仪表及控制系统接地知识科普

仪表及掌握系统接地学问科普仪表及掌握系统接地不是一个的论题，很多问题早有结论，也有正确的设计方法。但在局部工程技术人员中，仍存在一些模糊概念和疑虑。接地的作用、接地的分类很多文献都争论过，由不同的方法可以有不同的分类，都有道理，本文不再争论。本文主要争论接地设计怎么做，为什么。地、本安接地、防静电接地和防雷接地等；二是为信号传输和抗干扰的工作接地。但二者又是相关的，不能截然分开。关于仪表系统接地，我国目前还没有制定相应的国家标准。但电气专业关于保护接地、防雷接地的国家标准中的有关规定，是可以参照执行的。IEC和ISA依据。01保护接地保护接地是为人身安全和电气设备安全而设置的接地(也称为安全接地)，仪表专业的保护接地与电气专业的保护接地一样，属于低压配电系统接地，因此，应按电气专业的有关标准、标准和方法进展。例如：GBJ65-83《工业与民用电力装置的接地设计标准》等。对于低压配电系统接地，电气专业有一系列比较完善的设计、计算、试验、施工及验收的标准标准，对接地系统的各个环节都有较完整的理论、试验和方法，绝不是某个接地电阻值就可以概括的。仪表专业用电一般来自不连续电源UPS或电气专业的建筑物配电，大体可分为掌握室用TN-S系统(整个系统中的保护线和中线是分开的)［。现场仪表用电一般承受TT()。位连接，石油化工装置一般还承受全装置等电位连接。接地工程应当按电气专业的标准标准和方法来设计。有的设计将UPS供电的仪表系统的保护接地分别出来单独设置接地系统，这是不适宜的。多数UPS的两路供电中的一路是不经过变压器隔离而直接切换输出的，这就不行能具备单独设置接地系统的条件。另外，建筑物内的其他配电系统(如照明配电、修理配电等)是电气专业的低压配电系统，并不是UPS出来的仪表电源。这样，在同一建筑物内有两个接地系统，而且不能避开发生被同时统”的配电系统接地规定。既无法实现两个接地系统的完全隔离，同时也无法实现建筑物内的等电位连接，形成担忧全因素。02仪表工作接地仪表及掌握系统工作接地的目的是抗干扰，对此问题很多文献都论述得很清楚，从理论、实践及方法上都是正确的、可行的。本文不再重复。仪表及掌握系统工作接地从工程上可分为屏蔽接地、仪表信号接地等。2.1屏蔽接地仪表屏蔽接地分两种。一种是电缆保护管、电缆槽等接地。这类接地应与装置电气接地网相连，属于等电位连接。另一种为信号屏蔽电缆接地，应依据信号源和接收仪表的不同状况承受不同接法。例如：常用的变送器内部电路多数是不接地的，因此信号屏蔽电缆一般在掌握室一侧接地。信号屏蔽电缆接地应为单点接地。从屏蔽的作用可分为：电场屏蔽、磁场屏蔽、电磁场屏蔽等，以便解决干扰问题。电场屏蔽即静电屏蔽，解决分布电容产生的干扰问题，承受高电导率的材料，应当接地。磁场屏蔽承受高磁导率的材料，要求磁路闭合，频率低时可不接地。电磁场屏蔽防各类电磁波辐射干扰，承受低阻材料，屏蔽体可接地也可不接地。2.2仪表信号接地一输入信号(或输出信号)的电路与其他输入信号(或输出信号)的电路是绝缘的，对地是绝缘的，其电源是独立的相互隔离的。非隔离信号通常以24VDC电源负极为参考点并接地。信号安排均以此为参考点。这种电避开设备工作时在地线上产生电压降，而对信号产生干扰。输比较简单。例如：关于I系列仪表信号接地，在《I系列电子式仪表系统设计指南》中有具体的表达。(DCS)和可编程序掌握器(PLC)的非隔离输入的接地等，均应从连接端子排或汇流条接到接地汇总板上。这实质上也是一种等电位连接。EK系列仪表是典型的公共接地仪表。仪表非隔离信号接地，虽然最终是与电气接地相连的，地汇总板之前，各接地线、接地汇流条除正常的连接点外，都应当是绝缘的。最终与接地体或接地网的连接是从接地汇总板单独接线的。DDZ-Ⅲ型仪表、EK系列仪表、IYS80系列仪表等常规仪表的接地，最终都是与电气接地接在一起的。仪表及掌握系统信号绝大多数是低频信号，低频信号接地的原则是单点接地，对接地电阻不行避开接地，则应承受隔离器将两点接地隔离开。2.3电子信息设备接地和保护接地合用接地极国家标准GB50174-93《电子计算机机房设计标准》第6.4.3条规定：沟通工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定。虽然GB50174-93标准制定的适用范围没有包括工业掌握机房和微机房，但其中一些规定是可以参考的。IEC标准《信息技术装置的接地和等电位连接》(IEC364-5-548-1996)明确规定：信息技术装置功能接地和保护接地通过等电位连接，合用接地。适用范围包括：信息技术装置、数据交换需要互联的装置、数据通讯设备、数据处理设备、建筑物内带有接地返回通路的信号装置、建筑物内直流供电的信息技术装置的通讯网络、局域通讯网、火灾报警系统和入(CAM)和其他计算或设备的屏蔽、过电压保护装置的接地汇流排、无线电通讯天线系统的接地汇流排、信息技术装置直流供电系统的接地汇流排、功能接地汇流排等。IEEEStd11000-1992规定：不建议承受任何一种所谓分开的、独立的、绝缘的、专用的、干净的、静止的、信号的、计算机的、电子的或其他这类不正确的大地接地体，作为设备接地导体的一个连接点。2.4等电位原理麦克斯韦提倡用法拉第笼的原理防雷，不仅可以不接地，而且比现在的方法更安全、更经济，这就是等电位原理。高压带电作业用的就是等电位原理而不是绝缘防护。IEC标准《信息技术装置的接地和等电位连接》规定了设备接地和保护接地通过等电位连施之一，此时接地电阻的大小对信息设备已无影响，核心技术是等电位连接。在军事上、安全、正常、牢靠地工作，正是运用了等电位连接原理的结果。IECISA规定，或出于某种商业目的］国家标准GB50174-93《电子计算机机房设计标准》第6.4.5条规定：电子计算机系统的接地应实行单点接地并宜实行等电位措施。对自控专业而言，保护接地、仪表工作接地、本安系统接地最终在接地总汇流排上连接在一起，合用接地极，实现等电位连接。03本安系统接地安全栅分为隔离式和齐纳式两种。隔离式安全栅承受隔离保护技术，不需要特地接地，而纳式安全栅接地问题。24～30V直流电源供电的，因此安全栅接地必需应与直流电源的共公端相连接；另一种是沟通短路，为实现保护功能，安全栅接地又必需与沟通供电的中线相连。这就打算了安全栅接地最终应是电气系统接地。安全栅接地汇流条与沟通供电的中线始点相连的最简洁牢靠的方法是用导线连接。IEC标准IEC60079-14《危急场所的电气设备安装》关于本质安全电路的接地中规定：对于“没有电气隔离的安全栅(例如齐纳式安全栅)的接地端子应：1)以最短的可行的路径接2)对于TN-S系统，接到一个高度完整的接地点，连接方式应保证这一点接到主电源系统接地点之间的阻抗小于1Ω法，从而导致工程设计上的不妥。因此，造成了工程中的铺张和施工的麻烦，还形成安全范中强调：在低压电力网中严禁利用大地作相线或零线。目前，用大地作导体的方式仅见TT系统的接地。但是，有很多工程设计承受了为齐纳式安全栅接地单独设置接地极的方式还写进一些标准标准中(如《石油化工仪表接地设计标准》SH3081-1997)，是值得进一步商榷的。ISA-RP16-199接地汇流条与沟通电源的中性点之间的连接电阻小于1ΩMTL公司的接地指南中也是这样规定的，只是多了一句0.Ω提到：用导线连接是最简洁的方法。至于接大地的电阻，在上述资料中均无规定。有的安1Ω，但假设询其依据，则没有。应当留意，在国外的资料中，接大地称Earthing或Grounding，接地连接称Bonding，意义是不一样的。但凡论及本安仪表接地电阻的资料，根本上都是规定接地连接(Bonding)电阻。国外的资料只重视接地连接(Bonding)电阻，ISA-RP12．6-1995和MTL公司的接地资料中(Bonding)大地(Earthing)的电阻。现场本安仪表的信号端一般是不接地的，仪表外壳接地的目的并非为了本质安全。另外，的，回路形成两点接地，地电位差就有可能作用于安全栅上。在这种状况下，使用齐纳式也符合本质安全的要求。04防雷接地仪表及掌握系统防雷接地仅是仪表及掌握系统防雷工程的一个组成局部。文献［3］对这几点。4.1国家标准国家标准GB50057-94《建筑物防雷设计标准》供给了很好的依据和参考。标准虽然没有直接规定关于电子设备的防雷设计，但是也作了一些说明。GB50057-94标准中规定了防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入。IEC1024-1-1993将防雷分为外部防雷和内部防雷。而核心方法就是等电位连接。在对GB50057-943.2.456(例如：防雷、低压电力系统、电讯系统)4.2关于接地电阻国家标准GB50057-94《建筑物防雷设计标准》规定了防雷接地电阻为冲击接地电阻，并系数。雷电落地时有击穿现象，有火花效应，接地极表现出来的电阻为冲击接地电阻；雷电落地时的散流电阻为非线性电阻，与闪电电流的峰值和波形有关，因此不能简洁地套用狭义欧姆定律。1959年《电气设备接地装置规程》公布之前，电力系统的电气0.5Ω。为此，很多电厂消耗了大量钢材，据说有的到达10～40t，接地装置面积100×100m2。而每年为维持和改善接地电阻需连续埋下数吨钢材，数年以后共埋了几十吨，再埋也没有用了。而后来承受均衡接地的设计方法，解决了人体损害的冲突。4ΩGB50057-94《建筑物防雷设计标准》的规定，不应随便降低。4.3接地系统的维护查、维护，准时觉察诸如锈蚀、断线、损坏等故障并准时修复，以保持整个系统的完好，特别是接地连接的完好。大量实例证明，对防雷工程的检查和维护是格外重要的。4.4现代防雷技术是综合防治技术同样也会受到雷击，只不过是它受雷击的几率比架空电缆小而已。现代防雷技术是综合防治技术，概括起来有：传导、均衡连接、接地、分流、屏蔽等。这方面可参见有关文献。4.5雷电的能量104A107～109V，中值功率有1012W(101040μs20C库仑)，电能约109〔)，相当于100W的灯泡照明100多天而已有利于理解防雷技术。5防静电接地静电放电的特点是电压高、电流小、时间短、功率高。对仪表系统而言，人体静电在电子装置的金属外壳上放电是最常见的静电放电现象。抑制或消退静电放电应实行多种措施，104～106Ω100Ω。并且，防静电接地可与其他接地系统共用。6DCS和PLC接地6.1起因分散型掌握系统(DCS)和可编程序掌握器(PLC)于种种缘由，使人们有意无意地将其分别出来，而国内、国际并没有单独为DCS和PLC所编制的接地标准标准(其实在客观上也根本没有必要)，有时由于一些误会或不正确的规定，反而令造成不小的麻烦。6.2接地依据DCS(或PLC)的设备可分为信号处理局部和数据处理局部。信号处理局部就是掌握器、检测器的输入、输出(I/O)化工仪表接地设计标准》SH3081-1997的有关表达(2.0.1，3.0.1)是正确的。数据处理局部有掌握器、操作台、工程师站等各处理机或称网络站点设备。这些设备的实质是单板机、微机、工作站、小型机等类型的计算机。而这些设备的接地是保护接地，其开关电源、主板等器件或板卡的接地，或浮空或与机壳相连。因此DCS(或PLC)的接地如何做亦可以明确了。6.3有关标准的条文在DCS制造商的接地工程手册中，大多都有应当符合当地政府、国家或国际有关电气接地标准、标准的条文，然后再推举一个依据DCS(或PLC)制造商当地政府、国家或国际有关标准的接地方法。我国有些标准的有关条文常写成“依据仪表制造厂的要求”去做，这并不适宜。国外的标国家或国际有关标准、标准的规定。这不但是一个科学技术问题，在某些领域或某些方面甚至是政治、经济问题。这样的例子并不少见，应当引起重视。有些制造商是严格依据ISO，IEC及ISA等标准的规定进展试验、争论、设计、生产和制造的，其成果是可以直接利用的。6.4一个错误的实例DCS(或PLC)接地方法与常规仪表是一样的，这已经明确。这里举的实例并不是示范，而是一种不正确的方式，请读者留意。在某DCS的工程设计资料中，沟通接地和DCS的“主参考地”分别设置接地极，并对接0.5Ω的接地电阻，其所需数值由以下方式打算：“1.当设备既无安全栅又没有防雷接地时，沟通安全接地仅需满足当地电气标准所规定的5Ω。“2.当设备使用齐纳式安全栅时，沟通接地应小于0.1Ω0.9Ω。其理由参见防雷接地。“3.当设备考虑防雷时，每个防雷接地棒都应有最大为0.1Ω的接地电阻。“本手册防雷争论中，防雷原则是每一防雷接地棒的接地电阻小于0.1Ω100kA的雷电击中，并通过0.1Ω的电阻，会产生10kV的电位。阅历说明10kV不会引起电线槽内的火花放电或端子爬电。没