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【摘 要】文章介绍了接地设计的发展,阐述了接地设计在控制工程中的重要性,同时也介绍了控制工程接地的分类,描述了控制工程常用接地的具体连接方式.

【关 键 词 】控制工程;仪表;控制系统;接地

1.接地技术的发展

接地技术的产生一开始是为了防止电力或电子等设备遭受雷击而采取的一种防止危险发生的保护性措施,接地可以将由雷电产生的雷击高电流通过避雷针引入到大地,从而起到对建筑物的保护作用.而且,接地也作为保护人身安全的一种有效方式,当某种原因引起的电线(如电线没能很好的绝缘、线路老化等)与设备导电外壳有接触时,设备的外壳就会由于导电而产生高危电压,此种方式产生的故障电流就会通过接地线而流到大地,从而起到保护人身安全的作用.

随着电子式仪表,特别是电动III型仪表以及分散型控制系统的应用,控制工程的接地设计已经成为控制工程设计的一个组成部分.为了保证自动化仪表系统稳定精确的运行,在控制工程接地设计中只考虑防雷和人身安全已远远不能满足要求.

在控制工程中,大多数采用共用接地系统的接地方案.其设计思想是:系统中所有接地端共用一组接地体,通过把系统的防雷地、保护地和工作地共同用金属导体相连接的方式,最大限度的降低不同接地端之间的电阻和电感,最大可能的保证“等电位连接”.

在控制工程设计中要求等电位连接的各种接地导体或其它结构要搭接良好,具体的技术要求在各种接地标准或规范中都对此作了详细阐述,这里就不再赘述.

2.控制工程中接地的分类

控制工程中接地的种类有:保护接地、工作接地(包括信号回路接地、屏蔽接地)、本质安全系统接地、防静电接地和防雷接地.

2.1 保护接地

保护接地(也称为安全接地)是为人身安全和电气设备安全而

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设置的接地.将系统中平时不带电的金属部分(即任何仪表设备的外壳等)通过接地导线与地之间形成良好的导电连接,从而达到保护设备和人身安全的目的.原因是系统的供电是强电供电(380、220或110V),一般仪表设备外壳等是不带电的,当故障发生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,如果没有形成良好的接地,那么这带电体和地之间就产生了很高的电位差,如果人不小心触到这些带电体,那么就会通过导电人体形成通路产生危险.控制工程接地设计中保护接地主要考虑:仪表外壳、配电箱、接线盒(箱)、金属穿线管、金属汇线槽盒、铠装电缆铠装护层、仪表盘(柜、架、箱)等保护接地.

2.2 仪表工作接地

仪表的工作接地是使系统以及与之相连的仪表均能正常安全运行并保证测量和控制精度.它又分为信号回路接地、屏蔽接地.仪表工作接地的原则为单点接地,信号回路中应避免产生接地回路,如果一条线路上的信号源和接收仪表都不可避免接地,则应采用隔离器将两点接地隔离.


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2.2.1 信号回路接地

在控制工程中,仪表和控制信号分为隔离信号和非隔离信号,隔离信号指每一输入(或输出)信号的电路与其它输入(或输出)信号的电路是绝缘的,其电源是独立的、相互隔离的.隔离信号一般可以不接地.非隔离信号一般以直流电源的负压端作为公共参考点接地.

2.2.2 屏蔽接地

屏蔽接地的作用是抑制电容耦合干扰、降低电磁干扰.控制工程接地设计中屏蔽接地主要考虑:信号线缆的屏蔽层、仪表设备上的屏蔽接地端子以及没有做保护接地但起到屏蔽作用的金属穿线管、金属汇线槽盒屏蔽接地.

2.3 本质安全系统接地

本质安全系统是借助安全栅的隔离作用以及限能作用达到安全火花防爆功能.本安系统接地不仅具有抑制干扰作用,也是仪表系统具有本质安全性能的措施之一.控制工程接地设计中本质安全系统接地主要考虑:安全栅的接地端子、24VDC的负压端子、盘(或架)装仪表设备的接地端子、现场仪表金属外壳、现场仪表盘(或柜、箱、架)、现场接线盒(或箱)、金属穿线管、金属汇线槽盒本安接地.采用隔离式安全栅的本质安全系统,不需要专门接地;采用齐纳式安全栅的本质安全系统则应设置接地连接系统,齐纳式安全栅的本安系统接地与仪表信号回路接地不应分开.

2.4 防静电接地

摩擦和感应等原因可能导致电荷的聚积,聚积的电荷可能干扰仪表和控制信号.聚积电荷的放电也有可能损坏仪表设备.防止静电的危害有两种方式:一种是防止静电的产生;另一种也是易于实施的就是防静电接地,给静电提供释放的通路,使静电不能聚积.控制工程接地设计中防静电接地主要考虑:安装控制系统的现场机柜间(或 控制室)以及这些室内的导静电的地面、活动地板、操作台防静电接地.已经做了保护接地和工作接地的仪表设备可以不做防静电接地.

2.5 防雷接地

当仪表和控制信号、通信以及电源等线路从室外进入室内时需要设置防雷接地连接的场合,应采用防雷接地.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.

3.控制工程中接地连接

3.1 接地装置的组成

接地装置由总接地板(也称总接地端子、接地母排)、接地总干线(也称接地总线)以及接地极(也称接地体)组成.

接地极: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.

接地总干线:用来连接接地极与总接地板的导体.

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.

3.2 接地连接方法

3.2.1 现场仪表接地的连接方法

对于现场仪表电缆槽盒、仪表电缆保护穿线管以及36V以上的仪表外壳的保护接地,每隔30m 用接地连接线与就近已接地的金属构件连接,并应保证其接地的可靠性及电气的连续性. 严禁利用储存、输送可燃性介质的金属设备、管道以及与之相关的金属构件进行接地.

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现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地.如图1所示.

对于被要求或必须在现场接地的仪表(如:接地型热电偶、pH计及电磁流量计等),应在现场侧接地.如图2所示.

对于被要求或必须在现场接地的仪表,同时又要将控制室接收仪表在控制室侧接地的,应将两个接地点做电气隔离.如图3 所示.

现场仪表接线箱两侧的电缆的屏蔽层应在箱内跨接.另外现场仪表接线箱内的多芯电缆备用芯线宜在箱内做跨接.

3.2.2 控制室仪表接地的连接方法

齐纳式安全栅的各接地汇流排可直接接到本机柜的工作接地汇流排,再经工作接地干线接到工作接地汇总板,每个汇流排的接地线宜使用两根单独的导线;齐纳式安全栅的各接地汇流排也可分别经工作接地干线接到工作接地汇总板,每个汇流排的工作接地干线宜使用两根单独的导线;齐纳式安全栅的各接地汇流排也可由工作接地干线串接,两端应分别经工作接地干线接到工作接地汇总板.

在有齐纳式安全栅的本安系统中,直流电源的负端必须接到本机柜的工作接地汇流排或安全栅汇流排上.

控制室内安装的仪表控制设备(如仪表柜、台、盘)内应分类设置保护接地汇流排、信号及屏蔽汇流排和本安系统接地汇流排.各仪表设备的保护接地端子和信号及屏蔽接地端子通过各自的接地线分别接至保护接地汇流排和工作接地汇流排.各类接地汇流排经各自的接地分支干线分别接至保护接地汇总板和工作接地汇总板.

保护接地汇总板和工作接地汇总板经过各自的接地干线接到总接地板.

4.结束语

在当今社会,自动化控制在工业生产中所处的地位日益提高.仪表及控制系统的可靠性直接影响到生产装置安全、稳定的运行,系统的抗干扰能力是关系到系统可靠运行的关键.为了使仪表及控制系统安全、稳定的运行以及系统通信网络的畅通,合理正确的接地设计是必须的.接地是一种技术措施,控制工程中接地设计已经得到从事控制工程的设计人员高度重视,同时也要求安装施工和使用维护单位引起高度重视.

参考文献:

[1]陆德民.石油化工自动控制设计手册第3版.北京:化学工业出版社,2001.1.

[2]陈洪金,岳智.仪表工程施工手册[M].北京:化学工业出版社,2005.

[3]乐嘉谦.化工仪表维修工[M].北京:化学工业出版社,2010.

[4]王厚余.低压配电系统的接地[J].建筑电气,1998.

[5]李建国.仪表防雷设计初探[J].炼油化工自动化,1997(1).


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[6]于海波,刘明辉.仪表及控制系统接地[J].自动化技术与应用,2009.

作者简介:

陆亚军(1978.4—)男;汉族;江苏涟水人; 2003.7毕业于常州大学 自动化专业,获学士学位,工程师;现就职于中石化南京工程有限公司从事自控工程设计工作.

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