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，重點介紹了儀表接地的方法和浪涌保護器的安裝。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現(xiàn)，常用的有保護接地、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、保護接地

保護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)備均實施保護接地。也就是說保護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接地泄流，漏電保護裝置或者空開分閘，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)計規(guī)范中明確要求直流電源的負(fù)端必須接到本機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地。

三、屏蔽接地

儀表屏蔽接地分兩種。一種是電纜保護管、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?，F(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。電纜屏蔽層單點接地其目的是用以降低電磁干擾。而多點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接地外，電纜外層屏蔽線需要在機柜間和現(xiàn)場兩端接地。防止雷電反擊和強電磁干擾的雙層屏蔽，一般接在保護接地上。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柜內(nèi)，和控制柜之間應(yīng)該用絕緣子連接。防止機柜外殼帶電時，把工作地的零點電壓提高，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。在機柜內(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，連接方式應(yīng)保證這一點接到主電源系統(tǒng)接地點之間的阻抗小于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)置獨立的接地排。特別注意，齊納式安全柵在儀表機柜間接地匯流條和機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柜保護接地在機柜內(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器。

電涌保護器(SurgeprotectionDevice)是電子設(shè)備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”英文簡寫為SPD。電涌保護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)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲?，保護被保護的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

浪涌保護器實際就是壓敏電阻，具有高通低阻的特性。當(dāng)電網(wǎng)在不超過最大持續(xù)運行電壓的情況下運行時，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)用以保護系統(tǒng)。

接地是浪涌保護器能起到保護電子設(shè)備的一個重要的環(huán)節(jié)，浪涌保護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)到保護儀表系統(tǒng)不被損壞。規(guī)范要求，雷擊浪涌保護器要有單獨的接地銅板，不能同工作接地、保護接地共用接地排。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。并且浪涌保護器的接地線要求盡量短，要避免彎曲鋪設(shè)。浪涌保護器的接地電阻不大于1Ω。

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

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

六、結(jié)束語

接地是一項非常重要的工作，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)的安全可靠運行。正確合理的選用浪涌保護器，會減少由于雷擊造成的重大損失。

作者介紹：

張瑞妍，中石化濟南分公司