仪表及控制系统接地技术分析

仪表及控制系统接地技术分析

张瑜陈晨徐壮

中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司河北省秦皇岛066004

摘要：随着电子仪表，特别是电动智能仪表和集散控制系统级可编程控制器的广泛使用，仪表及控制系统的接地已成为仪表工程设计的一个相当重要的组成部分。本文主要对仪表及控制系统接地技术进行了分析探讨。

关键词：仪表；控制系统；接地分类；接地方法

一、仪表系统接地分类

1、保护接地是将仪表中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。原因是仪表的供电是强电供电（220V或11OV），通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。

2、工作接地是为了使仪表设备以及与之相连的部件均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。当人体触及到外壳已带电的电气设备时，由于接地体的接触电阻远小于人体电阻，绝大部分电流经接地体进入大地，只有很小部分流过人体，不致对人的生命造成危害它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地。工作接地的作用是保持系统电位的稳定性，即减轻低压系统由高压窜入低压系统所产生过电压的危险性。

3、本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。

4、静电接地，是防止静电对观测者处于相对静止的电荷而采取的接地措施。由它所引起的磁场效应较之电场效应可以忽略不计。静电可由物质的接触与分离、静电感应、介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。工业静电是生产、储运过程中在物料、装置、人体、器材和构筑物上产生和积累起来的静电。

5、防雷接地

主要有：(1)当仪表及控制系统的信号线路从室外进入室内后，需要设置防雷接地连接的场合，应实施防雷接地连接。(2)仪表及控制系统防雷接地应与电气专业防雷接地系统共用，但不得与独立避雷装置共用接地装置。

二、仪表系统接地的连接方法及注意事项

1、接地连接方法

当采用等电位接地时，要求将建筑物的金属结构、基础钢筋、金属设备、管道、进线配电箱的PE母排、接闪器引下线形成等电位联结，控制系统保护接地和工作接地应分类汇总到该总接地板，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5m的距离。当采用单独接地时，此时应保证接地电阻小于4Ω，且单独接地体与其他电气专业接地体应相距5m以上，和独立和防直击雷接地体须相距20m以上。具体的一点接地的形式根据可现场条件，在以下几种情况下选择。(1)在一般的条件下，推荐采用4根2m长的50×50的角钢，呈边长为5m的正方形打入地下70cm以上，再用镀锌扁铁焊接起来，用≥16mm2的导线引到控制室接地铜排的方式，基本上都能满足接地电阻小于4欧姆的要求，特殊的地理情况下，需采用降阻剂来降低接地电阻。(2)对于没有条件单独打地桩的情况下，可以采用电气地作为系统的接地，此时工作接到和保护接地都连接到电气地，但要注意选取接入点时应尽可能远离大电机的接入点，同时与避雷地的接入点间的距离也应大于20m。(3)系统的操作台、外配柜等低压电气柜应视为保护接地，接地线统一连到一保护接地接地铜条。若外配柜中安装有安全栅，安全栅接地应视为工作接地，接地线连接到工作接地接地铜条。然后根据具体情况连接到接地体。(4)对于两个控制站之间或控制站与操作台之间的距离较远的情况下，可以采取分别接地的原则进行接地。(5)若远程机笼与主控机笼之间采用了电气隔离装置或光电隔离装置，则远程机笼可以就地进行接地。(6)UPS的接地一般应选择厂方的电气地。

2、接地的注意事项

2.1与电气专业的配合

实际工程设计中需要仪表专业和电气专业紧密配合，若仅关注仪表自控系统本身的接地而忽略电气接地系统，往往会引发意想不到的后果。

仪表专业向电气专业提用电条件时，应要求控制室用电采用TN-S系统，以尽量减少因电源故障对仪表自控系统的干扰。

仪表自控系统的接地点应与电气防雷引下线或大电流高电压设备的接地点保持足够的安全距离，以减少大的泄放电流通过仪表接地点窜入仪表自控系统。

2.2接地电阻值的要求

虽然共用接地装置在抗干扰和安全保护上有诸多优点，但也存在一个问题，那就是地电位上升。在共用接地系统中，若有一个设备发生接地电流I，就会流入大地。因为接地极的阻抗RG，造成各设备接地点处的电位上升为U（U=IRG），波及到共用接地的其它设备。为了减少这种影响，接地电阻值RG应足够小。文献[1-2]规定仪表自控系统接地电阻值不应大于4Ω。但GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》第10.2.1条规定：火灾自动报警系统接地装置采用共用接地装置时，接地电阻值不应大于1Ω。为了满足GB50116的要求，仪表自控系统的接地电阻也应要求不大于1Ω。

2.3工作接地的连接方式

在接地标准中强调不同用途的接地系统要分类汇总，不能发生混接。实际工程中，有些施工人员虽已将保护接地和工作接地分开，但将各机柜工作接地汇流排之间用接地线相连后再接至工作接地汇总板，形成所谓的“菊花链”串接方式。因为接地线存在阻抗，各机柜相对接地点的基准电压不同，使各机柜的接地电流通过地线阻抗而产生耦合干扰，所以不推荐使用。正确的做法是每个机柜工作接地汇流排单独用接地线接至工作接地汇总板，各机柜相对接地点的基准电压都是一样的，减少了因接地电流引起的电路间的耦合。

三、接地系统接线和接地电阻

采用的方法：(1)接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘或电缆。(2)接地系统的各接地汇流排可采用截面为25mm×6mm的铜条制作。(3)接地系统的各接地汇总板应采用铜板制作，厚度不小于6mm，长、宽尺寸按需要确定。(4)机柜内的保护接地汇流排应与机柜进行可靠的电气连接。(5)工作接地汇流排、工作接地汇总板应采用绝缘支架固定。(6)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，并应用防松件，或采用焊接。(7)各类接地连线中，严禁接入开关或熔断器。(8)接地线的截面可根据连接仪表的数量和接地线的长度按下列数值选用，接地线：1mm2～2.5mm2；接地干线：4mm2～16mm2；接地总接线板的接地干线：10mm2～25mm2；接地总干线：16mm2～50mm2；雷电浪涌保护器接地线：2.5mm2～4mm2。(9)电浪涌保护器接地线应尽可能短，并且避免弯曲敷设；(10)地系统的标识颜色为绿色或绿、黄两色。(11)仪表或设备的接地端子到接地极之间的导线与连接点的电阻总和，称为接地连接电阻。(12)接地极对地电阻与接地连接电阻之和称为接地电阻。(13)仪表及控制系统的接地电阻为工频接地电阻，不应大于4Ω。(14)仪表及控制系统的接地连接电阻不应大于1Ω。

结束语

仪表系统的接地和供电方案都离不开仪表专业和电气专业的协调和沟通。由于受到专业投资成本限制，在追求系统的稳定和安全可靠，就需增加投资成本。同时，强电在设计施工时，往往忽略对仪表信号的干扰考虑，埋伏一些隐患。因此，专业之间必要的沟通，是解决问题的关键，同时设备维护和管理部门，严把设计和施工的关口，是仪表系统安全长周期运行的基础。

参考文献

[1]顾学东.低压电子设备的接地[J].金属制品.2004(02)

[2]许成春.仪表接地方法探析[J].今日科苑.2008(02)

[3]叶向东,挥春.SH/T308/-2003石油化工仪表接地设计规范[M].北京:中国石化出版社,2004.