詳細(xì)剖析DCS系統(tǒng)接地知識(shí)

本期導(dǎo)語

前段時(shí)間，我們推送了一篇《【工作接地、保護(hù)接地、保護(hù)接零和重復(fù)接地】暈了？看完本文豁然開朗！》一文。

今天這一期，我們來講DCS接地的知識(shí)。DCS合理、可靠的系統(tǒng)接地，是DCS系統(tǒng)非常重要的內(nèi)容。為了保證DCS系統(tǒng)的監(jiān)測控制精度和安全、可靠運(yùn)行，必須對(duì)系統(tǒng)接地方式、接地要求、信號(hào)屏蔽、接地線截面選擇、接地極布置等方面，進(jìn)行認(rèn)真統(tǒng)籌考慮。

一、DCS系統(tǒng)接地的基本要求

DCS系統(tǒng)接地是為了保證當(dāng)進(jìn)入DCS系統(tǒng)的信號(hào)、供電電源或DCS系統(tǒng)設(shè)備本身出現(xiàn)問題時(shí)，有效的接地系統(tǒng)能承受過載電流并可以迅速將過載電流導(dǎo)入大地。接地系統(tǒng)能夠?yàn)镈CS提供屏蔽層，消除電子噪聲干擾，并為整個(gè)控制系統(tǒng)提供公共信號(hào)參考點(diǎn)（即參考零電位）。

當(dāng)接地系統(tǒng)發(fā)生問題時(shí)(接地電阻過大，多點(diǎn)接地，接地線斷線或接地線與高電壓、大電流設(shè)備相接觸等)，會(huì)造成人員的觸電傷害及設(shè)備的損壞，據(jù)了解，有些DCS系統(tǒng)經(jīng)常“死機(jī)” (或不明原因的“死機(jī)”)，大多是因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)不良或存在問題所引起的。因此，完善、可靠、正確的接地，是DCS系統(tǒng)能夠安全、可靠和良好運(yùn)行的關(guān)鍵。

二、DCS接地分類

在一般情況下，DCS控制系統(tǒng)需要兩種接地：保護(hù)地和工作地（邏輯地、屏蔽地等）。對(duì)于裝有安全柵防爆措施的系統(tǒng)如化工行業(yè)所用的系統(tǒng)，還要求有本安地。

2.1保護(hù)地（CG，CabinetGrounding）

是為了防止設(shè)備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護(hù)措施。DCS系統(tǒng)所有的操作員機(jī)柜、現(xiàn)場控制站機(jī)柜、打印機(jī)、端子柜等均應(yīng)接保護(hù)地。保護(hù)地應(yīng)接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻小于4Ω。

2.2邏輯地

也叫機(jī)器邏輯地、主機(jī)電源地，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負(fù)5伏、正負(fù)12伏的負(fù)端。需要接入公共接地極。

2.3屏蔽地（AG，AnalogGrounding）

也叫模擬地，它可以把現(xiàn)場信號(hào)傳輸時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號(hào)精度。DCS系統(tǒng)中信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地。線纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾。鎧裝電纜的金屬鎧不應(yīng)作為屏蔽保護(hù)接地，必須是銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層接地。接入公共接地極。

2.4本安地

應(yīng)獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)，接地電阻≤4Ω。本安地的接地系統(tǒng)應(yīng)保持獨(dú)立，與廠區(qū)電氣地網(wǎng)或其它儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)的距離應(yīng)在5m以上。

三、DCS系統(tǒng)接地方式

1

利用電氣接地網(wǎng)作為DCS接地網(wǎng)，即與電氣接地網(wǎng)共地；

2

設(shè)DCS系統(tǒng)專用獨(dú)立的接地網(wǎng)；

3

設(shè)DCS專用接地網(wǎng)，經(jīng)接地線、再接至電氣接地網(wǎng)。

由于第三種接地方式與第二種接地方式有較多相同處，過去，計(jì)算機(jī)或DCS系統(tǒng)曾經(jīng)較多的采用過專用的接地網(wǎng)。但這種接地方式存在的缺點(diǎn)是：占地面積太大，投資高，電纜及接地網(wǎng)鋼材耗量大，距廠房有相當(dāng)?shù)木嚯x(因不易在廠房內(nèi)找到合適的位置)，管理、維護(hù)、測量及查找接地極和接地線不方便，且效果不甚良好。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行表明，設(shè)置專用的DCS接地網(wǎng)是既困難又不安全的。

四、對(duì)公共接地極（網(wǎng)）的要求

1

當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)對(duì)地分布電阻≤4Ω時(shí)，可將廠區(qū)電氣接地網(wǎng)當(dāng)著DCS系統(tǒng)的公共接地極（網(wǎng)）。

2

當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)接地電阻較大或雜亂時(shí)，應(yīng)獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)，即為DCS系統(tǒng)的公共接地極（網(wǎng)）。

3

沒有本安地接入的公共接地極（網(wǎng)）的對(duì)地分布電阻小于4Ω；有本安地的小于1Ω。接地總干線的線路阻抗小于0.1Ω。

4

接地極周圍15米內(nèi)無避雷地的接入點(diǎn)，8米內(nèi)無30KW以上的高低壓用電設(shè)備外殼的接入點(diǎn)。當(dāng)現(xiàn)場無法滿足該條件時(shí)，防雷保護(hù)地通過避雷器/沖擊波抑制器與公共接地極的主干線相連。電焊地切勿與公共接地極及其接地網(wǎng)搭接在一起，二者應(yīng)距離10米以上。

五、DCS系統(tǒng)的接地原則

1、DCS系統(tǒng)設(shè)置的接地裝置

1.1操作臺(tái)、打印臺(tái)、服務(wù)器柜：設(shè)有保護(hù)地螺釘。

1.2繼電器柜、UPS柜、配電柜：設(shè)有保護(hù)地螺釘。

1.3DCS的I/O機(jī)柜：設(shè)有屏蔽接地匯流排，保護(hù)地螺釘，系統(tǒng)地(+24V地)懸浮。

1.4儀表柜、手操盤臺(tái)：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，保護(hù)地螺釘。

1.5安全柵柜：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，本安地接地匯流排，保護(hù)地螺釘。

2、信號(hào)屏蔽及其接地

根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求，計(jì)算機(jī)或DCS系統(tǒng)信號(hào)電纜的屏蔽層不得浮空，必須接地，其接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定：

2.1當(dāng)信號(hào)源浮空時(shí)，屏蔽層應(yīng)在計(jì)算機(jī)側(cè)接地；

2.2當(dāng)信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)源側(cè)接地；

2.3當(dāng)放大器浮空時(shí)，屏蔽層的一端與屏蔽罩相連，另一端宜接共模地(當(dāng)信號(hào)源接地時(shí)，接信號(hào)地。當(dāng)信號(hào)源浮空時(shí)接現(xiàn)場地)；

2.4當(dāng)屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分?jǐn)嗷蚝喜r(shí)，應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。

六、DCS系統(tǒng)接地降低土壤電阻率的方法

1

改變接地體周圍的土壤結(jié)構(gòu)。在接地體周圍的土壤2～3m范圍內(nèi)，摻入不容于水的、有良好吸水性的物質(zhì)，如木炭、焦碳煤渣或礦渣等，該法可使土壤電阻率降低到原來的1/5～1/10。

2

用食鹽、木炭降低土壤電阻率用食鹽、木炭分層夯實(shí)。木炭和細(xì)摻勻?yàn)橐粚?，約10～15cm厚，再鋪2～3cm的食鹽，共5～8層。鋪好后打入接地體。此法可使電阻率降至原來的1/3～1/5。但食鹽日久會(huì)隨流水流失，一般超過兩年就要補(bǔ)充一次。

3

用長效化學(xué)降阻劑。用長效化學(xué)降阻劑方法可使土壤電阻率降至原來的40%。

七、DCS系統(tǒng)接地材料及要求

1.接地體與接地網(wǎng)干線的材料要求

接地體和接地網(wǎng)干線所用鋼材規(guī)格可按下表選用，若接地電阻滿足不了要求時(shí)，也可選用銅材。如果接地體和接地網(wǎng)干線安裝在腐蝕性較強(qiáng)的場所，應(yīng)根據(jù)腐蝕的性質(zhì)采取熱鍍鋅、熱鍍錫等防腐措施或適當(dāng)加大截面。

2.接地連線要求

DCS系統(tǒng)的保護(hù)地和屏蔽地連線應(yīng)使用銅芯絕緣電線或電纜連接到廠區(qū)電氣專用接地網(wǎng)或接地體上。當(dāng)接地連線距離較長、DCS系統(tǒng)對(duì)接地電阻要求較高或接地干線分接的支線數(shù)量較多時(shí)，宜選用表中截面較大的電線電纜。

八、現(xiàn)場接地常用注意事項(xiàng)

1.現(xiàn)場控制站

接地螺絲因機(jī)柜本體與底座間有膠皮形成絕緣，屏蔽地匯流排與底座間絕緣，現(xiàn)場控制站必須按規(guī)定做好接地處理。即分別接至現(xiàn)場控制站接地匯流排上。I/O柜的電源地與UPS的電源地必須接至同一個(gè)地，保證等電位。

2.各個(gè)硬件設(shè)備

操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器主機(jī)、系統(tǒng)顯示器等采用外殼接地或直接將電源地線連接至電氣接地網(wǎng)。

3.I/O組件

模擬量模件的40端即直流24伏的負(fù)端接至邏輯地匯流排上，邏輯地匯流排接至屏蔽地，再接入總接地匯流排。

4.屏蔽地

現(xiàn)場控制站的保護(hù)地應(yīng)從機(jī)柜下方的接地螺釘接至接地分干線,現(xiàn)場控制站的屏蔽地應(yīng)從接地匯流排接至公共連接板。

5.接地電阻測試

接地系統(tǒng)的電阻必須進(jìn)行測試，以保證接地能滿足控制系統(tǒng)制造商的要求。

九、接地的施工規(guī)范要求

1

用電儀表的外殼、儀表盤、柜、箱、盒和電纜槽 、保護(hù)管、支架、底座等正常不帶電的金屬部分，由于絕緣破壞而有可能帶危險(xiǎn)電壓者，均應(yīng)做保護(hù)接地。對(duì)于供電電壓不高于36V的就地儀表、開關(guān)等，當(dāng)設(shè)計(jì)文件無特殊要求時(shí)，可不做保護(hù)接地。

2

在非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的金屬盤、板上安裝的按扭、信號(hào)燈、繼電器等小型低壓電器的金屬外殼，當(dāng)與已接地金屬盤、板接觸良好時(shí)，可不做保護(hù)接地。

3

儀表保護(hù)接地系統(tǒng)應(yīng)接到電氣工程低壓電氣設(shè)備的保護(hù)接地網(wǎng)上，連接應(yīng)牢固可靠，不應(yīng)串聯(lián)接地。

4

保護(hù)接地的接地電阻值,應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件規(guī)定。

5

在建筑物上安裝的電纜槽及電纜保護(hù)管，可重復(fù)接地。

6

儀表及控制系統(tǒng)應(yīng)做工作接地，工作接地包括信號(hào)回路接地和屏蔽接地，以及特殊要求的本質(zhì)安全電路接地，接地系統(tǒng)的連接方式和接地電阻值應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件規(guī)定。

7

儀表及控制系統(tǒng)的信號(hào)回路接地、屏蔽接地應(yīng)共用接地裝置。

8

各儀表回路只應(yīng)有一個(gè)信號(hào)回路接地點(diǎn)，除非使用隔離器將兩個(gè)接地點(diǎn)之間的直流信號(hào)回路隔離開。

9

信號(hào)回路的接地點(diǎn)應(yīng)在顯示儀表側(cè)，當(dāng)采用接地型熱電偶和檢測元件已接地的儀表時(shí)，不應(yīng)再在顯示儀表側(cè)接地。

10

儀表電纜電線的屏蔽層，應(yīng)在控制室儀表盤柜側(cè)接地，同一回路的屏蔽層應(yīng)具有可靠的電氣連續(xù)性，不應(yīng)浮空或重復(fù)接地，不應(yīng)再在顯示儀表策接地?，F(xiàn)場儀表端電纜的屏蔽層不得露出保護(hù)層外。

11

當(dāng)有防干擾要求時(shí)，多芯電纜中的備用芯線應(yīng)在一點(diǎn)接地，屏蔽電纜的備用芯線與電纜屏蔽層，應(yīng)在同一側(cè)接地。

12

儀表盤、柜、箱內(nèi)各回路的各類接地，應(yīng)分別由各自的接地支線引至接地匯流排或接地端子板，由接地匯流排或接地端子板引出接地干線，再與接地總干線和接地極相連。各接地支線、匯流排或接地端子板之間在非連接處應(yīng)彼此絕緣。

13

接地系統(tǒng)的連接應(yīng)使用銅芯絕緣電線或電纜，采用鍍鋅螺栓固定，儀表盤、、柜、箱、內(nèi)的接地匯流排應(yīng)使用銅材，并有絕緣支架固定。接地總干線與接地體之間應(yīng)采用焊接。

14

本質(zhì)安全電路本身除設(shè)計(jì)文件有特殊規(guī)定外，不應(yīng)接地。當(dāng)采用二極管安全柵時(shí)，其接地應(yīng)與直流電源的公共端相連。

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防靜電接地應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件規(guī)定，可與設(shè)備、管道和電氣的防靜電工程同時(shí)進(jìn)行。

16

接地連線應(yīng)采用多股絞合銅芯絕緣電線或電纜，采用鍍鋅或銅螺栓連接，接地匯流排應(yīng)使用銅材，并由絕緣支架固定。

17

接地線的截面積應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件和制造廠的規(guī)定，當(dāng)設(shè)計(jì)文件和制造廠無規(guī)定時(shí)，接地連線應(yīng)大于2mm2，接地分干線應(yīng)大于6mm2，接地干線應(yīng)大于20mm2，接地總干線應(yīng)大于30mm2。

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接地總干線與接地體之間應(yīng)采用焊接。埋地的接地干線可用有效截面積相同的熱鍍鋅扁鋼或圓鋼進(jìn)行焊接。接頭可采用搭接，扁鋼搭接長度為寬度的2倍，園鋼為直徑的6倍，接觸應(yīng)良好，連接應(yīng)牢固，焊接處應(yīng)做防腐處理。

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接地電阻值應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件和制造廠的規(guī)定，如設(shè)計(jì)文件或制造廠未規(guī)定時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：

a、儀表系統(tǒng)保護(hù)接地電阻值一般為4Ω，最高不宜超過10Ω。當(dāng)設(shè)置有高靈敏度接地自動(dòng)報(bào)警裝置或接地自動(dòng)切斷裝置等情況時(shí)，接地電阻值可大于10Ω，但應(yīng)在100Ω以內(nèi)，當(dāng)設(shè)置有防雷系統(tǒng)時(shí)，接地電阻不應(yīng)大于1Ω；

b、屏蔽接地和工作接地應(yīng)在10Ω以內(nèi)；

c、本質(zhì)安全回路接地和其它儀表接地電阻應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)文件的要求；

d、DCS、PLC、PCS系統(tǒng)接地電阻應(yīng)小于4Ω；

e、接地板之間的距離應(yīng)大于5m。

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接地系統(tǒng)施工時(shí)，應(yīng)及時(shí)作好隱蔽工程記錄。