摘要：随着电动三型仪表和分散控制系统的广泛应用，仪表系统接地已成为仪表工程设计中不可缺少的组成部分。仪表控制系统的可靠性直接影响到生产装置安全、稳定的运行。自控系统的接地是排出各种干扰、保证系统可靠性的重要手段。基于此，本文主要对仪表自控系统的接地工程设计进行分析探讨。
关键词：仪表自控系统；接地工程设计
1、接地分类
仪表自控系统接地按其作用分为安全接地和工作接地两大类。安全接地用于保护人身安全和设备安全，其包括：保护接地、防静电接地、防雷接地。工作接地是为了保障仪表及控制系统的正常工作，其包括：回路接地、屏蔽接地和本安接地。
1.1安全接地
保护接地是将用电仪表及设备正常时不带电的金属部分用接地线与大地相连。当发生某些故障时，会造成这些正常时不带电的金属部分带危险电压，而保护接地线可以将这些危险电压迅速导入大地，避免人员触电和对用电设备造成损害。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。防静电接地是将带静电物体或有可能产生静电的物体通过接地线与大地相连，防止静电电流窜入仪表及控制系统对人员和设备造成直接伤害和电磁干扰。防雷接地是将雷电产生的雷电浪涌通过接地线导入大地、防雷接地包含外部防雷接地和内部防雷接地。外部防雷由电气专业负责，不在本文讨论范围之内。内部防雷接地包括电缆屏蔽的接地、机柜的屏蔽接地、浪涌保护器的接地等，由自控仪表专业负责。
1.2工作接地
回路接地是指在自动化系统和计算机等电子设备中，非隔离的信号需要建立一个统一的信号参考点并做接地，通常为直流电源的公共端。屏蔽接地是将电缆的屏蔽层、排扰线、仪表的屏蔽接地端子做接地以消除电磁干扰。还有一种屏蔽接地指的是控制室建筑物内的钢筋、金属门窗等连接起来，形成一个屏蔽网并接地，这种屏蔽接地由建筑专业负责。本安接地是指本质安全仪表在安全功能上需要接地的部件应做接地。安全栅是设置在本安电路与非本安电路之间的限流、限压装置，以防止非本安电路的危险能量窜入本安电路。安全栅主要分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅两种。齐纳式安全栅应做本安接地，隔离式安全栅不需要做本安接地。
2、接地原则
自从我国引进和采用IEC接地标准，接地系统在概念和技术上发生了很大变化。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、联合接地到采用共用接地网实现等电位连接方式的转变。图1为HG/T20513-2014《仪表系统接地设计规范》中接地连接示意图。
图 1 接地连接示意图
2.1等电位连接
等电位连接是将厂区内各种金属构件、金属设施、金属管道、金属设备等导电物体用导线或导体实现导电连接，使各物体之间具有近似相等的电位。等电位连接减少了系统内各金属部件和各系统之间的电位差。无论是从防雷的角度还是从减小控制系统的共模干扰来看，都是十分有益的。
从图1可以看出，仪表自控系统在控制室内通过各接地线和接地汇流排来实现等电位连接。
2.2共用接地装置
仪表自控系统各接地部件实施等电位连接后，接地极的设置有单独接地和共用接地两种方式。单独接地是将仪表自控系统的安全接地接入电气接地网，而工作接地则采用“独立的”“干净的”接地极与大地相连。独立接地要求仪表工作接地极与电气接地极之间保持足够的极间间隔，防止电气接地极上泄放大电流时对仪表接地极产生干扰，而工程实际中要找到足够的接地施工空间是很难的。另外，不同接地极所在的大地之间可能因地电位不均等形成地回路，使仪表自控系统引入干扰。共用接地是将仪表自控系统的接地极与电气接地极共用。由于实现了等电位连接，各接地系统及金属导体相对于接地极的基准电位是一致的，这样减少了进入仪表自控系统的共模干扰。同时减少了接地极的数量，节省了设备和施工的费用。文献都明确提出仪表自控系统的各接地部件采用等电位连接后与电气共用接地装置，国内外诸多大型石化项目都已证明采用此接地方式的仪表自控系统都能安全稳定工作。
2.3分类汇总
从图1可以看出，接地联结由接地汇流排、接地汇总板及接地线组成。工作接地汇流排通过接地分干线接至工作接地汇总板。保护接地汇流排通过接地分干线接至保护接地汇总板。工作接地在工作接地汇总板之前不应与保护接地混接。若工作接地和保护接地过早相连，容易将保护接地回路中的干扰引入工作接地回路，影响仪表自控系统的正常运行。
3、接地方法
3.1保护接地
低于36V供电的现场仪表，可不做保护接地，但有可能与高于36V电压设备接触的除外。当安装在金属仪表盘柜上的仪表与已接地的金属仪表盘柜电气接触良好时，可不做保护接地。
3.2防静电接地
安装自控系统等设备的控制室、机柜室、过程控制计算机的机房，应做防静电接地。这些室内的导静电地面、防静电活动地板、工作台等应做防静电接地。已经做了保护接地和工作接地的仪表和设备，不必再做防静电接地。
3.3防雷接地
控制室内的所有金属结构、管道、支架、金属活动地板等应进行等电位连接，并采用导线或直接与接地连接体连接，以消除雷电对仪表自控系统的电容性耦合干扰。仪表电缆的选型和敷设应能使电缆具有双层屏蔽效果。电缆内层屏蔽和外层屏蔽的界定可参考文献。内外屏蔽层应全程电气导通，内屏蔽层一端接地，以消除雷电引起的电容性耦合干扰；外屏蔽层应至少两端接地，以消除雷电引起的电感性耦合干扰。浪涌保护器是保护仪表不受雷电电涌电流冲击的有效措施之一，但不应以设置浪涌保护器来代替防雷工程。浪涌保护器需接地，信号浪涌保护器的接地线接至机柜的工作接地汇流排，电源浪涌保护器的接地线接至配电柜的保护接地汇流排。
3.4回路接地
回路接地的原则是单点接地，防止不同接地点的地电位不均等形成地回路从而引入干扰。回路接地一般是在控制室侧机柜内将电源公共端接至机柜的工作接地汇流排上。对于需要在现场接地的现场仪表，应在现场侧通过仪表接地端子接至电气接地网。而需要在现场接地同时又要在控制室内接地的，应将两个接地点之间做电气隔离防止形成地回路。
3.5屏蔽接地
这里的屏蔽接地仅指屏蔽电缆的屏蔽层和排扰线的接地，原理上与防雷接地中的内屏蔽层相同。屏蔽接地的原则也是单点接地以消除电容性耦合干扰。屏蔽接地的做法与回路接地一致。屏蔽接地应保持屏蔽层的全程电气导通，当现场设接线箱时，屏蔽层需在接线箱内跨接。
3.6本安接地
因为隔离式安全栅不做本安接地，齐纳式安全栅需要做好接地措施才能满足本安要求，增加了设备和施工的费用，所以实际工程中普遍采用隔离式安全栅。
结束语：
仪表自控设计人员应深入研究标准规范，理解不同接地的抗干扰原理和实施方法，同时与电气、土建等相关专业密切沟通，正确合理地设计仪表自控系统接地，减少系统干扰，保证仪表系统安全可靠运行；避免因设计不合理造成仪表系统运行不稳定和安全事故。
参考文献：
[1]李涛，陈鹏，王华，等.HG/T20513-2014仪表系统接地设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014.
[2]叶向东，徐义亨，欧清礼，等.SH/T3164-2012石油化工仪表系统防雷设计规范[S].北京：中国石化出版社，2013.
[3]苏雪峰.仪表及控制系统接地设计工程评析[J].石油化工自动化，2012（8）：15-18.
论文作者:余乐
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/14
标签：仪表论文; 屏蔽论文; 自控论文; 系统论文; 电位论文; 防雷论文; 回路论文; 《基层建设》2019年第8期论文;