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接地知識
辰竹學堂 | 掌握好儀表系統的接地知識,輕松減少故障和誤差 2020-03-10 辰竹學堂 | 掌握好儀表系統的接地知識,輕松減少故障和誤差 1390

儀表系統的接地目的是什么?

如何正確接地減少故障和誤差?

那么,又有哪些系統接地?


儀表系統中6種不同類型的接地

接地系統指將接地導線、接地連接導體、接地匯流排、接地板、接地裝置等連接在一起的網絡。


在一個接地系統中,存在各種不同類型的接地。

保護接地:為了人身安全和電氣設備安全而設置的接地。

工作接地:儀表信號或直流電源與公共電位參考點的連接

屏蔽接地:為實現電場、電磁場屏蔽功能對電纜屏蔽層或屏蔽體所做的接地

防靜電接地:用于泄放靜電所做的接地

防雷接地:用于泄放雷電流的接地

本安接地:使用齊納式安全柵,需要進行本安接地

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圖1. 接地系統示意圖


如何處理不同類型的接地


一、分類匯總

在一個系統中,不同類型的地,最終都連接到同一個接地網絡。但是不同類型的地,不能因為其在物理空間上臨近而就近連接,而是要分類匯總,采用“梳狀”接地方式。猶如百川,雖然最終都要匯入大海,但是不同類型的水,如干凈的水、污水、洪水……,在其匯入江、海之前,不應混在一起。

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圖2. 儀表接地系統示意圖


如圖2中儀表系統的接地示意圖,在同一個控制柜內,有工作接地和保護接地,兩個地在柜內沒有直接相連,而是分別匯總到各自對應的接地匯總板上,再連接到總接地板。


二、不推薦獨立接地系統

不推薦使用獨立接地系統,除非兩個系統之間無任何連接,否則當發生雷擊時,兩個地之間出現很高的電位差,易引起絕緣擊穿、設備損壞。

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圖3. 獨立接地存在的問題


三、關注接地電阻

在保證合理的接地架構后,再關注接地連接電阻。

接地電阻一般分為兩部分:

  • 接地點到總接地裝置之間的連接電阻;

  • 接地裝置與大地之間的電阻。一般所說的接地電阻包含連接電阻和接地極電阻。石油化工儀表接地規范中,要求總接地電阻≤4Ω,接地連接電阻≤1Ω。


關于本安接地


為什么齊納式安全柵需要本案接地?

齊納式安全柵是串聯在信號回路中的,如果安全側發生故障,故障能量可能竄入危險側,引起爆炸事故。進行本安接地后,在安全側形成故障回路(如上圖中紅色線所示),避免故障能量進入危險側。

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圖4. 本安接地示意圖


齊納式安全柵和隔離式安全柵的區別

隔離式安全柵,安全側和危險側是隔離的,所以不需要本安接地。


屏蔽接地的3點注意事項


一、合理使用隔離器

如果信號回路兩端都不可避免都要接地,則需要用隔離器將兩點接地隔離開。

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二、雙層屏蔽電纜的內層屏蔽

合理的屏蔽可以有效減少電場、電磁場引起的干擾。對于內層屏蔽,一般在機柜側單點接地,應避免內層屏蔽兩端接地,以免產生接地回路,引起低頻干擾(兩端地電位不平衡引起的干擾)。


三、雙層屏蔽電纜的外層屏蔽

電纜外層屏蔽,一般采用兩端接地方式(有條件的話可以采用多點接地方式),這樣能有效避免高頻信號的干擾,如雷電感應過電壓干擾。


電纜的外部鎧裝也需要接地,如不接地,當發生雷擊引起地電位抬升時,可能對鎧裝金屬發生放電,從而造成電纜受損

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圖5. 屏蔽接地


如圖5所示,左側電纜為帶鎧裝(穿管)的單層屏蔽電纜,右側為雙層屏蔽電纜。


左側電纜鎧裝(穿管)層接現場的保護地,內層屏蔽在現場側不接地,通過接線端子連接到右側電纜的內屏蔽層,然后在機柜側單端接工作地。右側電纜外屏蔽層則在現場側和機柜側兩端同時接保護地。


新版石油化工儀表接地規范中,還提出了儀表系統網型接地方式,如圖6。采用這種網型接地方式,可以使得整個接地架構更“扁平化”。

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圖6. 網型接地示意圖


在網型接地架構中,同一機柜內的保護接地和工作接地直接就近連接到網型接地排即可,不必將保護接地和工作接地分別匯總到保護接地匯總板和工作接地匯總板。

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圖7. 控制柜網型接地示意圖


新版石油化工儀表接地規范注釋

為了更加規范石油化工儀表接地設計,根據工信廳科[2015]115號文要求,規范編制組結合規范執行和實際工程的實踐經驗,參考有關國際標準和國內、外標準,在廣泛征求意見的基礎上,針對SH/T 3081-2003 《石油化工儀表接地設計規范》進行了修訂,SH/T 3081-2019《石油化工儀表接地設計規范》,2020年1月1日起實施。


5類電源系統的接地形式

電源系統,一般有以下五種接地形式,TN-C,TN-S,TN-C-S,TT,IT。

前面的2個字母:

第1個字母表示電源系統接地情況:T表示直接接地,I表示不接地或經高阻抗接地。

第2個字母表示裝置外露導電部分的接地情況:N表示通過電源接地點接地,T表示不通過電源接地點,直接接大地。

后面的字母:

C(combination)表示N和PE合在一起。

S(separation)表示N和PE分開。


在電源系統中,中性線N是有電流流過的,當三相電壓不平衡時,中性線上是會有電壓的。


TN-C系統,N和PE合在一起,這種方式安全性不高,不適合長期有人活動的場所。

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TN-S系統,N和PE分開,N線上有電流,而PE線上是沒有電流的,因此安全性較高。在TN-S系統中,N和PE僅在變壓器中性點處連接在一起,不允許N重復接地,而PE是允許重復接地的。

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TN-C-S系統,即前半部分采用TN-C系統,后半部分采用TN-S系統,兼顧成本和安全性,也是比較常見的。

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TT系統,電源側和裝置側各自接地,相比TN-S系統而言,少用了一根PE線,因此成本較低,但是當發生相與地短路故障時,因為接地電阻比較大,故障電流較小,回路上的過流保護裝置(熔斷器、斷路器)可能不會動作,不能及時切除故障。但是TT系統相比TN系統,當某一裝置發生接地故障時,故障電壓不會沿著PE或PEN線傳導到其他裝置。所以在不方便做等電位連接的戶外裝置,較多采用。

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IT系統,發生(一相)接地故障時,由于電源端沒有接地,所以不能形成故障電流回路,其故障電流很小,對地故障電壓低,不會引起人身安全事故,而且不會切斷電源,因此適用于對供電不間斷要求較高的電氣裝置。但是由于沒有中性線,無法引出單相(220V)電源,只能接3相用電設備。

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