DCS系统接地规范.doc

DCS系统接地规范9目 录1.DCS接地分类12.与DCS相关的接地分类：13.接地极的分类24.MACS系统接地24.1.MACS系统接地要求24.2.总体接地原则24.3.柜内“三地”的连接34.3.1.MACS系统设置的接地装置34.3.2.“保护地”的连接：34.3.3.“系统地”的连接：34.3.4.“屏蔽地”的连接：44.4.分散布置的DCS设备接地方法45.对公共接地极（网）的要求46.接地设计简要规定56.1.接地体安装56.2.降低土壤电阻率的方法66.3.接地体与接地网干线的材料要求66.4.接地连线要求77.接地连线长度和截面积计算依据78.现场信号电缆及敷设要求78.1 现场信号电缆分类78.2 电缆敷设要求89.MACS系统交流电源接地要求89.1MACS系统交流电源要求89.2MACS系统交流电源配电99.3分散布置的DCS设备配电91. DCS接地分类总体上分两类：1.1 保护地（CG，Cabinet Grounding）：为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。设备保护地要求接入公共接地极。1.2 工作地包括如下内容：逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端。需要接入公共接地极。信号地：信号回路地（现场返回信号的负端）。当DCS给现场提供24VDC时，且AI、AO为非隔离式，信号地就是系统地。当由其他设备提供电源时，根据信号源原理决定是否接入公共接地极。原则是供电不隔离，在DCS端接地，隔离不供电，允许现场端接地，也允许DCS端接入公共接地极。对于非隔离输入信号，现场接地的信号需要加信号隔离器或选用隔离型输入模块，否则+24V负端不能接地，需要悬空，这种情况极少，可不予考虑，特殊情况可特殊处理。系统地：也叫系统基准地，通常也是系统电源地（+24V负端），是为DCS信号提供的一个基准点。系统地在DCS中，就是给模件供电的24VDC或5VDC的电源地。对于通道隔离的I/O模块应用场合，它与信号地是有区别的，因为两者没有电气联系。DCS系统电源原则上不允许对外给第三方设备供电（除二线制变送器外），否则要求是隔离系统，故系统地允许接入公共接地极。2. 与DCS相关的接地分类：屏蔽地：也叫模拟地，是为了避免电磁场对仪表和信号的干扰而采取的屏蔽网接地。它可以把信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号质量。线缆屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰，而且需要接入公共接地极。与DCS相关的接地分类本安地：也叫本质安全地，是本安仪表和齐纳安全栅的本安接地。实践中常常将现场的设备外壳与系统地（信号地）、本安地连接，以此保证安全栅能可靠工作，在此种情况下，DCS侧给齐纳安全栅供电的电源地（+24V负端）浮空。接入公共接地极。避雷地：将雷击能量导入大地的接地。在电气接地网覆盖的范围内，一般不只一个避雷地。避雷地可以通过等电位连接器与公共接地极连接在一起。DCS的接地点要避开避雷引下线。3. 接地极的分类3.1 电气接地网：电气专业将全厂的地下管道，建筑框架，以及接入大地的变压器中性点等当作一个基电位作参考，此为电气地。它覆盖整个厂的变电用电区，从原理上讲，整个厂区为一个等电位体。3.2 专用接地极（网）：一般位于电气接地网覆盖的范围内，由多根接地极互连构成的专用接地极（网）。 4. MACS系统接地MACS系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4。4.1. MACS系统接地要求在一般情况下，MACS控制系统需要两种接地：保护地和屏蔽地 ，现场控制站还配有系统地。MACS系统的保护地连线应使用铜芯绝缘电线或电缆连接到厂区电气专用接地网或接地体上。接地线宜选用绝缘铜芯线，截面不小于2.5mm2, 接地总线宜选用多股绝缘铜芯线，截面一般要推算：不小于16mm2。推算方法详见后面的第7 部分。4.2. 总体接地原则4.2.1 把整个系统分为“系统地”、“保护地”、“屏蔽地”，柜内不混用。4.2.2 “三地”在机柜内汇入一点接地，接地电阻应小于4欧姆。4.2.3 一个系统只允许一点接地，可以与电气接地网共地。4.2.4 防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与电气接地网的主干线相连。4.2.5 为保证多股胶合线与螺纹端接触良好，宜设置铜制铲形接线片。机柜出厂时，已经把系统地接到保护地上了，实际上接地方式没有变，机柜内部三地是分开的，各有各的用途，只是把每个机柜当成一个小的系统，在机柜的汇流条上通过一点接在一起；把原来在汇流排箱上接在一起，改到机柜上，本质上没有区别，这样改后对DCS系统没有任何影响。三地接在一起的前提是它们之间没有电位差和电流，不会引进干扰，就可以接在一起。正常情况下机柜内屏蔽地、系统地、保护地间没有电位差，没有回路没有电流，为了保证其是一个等电位体，需要接在一起。机笼和机柜间也没有电位差在机柜中的系统工作地、屏蔽地、保护地间没有电位差，就不存在电流，相对于安放机柜的地板来说，它们是等电位体，故可接在一起。异常情况下，因三地已经接在一起了，保证了系统是一个等电位体。4.3. 柜内“三地”的连接4.3.1. MACS系统设置的接地装置操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉继电器柜、UPS柜、配电柜：设有保护地螺钉。MACS机柜：设有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉，系统地汇流排（接保护地，如是查询电源尽量悬浮）。仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地汇流排，保护地螺钉。安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地汇流排，保护地螺钉。4.3.2. “保护地”的连接：MACS现场控制柜的保护地铜块与现场控制柜相连，各个现场控制柜的保护地之间可以通过铜导电缆（6以上）串联在一起，最后一点接入公共接地极。这符合国家强制性接在规范。4.3.3. “系统地”的连接：MACS系统如果现场的系统地不良，可采用浮地方式，在开始的DCS接地分类中已经说明，系统地可接保护，所以机柜出厂时，把系统地接到保护地上了，通过保护地到接地系统。如确实存在非隔离信号时，对于现场接地的非隔离输入信号，需要加信号隔离器或选用隔离型输入模块，如没有配置隔离模块，则+24V负端不能接地，可把该信号所在机柜的系统地悬空（拆除系统汇流排到保护在间的连线）。这符合仪器仪表接地规范。4.3.4. “屏蔽地”的连接：“屏蔽地” 通过柜内各个分汇流排汇入总汇流排，再一点接入保护地，通过保护地到接地系统。现场信号的屏蔽层要求单端接到屏蔽地汇流排。通讯电缆屏蔽层也要与屏蔽地汇流排连接。机柜出厂时，已经把系统地接到保护地上了，实际上接地方式没有变，机柜内部三地是分开的，各有各的用途，只是把每个机柜当成一个小的系统，在机柜的汇流条上通过一点接在一趟；把原来在汇流排箱上接在一起，改到机柜上，本质上没有区别，这样改后对DCS系统没有任何影响。4.4. 分散布置的DCS设备接地方法分散布置MACS系统设备之间的连接一般是网络（通讯）线，例如：现场控制站分散到现场，而操作员站位于不同的控制室，各站点间使用多模光纤或5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接。4.4.1 使用光纤连接的站点：各站点内的接地方法和要求同集中布置的DCS设备，就近接入电气地。4.4.2 使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点：方法1：控制室的保护地线先连接到公共连接板，公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去，整个接地网络是一个星型结构。方法2：两边的站点有各自的公共接地极，二者不必有金属连接，各站点的接地方法同集中布置的DCS设备。5类双绞线或DP屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设，钢管或桥架必须可靠接地。5. 对公共接地极（网）的要求5.1 当厂区电气接地网对地分布电阻4时，可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极（网）。5.2 当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统，即为DCS系统的公共接地极（网）。5.3 没有本安地接入的公共接地极（网）的对地分布电阻小于4欧姆；有本安地的小于1欧姆。接地总干线的线路阻抗小于0.1欧姆。5.4 公共接地极周围10米内无避雷地的接入点，无电焊地接入点，5米内无 30KW 以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。6. 接地设计简要规定本节简要介绍了在仪表接地系统设计中对接地方法、接地网干线和接地连线的规定。6.1. 接地体安装6.1.1 接地总干线：MACS系统通过公用连接板将各接地分干线汇总，并由公共连接板引出接地总干线，连接至接地体。公用连接板应采用铜板制作，并应设置在接地连接箱内，与箱体绝缘。6.1.2 接地体：为钉入地下的良导体，由接地总干线传来的电流通过接地体导入大地。接地体与接地总干线之间采用铜焊，焊接后应做防腐处理。典型的单接地体安装可用接地网干线把多个接地体连接成网，接地网应满足MACS系统接地电阻的要求。当接地网干线与接地体采用搭接焊时，其搭接长度必须为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。下图为典型的多接地体安装图。典型的多接地体安装6.2. 降低土壤电阻率的方法6.2.1 改变接地体周围的土壤结构。在接地体周围的土壤23m范围内，掺入不容于水的、有良好吸水性的物质，如木炭、焦碳煤渣或矿渣等，该法可使土壤电阻率降低到原来的1/51/10。6.2.2 用食盐、木炭降低土壤电阻率用食盐、木炭分层夯实。木炭和细掺匀为一层，约1015cm厚，再铺23cm的食盐，共58层。铺好后打入接地体。此法可使电阻率降至原来的1/31/5。但食盐日久会随流水流失，一般超过两年就要补充一次。6.2.3 用长效化学降阻剂。用长效化学降阻剂方法可使土壤电阻率降至原来的40%。6.3. 接地体与接地网干线的材料要求接地体和接地网干线所用钢材规格可按下表选用，若接地电阻满足不了要求时，也可选用铜材。如果接地体和接地网干线安装在腐蚀性较强的场所，应根据腐蚀的性质采取热镀锌、热镀锡等防腐措施或加大截面。接地体和接地网干线用钢材规格名 称扁 钢圆 钢等边角钢钢 管规 格（mm）254F14F204040450505F45F3.5F57F3.56.4. 接地连线要求6.4.1 接地汇流排必须使用绝缘材料固定于地面，不得触及其它导电介质。6.4.2 接地装置的室外部分须电焊连接，并涂上保护漆。6.4.3 单机接地线的截面积要求大于4平方毫米，总接地线的截面积应大于10平方毫米。6.4.4 接地线须使用带绝缘皮的导线。7. 接地连线长度和截面积计算依据接地线要保证机柜上所带的电压在任何情况下都不会超过安全电压。如何保证：电源进线到配电柜，配电柜到机柜，假设当电源接到机柜外壳上时，电源通过接地电缆，把能量释放掉，或者机柜上的电压的安全电压，这符合国家强制性安全接地规范。机柜电源进线一般是2.5平方毫米的芯线，根据其距离，可算出它的电阻；机柜到接地点的电阻同样可根据公式R= L/S ()计算出来，这需要保证机柜到地的电缆电阻是电源进线（火线）电缆电阻的1/6或更小，这样，即使电源火线接到机柜上（220VAC），因有接地电缆，在它上面的分压（220/6）不到40VAC，是安全电压，就能满足接地电缆的（电阻）要求。这符合国家强制性接地要求标准。电缆的电阻和它的长度（L表示，单位：米）、截面积（用S表示吧！单位：平方毫米）、温度等有关系。理论上，均匀金属物质的电阻（R表示，单位：欧姆）为：R= L/S ()，式中，是物质的电阻率，单位是：. M；铜的电阻率在20时约为 0.0175 mm2/m。这样，机柜接地点到接地极的长度可以测算出来，长度知道了，就可以推算出电缆的最小截面积。反之，知道截面积，可推算出电缆的最大长度。8. 现场信号电缆及敷设要求8.1 现场信号电缆分类现场信号大致分为模拟量信号、开关量信号与数据通讯信号。模拟量信号包括模入和模出信号。此类信号应使用屏蔽对绞电缆连接，信号电缆芯的截面应大于等于1mm2。开关量信号包括开入和开出信号。低电平的开关信号应使用屏蔽对绞电缆连接，信号电缆截面应大于等于1mm2；而高电平(或大电流)的开关量的输入输出信号可用一般对绞电缆（控制电缆）连接，但应与模拟量信号、低电平开关信号分开，单独走电缆槽。数据通讯信号电缆使用屏蔽对绞电缆。强弱电不能使用同一电缆。8.2 电缆敷设要求计算机的输入输出信号电缆应敷设在带盖的电缆槽中，电缆槽道及盖板应保证良好接地。单根信号电缆应穿在钢制电缆管中敷设，电缆管要保证良好接地。电缆屏蔽层宜选用铜带屏蔽或铝箔屏蔽。屏蔽层接地的原则为一端接地，屏蔽层接地有两种方式：在传输模拟信号、脉冲频率信号时，若信号源没有接地，屏蔽电缆应在控制室一侧接地。当信号源本身接地时，如接地热电偶、PH计电极等，屏蔽电缆应在现场信号源一侧接地。仪表信号电缆与动力电缆交叉敷设时，宜成直角；平行敷设时，若动力电缆有屏蔽层，两者之间的距离一般为150mm；若动力电缆无屏蔽层，两者之间的最小允许距离按下表1-1执行：表1-1 仪表电缆与动力电缆最小平行线间距动力电缆负荷最小平行线距离(mm)125V，10A300250V，50A450440V，200A6006