摘要：在自動化儀表系統(tǒng)中,接地是一個非常重要的問題,接地的質(zhì)量關(guān)系到電氣設(shè)備和人身的安全,本文分析了工作接地、防雷接地和等電位接地的區(qū)別，重點(diǎn)介紹了儀表接地的方法和浪涌保護(hù)器的安裝。詳細(xì)的闡述了各種接地的作用和施工規(guī)范。

引言：

通常所說的接地是為保證電器設(shè)備正常工作和人身安全而采取的一種用電安全措施，通過金屬導(dǎo)線與接地裝置連接來實(shí)現(xiàn)，常用的有保護(hù)接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防靜電接地等。接地裝置將漏電電流、靜電荷以及雷電電流等引入地下，從而避免人身觸電和可能發(fā)生的火災(zāi)、爆炸等事故。

一、保護(hù)接地

保護(hù)接地又稱為安全接地，是為人身安全和設(shè)備安全而設(shè)置的接地，用符號PE表示，電氣設(shè)備或者儀表及控制系統(tǒng)的外露導(dǎo)電部分，正常時不帶電，在故障或非正常情況時可能帶危險電壓，這樣的設(shè)備均實(shí)施保護(hù)接地。也就是說保護(hù)接地是為防止電氣設(shè)備的金屬外殼帶電危及人身和設(shè)備安全而進(jìn)行的接地。用以保證當(dāng)電氣設(shè)備因絕緣損壞而漏電時電流迅速通過保護(hù)接地泄流，漏電保護(hù)裝置或者空開分閘，從而保證人身和設(shè)備的安全。規(guī)范要求保護(hù)接地電阻值宜不大于4Ω，最高不宜超過10Ω。原則上高于36V供電都要求有保護(hù)接地。

二、電源接地

電源接地就是控制系統(tǒng)的直流電源的負(fù)端和地相連，形成一個穩(wěn)定的參考電勢，用符號BGND表示。原來的系統(tǒng)直流電源基本都是浮空的，但是電源的浮空帶來一下列的問題，在SH-T3081-2003石油化工儀表接地設(shè)計(jì)規(guī)范中明確要求直流電源的負(fù)端必須接到本機(jī)柜工作接地的匯流排上。工地接地再經(jīng)過接地總線回到電氣的零點(diǎn)地。

三、屏蔽接地

儀表屏蔽接地分兩種。一種是電纜保護(hù)管、電纜槽等接地。這類接地應(yīng)與裝置電氣接地網(wǎng)相連，屬于等電位連接。另一種為信號屏蔽電纜接地，應(yīng)根據(jù)信號源和接收儀表的不同情況采用不同接法。當(dāng)信號源接地時，信號電纜的屏蔽層應(yīng)在信號源端接地，否則，信號電纜的屏蔽層均應(yīng)在信號接收儀表一側(cè)接地。現(xiàn)場儀表接線箱兩側(cè)的電纜屏蔽層應(yīng)在箱內(nèi)用端子或其它連接方式連接屏蔽層僅一端做等電位連接，另一端懸浮時，只能防靜電感應(yīng)，防不了磁場強(qiáng)度變化感應(yīng)的和電磁場產(chǎn)生的干擾電壓，如果要減少磁場和電磁場產(chǎn)生的干擾電壓，應(yīng)采用有絕緣隔開的雙層屏蔽，外屏蔽層應(yīng)至少在兩端做等電位連接，外屏蔽層構(gòu)成接地連接環(huán)路，在干擾磁場和電磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生減低源磁場的磁通，從而抵消干擾。通俗的講，就是如果是抗信號干擾，就采用電纜單層屏蔽。在屏蔽接地中，由于接地兩端的電勢不一定完全不同，就會在屏蔽層產(chǎn)生電流，這種屏蔽層上的電流會對儀表傳輸信號帶來誤差，所以儀表抗干擾信號采用一端接地。屏蔽層就可有效阻止控制電纜芯線與外界形成電容，因而控制電纜芯線不會因外界電場的變化而產(chǎn)生充放電等現(xiàn)象，可以有效防止靜電干擾。電纜屏蔽層單點(diǎn)接地其目的是用以降低電磁干擾。而多點(diǎn)接地可以防止雷電反擊，如果是抗雷擊則采用雙層屏蔽，除了電纜橋架的多點(diǎn)接地外，電纜外層屏蔽線需要在機(jī)柜間和現(xiàn)場兩端接地。防止雷電反擊和強(qiáng)電磁干擾的雙層屏蔽，一般接在保護(hù)接地上。用于信號屏蔽電纜的一端接地，需要接在儀表的工作地上。

四、本安接地：

本安接地是適用于爆炸環(huán)境獨(dú)有的接地，現(xiàn)場儀表、齊納式安全柵和控制系統(tǒng)構(gòu)成了本安回路。本安接地用ISE表示。

在石化行業(yè)中，儀表設(shè)備雖然自身不會產(chǎn)生超過標(biāo)準(zhǔn)要求的能量，但卻無法限制由于安全區(qū)的設(shè)備故障導(dǎo)致的大電流、高電壓輸入并產(chǎn)生危險的火花，因此要保證現(xiàn)場的絕對安全必須為其回路中增加安全柵來限制能量。

安全柵分為隔離式和齊納式兩種。隔離式安全柵采用隔離保護(hù)技術(shù)，兩端浮空，不需要專門接地，而齊納式安全柵則根據(jù)其保護(hù)工作原理需要良好的接地系統(tǒng)。本安儀表配齊納式安全柵才形成一個完整的本安回路，安全柵從限制能量入手，可靠地將電路中的電壓和電流限制在一個允許的范圍內(nèi)（一般是50mA以下），以保證電氣設(shè)備在非正常情況下所下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)不致于引起周圍可能存在的危險氣體的爆炸。當(dāng)機(jī)柜間非正常情況，大電流經(jīng)過安全柵時，安全柵發(fā)生“雪崩效應(yīng)”，安全柵內(nèi)部二極管反向?qū)щ姡?jīng)過安全柵的大電流迅速對地釋放，確保大電流不會傳到帶有可燃性氣體的區(qū)域打起火花而發(fā)生爆炸。如圖1所示。所以安全柵能正常工的前提是有可靠的接地。

圖1安全柵工作原理圖

規(guī)范要求保護(hù)接地和工作接地在匯入接地總板之前是絕緣的，也就是說安全柵安裝在控制機(jī)柜內(nèi)，和控制柜之間應(yīng)該用絕緣子連接。防止機(jī)柜外殼帶電時，把工作地的零點(diǎn)電壓提高，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。在機(jī)柜內(nèi)，安裝安全柵的導(dǎo)軌一般推薦用兩根接地線，確保安裝導(dǎo)軌良好的接地。

圖2本安回路推薦接地方式

IEC標(biāo)準(zhǔn)IEC60079-14《危險場所的電氣設(shè)備安裝》關(guān)于本質(zhì)安全電路的接地中規(guī)定：對于“沒有電氣隔離的安全柵(例如齊納式安全柵)的接地端子應(yīng)以最短的可行的路徑接到等電位連接系統(tǒng)；對于TN-S系統(tǒng)，接到一個高度完整的接地點(diǎn)，連接方式應(yīng)保證這一點(diǎn)接到主電源系統(tǒng)接地點(diǎn)之間的阻抗小于1Ω。”

圖2為推薦的工廠儀表系統(tǒng)最優(yōu)接地方式，本安回路在匯入工作接地總板之前和電源地、信號地是分開的。這種接法在國外一些工程上是嚴(yán)格遵守的，但是在國內(nèi)，原來的施工大部分本安接地直接接到機(jī)柜的工作接地上，然后一起匯到工作接地總排，近年才開始給本安接地設(shè)置獨(dú)立的接地排。特別注意，齊納式安全柵在儀表機(jī)柜間接地匯流條和機(jī)柜外殼是用絕緣子隔離的，否則會導(dǎo)致齊納式安全柵本安接地和機(jī)柜保護(hù)接地在機(jī)柜內(nèi)部連接。這是危險的也是不允許的。儀表的本安回路接地、電源地、信號地和單層信號屏蔽地在機(jī)柜間工作接地匯總板連接。

五、防雷接地：

當(dāng)雷擊發(fā)生時，由于強(qiáng)大雷電流的瞬時變化，電磁場的瞬間變化，（又稱電磁脈沖），會在附近的導(dǎo)體上（電線、電纜及其金屬導(dǎo)體），產(chǎn)生感應(yīng)電勢（電壓或電流），此電勢或電流超過其設(shè)備所承受的量，設(shè)備就會損壞。電勢、電流、電磁脈沖會使信息系統(tǒng)設(shè)備受到干擾，輕者使其不能正常工作，重者會造成永久性損壞。浪涌也叫突波，就是超出正常電壓的瞬間過電壓。從本質(zhì)上講，浪涌就是發(fā)生在僅僅百萬分之一秒內(nèi)的一種劇烈脈沖。供電系統(tǒng)的浪涌來源分為外部(雷電原因)和內(nèi)部（電器操作過電壓）。

防雷接地是防雷保護(hù)的重要環(huán)節(jié)，用符號LGND表示，它包括接地極、接地極互相之間的連線，接地帶及各接地設(shè)備的接地引線等，從防雷及安全考慮，接地系統(tǒng)的接地電阻越小越好，但過小的接地電阻要消耗大量的人力、財(cái)力。因此通常是在滿足跨步電壓，接觸電勢的情況下，達(dá)到國家用防雷規(guī)范規(guī)定的數(shù)值就可以了。一般地段要求接地電阻值不大于10Ω，

盡管有各種防雷措施，但是在供電線路上，信息系統(tǒng)傳輸線上，仍會發(fā)生電涌擊壞設(shè)備的事件，閃擊電涌對電子系統(tǒng)設(shè)備可造成干擾效應(yīng)、提前老化效應(yīng)和毀壞效應(yīng)。特別是連續(xù)運(yùn)行的大型工廠的儀表設(shè)備。為了防止雷擊損壞電子設(shè)備以及產(chǎn)生次生的安全事故，一般在多雷區(qū)的儀表回路中安裝浪涌保護(hù)器。

電涌保護(hù)器(SurgeprotectionDevice)是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護(hù)器”英文簡寫為SPD。電涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

浪涌保護(hù)器實(shí)際就是壓敏電阻，具有高通低阻的特性。當(dāng)電網(wǎng)在不超過最大持續(xù)運(yùn)行電壓的情況下運(yùn)行時，兩個電極之間呈高阻狀態(tài)。如果電網(wǎng)因雷擊或者操作使兩個電極之間的電壓超過點(diǎn)火電壓時，間隙被擊穿，通過弧光放電將過電壓能量釋放。沖擊波過后，電弧將被由分弧片和滅弧室組成的滅弧系統(tǒng)熄滅，恢復(fù)到高阻狀態(tài)用以保護(hù)系統(tǒng)。

接地是浪涌保護(hù)器能起到保護(hù)電子設(shè)備的一個重要的環(huán)節(jié)，浪涌保護(hù)器只有在良好的接地前提下，才能把雷擊產(chǎn)生的電涌泄放，以達(dá)到保護(hù)儀表系統(tǒng)不被損壞。規(guī)范要求，雷擊浪涌保護(hù)器要有單獨(dú)的接地銅板，不能同工作接地、保護(hù)接地共用接地排。應(yīng)通過導(dǎo)線直接連到接地總排上。接地線要求在2.5mm2～4mm2之間。并且浪涌保護(hù)器的接地線要求盡量短，要避免彎曲鋪設(shè)。浪涌保護(hù)器的接地電阻不大于1Ω。

特別要注意，大部分浪涌保護(hù)器是通過安裝底板接地的。安裝浪涌保護(hù)器的導(dǎo)軌在機(jī)柜間絕對不能和機(jī)柜直接連接，也就是說浪涌保護(hù)器的接地和機(jī)柜外殼要求嚴(yán)格絕緣。在安裝浪涌保護(hù)器導(dǎo)軌時，要在導(dǎo)軌和機(jī)柜之間加絕緣子，導(dǎo)軌上連接接地線，盡可能近距離的引入工作接地總排。如果浪涌保護(hù)器的接地和機(jī)柜連接，就會造成雷擊電涌引到機(jī)柜上，強(qiáng)電流和強(qiáng)磁場可能會給機(jī)柜內(nèi)的電子設(shè)備造成損壞。

浪涌保護(hù)器在安裝時，應(yīng)該安裝在安全柵之前，信號通過浪涌保護(hù)器后進(jìn)入安全柵和系統(tǒng)，是串聯(lián)形式，有效的保護(hù)后路設(shè)備不被電涌損壞。浪涌保護(hù)器安裝在現(xiàn)場保護(hù)現(xiàn)場儀表時，和現(xiàn)場儀表設(shè)備是并聯(lián)的，盡量的靠近所保護(hù)的儀表設(shè)備。

六、結(jié)束語

接地是一項(xiàng)非常重要的工作，良好的接地是人身和設(shè)備安全的基礎(chǔ)，對于大型控制系統(tǒng)，沒有良好的接地，就不會有控制系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。正確合理的選用浪涌保護(hù)器，會減少由于雷擊造成的重大損失。

作者介紹：

張瑞妍，中石化濟(jì)南分公司