淺談儀表系統接地及安裝

文/張紅霞，中石化第十建設有限公司

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淺談儀表系統接地及安裝

文/張紅霞，中石化第十建設有限公司

本文就儀表系統接地的作用、分類、及常用的接地方法等問題進行討論、分析和說明，強調了儀表系統接地的重要性，指出了儀表系統接地施工中應當注意的問題。

儀表系統接地；保護；工作；屏蔽；本安；安裝

1 前言

近年來，儀表系統向網絡化、智能化方向迅猛發展，石油化工裝置對儀表設備的運行要求也就越來越高，而儀表設備普遍存在絕緣強度低、過電壓和過電流耐受能力差、對電磁干擾敏感等弱點，一旦儀表設備受到強電干擾，就會威脅儀表設備的正常工作和安全運行，輕則使儀表設備工作失靈，重則使儀表設備永久性損壞，嚴重時還可能造成人員傷亡、生產事故。為了使上述危害減少到最小程度、生產裝置正常安全運行，儀表系統接地就顯得格外重要，這也是設計、施工中一個需要引起足夠重視的一個環節。因此，儀表系統接地的正確與否對整個儀表控制系統十分關鍵。為此，有必要對這一問題做一探討。

2 儀表系統接地

儀表系統接地按用途和作用不同，可分為保護接地和工作接地。對于裝有安全柵防爆措施的系統如化工行業所用的系統，還要求有本安地。

2.1 保護接地是指保證儀表、電氣設備及人身安全所需接地，包括保護接地、防雷接地和防靜電接地。對儀表系統而言，保護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地電壓就接近相電壓U（220v）若此時人身觸及儀表盤則人體接觸電壓為 Ur=[Rr/（R0+Rr）]*U，Ro為電源中性點接地電阻值。一般為幾個歐姆Rr為人體電阻值一般情況下可高達1.5~7KΩ,不管怎樣Rr總之遠大于Ro,所以Ur≈Uo,通過人體的電流為，Ir = Ur/ Rr ≈U/ Rr 此時電流可達100mA 能使人致命。然而，如果保護接地良好，就可以避免觸電事故，當出現某意外事故時,就必然出現較大接地電流,保護接地能大大降低人身承受的接地電壓,因此不會產生設備損壞及電擊致命的嚴重后果。

同樣現場儀表橋架、穿線管應每隔30m與已接地的金屬構件相連。一般來講，使用DC24V為電源的現場儀表、變送器等無特殊要求的可不作保護接地。控制室的儀表自控設備、機柜、儀表盤等應單獨設置保護接地匯流排。接至廠區電氣專業接地網，接地電阻小于4Ω。

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

（1）信號回路接地：信號回路接地一般有兩種情況，一種是儀表設備本身結構形成的事實上的信號回路接地。例如：為減少測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。另一種是為了達到抑制干擾信號的目的所要求的接地，在保證單點接地情況下,共摸干擾就可得到有效被抑制。為抑制干擾而使信號回路接地就是直流電源負端接地（信號公共端接地）

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

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

（4）本安地應獨立設置接地系統，接地電阻≤4Ω。本安地的接地系統應保持獨立，與廠區電氣地網或其它儀表系統接地網的距離應在5m以上。

本安儀表系統接地除了具有抑制干擾的意義外，同時也是保證儀表系統本質安全防爆的措施之一，抑制作用如前所述，在此重點介紹防爆作用，本安系統主要是借助安全柵將進入危險場所的能量限制在安全限額以內。對隔離型安全保持器就是在整個儀表回路中采用隔離變壓器把危險側信號和安全側進行有效的電流隔離,對非隔離型，則采用齊納二極管反向擊穿特性而進行安全保護.，而對于現場側接地與控制室一側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，另一種是等電位導線連接辦法。所謂限制接地電阻辦法就是要求接地系統保持獨立，并且接地電阻≤4Ω。目前多數就是采用這種方法。所謂等電位連接法就是將現場接地線直流電源負端以及儀表系統接地端都壓接到符合要求的保護接地干線上。以保證本安儀表系統所有接地的電位平衡。

信號回路只有一個接地點，不能有一個以上接地點，如果出現多個接地點就難免產生電位差，產生共模信號干擾電流造成對儀表信號的干擾。但究竟在現場還是控制室接地，宜根據控制系統儀表類型和線路組成來定。對于控制系統而言一般采用控制室一側接地對于信號線屏蔽層接地也只能由一個接地點，且應與信號回路在同一測接地，其作用是為了消除屏蔽層和信號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 接地系統的做法及接地體的設置

在國內石油化工裝置中，我們接觸較多的儀表系統的接地主要有兩種措施：浮地、多點接地。

浮地是指儀表的工作地與建筑物的接地系統保持絕緣，這樣建筑物接地系統中的電磁干擾就不能傳導到儀表系統中，地電位的變化對儀表系統也無影響。其缺點是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動和增加了對模擬電路的感應干擾；由于該電路的地與大地無導體連接，易產生靜電積累而導致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強烈的干擾。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的頻率。

多點接地是指儀表、控制系統等設備的工作接地與保護接地分開，這種接地方式的突出優點是可以就近接地，接地線的寄生電感小。但是如果較強的雷電波通過保護地進入系統，電子電路同樣會因承受高壓而損壞。

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

接地體的設置應參照《全國通用電氣安全標準圖、接地裝置安裝》，也應考慮現場具體情況選用。要求保護接地和工作接地必須獨立設置，但保護接地是否能同電力系統接地相連接視情況而定。下列情況應單獨設設置儀表接地體：

a)土壤電阻率較高，接地電阻達不到規定要求的場所。

b)周圍環境有較嚴重電磁干擾的場所。

c)所采用的儀表對噪聲敏感。

d)所有儀表遠離電力系統接地網。

系統保護接地電阻值宜為4歐姆，最高不超過10歐姆，而土壤電阻率較高難以實現這個數值時可以適當提高（或加降阻劑）。一般要求如下:

a）工作接地電阻應在1-4歐姆。

b)當設置防雷系統時接地電阻應小于1歐姆。

c)DCS，PLC等控制系統接地應小于4歐姆。

d)接地板間距離應大于5米。

4 儀表系統接地連接線要求：

保護接地線分支線應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體應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。接地匯流排應采用銅排，并用絕緣支架隔離。

5 儀表系統接地安裝應注意的問題

5.1 接地電纜壓接時，應當保證壓接可靠；若采用焊接時，焊接處應采取防腐蝕措施。

5.2 電纜屏蔽線接地時，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。本人認為，這樣做雖然美觀，但同時也帶來了隱患。如果壓接不牢，就會形成屏蔽線兩端浮空的情況，從而產生干擾信號。將屏蔽線絕緣，直接接到相應的匯流條還是比較穩妥的做法。

5.3 當儀表信號電纜采用鎧裝電纜時，鎧裝層兩端應進行保護接地。GB50093也對此做了明確的規定。

5.4 當控制室、機柜室內的接地干線采用扁鋼時，應絕緣到接地裝置連接點。GB50093中10.2.17條也做了規定。這也是新增的條款。一般可以采用熱縮套管絕緣。當然最好是在圖紙審查階段就提出采用接地電纜的設計變更要求。

5.5 控制室、機柜室內接地線、電纜較多，儀表工作地和保護地的支線最好用黃色和綠色加以區分。

5.6 須按規定進行接地系統的電阻測試，以保證接地能滿足控制系統制造商的要求。測試時，應通知監理到現場。如果達不到系統要求，必須及時聯系設計，采取相應的降阻措施。

6 總結

儀表系統接地關系到整個儀表系統運行，而儀表又是生產裝置的大腦和眼睛，因此儀表系統接地十分重要，施工過程中，應當嚴格按照設計圖紙和相關規范標準的要求施工。

[1]自動化儀表工程施工及質量驗收規范 GB50093-2013.

[2]石油化工儀表工程施工技術規程SH3521-2013.

[3]石油化工靜電接地設計規范SH3097-2000.

[4]石油化工儀表接地設計規范SH/T3081-2003.