儀表及控制系統(tǒng)接地和屏蔽知識（工程師培訓）

儀表及控制系統(tǒng)接地和屏蔽知識講義儀表和控制系統(tǒng)接地的作用一是安全，即保護人身安全和儀表及控制系統(tǒng)的安全；二是保障儀表和控制系統(tǒng)穩(wěn)定、準確地運行，也就是保證信號通暢、抗御各種干擾。接地有關術語和定義

接地：電氣設備、用電儀表、屏蔽層用接地線與接地體連接，叫做接地。接地點：接地體所在位置。接地體：埋在地下和大地接觸的金屬導體，稱為接地體。兼作接地體用的直接與大地接觸的金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑物的基礎、金屬管道和設備等，稱為自然接地體。接地線：連結用電儀表、設備至接地體的金屬導體，稱為接地線。接地裝置：是指接地線和接地體的總和。接地電阻：接地體或自然接地體的對地電阻與接地線電阻的總和，稱為接地電阻。儀表接地分類儀表接地一般分為二種：保護接地工作接地保護接地定義：在用電儀表、電氣設備的金屬部分，由于絕緣損壞等意外事故可能帶危險電壓的情況下，為了防止這種電壓危及人身安全而設置的接地，稱為保護接地。保護接地就是給危險電壓提供一條通路，使之不經(jīng)過人體。針對危險電壓，各國都有安全電壓值的規(guī)定。有些國家規(guī)定為50V和25V，日本規(guī)定為60V，我國習慣采用36V和12V，有些規(guī)定采用36V。應進行保護接地的有：儀表盤（柜、箱、架）及底座、用電儀表外殼、配電箱（盤）、接線盒、匯線槽、導線管、鎧裝電纜的鎧裝護層等。

靜電接地：絕緣體或高電阻體由于感應或摩擦等原因均可能造成電荷積聚。積聚的電荷可能對儀表和控制信號造成干擾，靜電荷放電可能損壞儀表設備。為防止靜電的危害，一方面采取措施抑制靜電的產(chǎn)生，另一方面應采用接地的方法給靜電提供宣泄的通路，使之不能積聚。已作保護接地的地方，即可認為已作了靜電接地。工作接地定義：為保證儀表精確度和可靠安全地工作而設置的接地，稱為儀表系統(tǒng)的工作接地。在儀表和控制系統(tǒng)中，信號分為隔離信號和非隔離信號，隔離信號一般可以不接地，非隔離信號需要建立一個公共參考點（一般為直流電源的負極）。同時，這種電路的共模抑制電壓通常很小，為了減少由此引進的共模干擾，也需對此公共點實行接地。工作接地包括：信號回路接地、屏蔽接地、本安儀表接地，其目的是提供電位參考點、抑制干擾、防爆等。工作接地信號回路接地應根據(jù)儀表類型、儀表制造廠的要求及使用場合確定，目前使用的儀表需要信號回路接地的有：接地型熱電偶、PH計、電動儀表的公共端（即24VDC的負極）。同一信號回路應嚴格做到單點接地，除了規(guī)定部位接地外，其他部位應與一切金屬構件絕緣。

屏蔽接地：是用來降低電磁場干擾、電纜的屏蔽層、排擾線、電纜保護管、電纜槽等均應接地才能起到屏蔽作用。需進行屏蔽接地的部分

所有起屏蔽作用并規(guī)定接地的金屬部分均應接地，一般包括：導線的屏蔽層、排憂線。儀表線上的屏蔽接線端子。未作保護接地而應起靜電屏蔽作用的導線管、匯線槽、儀表外殼。多芯電纜的備用芯線，應在一端接地，其接地端應和電纜屏蔽層或排憂線接地端在同一側。導線的屏蔽層、排憂線一般應在控制室側接地。同一屏蔽層或同一排憂線應嚴格做到單端接地。屏蔽接地注意事項

為了保證電纜屏蔽層具有良好的屏蔽效果，除了要保證電纜屏蔽層有一接地電阻較小的接地極外，還應注意以下二個方面：避免屏蔽接地與電氣接地合用，以防電氣設備等漏電電流流經(jīng)屏蔽層。保證屏蔽層單點接地，除接地點外，屏蔽層其他地方不應與金屬支架或設備接觸，防止地電位差在屏蔽層中形成地電流。

本安接地：是指齊納安全柵的接地（隔離型安全柵采用了隔離保護技術，不必作專門的接地）。一般齊納安全柵由直流24～30V供電，因此齊納安全柵接地必須與直流電源公共端相連接。另一方面，為了實現(xiàn)對交流短路的保護，安全柵接地又必須與交流供電中線連接。(齊納式安全柵是本質安全型一次儀表和電氣裝置連接的重要關聯(lián)設備，在本質安全型防爆系統(tǒng)中起著重要的安全保護作用。齊納式安全柵利用其內部的快速熔斷保險絲、齊納二極管、電阻等保護器件限制流入危險場所的故障能量，確保危險場所的一次儀表的本質安全，達到保護現(xiàn)場的設備及生產(chǎn)人員的安全的目的。)

本安儀表接地

本安儀表接地部分一般包括：安全保持器（安全柵等）的接地端子。架裝、盤裝儀表的接地端子（包括24VDC直流電源的負極接地、隔離變壓器繞組間的屏蔽層接地等）。現(xiàn)場儀表外殼、現(xiàn)場儀表盤（柜、箱、架）。現(xiàn)場接線盒、匯線槽、導線管。本安系統(tǒng)接地

兩線制或三線制變送器是由直流電源供電的，為使安全柵能在直流電源故障時實現(xiàn)對危險場所的保護功能，安全柵接地必須與直流電源的公共端相連接。為使安全柵能在交流電源故障時實現(xiàn)對危險場所的保護功能，安全柵接地又必須與交流供電的中線相連。這就決定了安全柵接地最終應是電氣系統(tǒng)接地。安全柵接地匯流排與交流供電的中線起始點相連的最簡單可靠的方法是用導線連接。為檢測本安系統(tǒng)接地連接電阻，采用兩根導線連接安全柵接地匯流排與總接地板，斷開其中一根，即可測得回路電阻，估算出連接電阻。連接電阻、對地電阻和接地電阻

連接電阻從儀表設備的接地端子到總接地板之間導體及連接器電阻之和，即接地連接通路的電阻的總和稱為連接電阻。ISA及IEC的規(guī)定，國內有關標準規(guī)定，連接電阻推薦為不大于1Ω。接地電阻接地極的電位與通過接地極流入大地的電流之比稱為接地極對地電阻。接地極對地電阻和總接地板、接地總干線及接地總干線兩端的連接點電阻之和稱為接地電阻。儀表和控制系統(tǒng)的接地電阻即為電氣專業(yè)低壓配電系統(tǒng)接地裝置的接地電阻。保護接地的接地電阻一般不應大于4Ω，最高不宜超過10Ω。工作接地的接地電阻應根據(jù)儀表制造廠的要求確定，如制造廠無明確要求，可采用與保護接地相同的數(shù)值。因為等電位接地士多點連接，即建筑物鋼筋、地下金屬管道、電纜金屬外皮都與大地接觸，也是接地極系統(tǒng)的一部分，因此4Ω的數(shù)值是不難做到的。在等電位接地系統(tǒng)里，人們更加應該重視的是連接電阻。因為連接電阻的數(shù)值決定等電位程度的優(yōu)劣。連接電阻小，意味著等電位程度高。接地體的設置

儀表系統(tǒng)的保護接地，一般宜和電力系統(tǒng)的接地體共用，不必單獨設置接地體。儀表系統(tǒng)工作接地，其接地體的設置有二種方式：

1、下述情況下，應單獨設置接地體：（1）土壤電阻高率，如沙地、巖層或干燥地區(qū)；（2）周圍環(huán)境存在嚴重電磁干擾；（3）所選用的儀表對噪聲相當敏感，抗干擾要求高；（4）控制室與電力系統(tǒng)接地網(wǎng)距離較遠。在爆炸危險場所，當儀表系統(tǒng)單獨設置接地體時，宜與電力系統(tǒng)接地體相連。

2、不單獨設置接地體，而與電力系統(tǒng)接地體共用。儀表和控制系統(tǒng)的接地連接原則儀表及控制系統(tǒng)的接地連接采用分類匯總，最終連接的方式。根據(jù)具體應用情況，保護接地匯總板和總接地板可以分別設置，也可以合用。雖然工作接地和保護接地最終是連接在一起的，但這兩類接地應分別連接匯總，不應混接。儀表和控制系統(tǒng)的接地方式單獨接地聯(lián)合接地等電位接地

單獨接地：早期國內一些規(guī)定及某些DCS制造廠要求，儀表和控制系統(tǒng)的保護接地接入電氣安全接地網(wǎng)，工作接地則采用獨立的、干凈的接地裝置與大地相接，兩種接地網(wǎng)之間距離至少保持5m。此類接地雖在安全及抗干擾方面有一定作用，但由于地電位差的存在，儀表裝置被雷電及浪涌電壓損毀之事時有所聞，抗干擾能力也不佳，同時在緊湊布置的工業(yè)裝置或控制室里，不同接地網(wǎng)絡之間相距5m也是很難做到的。

聯(lián)合接地：某些規(guī)范及資料文件通常規(guī)定包括儀表系統(tǒng)在內的ITE（電子信息設備）和其他電氣系統(tǒng)的接地系統(tǒng)連接在一起，形成聯(lián)合接地（一點接地），并規(guī)定其接地電阻不應大于1Ω。此類接地方式同樣也存在抗干擾能力不理想的現(xiàn)象，尤其是對于雷電和浪涌的影響更顯得無能為力。

等電位接地等電位網(wǎng)的主體設計應由電氣專業(yè)負責。電氣專業(yè)應把建筑物（或裝置的金屬結構、基礎鋼筋、金屬設備、管道、進線配電箱、PE母排、接閃器引下線等）按照一定的要求連接起來，由一個公用的接地裝置與大地連接，不但建筑物內實施等電位連接，全裝置都應該等電位連接，相互有管道、電流信號聯(lián)系的各裝置也應該實現(xiàn)等電位連接。當然，絕對的等電位是不可能的，只能實現(xiàn)近似的等電位，等電位近似的程度以及接地的效果與實施接地過程的各個環(huán)節(jié)有關。IEC標準明確規(guī)定信息技術裝置功能接地和保護接地通過等電位連接和用接地。我國國家標準GB50174-93也規(guī)定電子計算機系統(tǒng)的接地應采用單點接地并且采用等電位方式。綜上所述，等電位接地對于保證人員及設備安全，抵抗干擾有明顯的優(yōu)越性，儀表和控制系統(tǒng)接地宜采用等電位方式。儀表盤的接地系統(tǒng)組成

儀表盤的接地系統(tǒng)由接地支線、接地匯流排、接地分支線、公用連接板、接地總干線和接地極連接而成。接地支線為絕緣銅導線，截面為1.0～2.5mm2；接地匯流排為25*3mm2的銅條，用絕緣支架支撐；接地分支線為絕緣銅絞線，截面為25mm2；公用連接板供匯總連接分干線用，宜采用銅板；接地總干線為絕緣銅絞線，截面積2*25mm2。現(xiàn)場儀表設備接地連接方法

對于現(xiàn)場36V以上供電的儀表外殼及現(xiàn)場儀表電纜槽，儀表電纜保護管每隔30m用接地連接線與就近的金屬構件相連，并應保證其接地的可靠性及電氣連續(xù)性?，F(xiàn)場儀表的工作接地一般應在控制室實施，見圖1。若被要求或必須在現(xiàn)場接地的則在現(xiàn)場接地，見圖2。若被要求或必須在現(xiàn)場接地，同時也要將控制室接收儀表接地的，應將兩個接地點作電氣隔離，見圖3。控制室儀表設備接地連接方法控制室集中安裝儀表的自控設備（儀表柜、臺、盤、架、箱）內應分類設置保護接地匯流排、信號回路和屏蔽接地匯流排和安全柵匯流條。各儀表設備的保護接地端子、信號和屏蔽接地端子通過各自的接地連接線分別接到保護接地匯流排和工作接地匯流排、齊納安全柵安裝在安全柵匯流條上，見圖4。各類接地匯流排經(jīng)各自的接地分干線分別接至保護接地匯總板和工作接地匯總板。齊納式安全柵的每個匯流條（安裝軌道）兩端分別用接地分干線接到工作接地匯總板。這里采用兩根接地分干線既可提高接低的可靠性又可斷開其中一根，測量接地連接電阻，見圖4。保護接地匯總板和工作接地匯總板經(jīng)過各自的接地干線接到總接地板，見圖5。用接地總干線將總接地板接至接地極，見圖6（電氣專業(yè)）。

與電氣裝置合用接地裝置并實現(xiàn)等電位連接與電氣裝置合用接地裝置的等電位連接，就是除電源中線一次接地外，其他各種接地分類匯總后接到各建筑物層面的總接地板上，總接地板通過接地總干線與接地極相連，見圖7（電氣專業(yè)）。儀表盤的接地系統(tǒng)連接要求

當儀表盤內同時有保護接地、工作接地時，其匯流排、分支線、連接板、總干線應分別設置并彼此絕緣。當儀表系統(tǒng)和電力系統(tǒng)共用接地體時，兩個系統(tǒng)的接地線仍應彼此絕緣，只能在接地極處作相互連接。在一根接地線上嚴禁串接多個需要接地的儀表或裝置。接地線的連接應為螺紋連接或焊接。接地線用綠/黃色標記。利用金屬構件、金屬管道作保護接地的接地線時，應注意：不能利用輸送可燃性液體、可燃性氣體的金屬管道及金屬支架作接地線。應保證其全長具有良好的電氣通途。串接的金屬構件、金屬管道之間應通過可靠焊接的跨接線，儀表箱的門與箱體之間應通過螺釘連接的可靠的跨接線。電磁流量計接地儀表防爆及外殼防護EExiaⅡCT4和IP67等字樣儀表防爆保護類型

隔爆增安本安無火花EExia

ⅡCT4表示歐洲電工標準化委員會（CENELEC）認證表示危險區(qū)域認證保護類型ia--本安(允許二次故障)ib--本安(允許一次故障)d--隔爆(防火)e--增安n—型（無火花）組別溫度代號隔爆：一種保護類型，其中的外殼能夠承受爆炸性的混合物在內部爆炸過程中產(chǎn)生的壓力，防止爆炸向外殼周圍的爆炸性大氣環(huán)境轉移，且能夠在不會引起周圍的爆炸性氣體或蒸氣點燃這樣一個外部溫度下工作。國際電工委員會（IEC）把它稱為Exd。(ExdⅡBT4：表示工廠用隔爆型電氣設備，防爆等級為B級，溫度組別為T4組。)增安：一種保護類型，其中各種各樣的措施被用來減少在正常工況條件下不會產(chǎn)生超高溫度，以及電弧或火花在點氣安裝置內外部件里出現(xiàn)的可能性，增安可以與隔爆型保護技術一起使用。IEC把它稱為Exe。本安：一種保護類型，其中的電氣設備在正?；蚍钦Ｇ闆r下無法釋放足夠的電能或熱能以使得特定的危險性大氣混合物在達到其最易燃的濃度時點燃。IEC把它稱為Exi。無火花：一種保護類型，其中的設備在正常情況下無法由于電弧或熱效應而引起規(guī)定的易燃氣體或蒸氣在空氣里的混合物點燃。IEC把它稱為Exn。組別：電氣設備分為二組。Ⅰ組包括用于礦井的電氣設備，而Ⅱ包括所有其它電氣設備。組別Ⅱ進一步分成三個子組別：A、B、C。每一個組別里的特定的危險物質可以在CENELEC標準EN50014里找到，其中的一些物質的自動點燃溫度可以在IEC標準60079-4里找到。Ⅰ組（采礦）：包含甲烷或具有同等危險性的氣體或蒸氣的大氣環(huán)境。ⅡA組：包含丙烷或具有同等危險性的氣體或蒸氣的大氣環(huán)境。ⅡB組：包含乙烯或具有同等危險性的氣體或蒸氣的大氣環(huán)境。ⅡC組：包含乙炔、氫氣或具有同等危險性的氣體或蒸氣的大氣環(huán)境。被認證為組別Ⅱ里的一個子組別的裝置可以用于低于它的子組別：

例如，組別ⅡC可以用于組別ⅡB的場所。

溫度代號：危險性的氣體與空氣的混合物可能會由于與一個熱表面接觸而點燃。熱表面是