desain internal Unit 2 sedemikian rupa sehingga arus tanah yang mengalir melalui FG juga mengalir melalui G-G' sebelum bertemu dengan kabel tanah yang menuju ke titik D. G-G' hampir pasti menjadi jalur PCB dengan resistansi lebih tinggi daripada yang lain. kabel, sehingga penurunan voltase yang melewatinya bisa relatif besar, dan kinerja dengungan juga buruk. Efek yang persis sama dapat terjadi pada keluaran sinyal; dalam hal ini arus tanah mengalir melalui F-F'.

Input yang seimbang tidak akan berpengaruh pada hal ini; mereka dapat membatalkan penurunan tegangan di sepanjang F-G, tetapi jika dengungan internal dimasukkan lebih jauh ke jalur sinyal internal, tidak ada yang dapat mereka lakukan untuk mengatasinya.

Gambar 5

Metode penanganan yang benar ditunjukkan pada Gambar 5. Sambungan ke arde listrik dibuat tepat di mana arde sinyal keluar dan masuk ke unit, dan dibuat sekokoh mungkin. Arus tanah tidak lagi mengalir melalui sirkuit internal. Namun itu masih mengalir melalui interkoneksi di FG, jadi input yang seimbang atau output yang membatalkan ground akan diperlukan untuk menangani hal ini.

DAYA UTAMA YANG SEIMBANG

Belakangan ini ada spekulasi apakah pasokan listrik yang seimbang adalah ide yang bagus. Ini berarti bahwa alih-alih Live dan Netral (230V dan 0V), Anda memiliki Live dan The Other Live (115V-0-115V) yang dibuat oleh trafo dengan tap tengah dengan tap yang terhubung ke Netral. Lihat Gambar 6 di bawah ini.

Gambar 6

Telah dikemukakan bahwa listrik yang seimbang memiliki efek ajaib pada kualitas suara, membuat panggung suara menjadi sepuluh dimensi, dll.,dll. Ini jelas sampah. Jika sebuah peralatan begitu rewel tentang induknya (dan saya tidak percaya ada peralatan seperti itu) maka jatuhkan di sungai.

Jika ada RFI yang parah pada sumber listrik, transformator tambahan di jalur tersebut cenderung menyaringnya. Namun, filter RFI listrik yang tepat hampir pasti akan lebih efektif - bagaimanapun, ini dirancang untuk pekerjaan itu - dan pasti akan jauh lebih murah.

Di mana Anda dapat memperoleh manfaat nyata adalah dalam sistem Kelas-II (yaitu berinsulasi ganda) dengan sambungan arde yang sangat lemah. Listrik yang seimbang akan cenderung membatalkan arus tanah yang disebabkan oleh kapasitansi transformator (lihat Gambar 3 dan di atas untuk detail lebih lanjut tentang ini) dan dengan demikian mengurangi dengungan. Keefektifan ini akan bergantung pada C1 yang sama dengan C2 pada Gambar 6 di atas, yang ditentukan oleh rincian konstruksi transformator pada unit yang diberi daya.

Saya pikir efeknya akan kecil dengan peralatan yang dirancang dengan baik dan konduktor tanah yang cukup berat di interkoneksi. Koneksi audio yang seimbang adalah cara yang jauh lebih murah dan lebih baik untuk menangani masalah ini, tetapi jika tidak ada peralatan yang memilikinya, maka memperkuat konduktor ground akan memberikan peningkatan. Jika hasilnya tidak cukup baik maka sebagai upaya terakhir, induk yang seimbang mungkin perlu dipertimbangkan.

Terakhir, perlu diingat bahwa trafo apa pun yang Anda tambahkan harus mampu menangani daya maksimum yang ditarik oleh sistem audio dengan kecepatan penuh. Ini bisa berarti komponen yang besar dan mahal.

Saya tidak akan yakin tentang seluruh Eropa, tetapi sepengetahuan saya itu sama dengan Inggris, yaitu tidak seimbang. Garis Netral berada pada potensial bumi, berikan atau ambil Volt, dan Live adalah 230V di atas ini. Distribusi 3-fase 11kV ke gardu induk sering digambarkan sebagai "seimbang" tetapi ini hanya berarti bahwa daya yang dialirkan oleh setiap fase dijaga sedekat mungkin untuk penggunaan kabel yang paling efisien.

Sering terpikir oleh saya bahwa listrik seimbang 115V-0-115V akan jauh lebih aman. Karena saya adalah salah satu dari orang-orang yang sering memasukkan tangan mereka ke dalam peralatan live, saya memiliki minat pribadi di sini...