陳鵬飛，劉 波，汪 帥，曲國瑞

（中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東青島 266300）

1 接地的分類

1.1 保護接地

各種用電設(shè)備的金屬外殼正常情況下不帶電的金屬部分，由于非正?，F(xiàn)象的出現(xiàn)（如絕緣破壞）成為帶電體，而有可能使其帶有危險電壓，威脅人身安全和設(shè)備的安全運行，因此必須將金屬外殼和大地之間做好良好的連接叫保護接地。

1.2 工作接地

儀表及控制系統(tǒng)為了抗干擾，確保正常穩(wěn)定的運行，應(yīng)做的接地叫工作接地。

1.3 屏蔽接地

屏蔽接地也叫模擬接地，它的作用是防止外部高頻電磁干擾信號對設(shè)備內(nèi)部電路信號產(chǎn)生影響，把現(xiàn)場所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號精度。

2 干擾源及接地對抑制干擾的作用

隨著電動Ⅲ型儀表和分散控制系統(tǒng)（DCS）及自保邏輯控制系統(tǒng)（PLC）的應(yīng)用，干擾的來源主要有：①空間輻射的干擾。②信號線引入的干擾。③接地系統(tǒng)混亂的干擾。④儀表供電線路引入的干擾。⑤來自計算機系統(tǒng)內(nèi)部的干擾?？垢蓴_措施有隔離、屏蔽、雙絞線、濾波和接地等。

3 施工中的問題

施工中常會遇到一些接地問題，比如由于對有些接地方式對系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響認(rèn)識不夠，因而采用一些不規(guī)范或不符合要求的接地方式。下面舉例分析，并同正確接地方式進行對比。

3.1 系統(tǒng)串聯(lián)接地方式（圖1）

圖1 系統(tǒng)串聯(lián)接地方式

假設(shè)1#柜（盤）產(chǎn)生一個干擾電流I1，這個干擾電流經(jīng)r1，r2…rn流入大地，這樣在每個機柜（盤）的接地處就產(chǎn)生一個附加電位，如在 2#柜（盤）U=Ir1，在 n#盤為 U＝（Ir1+r2+…+rn－1），從而造成各柜（盤）間的基準(zhǔn)電壓不同，由于儀表接收的都是（4～20）mA系統(tǒng)信號，所以對測量影響很大（圖1a）。這在控制系統(tǒng)中是不允許的，而且這種干擾是隨機的，沒有辦法消除。正確接法見圖1b。各接地分干線到匯流銅板間盡量短，并且要求用截面積較大銅導(dǎo)線（一般25 mm2），這樣各柜到匯流板之間電阻很小，而且假如1#柜產(chǎn)生干擾電流I1，則在匯流板上形成的電壓U＝I1r1，要比串聯(lián)在各柜間產(chǎn)生的電壓小很多，而且各基準(zhǔn)電壓相同，如干擾是持續(xù)存在的，可通過經(jīng)驗法消除。

3.2 屏蔽層不接地

屏蔽層能防止電場的干擾，抑制共模干擾，但有時施工人員對屏蔽層接地認(rèn)識不夠，要求不嚴(yán)格，認(rèn)為不接地也可以起到抗電磁干擾作用，以下分析兩種情況。

（1）如導(dǎo)線1為信號干擾源，導(dǎo)線2對大地電阻可認(rèn)定是無窮大，且設(shè)有屏蔽層，當(dāng)屏蔽沒有接地時，屏蔽與信號干擾源有分布電容的存在（圖2）。在屏蔽層上會感應(yīng)有電壓es＝C1Se1（/C1S+CS），由于導(dǎo)線2與屏蔽層之間存在有電容C2S，在C2S上無電流存在，所以導(dǎo)線2感應(yīng)電壓ec＝es。

（2）如果把屏蔽層接地（圖3），es＝0，導(dǎo)線 2上感應(yīng)電壓也減小到接近于零。實際上導(dǎo)線一般總要引出屏蔽層，導(dǎo)線1和屏蔽的導(dǎo)線2之間有電容e2存在（如果屏蔽層為編織網(wǎng)，則導(dǎo)線1經(jīng)屏蔽層網(wǎng)孔而與導(dǎo)線2所形成的電容也包括在其中），導(dǎo)線2與地之間存在電容C2G，則在導(dǎo)線2的感應(yīng)電壓為 ec＝C12e1（/C12+C2G+C2S），當(dāng)導(dǎo)線 2 對地電阻為有限值時，且 R<<1/jω（C2G+C2S）時，耦合至導(dǎo)線 2的干擾電壓ec＝j(luò)ωRC12e1。因此采用屏蔽層后，應(yīng)該使 C1（2干擾源導(dǎo)線之間）大大減小，從而使干擾電壓ec大大減小。屏蔽層必須接地，否則對減小感應(yīng)電壓沒有效果。

圖2 屏蔽層未接地

圖3 屏蔽層接地

3.3 屏蔽在信號電纜的兩端同時接地

信號電纜在控制裝置之間的接地端應(yīng)為對地電容大的一端，因此信號電纜對地分布電容能相應(yīng)減少影響。通常在控制室側(cè)接地。有時屏蔽層室內(nèi)接地作好了，而室外一次表處由于電纜頭的屏蔽網(wǎng)沒有處理好，有同儀表外殼接觸而形成接地的現(xiàn)象，在絕緣性能較差大功率用電設(shè)備附近時一旦兩處接地形成較大電位差，屏蔽層內(nèi)便會形成回路，產(chǎn)生電流i，屏蔽層雖是金屬網(wǎng)，但仍有一定的電阻，而地電阻通常比它還小，因此便會有電位梯度在屏蔽層上形成，此處的電位梯度又會同信號導(dǎo)線與屏蔽層間的分布電容C1C2耦合到電路上去（圖4），這樣形成的干擾往往超過有用信號的許多倍，所以信號導(dǎo)線的屏蔽層必須單點接地。施工中，室外屏蔽網(wǎng)切斷處應(yīng)用塑料帶包好，可避免此現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.4 個別盤工作地造成浮地

圖4 同時接地屏蔽在信號電纜兩端

系統(tǒng)接地通常有浮地、直接接地和電容接地等3種方式。由于規(guī)模較大的DCS的浮地方式具有較大的分布電容，真正懸浮的實現(xiàn)是相當(dāng)?shù)牟蝗菀?。?dāng)基準(zhǔn)電位受干擾時，由于對地分布電容所形成的位移電流則會使控制系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)受到影響；當(dāng)增大該DCS的規(guī)模時，會使對地電容增大，位移干擾電流增加，而給系統(tǒng)引入干擾。因此，通常采取直接接地方式。以前遇到過這種情況，兩個儀表盤間的基準(zhǔn)零電位之間有幾伏的電位差，究其原因是施工中將其中一塊儀表盤的接地浮空，沒和接地匯流排接（圖5）。由于1#盤24 V負(fù)接地而2#盤沒接，這樣由于接地電阻的作用，如在A處形成電壓U1＝I1R，而B處U2為0，因此在AB間形成附加電流，從而對2#盤儀表形成共模干擾，造成測量精度下降。如果正確接地，則可避免產(chǎn)生這個共模干擾。

圖5 個別盤工作地造成浮地

3.5 特殊要求的屏蔽接地

有些儀表的屏蔽接地有特殊要求。如本特利的振動位移顯示儀表要求電纜屏蔽必須單獨接到該表指定接地點，而不能與其他電纜屏蔽接到一起。這樣可避免引入對測量造成影響的干擾信號。施工中必須注意這些儀表的接地方式的特殊要求。

3.6 接地電阻不滿足要求

對每套系統(tǒng)來說，保護接地、工作接地都有一個規(guī)定的接地電阻上限，如Foxboro的I/A系統(tǒng)，要求接地電阻<1 Ω。做接地體時必須滿足設(shè)計要求，而且還要考慮其他因素的影響，否則會影響系統(tǒng)的正常運行。某裝置發(fā)現(xiàn)過這樣問題，施工時接地電阻測試符合設(shè)計要求，但開車后一段時間，就出現(xiàn)了問題，最后分析原因，可能接地電阻不滿足要求，果然經(jīng)測試接地電阻不滿足要求，變大了。接地電阻受接地體所處土壤的環(huán)境、氣候變化和測試時天氣等環(huán)境的影響，如果在夏季施工，由于雨水大，接地電阻滿足要求，但到了秋、冬季，土壤干燥，接地電阻超過了設(shè)計值。所以施工中，一定考慮這些因素的影響，才能保證系統(tǒng)的正常運行。

4 注意事項

單獨設(shè)置接地體或與電力系統(tǒng)共用，接地體間垂直、水平距離>5 m，牢固連接與電氣專業(yè)低壓設(shè)備保護接地網(wǎng)上所接的保護接地，保護接地不能同防雷接地連接及串聯(lián)，接地線應(yīng)用多股線且需有絕緣層，接地電阻符合設(shè)計要求。儀表盤（箱，架）內(nèi)的保護接地應(yīng)各自接到相應(yīng)的母線上，接地干線與分線間應(yīng)彼此相互絕緣，并聯(lián)連接。

（2）屏蔽接地要求同一線路的屏蔽層應(yīng)有可靠的連續(xù)性，屏蔽層只能一端接地，大多在顯示儀表側(cè)接地，屏蔽層與地間電阻R≥5 MΩ。信號回路接地與公共點的連接，接地電阻以及與各接地極之間的距離應(yīng)符合設(shè)計要求，與其他各接地線之間的絕緣電阻R應(yīng)≥5 MΩ。本質(zhì)安全系統(tǒng)接地接到信號回路接地或單獨接地。

［1］華樹超，孫娜.基于電氣工程自動化的智能化技術(shù)應(yīng)用分析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012(26)：158.

［2］葉向東，揮春.SH/T308/－2003石油化工儀表接地設(shè)計規(guī)范［M］.北京：中國石化出版社，2004.