电气仪表工程基础知识

1、工程基础知识培训,聚光科技（杭州）有限公司 工程部,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,2,培训大纲,防爆知识介绍接地知识介绍常用工具使用,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,3,防爆知识介绍,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,4,防爆知识介绍,防爆基础知识 国际行业发展状况 国内行业发展状况 DLAS技术平台,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,5,防爆知识介绍,什么是燃烧/爆炸 燃烧是一种化

2、学反应。它是可燃物质在点燃源能量的作用下，在空气或氧气中，进行化学反应，引起温度的升高，释放出热辐射及光辐射的现象。如果燃烧速度急剧加快，温度猛烈上升，导致燃烧生成物和周围空气激烈膨胀，形成巨大的爆破力和冲击波并发出强光和声响，这就是爆炸,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,6,防爆知识介绍,爆炸的种类 A，凝聚相爆炸 ：指炸药类的爆炸 B，分散相爆炸：指爆炸性气体环境中形成的爆炸,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,7,防爆知识介绍,爆炸的三要素 a.一定浓度的可燃气体及助燃气体含量； b.一

3、定的燃爆空间； c.大于点燃能量的外界能量 我们知道了爆炸的三要素以后，防止设备所处爆炸性气体燃爆，可以从隔绝燃爆的条件入手，相对应的防止燃爆的手段,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,8,防爆知识介绍,使可燃气体的浓度处于爆炸极限浓度之外，如正压防爆； 隔绝燃爆传播途径，即使在仪表内部产生爆炸，也不引爆外界的爆炸性气体环境，如隔爆； 仪表电路无论在正常工作，还是在短路、断路故障下，都不允许产生能量过大的火花，或仪表外壳及内部元气件的温度不大于可燃气体的引燃温度，如本安防爆。,Copyright 2005 FPI inc, all right

4、reserved,9,防爆知识介绍,爆炸性气体/混合物的分类： 中国： 类（煤矿井下甲烷气） 类（工厂内的爆炸性气体混合物） 类(爆炸性粉尘和纤维) 北美 ： Class：爆炸性气体 Class：爆炸性粉尘 Class：纤维,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,10,防爆知识介绍,爆炸性气体环境的划分 0区：爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所 1区：在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场 所。 2区：在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境， 如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的 场所。,Copyright 2005 FPI inc,

5、 all right reserved,11,防爆知识介绍,仪表的防爆标志 Ex(ia)CT6的含义:防爆声明 Ex 符合某种防爆标准，如我国的国家标准 防爆方式 ia 采用ia级本质安全防爆方法，可安装在0区 气体类别 C 被允许涉及C类爆炸性气体 温度组别 T6 仪表表面温度不超过85,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,12,防爆知识介绍,仪表的防爆标志,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,13,接地知识介绍,Copyright 2005 FPI inc, all right reserv

6、ed,14,1、什么是接地,接地是电流返回其源的低阻抗通道。 关键字： 低阻抗、通道 “地”指的是等电位基准点 大地具有非常大的电容量，因此是很好的接地点，不过并非所有的“地”都是大地，比如手机机壳相对手机而言，也是一个接地点。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,15,2、接地的分类,保护接地 防静电接地 工作接地 防雷接地,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,16,保护接地 控制系统的机柜、仪表柜、配电柜等用电设备的金属外壳及控制设备正常不带电的金属部分，由于各种原因（如绝缘破坏等）而有可能

7、带危险电压者，均应作保护接地。 低于36 V供电的设备，如无特殊要求可不作保护接地。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,17,工作接地 信号回路接地、屏蔽接地和本质安全仪表接地。 凡用以降低电磁干扰的部件如电缆的屏蔽层、排扰线、控制设备上的屏蔽接地端子，均应作单点（或一端）的屏蔽接地。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,18,本质安全仪表接地 本质安全仪表的关联设备（安全栅）有两种： 齐纳式接地电阻要求小于1欧姆，实 现困难。 隔离式对接地电阻无特殊要求。,Copyright 2005 FP

8、I inc, all right reserved,19,防静电接地 安装控制系统的控制室、机柜室，应考虑防静电接地。这些室内的导静电地面、活动地板、工作台等应进行防静电接地。 已经做了保护接地和工作接地的设备，不必再另做防静电接地。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,20,防雷接地 当控制系统的信号、通信和电源等线路在室外敷设或从室外进入室内的，若需要设置防雷接地连接的场合，应实施防雷接地。 控制系统的防雷接地不得与独立的防直击雷装置共用接地系统。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,21,

9、3、什么是接地电阻,联结电阻指的是从控制系统的接地端子到总接地板之间的导体及连接点电阻的总和。控制系统的接地联结电阻不应大于1欧姆。 接地电阻指的是接地极对地电阻和总接地板、接地总干线及接地总干线两端的连接点电阻之和。控制系统的接地电阻为工频接地电阻，应不大于4欧姆。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,22,接地系统结构图,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,23,3、干扰的形式以及抑制措施,电容性耦合 电感性耦合 电磁场辐射 公共阻抗干扰,Copyright 2005 FPI inc, al

10、l right reserved,24,电容性耦合：即电场干扰 抑制措施： 1、良好的屏蔽 2、接地,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,25,电感性耦合：即磁场干扰 抑制方法： 1、磁屏蔽：使用磁导率高的材料如不锈钢等作为屏蔽材料，代价高，实现困难。 2、使用双绞线 传输过程中降低磁场干扰的影响。 3、远离磁场发生源 效果最为理想。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,26,电磁场辐射： 现场干扰以电场、磁场耦合为主，电磁场辐射为远场干扰，通常频率较高。 抑制方法：屏蔽（高频电磁场遇到金属时在

11、其表面产生涡流效应）。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,27,公共阻抗耦合 抑制措施： 1、等电位接地 2、降低接地电阻 3、接地线分类汇总,设备1上地线压降： V1（I1I2）R3I1R1 设备2上地线压降： V2（I1I2）R3I2R2,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,28,ERP,公共接地网,等电位连接有S型星形结构和M型网状结构。DCS系统一般采用的是S型星形结构（见图），和共用接地系统实行单点接地，即一个接地基准点（ERP）。,Copyright 2005 FPI inc, a

12、ll right reserved,29,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,30,4、接地的一些标准,SH 3521-1999：石油化工仪表工程施工技术规程 GB 50093-2002：自动化仪表工程施工及验收规范 SH/T 3081-2003：石油化工仪表接地设计规范 HG/T 20513-2000：仪表系统接地设计规定 GB 14050-93： 系统接地的型式及安全技术要求 GBJ 65：工业与民用电力装置的接地设计规范 GB 500582000：爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范,Copyright 2005 FPI inc, all

13、right reserved,31,5、接地的一些原则,控制系统的接地联结采用分类汇总，最终与总接地板联结的方式 。 应将建筑物（或装置）的金属结构、基础钢筋、金属设备、管道、进线配电箱的PE（保护接地线）母排、接闪器引下线形成等电位联结，控制系统各类接地应汇总到该总接地板，实现等电位联结，与电气装置合用接地装置并与大地连接。但控制系统在接地网上的接入点应和防雷地、大电流或高电压设备的接入点保持不小于5米的距离。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,32,如现场条件所限，确实无法形成等电位联结，则控制系统可以采用单独接地，但与电气专业接地体须相

14、距5m以上，和独立的防直击雷接地体须相距20m以上。在采用单独接地时，仍应采用分类汇总的联结方式。 由于实现起来比较困难，因此单独接地往往不能满足要求，原则上以等电位接地为主，不推荐单独接地。 在各类接地联结中严禁接入开关或熔断器。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,33,6、接地连接方法,接地干线长度如超过10米或周围有强磁场设备，应采取屏蔽措施，将接地干线穿钢管保护，钢管间连为一体；或采用屏蔽电缆，钢管或屏蔽电缆的屏蔽层应两端接地；接地干线位于室外时，接地干线应采取屏蔽措施，屏蔽层两端接地，屏蔽层可以用钢管或金属走线槽代替，需要注意的是必

15、须保证钢管或者金属走线槽的完整性 。 穿钢管或者金属走线槽时，要求将钢管或者走线槽埋入地下0.7m以上，这样的防雷效果极佳。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,34,防雷、以及强磁场干扰需要采用多点接地的方式，同时尽量远离引下线等可能成为强干扰源的物体。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,35,信号电缆（包括地线）应与引下线（或其他强电设备电缆）保持一定的距离（要求5m以上），防止电磁干扰，如图示中AB引线与CD引线。,Copyright 2005 FPI inc, all right re

16、served,36,注意： 防雷以及强磁场接地与工作接地的区别： 工作接地单点接地，多点接地形成地回路，地电压的不同引入共模干扰； 防雷接地多点接地，雷电会产生源磁场，在信号电缆里产生感应电流IA，同时在外层屏蔽层里面也构成一回路，也会产生一感应电流IB，屏蔽层里的环流形成的磁场刚好抵消掉雷电的电磁场。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,37,小型仪器仪表可以将保护接地与工作接地连接在一起，通过接地干线连接到工作接地汇总板上。 较大型的仪器需要严格区分保护接地以及工作接地，分别通过接地干线连接到保护接地汇总板以及工作接地汇总板，保护接地汇总板

17、和工作接地汇总板经过各自的接地干线接到总接地板。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,38,金属电缆槽、电缆的金属保护管应作保护接地，其两端或每隔30米可与就近已接地的金属构件相连，并应保证其接地的可靠性及电气的连续性。 严禁利用储存、输送可燃性介质的金属设备、管道以及与之相关的金属构件进行接地。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,39,对于要求或必须在现场进行工作接地的现场仪表，如接地型热电偶、PH计、电磁流量计等应在现场侧接地。 对于现场仪表要求或必须在现场接地，同时又要求将控制室接受端的

18、控制系统在控制室侧接地的，应将信号的收发端之间作电气隔离。 对隐蔽工程，包括在接地网上的接入点和接地极位置应设置标识。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,40,7、接地系统接线,接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆。 接地线必须是多股绞合： 选用单股铜芯时，即使铜芯截面积较大，在传输较高频率电流时，由于趋肤效果的影响，其性能大大降低。 接地线需带绝缘护套： 现场情况较为复杂，接地线无绝缘护套时，容易与机架、金属走线槽等搭接，形成多点接地。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,41,机

19、柜内的保护接地汇流排应与机柜进行可靠的电气连接。 工作接地汇流排、工作接地汇总板应采用绝缘支架固定。 接地系统的各种连接应牢固、可靠，并应保证良好的导电性。接地线、接地干线、接地总干线与接地汇流排、接地汇总板的连接应采用铜接线片和镀锌钢质螺栓，并应有防松件，或采用焊接。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,42,接地线的截面的选用原则： a） 接地线：1mm22.5 mm2 b） 接地干线：4 mm216 mm2 c） 连接总接地板的接地干线：10 mm225 mm2 d） 接地总干线：16 mm250 mm2 e） 雷电浪涌保护器接地线：2.

20、5 mm24 mm2,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,43,雷电浪涌保护器接地线应尽可能短，并且避免弯曲敷设。 接地系统的标识颜色为绿色或绿、黄两色。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,44,8、接地电阻,接地级对地电阻与接地连接电阻之和称为接地电阻。 仪表及控制系统的接地电阻为工频接地电阻，不应大于4。 仪表及控制系统的接地连接电阻不应大于1。 IEEESTD1000以及NFPA中都要求等电位连接，为了保证接地电阻足够小，需要工程现场提供一个较为理想的“地环境”，这可以跟用户提出要求，努

21、力得到最为理想的“地环境”；对于工程人员而言，必须保证接地连接电阻不大于1，这是比较容易实现的。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,45,9、公司产品接地实例,LGA-2000系统接地,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,46,中央单元位于控制室内的情况,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,47,接地线截面积不小于4mm2，且要求为多股线。 接地线带绝缘层，以避免与控制室内其他机柜、管道等金属短接，形成地回路。 接地线两端均应可靠连接，应有防松

22、动措施，条件允许时可采用焊接的方式。 需要特别注意的是LGA系统接地线连接的接地汇流排上连接的必须为小电流设备，有电动机、变频器等设备也将接地线连接到该接地汇流排上，将导致信噪比下降，严重影响测量精度。实际操作时，可将其连接到DCS系统的接地汇总板。 保证接地线以及系统距离强电压大电流设备将其接地线5m以上的距离。 接地干线长度如超过10米或周围有强磁场设备，应采取屏蔽措施，将接地干线穿钢管保护，钢管间连为一体。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,48,中央单元位于户外的情况,Copyright 2005 FPI inc, all right

23、 reserved,49,如接地线在室外走线并距离超过10米，就应当使用带屏蔽层的接地线（可用金属走线槽或者金属管道代替），外层屏蔽两端接地，当接地线较长时，每30米就应设置一个接地点，以防雷击电磁脉冲的干扰。 条件允许则将走线槽埋入地下，要求深度大于0.7m。 注意：除了接地线，一般的信号电缆、通讯电缆、电源电缆等也应遵循以上规则，对于已经做单端接地处理的屏蔽电缆，还需要增加外层屏蔽（可用金属走线槽或者金属管道代替），内屏蔽层单端接地，外屏蔽层两端接地，且必须保证内外屏蔽的有效绝缘。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,50,为满足接地电阻的

24、要求，接地线的截面积应选的尽量大，接地线长度不大于100m时，须选用截面积大于4mm2的接地线；接地线长度大于100m300m之间时，须选用截面积大于10mm2的接地线；大于300m的接地线必须保证其截面积在16mm2以上（应尽量避免该情况的出现），接地线同样要求为多股线，导线截面积与阻值的关系参考下表：,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,51,常用工具使用,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,52,常用工具使用,万用表安全操作准则 注意事项 UT60G万用表常用功能操作说明,Copyrigh

25、t 2005 FPI inc, all right reserved,53,万用表安全操作准则,1.使用前应检查仪表和表笔，谨防任何损坏或不正 常的现象。如发现本仪表表笔、壳体绝缘已明显损 坏以及液晶显示器无显示等，或者您认为仪表已无 法正常工作，请勿再使用仪表。 2.后盖及电池盖没有盖好前严禁使用仪表,否则有电 击危险。 3.在进行测量时，切记手指不要超过表笔挡手部 位，不要接触裸露的电线、连接器、没有使用的输 入端或正在测量的电路，防止触电。 4.测量前功能开关必须置于正确位置，严禁在测量 进行中转换档位，以防损坏仪表。,Copyright 2005 FPI inc, all right

26、reserved,54,万用表安全操作准则,5.不允许使用电流测试端子或使用电流档位去测量电 压。 6.不要在仪表终端及接地之间施加1000V 以上电压， 以防电击和损坏仪表。 7.当仪表在60V 直流电压或是30V 交流有效值电压下 工作时，应小心操作，此时会有电击的危险存在。 8.不要测量高于允许输入值的电压或电流，在不能确 定被测量值的范围时，须将功能量程开关置于最大 量程位置。进行在线电阻、电容、二极管或电路通 断测量之前，必须先将电路中所有电源切断，并将 所有电容器放电。测量完毕，要断开表笔与被测电 路的连接，并从仪表输入端拿掉表笔以及关断仪表 电源。,Copyright 2005

27、FPI inc, all right reserved,55,万用表安全操作准则,9.当液晶显示器显示“”标志时，应及时更换电池，以 确保测量精度。仪表长期不用时，应取出电池。 10.更换保险丝或电池时，在打开后盖前应将表笔与被测电路断开，并关断仪表电源。必须使用同类标称规格的保险丝更换已损坏保险丝。 11.请勿随意改变仪表内部接线，以免损坏仪表和危及安全。 12.不要在高温、高湿、易燃、易爆和强电磁场环境中存放、使用仪表。 13.维护保养请使用软布及中性清洁剂清洁仪表外壳，切勿使用研磨剂及溶剂，以防外壳被腐蚀，损坏仪表、危及安全。,Copyright 2005 FPI inc, all ri

28、ght reserved,56,注意事项,一，数字万用表损坏在大多数情况下是因测量档位错误造成，如在测量交流市电时，测量档位选择置于电阻挡，这种情况下表笔一旦接触市电，瞬间即可造成万用表内部元件损坏。因此，在使用万用表测量前一定要先检查测量档位是否正确。在使用完毕，将测量选择置于交流750V或者直流1000V处，这样在下次测量时无论误测什么参数，都不会引起数字万用表损坏,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,57,注意事项,二，有些数字万用表损坏是由于测量的电压电流超过量程范围所造成的如在交流20V档位测量市电，很易引起数字万用表交流放大电路损坏

29、，使万用表失去交流测量功能。在测量直流电压时，所测电压超出测量量程，同样易造成表内电路故障。在测量电流时如果实际电流值超过量程，一般仅引起万用表内的保险丝烧断，不会造成其它损坏。所以在测量电压参数时，如果不知道所测电压的大致范围，应先把测量档置于最高档，通过测量其值后再换档测量，以得到比较精确的数值。如果所要测量的电压数值远超出万用表所能测量的最大量程，应另配高阻测量表笔。如检测黑白彩电的第二阳极高压及聚焦高压。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,58,注意事项,三，多数数字万用表的直流电压上限量程为1000V，因此测量直流电压时，最高电压值

30、在1000V以下，一般不会损坏万用表。如果超出1000V，则很有可能造成万用表损坏。但是，不同的数字万用表的可测量电压上限值可能有所不同。如本人的一块DT830型进口原装数字万用表可以测量到1400V以上的直流高压。但为了保险起见，万用表不要超限使用。如果测量的电压超出量程，可采取电阻降压的方法加以测量。另外，在测量40O1000V的直流高电压时，表笔与测量处一定要接触好，不能有任何抖动，否则，除了可能会造成万用表损坏而使测量不准确外，严重时还可使万用表无任何显示在测量电阻时，应注意一定不要带电测量。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,59,

31、UT60G万用表常用功能操作说明,1. 直流电压测量 将红表笔插入“HzV”插孔，黑表笔插入“COM”插孔。 将旋钮开关置于V 电压测量档（直流电压测量功能为默认设置），并将表笔连接到待测电源或负载上。 从显示器上读取测量结果。 注意： 仪表的每一个直流电压量程档的输入阻抗均为10M。这种负载效应在测量高阻电路时会引起测量上的误差。如果被测电路阻抗10k，则附加测量误差（约0.1%或更低）可以忽略。 不要输入高于1000V 的电压。 在测量高电压时，要特别注意避免触电。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,60,UT60G万用表常用功能操作说明

32、,2. 交流电压测量 将红表笔插入“HzV”插孔，黑表笔插入“COM”插孔。 将功能量程开关置于V 电压测量档，按蓝色键选择交流电压测量，并将表笔连接到待测电源或负载上。 从显示器上读取测量结果。 注意： 仪表的每一个交流电压量程档的输入阻抗均为10M。这种 负载效应在测量高阻电路时会引起测量上的误差。如果被测 电路阻抗10k，则附加测量误差（约0.1%或更低）可以 忽略。 不要输入高于1000Vrms 的电压 在测量高电压时，要特别注意避免触电。,Copyright 2005 FPI inc, all right reserved,61,UT60G万用表常用功能操作说明,3. 直流或交流电流测量 将红表笔插入“mA”或“10A”插孔，黑表笔插入“COM”插 孔。 将功能量程开关置于mA 或A 电流测量档。初始设置为直 流测量，如要进行交流测量，按 蓝色键可选择交流测量。 从显示器上读取测量结果。 注意： 测量时应使用正确的端子、功能档和量程，如不能估计电流 的大