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接地作用和接地原理方法.docx

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1)接地的作用
接地的作用总的步说只有两种:保护人和设备不受损害;抑制干扰;抑制干扰接地在有的书中又叫工作接地,而前者又叫保护接地。
保护接地
保护接地是将DCS中平时不带电的金属部分(机柜外壳,操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接,以保护设备和人身安全。原因是DCS的供电是强电供电(220V或11OV),通常情况下机壳等是不带电的,当故障发生(如主机电源故障或其它故障)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,如果没有很好的接地,那么这带电体和地之间就有很高的电位差,如果人不小心触到这些带电体,那么就会通过人身形成通路,产生危险。因此,必须将金属外壳和地之间作很好的连接,使机壳和地等电位。此外,保护接地还可以防止静电的积聚。
工作接地
工作接地是为了使DCS以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地,在石化和其它防爆系统中还有本安接地。
•机器逻辑地,也叫主机电源地,是计算机部的逻辑电平负端公共地,也是+5V等电源的输出地。
•信号回路接地,如各变送器的负端接地,开关量信号的负端接地等。
•屏蔽接地(模人信号的屏蔽层的接地)。
•本安接地,是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外,还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备的本实措施不同而不同,下面以齐纳式安全栅为例,说明其接地容,:该图是一个齐纳式安全栅的接地原理
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图。安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压围之。如果现场端短路,则由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作用,会将导线上的电流限制在安全围,使现场端不至于产生很高的温度,引起燃烧。第二种情况,如果计算机一端产生故障,则高压电信号加入了信号回路,则由于齐纳二级的嵌位作用,也使电压位于安全围。
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值得提醒的是,由于齐纳安全栅的引入,使得信号回路上的电阻增大了许多,因此,在设计输出回路的负载能力时,除了要考虑真正的负载要求以外,还要充分考虑安全栅的电阻,留有余地。
除了上述几种接地外,在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地,也叫交流电源工作地,它是电力系统中为了运行需要设的接地(如中性点接地)。
(1)接地要求和方法:
上面介绍了六种接地:供电系统地、保护地、逻辑地、屏蔽地安全栅地、信号回路地。对这六种接地,各家有各家的要求,虽然大都强调一点接地,接地电阻必须小于1欧姆等,但具体容上差别很大,下面给出几个例子介绍常遇到的接地要求和方法。
供电系统地:在很多企业,特别是电厂、冶炼厂等,其厂区有一个很大的地线网,而通常供电系统的地是与地线网连在一起的。有的厂家强调计算机系统的所有接地必须和供电系统地以及其它(如避雷地)严格分开,而且之间至少应保持15m以上的距离。为了彻底防止供电系统地的影响,建议供电线线路用隔离变压器隔开。这对那些电力负荷很重,而且负荷经常启停的单位是应注意的。从抑制干扰的角度来看,将电力系统地和计算机系统的所有地分开是很有好处的,因为一般电力系统的地线是不太干净的。但从工程角度来看,在有些场合下单设计算机系统地并保证其与供电系统地隔开一定距离是很困难的,这时可以考虑能否将计算机系统的地和供电地共用一个,这要考虑几个因素:
•供电系统地上是否干扰很大,如大电流设备启停是否频繁,对地产生的干扰是否大;•供电系统地的接地电阻是否足够小,而且整个地网各个部分的电位差是否很小,即地网的各部分之间是否阻值很小(V1W)
•DCS的抗干扰能力以及所用到的传输信号的抗干扰能力,例如有无小信号(电偶,热电阻)的直接传输等。
所有计算机接线涉及到的接地采用一点接地方式,在这一点上,也有很多争议。有的厂家系统提出几个地:逻辑地、屏蔽地(又叫模拟地)、信号地、保护地分别自己接地在地上打接地装置,而大部分系统则指出各种地在机柜部自己分别接地,汇于一点,然后用较粗的导体(铜)将各汇地点朕起来,接到一个公共的接地体上。这里有几点需要注意:DCS本身是由多台设备组成的,除了控制站以外,还包括很多外设,而且数据也不止一台,这就涉及到了多台设备,多种接地的问题。此外,一般的DCS的供电是各站(控制站,操作站等)用专门一条线单独供电,即彼此之间不相互供电。。
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保护接地:DCS的所有设备均有一个保护地,该保护一般在机柜和其它设备设计加工时就已在部接好,有的系统中已将该保护地在部同电源进线的保护地(三芯插头的中间头)连在一起,有的不允许将保护地同该线相连,用户一定要仔细阅读厂家提供的接地安装说明书,不管哪种方式,CG必须将一台设备(控制站、操作员站等)上所有的外设或系统的CG连在一起,然后用较粗的绝缘铜导线将各站的CG连在一起,最后从一点上与接地系统相连。还有一点值得提醒的是,DCS的所有外设必须从一条供电线上供电,而且一台设备(如操作员站位所连接的所有外设和主机系统(CRT、打印机、拷贝机主机系统)的电源必须从设备的供电分配器上取电,而不允许从其它地方取电,否则可能会烧坏接口甚至设备,对于不得不用长线连接的场合,或用较粗导线提供供电,或采取通信隔离措施。
各站的CG在连接时可以采用幅射连接法,也可以采用串行接法。电源逻辑地(P)。首先,各站的逻辑地必须位于一点PG,然后,粗绝缘导线以辐射状接到一点上,然后接到接地线上。在有些系统中,所有的输入,输出均是隔离的,这样其部逻辑地就是一个独立的单元,与其它部分没有电器连接,这种系统中往往不需要PG接地,而
是保持部浮空。所以,用户在设计和施工接地系统时,一定要仔细阅读产品的技术要求和接
地要求。
•模拟地(AG),模拟地(又叫屏蔽地)是所有的接地中要求最高的一种。几乎所有的系统都提出AG一点接地,而且接地电阻小于IQ。DCS设计和制造中,在机柜部都安置了AG
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汇流排或其它设施。用户在接线时将屏蔽线分别接到AG汇流排上,在机柜底部,用绝缘的铜辫连到一点,然后将各机柜的汇流点再用绝缘的铜辫或铜条以辐射状连到接地点。大多数的DCS要求,不仅各机柜AG对地电阻VI欧姆,而且各机柜之间的电阻也要VI欧姆。
•信号地的处理:原则上不允许各变送器和其它的传感器在现场端接地,而都应将其负端在计算机端子处一点接地。但在有些场合,现场端必须接地,这时,必须注意原信号的输入端子(上双端)绝对不许和计算机的接地线有任何电气连接,而计算机在处理这类信号时,必须在前端采用有效的隔离措施。•安全栅的接地:。从图中可以看出有三个接地点:B,E,D,通常B和E两点都在计算机这一侧。可以连在一起,形成一点接地。而D点是变送器外壳在现场的接地,若现场和控制室两接地点间有电位差存在,那么,D点和E点的电位就不同了。假设我们以E作为参考点,假定是D点出现10V的电势,此时,A点和E点的电位仍为24V,那么A和D间就可能有34V的电位差了,己超过安全极限电位差,但齐纳管不会被击穿,因为A和E间的电位差没变,因而起不到保护作用。这时如果不小心现场的信号线碰到外壳上,就可能引起火花,可能会点燃周围的可燃性气体,这样的系统也就不具备本安性能了。所以,在涉及到安全栅的接地系统设计与实施时,一定要保证D点和B(E)点的电位近似相等。在具体实践中可以用以下方法解决此问题:用一根较粗的导线将D点与B点连接起来,来保证D点与B点的电位比较接近。另一种就是利用统一的接地网,将它们分别接到接地网上,这样,如果接地网的本身电阻很少,再用较好的连接,也能保证D点和B点的电位近似相等。但注意,此接地一定不要与上面几种接地发生冲突。
以上讨论了几种接地的方法和注意事项。在不同的系统中,对这几种接地的组态要求不同,但大多数系统对AG的接地电阻一般要求I欧姆以下,而安全栅的接地电阻应<4欧姆,最好<1欧姆,PG和CG的接地电阻应小于4欧姆。
(3)接地方法
一般工控机系统(包括自动化仪表)的接地系统,由接地线接地汇流排、公用连接板、接地体等几部分组成。
仪表系统接地分为保护接地、工作接地
一、保护接地
通常需要做接地的自控设备如:仪表盘、仪表柜、仪表箱、DCS/PLC/EDS的机柜和操作站、仪表供电设备、电缆桥架、穿线管、接线盒及铠装电缆的铠装层,以及控制室的防静电地板。
一般来讲,使用DC24V为电源的现场仪表、变送器等无特殊要求的可不作保护接地。
保护接地的方法
现场仪表桥架、穿线管应每隔30m用接地线与已接地的金属构件相连。特别要指出的是,现场接地绝不能利用储存、输送可燃性介质的金属设备、管道以及与之相连的金属构件进行接地。
控制室的仪表自控设备、机柜、仪表盘等应单独设置保护接地汇流排。其接地体可与电力系统的接地体共用。
仪表保护接地连接线标识颜色为绿色。
二、工作接地工作接地包括信号回路接地、屏蔽接地、本质安全接地。
1、信号回路接地在非隔离的信号系统中,应建立一个统一的信号参考点。即进行信号回路接地。通常为直流电源的负极接地。使用非隔离的信号系统这是我在设计中一般的首选方法。在运行时,系统受到干扰的情况极其少见。在隔离的信号系统中,隔离信号可不接地。这里指的隔离是每一个输入/输出信号与其他输入输出信号的电路是绝缘的。做到电源独立、相互隔离、参考点浮空。我认为在回路较多的系统,不要轻易使用这种方法。
在控制应设置信号及屏蔽接地汇流排。接地线颜色标识为黄/绿线。
2、屏蔽接地
电缆的屏蔽层、排扰线应作屏蔽接地。
在强雷击区,室外架空不带屏蔽的普通多芯电缆,备用芯应屏蔽接地。主要是为了避免雷电在信号线路感应出高电压。
现场接线箱,端子两侧的电缆屏蔽线应在箱进行跨接。同一信号回路,同一屏蔽层应该单点接地。
一般屏蔽接地应在控制室一侧接地。
在控制应设置信号及屏蔽接地汇流排。接地线颜色标识为黄/绿线。
3、本质安全接地
齐纳安全栅的汇流排必须与直流电源公共端相连(主要是保证当电源故障时能够对危险场所进行保护)。其汇流排或导轨作本安接地。
在控制应设置本安接地汇流排。接地线颜色标识为兰/绿线。
工作接地的方法信号及屏蔽接地汇流排、本安接地汇流排通过各自的接地线接至工作接地汇流排。
九十年代以来,一些相关规定都明确指出,当电气专业把建筑物、装置的金属支撑、钢结构、金属管道、屋顶架构等全部接地后,仪表工作接地可与电气专业合用接地装置。这样可减小雷击伤害,降低干扰。当电气专业未作这种接地连接时,仪表工作接地应采用单独接地体接地。接地体应与电气接地体不小于5m的距离。接地电阻应不大于4欧姆。
接地线的规格与要求这里就不一一写清了。各位还应以各自行业的国家规定为标准进行设计和施工。欢迎各位批评、指正。
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