淺談儀表系統(tǒng)接地及安裝

文/張紅霞，中石化第十建設(shè)有限公司

?

淺談儀表系統(tǒng)接地及安裝

文/張紅霞，中石化第十建設(shè)有限公司

本文就儀表系統(tǒng)接地的作用、分類、及常用的接地方法等問題進(jìn)行討論、分析和說明，強(qiáng)調(diào)了儀表系統(tǒng)接地的重要性，指出了儀表系統(tǒng)接地施工中應(yīng)當(dāng)注意的問題。

儀表系統(tǒng)接地；保護(hù)；工作；屏蔽；本安；安裝

1 前言

近年來，儀表系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向迅猛發(fā)展，石油化工裝置對(duì)儀表設(shè)備的運(yùn)行要求也就越來越高，而儀表設(shè)備普遍存在絕緣強(qiáng)度低、過電壓和過電流耐受能力差、對(duì)電磁干擾敏感等弱點(diǎn)，一旦儀表設(shè)備受到強(qiáng)電干擾，就會(huì)威脅儀表設(shè)備的正常工作和安全運(yùn)行，輕則使儀表設(shè)備工作失靈，重則使儀表設(shè)備永久性損壞，嚴(yán)重時(shí)還可能造成人員傷亡、生產(chǎn)事故。為了使上述危害減少到最小程度、生產(chǎn)裝置正常安全運(yùn)行，儀表系統(tǒng)接地就顯得格外重要，這也是設(shè)計(jì)、施工中一個(gè)需要引起足夠重視的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此，儀表系統(tǒng)接地的正確與否對(duì)整個(gè)儀表控制系統(tǒng)十分關(guān)鍵。為此，有必要對(duì)這一問題做一探討。

2 儀表系統(tǒng)接地

儀表系統(tǒng)接地按用途和作用不同，可分為保護(hù)接地和工作接地。對(duì)于裝有安全柵防爆措施的系統(tǒng)如化工行業(yè)所用的系統(tǒng)，還要求有本安地。

2.1 保護(hù)接地是指保證儀表、電氣設(shè)備及人身安全所需接地，包括保護(hù)接地、防雷接地和防靜電接地。對(duì)儀表系統(tǒng)而言，保護(hù)接地就是將正常不帶電的儀表外殼、儀表盤等金屬部分與接地體有良好的金屬連接，以保證人身和設(shè)備安全。例如：如果意外事故使儀表盤帶電，儀表盤未作良好接地則對(duì)地電壓就接近相電壓U（220v）若此時(shí)人身觸及儀表盤則人體接觸電壓為 Ur=[Rr/（R0+Rr）]*U，Ro為電源中性點(diǎn)接地電阻值。一般為幾個(gè)歐姆Rr為人體電阻值一般情況下可高達(dá)1.5~7KΩ,不管怎樣Rr總之遠(yuǎn)大于Ro,所以Ur≈Uo,通過人體的電流為，Ir = Ur/ Rr ≈U/ Rr 此時(shí)電流可達(dá)100mA 能使人致命。然而，如果保護(hù)接地良好，就可以避免觸電事故，當(dāng)出現(xiàn)某意外事故時(shí),就必然出現(xiàn)較大接地電流,保護(hù)接地能大大降低人身承受的接地電壓,因此不會(huì)產(chǎn)生設(shè)備損壞及電擊致命的嚴(yán)重后果。

同樣現(xiàn)場(chǎng)儀表橋架、穿線管應(yīng)每隔30m與已接地的金屬構(gòu)件相連。一般來講，使用DC24V為電源的現(xiàn)場(chǎng)儀表、變送器等無特殊要求的可不作保護(hù)接地?？刂剖业膬x表自控設(shè)備、機(jī)柜、儀表盤等應(yīng)單獨(dú)設(shè)置保護(hù)接地匯流排。接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻小于4Ω。

2.2 工作接地指為保證儀表系統(tǒng)正常運(yùn)行所需接地，包括信號(hào)回路接地、屏蔽接地、邏輯接地和本安儀表接地。

（1）信號(hào)回路接地：信號(hào)回路接地一般有兩種情況，一種是儀表設(shè)備本身結(jié)構(gòu)形成的事實(shí)上的信號(hào)回路接地。例如：為減少測(cè)量滯后而采取熱電偶與金屬套焊接在一起的接地型熱電偶等。另一種是為了達(dá)到抑制干擾信號(hào)的目的所要求的接地，在保證單點(diǎn)接地情況下,共摸干擾就可得到有效被抑制。為抑制干擾而使信號(hào)回路接地就是直流電源負(fù)端接地（信號(hào)公共端接地）

（2）屏蔽接地：屏蔽層要起到屏蔽作用就必須接地，為此如果儀表系統(tǒng)中儀表及信號(hào)線要求接地應(yīng)注意將儀表上屏蔽接線端子、信號(hào)線屏蔽層及未作保護(hù)接地但仍要起靜電屏蔽作用的導(dǎo)線管、匯線槽，儀表外殼正確可靠接地。

（3）邏輯地：也叫機(jī)器邏輯地、主機(jī)電源地，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負(fù)5伏、正負(fù)12伏的負(fù)端。需要接入公共接地極。

（4）本安地應(yīng)獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)，接地電阻≤4Ω。本安地的接地系統(tǒng)應(yīng)保持獨(dú)立，與廠區(qū)電氣地網(wǎng)或其它儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)的距離應(yīng)在5m以上。

本安儀表系統(tǒng)接地除了具有抑制干擾的意義外，同時(shí)也是保證儀表系統(tǒng)本質(zhì)安全防爆的措施之一，抑制作用如前所述，在此重點(diǎn)介紹防爆作用，本安系統(tǒng)主要是借助安全柵將進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量限制在安全限額以內(nèi)。對(duì)隔離型安全保持器就是在整個(gè)儀表回路中采用隔離變壓器把危險(xiǎn)側(cè)信號(hào)和安全側(cè)進(jìn)行有效的電流隔離,對(duì)非隔離型，則采用齊納二極管反向擊穿特性而進(jìn)行安全保護(hù).，而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)側(cè)接地與控制室一側(cè)安全柵端子的等電位需采取專門措施予以保證。目前有兩種通用方法，一種是限制接地電阻辦法，另一種是等電位導(dǎo)線連接辦法。所謂限制接地電阻辦法就是要求接地系統(tǒng)保持獨(dú)立，并且接地電阻≤4Ω。目前多數(shù)就是采用這種方法。所謂等電位連接法就是將現(xiàn)場(chǎng)接地線直流電源負(fù)端以及儀表系統(tǒng)接地端都?jí)航拥椒弦蟮谋Ｗo(hù)接地干線上。以保證本安儀表系統(tǒng)所有接地的電位平衡。

信號(hào)回路只有一個(gè)接地點(diǎn)，不能有一個(gè)以上接地點(diǎn)，如果出現(xiàn)多個(gè)接地點(diǎn)就難免產(chǎn)生電位差，產(chǎn)生共模信號(hào)干擾電流造成對(duì)儀表信號(hào)的干擾。但究竟在現(xiàn)場(chǎng)還是控制室接地，宜根據(jù)控制系統(tǒng)儀表類型和線路組成來定。對(duì)于控制系統(tǒng)而言一般采用控制室一側(cè)接地對(duì)于信號(hào)線屏蔽層接地也只能由一個(gè)接地點(diǎn)，且應(yīng)與信號(hào)回路在同一測(cè)接地，其作用是為了消除屏蔽層和信號(hào)線間的分布電容所形成的阻抗不高的回路，避免由此引起的共摸干擾。

3 接地系統(tǒng)的做法及接地體的設(shè)置

在國(guó)內(nèi)石油化工裝置中，我們接觸較多的儀表系統(tǒng)的接地主要有兩種措施：浮地、多點(diǎn)接地。

浮地是指儀表的工作地與建筑物的接地系統(tǒng)保持絕緣，這樣建筑物接地系統(tǒng)中的電磁干擾就不能傳導(dǎo)到儀表系統(tǒng)中，地電位的變化對(duì)儀表系統(tǒng)也無影響。其缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動(dòng)和增加了對(duì)模擬電路的感應(yīng)干擾；由于該電路的地與大地?zé)o導(dǎo)體連接，易產(chǎn)生靜電積累而導(dǎo)致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強(qiáng)烈的干擾。因此，浮地的效果不僅取決于浮地的絕緣電阻的大小，而且取決于浮地的寄生電容的大小和信號(hào)的頻率。

多點(diǎn)接地是指儀表、控制系統(tǒng)等設(shè)備的工作接地與保護(hù)接地分開，這種接地方式的突出優(yōu)點(diǎn)是可以就近接地，接地線的寄生電感小。但是如果較強(qiáng)的雷電波通過保護(hù)地進(jìn)入系統(tǒng)，電子電路同樣會(huì)因承受高壓而損壞。

由于石油化工裝置在多雷電地區(qū)防雷要求越來越高，以上兩種接地方式都不能滿足防雷的需要，因此，可以考慮將保護(hù)地與工作地相連接，并且接入防雷接地系統(tǒng)，問題就可以解決了。

接地體的設(shè)置應(yīng)參照《全國(guó)通用電氣安全標(biāo)準(zhǔn)圖、接地裝置安裝》，也應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)具體情況選用。要求保護(hù)接地和工作接地必須獨(dú)立設(shè)置，但保護(hù)接地是否能同電力系統(tǒng)接地相連接視情況而定。下列情況應(yīng)單獨(dú)設(shè)設(shè)置儀表接地體：

a)土壤電阻率較高，接地電阻達(dá)不到規(guī)定要求的場(chǎng)所。

b)周圍環(huán)境有較嚴(yán)重電磁干擾的場(chǎng)所。

c)所采用的儀表對(duì)噪聲敏感。

d)所有儀表遠(yuǎn)離電力系統(tǒng)接地網(wǎng)。

系統(tǒng)保護(hù)接地電阻值宜為4歐姆，最高不超過10歐姆，而土壤電阻率較高難以實(shí)現(xiàn)這個(gè)數(shù)值時(shí)可以適當(dāng)提高（或加降阻劑）。一般要求如下:

a）工作接地電阻應(yīng)在1-4歐姆。

b)當(dāng)設(shè)置防雷系統(tǒng)時(shí)接地電阻應(yīng)小于1歐姆。

c)DCS，PLC等控制系統(tǒng)接地應(yīng)小于4歐姆。

d)接地板間距離應(yīng)大于5米。

4 儀表系統(tǒng)接地連接線要求：

保護(hù)接地線分支線應(yīng)宜采用多股銅芯電纜或電線。單體儀表的接地線截面積為2.5mm2，機(jī)柜間的接地干線截面積為4mm2~16mm2，連接總接地板的接地干線截面積為10mm2~25mm2。連接室外接地裝置的導(dǎo)體應(yīng)采用帶絕緣的熱鍍鋅扁鋼（或銅材），也可以采用截面積為16mm2~50mm2多股銅芯電纜。

埋地接地干線卡采用有效截面積的扁鋼或銅包圓鋼焊接，接頭采用搭接。扁鋼搭接為寬度2倍，圓鋼為直徑6倍。接地匯流排應(yīng)采用銅排，并用絕緣支架隔離。

5 儀表系統(tǒng)接地安裝應(yīng)注意的問題

5.1 接地電纜壓接時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證壓接可靠；若采用焊接時(shí)，焊接處應(yīng)采取防腐蝕措施。

5.2 電纜屏蔽線接地時(shí)，許多施工單位為了保證接線外觀美觀，常常將屏蔽線從電纜頭處剪斷，然后壓接專用接地線。本人認(rèn)為，這樣做雖然美觀，但同時(shí)也帶來了隱患。如果壓接不牢，就會(huì)形成屏蔽線兩端浮空的情況，從而產(chǎn)生干擾信號(hào)。將屏蔽線絕緣，直接接到相應(yīng)的匯流條還是比較穩(wěn)妥的做法。

5.3 當(dāng)儀表信號(hào)電纜采用鎧裝電纜時(shí)，鎧裝層兩端應(yīng)進(jìn)行保護(hù)接地。GB50093也對(duì)此做了明確的規(guī)定。

5.4 當(dāng)控制室、機(jī)柜室內(nèi)的接地干線采用扁鋼時(shí)，應(yīng)絕緣到接地裝置連接點(diǎn)。GB50093中10.2.17條也做了規(guī)定。這也是新增的條款。一般可以采用熱縮套管絕緣。當(dāng)然最好是在圖紙審查階段就提出采用接地電纜的設(shè)計(jì)變更要求。

5.5 控制室、機(jī)柜室內(nèi)接地線、電纜較多，儀表工作地和保護(hù)地的支線最好用黃色和綠色加以區(qū)分。

5.6 須按規(guī)定進(jìn)行接地系統(tǒng)的電阻測(cè)試，以保證接地能滿足控制系統(tǒng)制造商的要求。測(cè)試時(shí)，應(yīng)通知監(jiān)理到現(xiàn)場(chǎng)。如果達(dá)不到系統(tǒng)要求，必須及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)，采取相應(yīng)的降阻措施。

6 總結(jié)

儀表系統(tǒng)接地關(guān)系到整個(gè)儀表系統(tǒng)運(yùn)行，而儀表又是生產(chǎn)裝置的大腦和眼睛，因此儀表系統(tǒng)接地十分重要，施工過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求施工。

[1]自動(dòng)化儀表工程施工及質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 GB50093-2013.

[2]石油化工儀表工程施工技術(shù)規(guī)程SH3521-2013.

[3]石油化工靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)范SH3097-2000.

[4]石油化工儀表接地設(shè)計(jì)規(guī)范SH/T3081-2003.