系统接地技术及应用

行业应用与交流《自动化技术与应用》2015年第34卷第7期ndustrial Applications and Communications系统接地技术及应用张瑞妍,何龙(中石化济南分公司,山东济南250101)摘要:在自动化仪表系统中,接地是一个非常重要的环节,接地的质量关系到电气设备和人身的安全,本文分析了工作接地、防雷接地和等电位接地的区别,重点介绍了仪表接地的方法和浪涌保护器的安装。详细的阐述了各种接地的作用和施工规范。关键词:工作接地;防雷接地;浪涌保护器;施工规范中图分类号:TM72文献标识码:B文章编号:1003-7241(2015)07-0079-04The Technology and Application of GroundingZHANG Rui-yan, HE LongSinopec jinan branch company LTD, Jinan 250101 ChinaAbstract: In the Instrument system, grounding is a very important issue. The quality of grounding is directly related to the electricalequipment and the safety of person. This article analyzes the differences between working grounding, lightning surgeprotection and equipotential bonding, focuses on introducing the grounding methods and installation of surge protector. Thefunction and construction specifications of various grounding are descripted in detailKeywords: working grounding; lightning surge protection; surge protector construction specifications1引言备因绝缘损坏而漏电时电流迅速通过保护接地泄流,漏通常所说的接地是为保证电器设备正常工作和人身电保护装置或者空开分闸,从而保证人身和设备的安全。安全而采取的一种用电安全措施,通过金属导线与接地保护接地电阻值宜不大于49,最高不宜超过109。原装置连接来实现,常用的有保护接地、工作接地、防雷则上高于36V供电都要求有保护接地。接地、屏蔽接地、防静电接地等。接地装置将漏电电流、静电荷以及雷电电流等引入地下,从而避免人身触电和3电源接地可能发生的火灾、爆炸等事故。电源接地就是控制系统的直流电源的负端和地相连,形成一个稳定的参考电势,用符号BGND表示。原2保护接地来的系统直流电源基本都是浮空的,但是电源的浮空带保护接地又称为安全接地,是为人身安全和设备安来一系列的问题,在SH-T3081-2003石油化工仪表全而设置的接地,用符号PE表示,电气设备或者仪表接地设计规范中明确要求直流电源的负端必须接到本机及控制系统的外露导电部分,正常时不带电,在故障或柜工作接地的汇流排上。工作接地再经过接地总线回到非正常情况时可能带危险电压,这样的设备均实施保护电气的零点地。接地。也就是说保护接地是为防止电气设备的金属外壳带电危及人身安全而进行的接地。用以保证当电气设4屏蔽r仪表屏H中国煤化工CNMH(缆保护管、电缆槽等接地。这类接地应与装置电气接地网相连,属于等电收稿日期:2014-08-06Techniques of Automation &Applications 1 79《自动化技术与应用》2015年第34卷第7期行业应用与交流Industrial Applications and Communications位连接。另一种是信号屏蔽电缆接地,应根据信号源和非正常情况,大电流经过安全栅时,安全栅发生“雪崩接收仪表的不同情况采用不同接法。当信号源接地时,效应”,安全栅内部二极管反向导电,经过安全栅的大信号电缆的屏蔽层应在信号源端接地,否则,信号电缆电流迅速对地释放,确保大电流不会传到带有可燃性气的屏蔽层均应在信号接收仪表一侧接地。现场仪表接线体的区域打起火花而发生爆炸。如图1所示。所以安全箱两侧的电缆屏蔽层应在箱内用端子或其它连接方式连栅能正常工作的前提是有可靠的接地保护接地和工作接接屏蔽层。仅一端做等电位连接,另一端悬浮时,只能地在汇入接地总板之前是绝缘的,也就是说安全栅安装防静电感应,防不了磁场强度变化所感应产生的干扰电在控制机柜内,和控制柜之间应该用绝缘子连接。防止压,如果要减少磁场和电磁场产生的干扰电压,应采用机柜外壳带电时,把工作地的零点电压提高,导致系统由绝缘隔开的双层屏蔽,外屏蔽层应至少在两端做等电工作不正常。在机柜内,安装安全栅的导轨一般推荐用位连接,外屏蔽层构成接地连接环路,在干扰磁场和电两根接地线,确保安装导轨良好的接地。磁场中产生感应电流,降低源磁场的磁通,从而抵消干扰。通俗的讲,就是如果是抗信号干扰,就采用电缆单use层屏蔽。在屏蔽接地中,由于接地两端的电势不一定完全相同,就会在屏蔽层产生电流,这种屏蔽层上的电流Ileak会对仪表传输信号带来误差,所以仪表抗干扰信号采用ner一端接地。屏蔽层就可有效阻止控制电缆芯线与外界形成电容,因而控制电缆芯线不会因外界电场的变化而产生充放电等现象,可以有效防止静电干扰。电缆屏蔽图1安全栅工作原理图层单点接地其目的是用以降低电磁干扰。而多点接地可C标准IEc60079-14《危险场所的电气设备安装》以防止雷电反击。如果是抗雷击则釆用双层屏蔽,除了关于本质安全电路的接地中规定:对于“没有电气隔离电缆桥架的多点接地外,电缆外层屏蔽线需要在机柜间的安全栅(例如齐纳式安全栅)的接地端子应以最短的和现场两端接地。防止雷电反击和强电磁干扰的双层屏可行的路径接到等电位连接系统;对于TN-S系统,接蔽,一般接在保护接地上。用于防止信号干扰的一端屏到一个高度完整的接地点,连接方式应保证这一点接到蔽接地接在仪表的工作地上主电源系统接地点之间的阻抗小于19。”图2为推荐的工厂仪表系统最优接地方式,本安回5本安接地路在汇入工作接地总板之前和电源地、信号地是分开本安接地是适用于爆炸环境独有的接地,现场仪表、的。这种接法在国外一些工程上是严格遵守的,但是在齐纳式安全栅和控制系统构成了本安回路。本安接地用国内,原来的施工大部分本安接地直接接到机柜的工作ISE表示。接地上,然后一起汇到工作接地总排,近年才开始给本在石化行业中,仪表设备虽然自身不会产生超过标准安接地设置独立的接地排。特别注意,齐纳式安全栅要求的能量,但却无法限制由于安全区的设备故障导致的在仪表机柜间的接地汇流条和机柜外壳是用绝缘子隔离大电流、高电压输入并产生危险的火花,因此要保证现场的,否则会导致齐纳式安全栅本安接地和机柜保护接地的绝对安全必须为其回路中增加安全栅来限制能量。在机柜内部连接。这是危险的也是不允许的。仪表的本安全栅分为隔离式和齐纳式两种。隔离式安全栅采安回路接地、电源地、信号地和单层信号屏蔽地在机柜用隔离保护技术,两端浮空,不需要专门接地,而齐纳间工作接地汇总板连接。式安全栅则根据其保护工作原理需要良好的接地系统。本安仪表配齐纳式安全栅才形成一个完整的本安回路,6防雷接地安全栅从限制能量入手,可靠地将电路中的电压和电流当雷击中王士由洊的瞬时变化,电磁限制在一个允许的范围内(一般是50mA以下),以保场的瞬间变中国煤化工附近的导体上(电CNMHG证电气设备在非正常情况下所产生的电火花和热效应不线、电缆及其立两寻平,,广生烟应势(电压或电流),至于引起周围可能存在的危险气体的爆炸田当机柜间此电势或电流超过其设备所承受的范围,设备就会损坏80 I Techniques of Automation& Applications行业应用与交流《自动化技术与应用》2015年第34卷第7期Industrial Applications and Communications安全场所机柜配电盘危险场所浪涌保护安全栅‖lE中线现场仪表电源公共端江工作接地汇总板保护接地濃涌撰地箨本安地排本安接地导线推荐冗余的本安接地导线流接地导线接地极接地极系统图2本安回路推荐接地方式电势、电流、电磁脉冲会使信息系统设备受到干扰,轻备或系统所能承受的电压范围内,或将强大的雷电流泄者使其不能正常工作,重者会造成永久性损坏。浪涌也流入地,保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。叫突波,就是超出正常电压的瞬间过电压。从本质上讲,浪涌保护器实际就是压敏电阻,具有高通低阻的特浪涌就是发生在仅仅百万分之一秒内的一种剧烈脉冲的。性。当电网在不超过最大持续运行电压的情况下运行时供电系统的浪涌来源分为外部(雷电原因)和内部(电两个电极之间呈高阻状态。如果电网因雷击或者操作使器操作过电压两个电极之间的电压超过点火电压时,间隙被击穿,通防雷接地是防雷保护的重要环节,用符号LGND过弧光放电将过电压能量释放。冲击波过后,电弧将被表示,它包括接地极、接地极互相之间的连线,接地带由分弧片和灭弧室组成的灭弧系统熄灭,恢复到高阻状及各接地设备的接地引线等,从防雷及安全考虑,接地态用以保护系统同。系统的接地电阻越小越好,但过小的接地电阻要消耗大接地是浪涌保护器能起到保护电子设备的一个重要量的人力、财力。因此通常是在满足跨步电压,接触电的环节,浪涌保护器只有在良好的接地前提下,才能把势的情况下,达到国家用防雷规范规定的数值即可。雷击产生的电涌泄放,以达到保护仪表系统不被损坏。般地段要求接地电阻值不大于10g,规范要求,雷击浪涌保护器要有单独的接地铜板,不能尽管有各种防雷措施,但是在供电线路上,信息系同工作接地、保护接地共用接地排。应通过导线直接连统传输线上,仍会发生电涌击坏设备的事件,闪击浪涌到接地总排上。接地线要求在25mm2~4mm2之间对电子系统设备可造成干扰效应、提前老化效应和毁坏并且浪涌保护器的接地线要求尽量短,要避免弯曲铺设。效应。特别是连续运行的大型工厂的仪表设备。为了防浪涌保护器的接地电阻不大于1Ω。止雷击损坏电子设备以及产生次生的安全事故,一般在特别要注意,大部分浪涌保护器是通过安装底板接多雷区的仪表回路中安装浪涌保护器地的。安装浪涌保护器的导轨在机柜间绝对不能和机柜浪涌保护器( Surge Protection Device)是电子设备直接连接,也就是说浪涌保护器的接地和机柜外壳要求雷电防护中不可缺少的一种装置,过去常称为“避雷器”严格绝缘或“过电压保护器”英文简写为SPD。浪涌保护器的作之间加绝缘YH中国煤化工,要在导轨和机柜CNMH可能近距离的引用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设工作接地总排。如果浪涌保护器的接地和机柜连接,Techniques of Automation Applications 81《自动化技术与应用》2015年第4卷第7期行业应用与交流Industrial Applications and Communications机柜直流电源+机柜直流电源[+浪涌保护器安全者仪表控制系信号线内屏线电气接地极图3浪涌保护器机柜间接地连接图就会造成雷击浪涌引到机柜上,强电流和高电势可能会[3]李宏,杨萌.现场机柜间接地系统方案设计[J].《中给机柜内的电子设备造成损坏。图3为浪涌保护器机柜国仪器仪表》2012,(:206208间接地连接图[4]中华人民共和国行业标准.石油化工仪表接地设计规范[S].SH3081-1997:15-18浪涌保护器在安装时,应该安装在安全栅之前,信[5]杨万国,汪波.自动化仪表系统的接地方式[J].石油号通过浪涌保护器后进入安全栅和系统,是串联形式,工程建设;200404):27-31.有效的保护后路设备不被浪涌损坏。浪涌保护器安装[6] Wiring Practices for Hazardous( Classified)在现场保护现场仪表时,和现场仪表设备是并联的,尽 cations Instrumentation Part I: Intrinsic SafetyIs].ISARP126-1995:5062量的靠近所保护的仪表设备。[7EK. SARAJA,方文,雷电保护的接地系统[J.高电压技术,1980,(4):15-187结束语[8]姜静等,配网按地线安全检测仪的研制[J].电测与仪接地是一项非常重要的工作,良好的接地是人身和表,2013,6):93设备安全的基础,对于大型控制系统,没有良好的接地就不会有控制系统的安全可靠运行。正确合理的选用浪涌保护器,会减少由于雷击造成的重大损失参考文献[1]何金良,电力系统接地技术.科学出版社M].2007:368-376中国煤化工[2】]中华人民共和国国家标准.建筑物防雷设计规范[SHHCNMHGGB50057-94:29-35作者简,,负責电气技术82 I Techniques of Automation& Applications