第13节仪表接地.docx

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第13节仪表接地

第十三节接地

一、范围

从工程设计的角度出发，按保护接地、工作接地（仪表信号回路接地、本质安全系统接地、屏蔽接地）、防静电接地和防雷接地等分类进行规定。

在接地方法上参照了国内外相关规范，规定了仪表及控制系统接地与电气专业的低压配电系统接地合一，仪表及控制系统的保护接地、仪表信号回路接地，屏蔽接地、本质安全系统接地、防静电接地和防雷接地共用接地装置。

二、接地分类

2．1保护接地

仪表及控制系统的保护接地与电气专业的保护接地的定义和概念是相同的，所以有关规定应当是统一的，应当按电气专业的有关标准规范和方法进行设计。

通常需要做接地的自控设备如：

仪表盘、仪表柜、仪表箱、DCS/PLC/EDS的机柜和操作站、仪表供电设备、电缆桥架、穿线管、接线盒及铠装电缆的铠装层，以及控制室内的防静电地板。

一般来讲，使用DC24V为电源的现场仪表、变送器等无特殊要求的可不作保护接地。

保护接地的方法

现场仪表桥架、穿线管应每隔30m用接地线与已接地的金属构件相连。

特别要指出的是，现场接地绝不能利用储存、输送可燃性介质的金属设备、管道以及与之相连的金属构件进行接地。

控制室的仪表自控设备、机柜、仪表盘等应单独设置保护接地汇流排。

其接地体可与电力系统的接地体共用。

仪表保护接地连接线标识颜色为绿色。

2．2工作接地

仪表及控制系统工作接地不适用于仪表及控制系统内部的电路板的接地。

正确的接地是消除干扰的重要措施。

仪表信号分隔离信号与非隔离信号，接地的方式和原则不一样。

1、信号回路接地

在非隔离的信号系统中，应建立一个统一的信号参考点。

即进行信号回路接地。

通常为直流电源的负极接地。

使用非隔离的信号系统是在设计中一般的首选方法。

在运行时，系统受到干扰的情况极其少见。

在隔离的信号系统中，隔离信号可不接地。

这里指的隔离是每一个输入/输出信号与其他输入输出信号的电路是绝缘的。

做到电源独立、相互隔离、参考点浮空。

在回路较多的系统，不要轻易使用这种方法。

接地线颜色标识为黄/绿线。

2、屏蔽接地

电缆的屏蔽层、排扰线应作屏蔽接地。

在强雷击区，室外架空不带屏蔽的普通多芯电缆，备用芯应屏蔽接地。

主要是为了避免雷电在信号线路感应出高电压。

现场接线箱内，端子两侧的电缆屏蔽线应在箱内进行跨接。

同一信号回路，同一屏蔽层应该单点接地。

一般屏蔽接地应在控制室一侧接地。

接地线颜色标识为黄/绿线。

3、本质安全接地

本质安全系统接地通常讨论的是齐纳式安全栅接地。

从电气接线上，齐纳式安全栅的本质安全系统接地与仪表信号回路接地是分不开的。

但本安系统接地的工作原理和作用与仪表工作接地不同，类似于设备保护接地。

齐纳安全栅的汇流排必须与直流电源公共端相连（主要是保证当电源故障时能够对危险场所进行保护）。

其汇流排或导轨作本安接地。

在控制内应设置本安接地汇流排。

接地线颜色标识为兰/绿线。

4、防雷接地仪表供电系统的防雷保护及接地连接由电气专业按有关规定实施，所以仅规定了仪表防雷接地的内容。

三、接地方法

3．1保护接地

仪表及控制系统的保护接地属于低压配电系统接地，所以应按电气专业的有关标准规范和方法进行，并应接入电气专业的低压配电系统接地网，即等电位共用接地网。

根据国家标准GB50057《建筑物防雷设计规范》，“等电位连接（Equipotential bonding）”的定义为：

将分开的设备、诸导电物体用导体或电涌保护器连接起来以使各设备、物体之间的电位相等。

3．2工作接地

信号及屏蔽接地汇流排、本安接地汇流排通过各自的接地线接至工作接地汇流排。

九十年代以来，一些相关规定都明确指出，当电气专业把建筑物、装置的金属支撑、钢结构、金属管道、屋顶架构等全部接地后，仪表工作接地可与电气专业合用接地装置。

这样可减小雷击伤害，降低干扰。

当电气专业未作这种接地连接时，仪表工作接地应采用单独接地体接地。

接地体应与电气接地体不小于5m的距离。

接地电阻应不大于4欧姆。

虽然工作接地和保护接地最终是连接在一起的，但这两类接地应分别连接汇总，不应混接。

为使安全栅能在交流电源故障时实现对危险场所的保护功能，安全栅接地又必须与交流供电的中线相连。

这就决定了安全栅接地最终应是电气系统接地。

安全栅接地汇流排与交流供电的中线起始点相连的最简单可靠的方法是用导线连接。

3．3防静电接地

静电放电的特点是高电压、小电流、时间短。

抑制或消除静电放电应采取多种措施，除尽量避免产生静电外，及时泄放静电是有效手段之一。

仪表及控制系统的防静电接地比较简单，静电导体对地的泄放电阻通常是104～106Ω数量级的，所以，很多相应的规范、资料规定用于防静电接地的电阻为100Ω。

并且，防静电接地应与其它接地系统共用接地装置。

3．4防雷接地

仪表及控制系统防雷接地仅是仪表及控制系统防雷工程的一个组成部分，仅对仪表及控制系统防雷接地作出一般规定。

国家标准GB50057《建筑物防雷设计规范》提供了很好的依据和参考，规定了防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入。

四、接地系统有关术语和定义如下：

接地极或地体：

埋入地中直接与大地接触并与大地形成电气连接的金属导体，称为接地极或地体。

接地总干线：

用来连接接地极与总接地板的导体，称为接地总干线（电气专业称为接地总线）。

总接地板：

为了方便连接工作接地汇总板、保护接地汇总板等和接地总干线而设置的金属板，称为总接地板（电气专业称为总接地端子、接地母排）。

保护接地汇总板：

为便于连接保护接地干线等而设置的金属板，称为保护接地汇总板。

工作接地汇总板：

为便于连接工作接地干线而设置的金属板，称为工作接地汇总板。

接地干线：

用于连接多个同类接地汇流排、各需接地的设备与接地汇总板的导线，称为接地干线。

接地干线也用于连接总接地板与工作接地汇总板或保护接地汇总板。

五、接地连接方法

仪表及控制系统的接地连接采用分类汇总，最终连接的方式。

根据具体应用情况，保护接地汇总板和总接地板可以分别设置，也可以合用。

六、接地电阻

仪表及控制系统的接地电阻为电气专业的低压配电系统接地装置的接地电阻，应根据电气专业有关标准规范确定，一般情况，不应大于4Ω。

接地装置的接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地极流入地中电流的比值。

按通过接地极的工频交流电流计算出的电阻称为主频接地电阻。

GB50057《建筑物防雷设计规范》规定了防雷接地的接地电阻为冲击接地电阻，规定的典型值为不大于10Ω。

根据GB50057规定：

防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用。

举例：

DCS的接地

DCS合理、可靠的系统接地，是DCS系统非常重要的内容。

为了保证DCS系统的监测控制精度和安全、可靠运行，必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极布置等方面，进行认真统筹考虑。

一、DCS系统接地的基本要求

DCS系统接地是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。

接地系统能够为DCS提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点（即参考零电位）。

当接地系统发生问题时（接地电阻过大，多点接地，接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等），会造成人员的触电伤害及设备的损坏，据了解，有些DCS系统经常“死机”（或不明原因的“死机”），大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。

因此，完善、可靠、正确的接地，是DCS系统能够安全、可靠和良好运行的关键。

二、DCS接地分类

在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：

保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。

对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。

1、保护地（CG，Cabinet Grounding） 是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。

DCS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4Ω。

2、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。

3、屏蔽地（AG，Analog Grounding） 也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。

DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。

线缆屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰。

铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地。

接入公共接地极。

4、本安地 应独立设置接地系统，接地电阻≤4Ω。

本安地的接地系统应保持独立，与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。

三、DCS系统接地方式

1、利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地；

2、设DCS系统专用独立的接地网；

3、设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网；

由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网。

但这种接地方式存在的缺点是：

占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离（因不易在厂房内找到合适的位置），管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。

根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。

四、对公共接地极（网）的要求

1、当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Ω时，可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极（网）。

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）。

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。

4、接地极周围15米内无避雷地的接入点，8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。

电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离10米以上。

五、DCS系统的接地原则

1、DCS系统设置的接地装置

1.1操作台、打印台、服务器柜：

设有保护地螺钉。

1.2继电器柜、UPS柜、配电柜：

设有保护地螺钉。

1.3DCS的I/O机柜：

设有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉。

系统地（+24V地）悬浮。

1.4仪表柜、手操盘台：

设有屏蔽地接地汇流排，保护地螺钉。

1.5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。

2、信号屏蔽及其接地

根据有关技术规定要求，计算机或 DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地方式应符合下列规定：

2.1当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地；

2.2当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；

2.3当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地（当信号源接地时，接信号地。

当信号源浮空时接现场地）。

2.4当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。

六、DCS系统接地降低土壤电阻率的方法

1改变接地体周围的土壤结构。

在接地体周围的土壤2～3m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1/5～1/10。

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10～15cm厚，再铺2～3cm的食盐，共5～8层。

铺好后打入接地体。

此法可使电阻率降至原来的1/3～1/5。

但食盐日久会随流水流失，一般超过两年就要补充一次。

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%。

七、DCS系统接地材料及要求

1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适当加大截面。

2接地连线要求

DCS系统的保护地和屏蔽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。

当接地连线距离较长、DCS系统对接地电阻要求较高或接地干线分接的支线数量较多时，宜选用表中截面较大的电线电缆。

八、现场接地常用注意事项

1.现场控制站：

接地螺丝因机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘，屏蔽地汇流排与底座间绝缘，现场控制站必须按规定做好接地处理。

即分别接至现场控制站接地汇流排上。

I/O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地，保证等电位。

2.现场控制站：

操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。

3.I/O模件：

模拟量模件的40端即直流24伏的负端接至逻辑地汇流排上，逻辑地汇流排接至屏蔽地，再接入总接地汇流排。

4.现场控制站的保护地应从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线, 现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。

5.接地系统的电阻必须进行测试，以保证接地能满足控制系统制造商的要求。

九、接地的施工规范要求

1用电仪表的外壳、仪表盘、柜、箱、盒和电缆槽、保护管、支架、底座等正常不带电的金属部分，由于绝缘破坏而有可能带危险电压者，均应做保护接地。

对于供电电压不高于36V的就地仪表、开关等，当设计文件无特殊要求时，可不做保护接地。

2在非爆炸危险区域的金属盘、板上安装的按扭、信号灯、继电器等小型低压电器的金属外壳，当与已接地金属盘、板接触良好时，可不做保护接地。

3仪表保护接地系统应接到电气工程低压电气设备的保护接地网上，连接应牢固可靠，不应串联接地。

4保护接地的接地电阻值,应符合设计文件规定。

5在建筑物上安装的电缆槽及电缆保护管，可重复接地。

6仪表及控制系统应做工作接地，工作接地包括信号回路接地和屏蔽接地，以及特殊要求的本质安全电路接地，接地系统的连接方式和接地电阻值应符合设计文件规定。

7仪表及控制系统的信号回路接地、屏蔽接地应共用接地装置。

8各仪表回路只应有一个信号回路接地点，除非使用隔离器将两个接地点之间的直流信号回路隔离开。

9信号回路的接地点应在显示仪表侧，当采用接地型热电偶和检测元件已接地的仪表时，不应再在显示仪表侧接地。

10仪表电缆电线的屏蔽层，应在控制室仪表盘柜侧接地，同一回路的屏蔽层应具有可靠的电气连续性，不应浮空或重复接地，不应再在显示仪表策接地。

现场仪表端电缆的屏蔽层不得露出保护层外。

11当有防干扰要求时，多芯电缆中的备用芯线应在一点接地，屏蔽电缆的备用芯线与电缆屏蔽层，应在同一侧接地。

12仪表盘、柜、箱内各回路的各类接地，应分别由各自的接地支线引至接地汇流排或接地端子板，由接地汇流排或接地端子板引出接地干线，再与接地总干线和接地极相连。

各接地支线、汇流排或接地端子板之间在非连接处应彼此绝缘。

13接地系统的连接应使用铜芯绝缘电线或电缆，采用镀锌螺栓固定，仪表盘、、柜、箱、内的接地汇流排应使用铜材，并有绝缘支架固定。

接地总干线与接地体之间应采用焊接。

14本质安全电路本身除设计文件有特殊规定外，不应接地。

当采用二极管安全栅时，其接地应与直流电源的公共端相连。

15防静电接地应符合设计文件规定，可与设备、管道和电气的防静电工程同时进行。

16接地连线应采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆，采用镀锌或铜螺栓连接，接地汇流排应使用铜材，并由绝缘支架固定。

17接地线的截面积应符合设计文件和制造厂的规定，当设计文件和制造厂无规定时，接地连线应大于2mm，接地分干线应大于6mm，接地干线应大于20mm，接地总干线应大于30mm。

18接地总干线与接地体之间应采用焊接。

埋地的接地干线可用有效截面积相同的热镀锌扁钢或圆钢进行焊接。

接头可采用搭接，扁钢搭接长度为宽度的2倍，园钢为直径的6倍，接触应良好，连接应牢固，焊接处应做防腐处理。

19接地电阻值应符合设计文件和制造厂的规定，如设计文件或制造厂未规定时，应符合下列规定：

a、仪表系统保护接地电阻值一般为4Ω，最高不宜超过10。

当设置有高灵敏度接地自动报警装置或接地自动切断装置等情况时，接地电阻值可大于10，但应在100以内，当设置有防雷系统时，接地电阻不应大于1；

b、屏蔽接地和工作接地应在10Ω以内；

c、本质安全回路接地和其它仪表接地电阻应符合产品技术文件的要求；

d、DCS、PLC、PCS系统接地电阻应小于4；

e、接地板之间的距离应大于5m。

20接地系统施工时，应及时作好隐蔽工程记录。