接地工程设计.doc

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1、第3章 控制系统的接地工程设计接地的基本概念 概述 从电气特性来看，自然界的土壤地层有两大特性：1） 导电，导电率为10-3至10-1S/m，相对介电常数为5至15F/m，介于良导体和绝缘体之间，因导电，故可将用电设备和地之间组成电气连接。 2）具有无限大的容电量，故可以把土壤地层理解为等电位点或等电位面，成为电路或系统的基准电位，即电位的参照系。接地的作用有二： 1）保护人身和设备安全，如保护地、防雷地、本安地、防静电地等； 2）抑制干扰，即为信号电压或系统电压提供一个稳定的电位参考点。如工作地、屏蔽地、模拟地、数字地等。 上述的各种接地名称，都是按接地的用途命名的。同一个接地装置往往具有多

2、个接地用途。接地系统在概念和技术上，近十年发生了很大的变化，其中最重要的转变是：以前的接地系统是否合格以接地电阻值为准，现在侧重于接地结构兼顾接地电阻值，特别是从独立接地到采用共用接地网的等电位连结方式的转变。等电位连接就是将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或浪涌保护器连接起来，以减小雷电流或其它干扰电流在它们之间产生的电位差。为干扰及雷电流提供低阻抗的连续通道泄放到大地。由于等电位连接减小了系统内各金属部件和各系统间的电位差（但并非是真正的等电位体），无论是从防雷的角度或者是从减小控制系统的共模干扰来看，这都是十分有益的。因为采用共用接地网的等电位接地方式具备其它接地无法比拟的优势，所

3、以等电位接地方式应该是控制系统接地的首选方式。据查证，世界上最早提出等电位接地方式的是我国在1958年建设北京人民大会堂时的笼式接地网，比起英国GOLDE在雷电一书中提及要早十八年。但在标准中出现等电位接地的是1999年的“IEC 61312-2”，国内是从2000年才开始出现在各类标准中。 接地系统的结构从工业应用的角度来看，目前控制系统通常有单独接地及等共用接地两种方式。1） 单独接地这种接地方式是将控制系统的保护地接入电气安全接地网，工作接地采用“独立的”、“干净的”接地装置与大地相接。由于在一段电源保护地线的两点间会有数毫伏，甚至几伏的电位差，这对低电平信号电路来说，是一个非常严重的干

4、扰，因此控制系统的工作地不要和保护接地在柜内就混用。2）共用接地共用接地是以等电位观点为主体思想的多点连接，即设备和装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接。其中包括结构钢筋、金属设备、管道等，进而和接地极相连。所谓多点是指建筑物基础钢筋、地下金属管道、埋地电缆的金属外皮都成为很好的接地极。和单独接地相比，共用接地有如下的特点：1）如在爆炸危险场所，因电气设备故障或雷击会形成建筑物不同部位存在地电位差，这地电位差可以使连接在不同地点的设备产生电火花引起爆炸或损坏设备，无法保障人身和控制系统的安全。如采用共用接地实行等电位连接，由于建筑物各处均为等电位，从而就可减小或避免这种危险的发生。2）由

5、于建筑物各处均为等电位，减小了进入控制系统电子线路的共模干扰。3）实施方便。如果电气专业已把全厂的地下管道、地下结构、接地体连成一个统一的共用接地网时，此时控制系统再单独接地并要求其接地点和电气接地网相距至少要5m以上，和建筑物的防雷地相距至少要20m以上，这在现场有时是很难做到的。4）和控制系统有关的规范标准1对等电位连结时的接地连接（Bonding）电阻，即接地通路（Path）的电阻总和不大于1欧姆；而对接地极对地电阻一般要求不大于4欧姆。这两个数值对采用共用接地网的等电位连接是不难做到的。 S型星形结构和M型网形结构的等电位连接采用共用接地网实行等电位连接的网络有S型星形结构和M型网状结

6、构两种基本结构。1) S型星形结构S型等电位连接网络是控制系统的组件仅通过唯一的一点（ERP）组合到接地系统中去，如图所示。在这种情况下，为避免产生感应环路，组件间应绝缘。2) M 型网状结构M 型等电位连接网络是控制系统的组件通过多点连接组合到接地系统中去的。此时，各金属组件不应与共用接地系统各组件绝缘，如图所示。M 型等电位接地网络宜用于延伸较大的开环系统，而且在设备之间敷设有许多线路和电缆，以及设施和电缆从若干处进入系统。在复杂系统中，还可以将S型和M型两种等电位连接网络组合在一起。图 M型网形结构图 S型星形结构 图和图为S型接地连接的例子。TN-S制中的PE线图 仪表及控制系统S型接

7、地连接 图 电子信息设备机房S 型等电位连接网络示意图 图和图为M型接地连接的例子。图 M型（网格式）接地方式的例子图 电子信息设备机房M 型等电位连接网络示意图 接地系统的耦合1）串联接地和耦合图 串联接地串联接地如图所示，由图可知：VA=（I1+I2+I3）R1；VB= VA +（I2+I3）R2；VC= VB +I3 R3。可见A、B及C点间存在一定的电位差，其中A和C点间的电压差可达（I2+I3）R2 +I3 R3，如果该电压差变化较大，则电路间会因各电路的地电流通过地线阻抗而产生耦合，导致各电路之间基准电压不一致，从而产生干扰，所以不推荐使用。对应在工程中，不宜将控制柜的接地汇流排实

8、行串联接地。2）并联接地和分类汇总并联接地如图所示，由图可知：VA=I1RI+VD；VB=I2R2+VD；VC=I3R3+VD；VD=（I1+I2+I3）R4。图 并联接地由图可知，如R4作为接地电阻应愈小愈好。如果我们把D点作为参考电位，则任何一个电路的地电位只受这个电路本身的地电流和它的地线自身阻抗的影响。由于并联接地可以减少因地电流引起电路间的耦合，所以在有关接地的标准里，各种用途的接地系统强调要“分类汇总”，汇总点D离地的接入点要愈近愈好。 工频接地电阻和冲击接地电阻由于流入地中的电流错综复杂，有工频电流，计算机系统的高频电流以及雷击时的脉冲电流等等。流过电流的频率不一，接地系统所呈现

9、的阻抗性质也不一样，有人称之谓接地系统的频率特性。就拿工频电流和雷击时的脉冲电流来说，接地系统的接地电阻就有工频接地电阻和脉冲接地电阻之分。它们之间的换算关系为：Ra=ARi （）式中：Ra-工频接地电阻（欧姆）；A-换算系数，它取决于土壤电阻率、接地体最长支线的实际长度L（见图）和有效长度Le，一般A的取值范围是大于1，小于3，其数值可按图39b确定；Ri-冲击接地电阻（欧姆）。接地体的有效长度应按下式确定： （） 式中：敷设接地体处的土壤电阻率（m）。由式（）可知，同一个接地装置，其工频接地电阻值要大于其冲击接地电阻值；所以测出的工频接地电阻值是合格的话，一般冲击接地电阻值也会满足要求。图

10、 接地体有效长度的计算图 换算系数A 接地系统产生的电磁干扰 1）接地系统有来自不同地方的电流（如电气设备的漏电流），由于接地系统存在阻抗，所以就会产生电压降。这个电压降就是造成电磁干扰的干扰电动势，而且正比于接地电阻的大小，这种干扰电动势也称为“公共阻抗耦合”。 2）接地系统的连接可能存在回路，则外部的电磁场就可能通过“电感性耦合”产生感应干扰电动势。 由此可见： 1）减小接地电阻（公共耦合阻抗）有利于控制系统抗干扰，但会增加投资。 2）接地系统的连接应避免产生回路。 交流供电系统的接地 低压配电系统的接地制式低压系统接地制式按配电系统和电气设备（包括控制系统）不同的接地组合来分类。按照IE

11、C标准的规定，低压系统接地制式一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。因为IEC标准以法文作为正式文件，因此所用字母为相应法文文字的首字母。第一个字母表示电源接地点对地的关系：T表示直接接地，I表示不接地（包括所有带电部分与地隔离）或通过阻抗与大地相连。第二个字母表示电气设备的外露导电部分（如DCS的机柜）与地的关系：T表示独立于电源接地点的直接接地，N表示直接与电源系统接地点或与该点引出导体相连接。后续字母表示中性线（N）与保护线（PE）之间的关系：C表示中性线（N）与保护线（PE）合并为PEN线；S表示表示中性线与保护线分开；C-S表示在电源侧为PEN线，从某点分开为N及PE线。按低压系统

12、接地制式划分有TN-S、TN-C、TN-C-S、TT、IT等五种。1）TN-C系统（见图）这种系统有简单、经济的优点。但是当三相负载不平衡或有谐波电流时，PEN线中有电流，其所产生的压降会呈现在电气设备的外壳上，有时可达运行电压的5%以上，这对敏感性的电子设备不利，它不适用于防爆的环境内。图 TN-C系统2）TN-S系统（见图） 该系统相对于TN-C系统的最大特点是N线和PE线是分开的，因为在正常时PE线上不通过负荷电流，所以与PE线相连的电气设备的金属外壳在正常运行时也不带电位。由于多拉一根线，所以在价格上要贵一点。 图 TN-S系统3）TN-C-S系统（见图）该系统的前端是TN-C系统，后

13、面改为TN-S系统。图 TN-C-S系统4）TT系统（见图）TT系统内，电气设备的金属外壳单独接地，与电源在接地上无电气联系。其优点是避免发生故障时，将故障电压蔓延。缺点是接地故障电流小于正常负荷电流时，自动开关不能切除故障，设备外壳上会带百伏级的电压，人身安全无法保证。 图 TT系统5）IT系统（见图）该系统没有配出中性线，电源系统不接地。适用于大型电厂的厂用电。图 IT系统 相关标准对控制系统采用TN-S系统的规定 由于TN-S系统的最大优点是在正常时PE线上不通过负荷电流，因此与PE线相连的电气设备的金属外壳在正常运行时也不带电位（即等电位）。再则，控制系统的电源由低压配电系统提供，所以

14、控制系统的保护接地也应属于低压配电系统接地系统，并接入电气专业的低压配电系统接地网，即等电位共用接地网。所以许多规范标准都采用这种接地制式。例如：（1）建筑物电子信息系统防雷技术规范（GB 50343-2004）第5.4.1条作了下列强制性的规定：“电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时，配电线路必须采用TN-S系统的接地方式。”（“建筑物防雷设计规范 GB50057-94”第条也如此规定。） （2）石油化工仪表接地设计规范（SH 3081-2003）第3.1.2条规定：“控制室用电应采用TN-S系统。整个系统中，保护线PE与中线N是分开的。”虽然控制系统有时需要的仅仅是单相的交流电源，但在

15、考虑接地系统的设计时，必须要考虑该单相电源所在的三相电源的接地制式。 接地电阻由于土壤是由不同的土壤颗粒和其间隙中存在的水和空气组成；再则，接地体的形状、尺寸又不一，所以接地电阻有非常复杂的性质。 接地电阻的定义1）定性的解释过去，有人认为接地电阻包括接地体本身的电阻、接地体与土壤间的接触电阻、接地体附近的土壤电阻、接地体至电气设备间连接导线的电阻四者之和。其中，接地体附近的土壤电阻是主要的，接地体本身的电阻和接地体与土壤间的接触电阻可以忽略不计。还一种说法认为，从仪表、控制设备的接地端子到总接地板之间导体及连接点电阻的总和称为联结电阻；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

16、接点电阻之和称为接地电阻（见图）。这种说法是因为它对联接电阻和接地电阻分别提出了不同的要求。其实，这两种说法均不甚严密。图 接地连接示意图2）定量的定义 假设在某一电极上流入接地电流I，若接地电极的电位比周围大地高出E时，其电位上升值与接地电流之比E/I即为接地电阻（引自“高桥健彦（日），接地技术，科学出版社，2003年”）。I电位上升E接地极图 接地电阻定义电源主接地电极I辅助电极图 测量接地电阻的可操作性该定义必须要和测量的可操作性结合起来。上述的定义必须要有两个条件： 1）要使接地电流流向接地极，必须要有一个闭合回路，即还要向大地打入另一个辅助电极A。2）接地电极的电位上升，必须以大地的

17、无限远点为基准。所谓无限远点是指即使有接地电流，电位也不变动的地点。图 接地电阻测量通常用电位降法测接地电阻，其原理如图所示。图中 T-被测接地体；P-接地棒；A-辅助接地体。测量时，T、P、A极一般各相距20米，并成直线排列。或PT之间的距离为AT之间距离的倍。这样用欧姆定理就可计算出接地电阻Ra=V/I （）离接地极相当远时，因为电流通路的截面积变得非常大，即便土壤的导电性不良，电阻仍然很小。但是在接地极附近，因为电流通路的截面积不是很大，接地电阻才呈现一定的电阻值。即接地电阻主要取决于接地极附近的接地电阻值，并和接地极的形状大小有关（见图）。一般认为，90%以上的电阻集中在接地极周围20

18、m左右的土壤中，而其中70%左右的电阻又集中在接地极周围2m左右的土壤中。截面积大截面积小I图 电流通路的截面积所以可以认为接地电阻的大小主要取决于下列两个因素：1）接地体附近土壤的电阻率；2）接地体的形状，它影响到土壤里电流场的截面大小。即： R=f （）式中： 大地电阻率（m)； f 由电极的形状和尺寸决定的函数（1/m）。 接地电阻的理论值为了设计接地系统，必须要知道接地电阻理论值的计算。1）接地电阻理论值的导出为了理论上比较容易处理，现以半球状电极为例进行讨论。图表示半球状电极的接地模型。假设辅助电极位于相对主接地电极的无限远点，接地电流从电极的表面向周围大地呈放射形流出。如果辅助电极

19、很近，电流的分布就不是放射状的了。图 半球状接地电极模型图 半球状接地电极现在思考从半球状电极（半径r）流出的接地电流通过许多同心球状的大地部分，如图所示。设图中画有斜线的部分与电极中心距离是x,厚度dx部分的电阻是dR,大地的电阻率是，则有 （）可以认为式（）与电阻体的式子R=L/S是等效的。其中，为电阻率，L为长度，S为截面积。将式（）从电极的表面r积分到r1就可以求出总的接地电阻 （）因为接地电阻是从电极到无限远处的全部电阻，如果r1为无限大，则1/ r1等于零，则式（）为 （）现在，用以下两个观点说明该理论式。首先是关于电流通路的截面积，从图可以看出随着电极半径的增大，其接地电阻按1/

20、r1成比例减小。即因截面积（2r2）变大而使接地电阻收敛。再看接地电阻的表达式（）。分解半球状电极的接地电阻计算式（），可得 （）函数f的部分是1/2r,其量纲为1/L。2）垂直棒电极的接地电阻 （）或者 （）ltr图 垂直棒电极一个单独接地体的设计如图所示。图 单独接地体设计 图是最常见的一种接地体。由于地表下0.15米到0.5米处土壤处于干湿交界的地方，接地导体易受腐蚀，所以一般规定接地体埋深不小于0.6米。考虑到接地体互相的屏蔽影响，所以接地体的间距不宜小于其长度的2倍。为了抗腐蚀，材质可用镀锌扁钢和镀锌角铁。也可用铜。该接地体的接地电阻值是上述单根垂直棒电极的接地电阻的三分之一。3）扁

21、带状电极的接地电阻 （）或者 （）tlab图 扁带状电极4）板状电极的接地电阻 （）abt图 板状电极5）接地网的接地电阻的简易计算 （）式中：S地网总面积，平方米。 关于这个简单的计算公式，有过一段国际趣闻，同样的一个大型的地网，美、日学者用计算机算，中国学者用该公式人工手算，结果三人的计算结果只差百分之几。 道理很简单，地网的接地电阻主要取决土壤的电阻率和地网的面积。如果网格比较密，可按前述的板状电极进行计算。 降低接地电阻的方法1）降低土壤的电阻系数降低土壤的电阻系数的方法有：（1）对土壤进行处理，如在接地体周围的土壤中加入食盐、木炭、电石渣等，缺点是易流失，有腐蚀性。 （2）换土，如换

22、成黏土、黑土、沙质黏土等电阻率较低的土壤。 （3）利用长效降阻剂，长效降阻剂是由几种物质配制而成，它含有导电性能良好的强电解质和水份。 （4）钻孔深埋法，接地体长度一般为5至10米，再深效果不明显。 （5）采用导电性混凝土，在水泥中掺入碳质纤维作为接地极使用。 （6）引入无腐蚀的污水。 （7）利用水和与水接触的钢筋混凝土体作为流散介质。 （详见“陈家斌 接地技术与接地装置”第388-400页）2）采用新型的接地系统-IEA电解离子接地系统一种新型的离子接地系统，它的结构部分采用防护性很好的金属，内部填充由电解物及其载体组分组成的内填料，外部包裹导电性能良好的不定性导电复合材料（即外填料）。图

23、IEA电解离子接地系统图是美国ATI公司新型的接地系统-IEA电解离子接地系统，该系统是由先进的陶瓷复合材料、合金电极、中性的离子化合物组成。其内部采用特制的电解离子化合物，通过电极顶部的呼吸孔吸收空气和土壤中的水分，使化合物潮解形成电解液，渗透到周围土壤中去，降低土壤的电阻率，从而降低接地电阻。该合金电极的连接采用火泥熔接技术，以确保连接的可靠性。这种接地系统的接地电阻可在1欧姆以下，使用寿命大于25年（一般钢仅为3-5年）。 接地材料的选择 接地材料一般有： 镀锌钢材； 铜； 美国ATI镀铜钢（寿命可达30年）； 非金属材料和电解质（四川中光）。由于铜的导电率是钢的8倍，铜的耐腐蚀性也比钢

24、好，铜材接地系统性能稳定、可靠、免维护，寿命长。所以作为接地材料铜优于钢。但铜的单价是镀锌钢的4-5倍（铜-小于20000元/吨，镀锌钢-4000元/吨）。 土壤电阻率的测量A.土壤的种类和电阻率土壤的种类和其电阻率如表所示。表 土壤的电阻率土壤的种类电阻率（m）沼泽地及泥地80 200粘土质砂地150 300砂地250 500砂岩及岩盘地带10,000 100,000混凝土（基础结构体）38 80B. 等距法（文勒法）测土壤电阻率 四个小电极成直线排列，相距为a（见图）,所测电阻为R，则电阻率为：=2aR=2aU/I （）AVa aaaa图 等距法（文勒法）测土壤电阻率 在布电极时，为了减少

25、测量误差，应取a10h,h为测量电极的埋设深度，这样可近似将电流极看作是半球电极来处理，根据式（）就不难得到土壤电阻率的计算公式。 接地网接地电阻的测量 可以利用等腰三角形布电极法测量接地网的接地电阻值，其布线应按图来实施，一般应取d2D，D为接地网的最大对角线距离。2300ddD1图 采用等腰三角形布电极法测量接地网的接地电阻值 接地电阻的季节因数由于土壤的电阻率是随季节（温度和含水量）变化的，土壤电阻率在冬季最高。规范所要求的接地电阻实际上是接地电阻的最大许可值。为了满足这个要求，接地电阻要达到： R=Rmax/ （）式中：Rmax接地电阻最大值； 季节因数，常用值为。 所以，Rmax=1

26、0，R= ； Rmax=4，R=； Rmax=1，R= 。 接地系统的实施 组成接地系统各部分的名称 根据化工行业的自控设计标准（HG/T20513-2000），并对应于图，接地系统组成的各部分如图所示，它包括接地连接和接地装置两大部分。从而给接地系统的各组成部分有一个统一的名称。接地连线接地汇流排接地分干线接地汇总板接地干线总接地板接地总干线接地极接地联接接地装置接地系统图 组成接地系统各部分的名称 接地方式的选择 仪表和控制系统接地方式的选择，应： 1）当企业已把建筑物（或装置）的金属结构、基础钢筋、金属设备、地下金属水管等形成一个共用接地网时，仪表、控制系统各类接地也应汇接到该共用接地网

27、，实现等电位连结。这是首选原则。 2）当企业尚未形成共用接地网实行等电位连结，仪表、控制系统如采用单独接地，但保护接地应接到电气专业的保护接地装置上，工作接地如采用单独的接地体并与电气专业接地体须相距5m以上，和建筑物独立防雷地相距20m以上。为了防止雷电反击，还应采取一定的防雷措施（详见第4章）。 接地系统的连接方法A. 现场仪表的接地连接方法现场仪表的接地一般可遵循如下的规定：1）对于现场仪表的电缆槽、仪表电缆保护管是每隔30米用接地连接线与就近已接地的金属构件相连，并应保证其接地的可靠性及电气的连续性。仪表的外壳以及现场接线箱的金属外壳等也应就近接地。严禁利用储存、输送可燃性介质的金属设

28、备、管道以及与之相关的金属构件进行接地。2）现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地。3）对于要求或必须在现场接地的现场仪表，如接地型热电偶、PH计、电磁流量计等应在现场侧接地。4）对于现场仪表要求或必须在现场接地，同时又要求将控制室接受仪表在控制室侧接地的，应将两个接地点作电气隔离，以免产生对地的回路。5）现场仪表接线箱两侧的电缆的屏蔽层应在箱内跨接。B. 控制室盘、台、柜的接地控制室盘、台、柜的接地一般可遵循如下的原则：1） 控制室内的等电位连接网络至少通过两条路径和室外的共用接地网相连。等电位连接网络在共用接地网上的接地点离建筑物防雷的引下线的接地点以及和其他高电压、大电流电气设备的接地点

29、之间沿接地体的长度宜大于15m，地中的直线距离宜大于10m。2）在控制室内的盘、台、柜内应分类设置保护接地汇流排、信号及屏蔽接地汇流排（工作接地汇流排）和本安接地汇流条。3）在控制室内，可设置接地汇总箱。箱内设置工作接地汇总板和保护接地汇总板。4）由于工控机在出厂时已将工作接地和保护接地连在一起，将外壳上的任一颗螺丝连在操作台内的保护接地汇流排上即可。5）如果DCS系统的通信线路上设有电气隔离装置，远程设备的接地汇流排可汇总到就近的总接地板上。 接地连接线规格接地连接线的规格应满足如下的要求：1）接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆。2）接地系统的导线应根据连接设备的数量和长度按下列

30、数值范围选用： 接地连线 1（平方毫米） 接地分干线 416（平方毫米） 接地干线 1025（平方毫米） 接地总干线 1650（平方毫米）接地汇流排、连接板规格应满足如下的要求：1）接地汇流排宜采用256的铜条制作。2）接地汇总板和总接地板应采用铜板制作。铜板厚度不应小于6mm，长宽尺寸按需要确定。 接地连接结构要求接地连接结构应满足如下要求。1）所有接地连线在接到接地汇流排前均应良好绝缘；所有接地分干线在接到接地汇总板前均应良好绝缘；所有接地干线在接到总接地板前均应良好绝缘。2）接地汇流排（汇流条）、接地汇总板、总接地板应用绝缘支架固定。3）接地系统的各种连接应保证良好的导电性能。接地连线、

31、接地分干线、接地干线、接地总干线与接地汇流排、接地汇总板的连接应采用铜接线片和镀锌钢质螺栓，并采用防松和防滑脱件，以保证连接的牢固可靠，或采用焊接。接地总干线和接地极的连接部分应分别进行热镀锌或热镀锡。4）接地系统应设置耐久性的标识。标识的颜色为交替的黄绿色（见GB2681-1981电工成套装置中的颜色），符合IEC标准。几个接地案例的分析1）不屏蔽接地干线会带来干扰现象：某尿素装置DCS系采用单独接地，但信号总是飘移不定。原因：后来发现，其接地干线长50米，从三楼沿外墙敷设到接地体，没有穿管屏蔽，过长的接地干线，如果没有屏蔽措施，接地干线就象是一根天线，可以接受大量的干扰信号，使系统无法稳定

32、工作，乃至系统卡件发生故障。 结论：接地干线应愈短愈好，必要时也应该采取屏蔽措施。2）保持和其它接地系统的距离（如图）现象：某玻璃装置的DCS采用单独接地，发现信号干扰很大。 原因：DCS的单独接地体和原有的接地网相距不到5米。结论：若DCS采用单独接地，其接地体和电气接地网相距必须大于5米，和单独防雷接地体相距必须大于20米。图保持和其它接地系统的距离2） 等电位接地也要考虑接地引入点（ERP）的位置（见图）图 接地引入点位置现象：某装置DCS系统采用等电位接地，但信号中常常出现信号不明的波形。原因：离DCS的接地引入点不到10米处有大功率电动机的接地点。结论：保持和防雷地、大电流高电压设备

33、的接地点有不小于5米的距离。 有关接地系统实施过程中的几个问题 关于DCS机柜的对地浮空机柜对安装地面的浮空,是指机柜柜体和安装地面间是否绝缘,而不是机柜不接地（如图）。图机柜对安装地面的不浮空由图可知，当机柜不浮空而且和安装槽钢间不绝缘时，有可能因两个接地点的地电位Va不等于Vb，在A-接地汇流排-接地连接线-机笼-机柜-B-安装槽钢之间形成环流，这对DCS会产生一定的干扰。干扰的大小和Va与Vb之间的差值大小有关。所以在机柜和安装槽钢间进行绝缘处理是有利于系统抗干扰的。但在现场处理机柜和安装槽钢之间进行绝缘处理是一件很麻烦的事，既要在机柜和安装槽钢间加绝缘垫，而且还要在固定螺栓、机柜、安装

34、槽钢间进行绝缘处理。如果将机柜的安装槽钢作等电位接地，同时将接地汇流排和槽钢相连，这样，一旦槽钢上出现高电压，可以不通过系统直接释放（见图）。所以此时，机柜和安装槽钢间可以不作浮空处理。图机柜对安装地面的等电位 控制系统接地参考图（图）图为控制系统接地参考图。其中有两点应予以说明：1）如共用接地网的接地电阻值不能满足控制系统的要求，则可另设接地体，再将该接地体和共用接地网相连接。2）考虑到雷电反击（将在第4章详述），应将现场的变送器等设备的金属外壳或诸如金属安装支架等自然接地体进行接地并和共用接地网相连接。图 控制系统的等电位接地系统图 关于接地体系统的形状 为了让大电流（如雷电流）能均匀分布

35、地流入大地，从而使地中的电位降的梯度比较平缓，应尽量采用环形或网形接地体系统。已有的接地网用两根40X4的扁钢相连接 环形接地体系统 接地装置电气连续性的测量电路 检查接地装置电气连续性应采用至少为1A的直流或交流的测试电流进行（见图）。图中:S1-空气开关,250V,脱扣器额定电流3A； T -220/24V短路安全型变压器，200VA； V -电压表，30V，级； A -电流表，10A，级； E -熔断器，15A； R -可变绕线电阻器，120W； S2 -按钮开关，15A。VA测量端220VACLPENS1T（220/24）ES2R图接地装置电气连续性的测量电路测量步骤：1）将测量端连接

36、到被测钢筋上的预埋件上；2）断开S2，将串入的可变绕线电阻器R调至最大值；3）合上变压器T一次侧电源后，从电压表V上读取U1；4）合上S2后，调节R使电流表A上的读数为1A左右，并读取I和U2值；5）按下式计算测量电阻r: r=(U1-U2)/I-RL （）（注：RL为测量连接线的电阻。）计算出的r值为1左右时，则满足要求。 关于浮地所谓浮地是指电子系统的地线在电气上与建筑物的接地保持绝缘，两者之间的绝缘电阻一般应在50兆欧以上。浮地的优点是：1）建筑物接地系统中的电磁干扰不会传递到电子设备上去；2）地电位的浮动对设备也没有影响。所以浮地可以提高设备的抗干扰能力。但浮地也带来了一些缺点，如：1

37、）容易产生静电积累；2）当雷电感应较强时，外壳和其内部电子电路间可能会出现很高的电压将两者之间的绝缘击穿，造成电子电路的损坏。接地工程的设计审查和验收接地工程的设计审查应包括：l 接地装置的结构和安装位置；l 接地体的埋设距离、深度、安装方法；l 接地装置的接地电阻；l 接地装置的材质、连接方法、防腐处理。在进行接地工程验收时，应注意整个接地网外露部分的连接方法是否可靠，接地线规格是否正确，防腐层是否完好，标志是否齐全明显。验收时，应对接地系统的工频率接地电阻值进行测量并符合设计要求，但不应在雨后测量接地电阻。最后，应提交完整的资料文件，包括竣工图、安装技术记录、测试记录等。 独立接地和共用接

38、地的孰是孰非控制系统应该是独立接地还是采用共用接地系统进行等电位连接，这个问题由来已久。从几年前国内自控界的行业标准看，采用共用接地系统已经达成共识。然而，还有不少控制系统的制造商（包括国外一流的DCS制造商），至今还在要求用户按独立接地进行设计施工。孰是孰非似乎还没有统一。本章对有关独立接地与共用接地的特点以及对它们的评价作一讨论。 接地方式的形态如果有几个并存的系统或设备需要接地时，接地的方式可以有如图所示那样的四种形态：1）各个设备独立接地；2）将独立接地的接地线连接在一起；3）几个设备共用接地；4）将接地线连接到共用接地网上。其中，图中的a为独立接地，b、c、d均为共用接地。 独立接地

39、所谓独立接地就是各自进行接地施工的方式。理想的独立接地应该如图所示的那样，如果有两个接地极，其中一个电极中不论流过怎样的电流，对另一个接地极就不应该发生电位上升的情况。从理论上讲，如果两个接地极之间的距离不是无限远的话，不能说它们是完全独立的。(a)(b)(c)(d)图 接地方式的形态当然，在工程中只要把电位上升限制在一定范围内，就可以看成是相互独立的。此时的接地极其间距决定以下三个重要因素：1）流入接地极的电流波形和其最大值；2）电位上升的容许值；3）接地点土壤的电阻率。I电位分布接地极电位上升V0V图 接地极之间的相互干扰在这里介绍以棒状接地极（半径为7mm,c长度为3m）为例，研究因工频

40、接地电流I产生的电位上升（V）与间隔距离S的关系（见图）。表为有工频接地电流流入A接地极时，计算出B接地极发生电位上升到容许值V的间隔距离（该数据引自11）。表 独立接地的间隔距离（m）接地电流I（A）电位上升的容许值V25V50V1063635031832161006376432 注：本表相对于电阻率为=100m。如果大地的电阻率很高，即使接地电流很小，间隔距离也会增大。由表所知，在实施独立接地时，必须采取大的极间间隔。在有限的场地内如有多个接地系统时，要找到足够的接地施工的空间是很困难的。BI电位分布接地极电位上升V0VSA图 独立接地极之间的干扰 共用接地所谓共用接地就是把几个设备系统汇

41、集在一起，连接到一个或几个接地点的共用接地极上。本章以接地线连接到共用接地网上为例（图）进行讨论。在讨论共用接地网时，应该把接地作为系统来考虑。 共用接地的优点相对于独立接地，共用接地有如下的优点：1）因为是利用地下现有的诸如金属水管和建筑物的基础钢筋等做接地极，所以接地线少，接地系统简单，维修检查容易。2）共用接地系统将各个接地极并联连接，此时的接地电阻值要比独立接地时小。3）即使有一个接地极失效，其它电极也能补充，提高了接地的可靠性。4）因为可以减少接地电极的总数，故可节省设备施工的费用。5）如在爆炸危险场所，因电气设备故障或雷击会形成建筑物不同部位之间地电位差的存在，这时如意外连接不同地点的设备会产生电火花引起爆炸或损坏设备，无法保障人身和控制系统的安全。如采用共用接地系统，由于实现了等电位连接，建筑物各处均为等电位，从而就可减小或避免这种危险的发生。6）由于建筑物各处均为等电位，减小了进入控制系统的共模干扰。 共用接地存在的一个问题但共用接地也存在着一个问题，那就是电位上升而波及的危险