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儀表及控制系統接地和屏蔽

作者:電儀智彙

一、

儀表和控制系統接地的作用

一是安全,即保護人身安全和儀表及控制系統的安全;

二是保障儀表和控制系統穩定、準确地運作,也就是保證信号通暢、抗禦各種幹擾

接地有關術語和定義

接地:電氣裝置、用電儀表、屏蔽層用接地線與接地體連接配接,叫做接地。

接地點:接地體所在位置。

接地體:埋在地下和大地接觸的金屬導體,稱為接地體。兼作接地體用的直接與大地接觸的金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土建築物的基礎、金屬管道和裝置等,稱為自然接地體。

接地線:連結用電儀表、裝置至接地體的金屬導體,稱為接地線。

接地裝置:是指接地線和接地體的總和。

接地電阻:接地體或自然接地體的對地電阻與接地線電阻的總和,稱為接地電阻。

儀表接地一般分為二種:

保護接地

工作接地

保護接地

定義:在用電儀表、電氣裝置的金屬部分,由于絕緣損壞等意外事故可能帶危險電壓的情況下,為了防止這種電壓危及人身安全而設定的接地,稱為保護接地。

保護接地就是給危險電壓提供一條通路,使之不經過人體。

針對危險電壓,各國都有安全電壓值的規定。有些國家規定為50V和25V,日本規定為60V,大陸習慣采用36V和12V,有些規定采用36V。

應進行保護接地的有:儀表盤(櫃、箱、架)及底座、用電儀表外殼、配電箱(盤)、接線盒、彙線槽、導線管、铠裝電纜的铠裝護層等。

工作接地

定義:為保證儀表精确度和可靠安全地工作而設定的接地,稱為儀表系統的工作接地。

在儀表和控制系統中,信号分為隔離信号和非隔離信号,隔離信号一般可以不接地,非隔離信号需要建立一個公共參考點(一般為直流電源的負極)。同時,這種電路的共模抑制電壓通常很小,為了減少由此引進的共模幹擾,也需對此公共點實行接地。

工作接地包括:信号回路接地、屏蔽接地、本安儀表接地,其目的是提供電位參考點、抑制幹擾、防爆等。

靜電接地 :

絕緣體或高電阻體由于感應或摩擦等原因均可能造成電荷積聚。積聚的電荷可能對儀表和控制信号造成幹擾,靜電荷放電可能損壞儀表裝置。

為防止靜電的危害,一方面采取措施抑制靜電的産生,另一方面應采用接地的方法給靜電提供宣洩的通路,使之不能積聚。已作保護接地的地方,即可認為已作了靜電接地。

工作接地

信号回路接地應根據儀表類型、儀表制造廠的要求及使用場合确定,目前使用的儀表需要信号回路接地的有:接地型熱電偶、PH計、電動儀表的公共端(即24VDC的負極)。

同一信号回路應嚴格做到單點接地,除了規定部位接地外,其他部位應與一切金屬構件絕緣。

屏蔽接地 :

是用來降低電磁場幹擾、電纜的屏蔽層、排擾線、電纜保護管、電纜槽等均應接地才能起到屏蔽作用。

二、

需進行屏蔽接地的部分

所有起屏蔽作用并規定接地的金屬部分均應接地,

一般包括:

導線的屏蔽層、排憂線。

儀表線上的屏蔽接線端子。

未作保護接地而應起靜電屏蔽作用的導線管、彙線槽、儀表外殼。

多芯電纜的備用芯線,應在一端接地,其接地端應和電纜屏蔽層或排憂線接地端在同一側。

導線的屏蔽層、排憂線一般應在控制室側接地。同一屏蔽層或同一排憂線應嚴格做到單端接地。

屏蔽接地注意事項

為了保證電纜屏蔽層具有良好的屏蔽效果,除了要保證電纜屏蔽層有一接地電阻較小的接地極外,還應注意以下二個方面:

1.避免屏蔽接地與電氣接地合用,以防電氣裝置等漏電電流流經屏蔽層。

2. 保證屏蔽層單點接地,除接地點外,屏蔽層其他地方不應與金屬支架或裝置接觸,防止地電位差在屏蔽層中形成地電流。

本安接地:

是指齊納安全栅的接地(隔離型安全栅采用了隔離保護技術,不必作專門的接地)。一般齊納安全栅由直流24~30V供電,是以齊納安全栅接地必須與直流電源公共端相連接配接。另一方面,為了實作對交流短路的保護,安全栅接地又必須與交流供電中線連接配接。

本安儀表接地

本安儀表接地部分一般包括:

1.安全保持器(安全栅等)的接地端子。

2.架裝、盤裝儀表的接地端子(包括24VDC直流電源的負極接地、隔離變壓器繞組間的屏蔽層接地等)。

3.現場儀表外殼、現場儀表盤(櫃、箱、架)。

4.現場接線盒、彙線槽、導線管。

本安系統接地

1.兩線制或三線制變送器是由直流電源供電的,為使安全栅能在直流電源故障時實作對危險場所的保護功能,安全栅接地必須與直流電源的公共端相連接配接。

2.為使安全栅能在交流電源故障時實作對危險場所的保護功能,安全栅接地又必須與交流供電的中線相連。這就決定了安全栅接地最終應是電氣系統接地。

3.安全栅接地彙流排與交流供電的中線起始點相連的最簡單可靠的方法是用導線連接配接。

4.為檢測本安系統接地連接配接電阻,采用兩根導線連接配接安全栅接地彙流排與總接地闆,斷開其中一根,即可測得回路電阻,估算出連接配接電阻。

連接配接電阻、對地電阻和接地電阻

連接配接電阻

1.從儀表裝置的接地端子到總接地闆之間導體及連接配接器電阻之和,即接地連接配接通路的電阻的總和稱為連接配接電阻。

2. ISA及IEC的規定,國内有關标準規定,連接配接電阻推薦為不大于1Ω。

接地電阻

1.接地極的電位與通過接地極流入大地的電流之比稱為接地極對地電阻。

2.接地極對地電阻和總接地闆、接地總幹線及接地總幹線兩端的連接配接點電阻之和稱為接地電阻。

3.儀表和控制系統的接地電阻即為電氣專業低壓配電系統接地裝置的接地電阻。保護接地的接地電阻一般不應大于4Ω,最高不宜超過10Ω。工作接地的接地電阻應根據儀表制造廠的要求确定,如制造廠無明确要求,可采用與保護接地相同的數值。

4.因為等電位接地士多點連接配接,即建築物鋼筋、地下金屬管道、電纜金屬外皮都與大地接觸,也是接地極系統的一部分,是以4Ω的數值是不難做到的。

5.在等電位接地系統裡,人們更加應該重視的是連接配接電阻。因為連接配接電阻的數值決定等電位程度的優劣。連接配接電阻小,意味着等電位程度高。

接地體的設定

儀表系統的保護接地,一般宜和電力系統的接地體共用,不必單獨設定接地體。

儀表系統工作接地,其接地體的設定有二種方式:

1、下述情況下,應單獨設定接地體:

(1)土壤電阻高率,如沙地、岩層或幹燥地區;

(2)周圍環境存在嚴重電磁幹擾;

(3)所選用的儀表對噪聲相當敏感,抗幹擾要求高;

(4)控制室與電力系統接地網距離較遠。

在爆炸危險場所,當儀表系統單獨設定接地體時,宜

與電力系統接地體相連。

2、不單獨設定接地體,而與電力系統接地體共用。

三、

儀表和控制系統的接地連接配接原則

1.儀表及控制系統的接地連接配接采用分類彙總,最終連接配接的方式。

2.根據具體應用情況,保護接地彙總闆和總接地闆可以分别設定,也可以合用。

3.雖然工作接地和保護接地最終是連接配接在一起的,但這兩類接地應分别連接配接彙總,不應混接。

四、儀表和控制系統的接地方式

單獨接地

聯合接地

等電位接地

單獨接地:

早期國内一些規定及某些DCS制造廠要求,儀表和控制系統的保護接地接入電氣安全接地網,工作接地則采用獨立的、幹淨的接地裝置與大地相接,兩種接地網之間距離至少保持5m。

此類接地雖在安全及抗幹擾方面有一定作用,但由于地電位差的存在,儀表裝置被雷電及浪湧電壓損毀之事時有所聞,抗幹擾能力也不佳,同時在緊湊布置的工業裝置或控制室裡,不同接地網絡之間相距5m也是很難做到的。

聯合接地:

某些規範及資料檔案通正常定包括儀表系統在内的ITE(電子資訊裝置)和其他電氣系統的接地系統連接配接在一起,形成聯合接地(一點接地),并規定其接地電阻不應大于1Ω。

此類接地方式同樣也存在抗幹擾能力不理想的現象,尤其是對于雷電和浪湧的影響更顯得無能為力。

等電位接地

等電位網的主體設計應由電氣專業負責。電氣專業應把建築物(或裝置的金屬結構、基礎鋼筋、金屬裝置、管道、進線配電箱、PE母排、接閃器引下線等)按照一定的要求連接配接起來,由一個公用的接地裝置與大地連接配接,不但建築物内實施等電位連接配接,全裝置都應該等電位連接配接,互相有管道、電流信号聯系的各裝置也應該實作等電位連接配接。

當然,絕對的等電位是不可能的,隻能實作近似的等電位,等電位近似的程度以及接地的效果與實施接地過程的各個環節有關。

IEC标準明确規定資訊技術裝置功能接地和保護接地通過等電位連接配接和用接地。大陸國家标準GB50174-93也規定電子計算機系統的接地應采用單點接地并且采用等電位方式。

綜上所述,等電位接地對于保證人員及裝置安全,抵抗幹擾有明顯的優越性,儀表和控制系統接地宜采用等電位方式。

五、儀表盤的接地系統組成

儀表盤的接地系統由接地支線、接地彙流排、接地

分支線、公用連接配接闆、接地總幹線和接地極連接配接而

成。

1.接地支線為絕緣銅導線,截面為1.0~2.5mm2;

2.接地彙流排為25*3mm2的銅條,用絕緣支架支撐;

3.接地分支線為絕緣銅絞線,截面為25mm2;

4.公用連接配接闆供彙總連接配接分幹線用,宜采用銅闆;

5.接地總幹線為絕緣銅絞線,截面積2*25mm2。

六、現場儀表裝置接地連接配接方法

對于現場36V以上供電的儀表外殼及現場儀表電纜槽,儀表電纜保護管每隔30m用接地連接配接線與就近的金屬構件相連,并應保證其接地的可靠性及電氣連續性。現場儀表的工作接地一般應在控制室實施,見圖1。若被要求或必須在現場接地的則在現場接地,見圖2。若被要求或必須在現場接地,同時也要将

控制室接收儀表接地的,應将兩個接地點作電氣隔離,見圖3

儀表及控制系統接地和屏蔽
儀表及控制系統接地和屏蔽

七、

控制室儀表裝置接地連接配接方法

控制室集中安裝儀表的自控裝置(儀表櫃、台、盤、架、箱)内應分類設定保護接地彙流排、信号回路和屏蔽接地彙流排和安全栅彙流條。各儀表裝置的保護接地端子、信号和屏蔽接地端子通過各自的接地連接配接線分别接到保護接地彙流排和工作接地彙流排、齊納安全栅安裝在安全栅彙流條上,見圖4。

各類接地彙流排經各自的接地分幹線分别接至保護接地彙總闆和工作接地彙總闆。

齊納式安全栅的每個彙流條(安裝軌道)兩端分别用接地分幹線接到工作接地彙總闆。這裡采用兩根接地分幹線既可提高接低的可靠性又可斷開其中一根,測量接地連接配接電阻,見圖

儀表及控制系統接地和屏蔽

保護接地彙總闆和工作接地彙總闆經過各自的接地幹線接到總接地闆,見圖

八、

與電氣裝置合用接地裝置并實作等電位連接配接

儀表與電氣裝置合用接地裝置的等電位連接配接,就是除電源中線一次接地外,其他各種接地分類彙總後接到各建築物層面的總接地闆上,總接地闆通過接地總幹線與接地極相連,見圖

儀表及控制系統接地和屏蔽

儀表盤的接地系統連接配接要求

1.當儀表盤内同時有保護接地、工作接地時,其彙流排、分支線、連接配接闆、總幹線應分别設定并彼此絕緣。

2.當儀表系統和電力系統共用接地體時,兩個系統的接地線仍應彼此絕緣,隻能在接地極處作互相連接配接。

3.在一根接地線上嚴禁串接多個需要接地的儀表或裝置。

4.接地線的連接配接應為螺紋連接配接或焊接。

5.接地線用綠/黃色标記。

利用金屬構件、金屬管道作保護接地的接地線時,

應注意:

1.不能利用輸送可燃性液體、可燃性氣體的金屬管道及金屬支架作接地線。

2.應保證其全長具有良好的電氣通途。串接的金屬構件、金屬管道之間應通過可靠焊接的跨接線,儀表箱的門與箱體之間應通過螺釘連接配接的可靠的跨接線。

儀表及控制系統接地和屏蔽
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安全地

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九、電磁流量計接地

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