仪表及控制系统接地和屏蔽知识

仪表及控制系统接地和屏蔽知识讲义,仪表和控制系统接地的作用,一是安全，即保护人身安全和仪表及控制系统的安全； 二是保障仪表和控制系统稳定、准确地运行，也就是保证信号通畅、抗御各种干扰。,接地有关术语和定义,接地：电气设备、用电仪表、屏蔽层用接地线与接地体连接，叫做接地。 接地点：接地体所在位置。 接地体：埋在地下和大地接触的金属导体，称为接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备等，称为自然接地体。 接地线：连结用电仪表、设备至接地体的金属导体，称为接地线。 接地装置：是指接地线和接地体的总和。 接地电阻：接地体或自然接地体的对地电阻与接地线电阻的总和，称为接地电阻。,仪表接地分类,仪表接地一般分为二种： 保护接地 工作接地,保护接地,定义：在用电仪表、电气设备的金属部分，由于绝缘损坏等意外事故可能带危险电压的情况下，为了防止这种电压危及人身安全而设置的接地，称为保护接地。 保护接地就是给危险电压提供一条通路，使之不经过人体。 针对危险电压，各国都有安全电压值的规定。有些国家规定为50V和25V，日本规定为60V，我国习惯采用36V和12V，有些规定采用36V。 应进行保护接地的有：仪表盘（柜、箱、架）及底座、用电仪表外壳、配电箱（盘）、接线盒、汇线槽、导线管、铠装电缆的铠装护层等。,静电接地 ： 绝缘体或高电阻体由于感应或摩擦等原因均可能造成电荷积聚。积聚的电荷可能对仪表和控制信号造成干扰，静电荷放电可能损坏仪表设备。 为防止静电的危害，一方面采取措施抑制静电的产生，另一方面应采用接地的方法给静电提供宣泄的通路，使之不能积聚。已作保护接地的地方，即可认为已作了静电接地。,工作接地,定义：为保证仪表精确度和可靠安全地工作而设置的接地，称为仪表系统的工作接地。 在仪表和控制系统中，信号分为隔离信号和非隔离信号，隔离信号一般可以不接地，非隔离信号需要建立一个公共参考点（一般为直流电源的负极）。同时，这种电路的共模抑制电压通常很小，为了减少由此引进的共模干扰，也需对此公共点实行接地。 工作接地包括：信号回路接地、屏蔽接地、本安仪表接地，其目的是提供电位参考点、抑制干扰、防爆等。,工作接地,信号回路接地应根据仪表类型、仪表制造厂的要求及使用场合确定，目前使用的仪表需要信号回路接地的有：接地型热电偶、PH计、电动仪表的公共端（即24VDC的负极）。 同一信号回路应严格做到单点接地，除了规定部位接地外，其他部位应与一切金属构件绝缘。,屏蔽接地 ： 是用来降低电磁场干扰、电缆的屏蔽层、排扰线、电缆保护管、电缆槽等均应接地才能起到屏蔽作用。,需进行屏蔽接地的部分,所有起屏蔽作用并规定接地的金属部分均应接地， 一般包括： 导线的屏蔽层、排忧线。 仪表线上的屏蔽接线端子。 未作保护接地而应起静电屏蔽作用的导线管、汇线槽、仪表外壳。 多芯电缆的备用芯线，应在一端接地，其接地端应和电缆屏蔽层或排忧线接地端在同一侧。 导线的屏蔽层、排忧线一般应在控制室侧接地。同一屏蔽层或同一排忧线应严格做到单端接地。,屏蔽接地注意事项,为了保证电缆屏蔽层具有良好的屏蔽效果， 除了要保证电缆屏蔽层有一接地电阻较小的 接地极外，还应注意以下二个方面： 避免屏蔽接地与电气接地合用，以防电气设备等漏电电流流经屏蔽层。 保证屏蔽层单点接地，除接地点外，屏蔽层其他地方不应与金属支架或设备接触，防止地电位差在屏蔽层中形成地电流。,本安接地： 是指齐纳安全栅的接地（隔离型安全栅采用了隔离保护技术，不必作专门的接地）。一般齐纳安全栅由直流2430V供电，因此齐纳安全栅接地必须与直流电源公共端相连接。另一方面，为了实现对交流短路的保护，安全栅接地又必须与交流供电中线连接。(齐纳式安全栅是本质安全型一次仪表和电气装置连接的重要关联设备，在本质安全型防爆系统中起着重要的安全保护作用。齐纳式安全栅利用其内部的快速熔断保险丝、齐纳二极管、电阻等保护器件限制流入危险场所的故障能量，确保危险场所的一次仪表的本质安全，达到保护现场的设备及生产人员的安全的目的。),本安仪表接地,本安仪表接地部分一般包括： 安全保持器（安全栅等）的接地端子。 架装、盘装仪表的接地端子（包括24VDC直流电源的负极接地、隔离变压器绕组间的屏蔽层接地等）。 现场仪表外壳、现场仪表盘（柜、箱、架）。 现场接线盒、汇线槽、导线管。,本安系统接地,两线制或三线制变送器是由直流电源供电的，为使安全栅能在直流电源故障时实现对危险场所的保护功能，安全栅接地必须与直流电源的公共端相连接。 为使安全栅能在交流电源故障时实现对危险场所的保护功能，安全栅接地又必须与交流供电的中线相连。这就决定了安全栅接地最终应是电气系统接地。 安全栅接地汇流排与交流供电的中线起始点相连的最简单可靠的方法是用导线连接。 为检测本安系统接地连接电阻，采用两根导线连接安全栅接地汇流排与总接地板，断开其中一根，即可测得回路电阻，估算出连接电阻。,连接电阻、对地电阻和接地电阻,连接电阻 从仪表设备的接地端子到总接地板之间导体及连接器电阻之和，即接地连接通路的电阻的总和称为连接电阻。 ISA及IEC的规定，国内有关标准规定，连接电阻推荐为不大于1。 接地电阻 接地极的电位与通过接地极流入大地的电流之比称为接地极对地电阻。 接地极对地电阻和总接地板、接地总干线及接地总干线两端的连接点电阻之和称为接地电阻。 仪表和控制系统的接地电阻即为电气专业低压配电系统接地装置的接地电阻。保护接地的接地电阻一般不应大于4，最高不宜超过10。工作接地的接地电阻应根据仪表制造厂的要求确定，如制造厂无明确要求，可采用与保护接地相同的数值。 因为等电位接地士多点连接，即建筑物钢筋、地下金属管道、电缆金属外皮都与大地接触，也是接地极系统的一部分，因此4的数值是不难做到的。 在等电位接地系统里，人们更加应该重视的是连接电阻。因为连接电阻的数值决定等电位程度的优劣。连接电阻小，意味着等电位程度高。,接地体的设置,仪表系统的保护接地，一般宜和电力系统的接地体共用，不必单独设置接地体。 仪表系统工作接地，其接地体的设置有二种方式： 1、下述情况下，应单独设置接地体： （1）土壤电阻高率，如沙地、岩层或干燥地区； （2）周围环境存在严重电磁干扰； （3）所选用的仪表对噪声相当敏感，抗干扰要求高； （4）控制室与电力系统接地网距离较远。 在爆炸危险场所，当仪表系统单独设置接地体时，宜 与电力系统接地体相连。 2、不单独设置接地体，而与电力系统接地体共用。,仪表和控制系统的接地连接原则,仪表及控制系统的接地连接采用分类汇总，最终连接的方式。 根据具体应用情况，保护接地汇总板和总接地板可以分别设置，也可以合用。 虽然工作接地和保护接地最终是连接在一起的，但这两类接地应分别连接汇总，不应混接。,仪表和控制系统的接地方式,单独接地 联合接地 等电位接地,单独接地： 早期国内一些规定及某些DCS制造厂要求，仪表和控制系统的保护接地接入电气安全接地网，工作接地则采用独立的、干净的接地装置与大地相接，两种接地网之间距离至少保持5m。 此类接地虽在安全及抗干扰方面有一定作用，但由于地电位差的存在，仪表装置被雷电及浪涌电压损毁之事时有所闻，抗干扰能力也不佳，同时在紧凑布置的工业装置或控制室里，不同接地网络之间相距5m也是很难做到的。,联合接地： 某些规范及资料文件通常规定包括仪表系统在内的ITE（电子信息设备）和其他电气系统的接地系统连接在一起，形成联合接地（一点接地），并规定其接地电阻不应大于1。 此类接地方式同样也存在抗干扰能力不理想的现象，尤其是对于雷电和浪涌的影响更显得无能为力。,等电位接地 等电位网的主体设计应由电气专业负责。电气专业应把建筑物（或装置的金属结构、基础钢筋、金属设备、管道、进线配电箱、PE母排、接闪器引下线等）按照一定的要求连接起来，由一个公用的接地装置与大地连接，不但建筑物内实施等电位连接，全装置都应该等电位连接，相互有管道、电流信号联系的各装置也应该实现等电位连接。 当然，绝对的等电位是不可能的，只能实现近似的等电位，等电位近似的程度以及接地的效果与实施接地过程的各个环节有关。 IEC标准明确规定信息技术装置功能接地和保护接地通过等电位连接和用接地。我国国家标准GB50174-93也规定电子计算机系统的接地应采用单点接地并且采用等电位方式。 综上所述，等电位接地对于保证人员及设备安全，抵抗干扰有明显的优越性，仪表和控制系统接地宜采用等电位方式。,仪表盘的接地系统组成,仪表盘的接地系统由接地支线、接地汇流排、接地 分支线、公用连接板、接地总干线和接地极连接而 成。 接地支线为绝缘铜导线，截面为1.02.5mm2； 接地汇流排为25*3mm2的铜条，用绝缘支架支撑； 接地分支线为绝缘铜绞线，截面为25mm2； 公用连接板供汇总连接分干线用，宜采用铜板； 接地总干线为绝缘铜绞线，截面积2*25mm2。,现场仪表设备接地连接方法,对于现场36V以上供电的仪表外壳 及现场仪表电缆槽，仪表电缆保护 管每隔30m用接地连接线与就近的 金属构件相连，并应保证其接地的 可靠性及电气连续性。现场仪表的 工作接地一般应在控制室实施，见 图1。若被要求或必须在现场接地 的则在现场接地，见图2。若被要 求或必须在现场接地，同时也要将 控制室接收仪表接地的，应将两个 接地点作电气隔离，见图3。,控制室仪表设备接地连接方法,控制室集中安装仪表的自控设备（仪表柜、台、盘、架、箱）内应分类设置保护接地汇流排、信号回路和屏蔽接地汇流排和安全栅汇流条。各仪表设备的保护接地端子、信号和屏蔽接地端子通过各自的接地连接线分别接到保护接地汇流排和工作接地汇流排、齐纳安全栅安装在安全栅汇流条上，见图4。 各类接地汇流排经各自的接地分干线分别接至保护接地汇总板和工作接地汇总板。 齐纳式安全栅的每个汇流条（安装轨道）两端分别用接地分干线接到工作接地汇总板。这里采用两根接地分干线既可提高接低的可靠性又可断开其中一根，测量接地连接电阻，见图4。,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，见图5。,用接地总干线将总接地板接至接地极，见图6（电气专业）。,与电气装置合用接地装置并实现等电位连接,与电气装置合用接地装置的等电位连接，就是除电源中线一次接地外，其他各种接地分类汇总后接到各建筑物层面的总接地板上，总接地板通过接地总干线与接地极相连，见图7（电气专业）。,仪表盘的接地系统连接要求,当仪表盘内同时有保护接地、工作接地时，其汇流排、分支线、连接板、总干线应分别设置并彼此绝缘。 当仪表系统和电力系统共用接地体时，两个系统的接地线仍应彼此绝缘，只能在接地极处作相互连接。 在一根接地线上严禁串接多个需要接地的仪表或装置。 接地线的连接应为螺纹连接或焊接。 接地线用绿/黄色标记。,利用金属构件、金属管道作保护接地的接地线时， 应注意： 不能利用输送可燃性液体、可燃性气体的金属管道及金属支架作接地线。 应保证其全长具有良好的电气通途。串接的金属构件、金属管道之间应通过可靠焊接的跨接线，仪表箱的门与箱体之间应通过螺钉连接的可靠的跨接线。,电磁流量计接地,仪表防爆及外壳防护,E Ex iaC T4和IP67等字样,仪表防爆保护类型,隔爆 增安 本安 无火花,隔爆：一种保护类型，其中的外壳能够承受爆炸性的混合物在内部爆炸过程中产生的压力，防止爆炸向外壳周围的爆炸性大气环境转移，且能够在不会引起周围的爆炸性气体或蒸气点燃这样一个外部温度下工作。国际电工委员会（IEC）把它称为Ex d。 (ExdBT4：表示工厂用隔爆型电气设备，防爆等级为B级，温度组别为T4组。) 增安：一种保护类型，其中各种各样的措施被用来减少在正常工况条件下不会产生超高温度，以及电弧或火花在点气安装置内外部件里出现的可能性，增安可以与隔爆型保护技术一起使用。IEC把它称为Ex e。,本安：一种保护类型，其中的电气设备在正常或非正常情况