仪表和控制系统的接地、屏蔽

1 仪表和控制系统接地的作用

仪表和控制系统接地的作用有两个：一是安全，即保护人身安全和仪表及控制系统的安全；二是保障仪表和控制系统稳定、准确地运行，也就是保证信号通畅、抗御各种干扰。

2 仪表和控制系统接地的分类

根据上述接地目的，仪表和控制系统的接地可作如下分类。 2.1保护接地、静电接地

用电仪表的金属外壳及自控设备正常不带电的金属部分，由于各种原因（如绝缘破坏）而有可能带危险电压者，均应作保护接地。保护接地就是给危险电压提供一条通路，使之不经过人体。

针对危险电压，各国都有安全电压值的规定。有些国家规定为50V和25V，日本规定为60V，我国习惯采用36V和12V，有些规定采用36V。

绝缘体或高电阻体由于感应或摩擦等原因均可能造成电荷积聚。积聚的电荷可能对仪表和控制信号造成干扰，静电荷放电可能损坏仪表设备。为防止静电的危害，一方面采取措施抑制静电的产生，另一方面应采用接地的方法给静电提供宣泄的通路，使之不能积聚。已作保护接地的地方，即可认为已作了静电接地。 2.2工作接地

工作接地又可分为信号回路接地、屏蔽接地和本安接地。在仪表和控制系统中，信号分为隔离信号和非隔离信号，隔离信号一般可以不接地，非隔离信号需要建立一个公共参考点（一般为直流电源的负极）。同时，这种电路的共模抑制电压通常很小，为了减少由此引进的共模干扰，也需对此公共点实行接地。

屏蔽接地是用来降低电磁场干扰、电缆的屏蔽层、排扰线、电缆保护管、电缆槽等均应接地才能起到屏蔽作用。

本安接地是指齐纳安全栅的接地（隔离型安全栅采用了隔离保护技术，不必作专门的接地）。一般齐纳安全栅由直流24~30V供电，因此齐纳安全栅接地必须与直流电源公共端相连接。另一方面，为了实现对交流短路的保护，安全栅接地又必须与交流供电中线连接。 3 仪表和控制系统的接地方式 3.1单独接地

早期国内一些规定及某些DCS制造厂要求，仪表和控制系统的保护接地接入电气安全接地网，工作接地则采用独立的、干净的接地装置与大地相接，两种接地网之间距离至少保持5m。

此类接地虽在安全及抗干扰方面有一定作用，但由于地电位差的存在，仪表装置被雷电及浪涌电压损毁之事时有所闻，抗干扰能力也不佳，同时在紧凑布置的工业装置或控制室里，不同接地网络之间相距5m也是很难做到的。 3.2联合接地

某些规范及资料文件通常规定包括仪表系统在内的ITE（电子信息设备）和其他电气系统的接地系统连接在一起，形成联合接地（一点接地），并规定其接地电阻不应大于1Ω。

此类接地方式同样也存在抗干扰能力不理想的现象，尤其是对于雷电和浪涌的影响更显得无能为力。 3.3等电位接地

等电位网的主体设计应由电气专业负责。电气专业应把建筑物（或装置的金属结构、基础钢筋、金属设备、管道、进线配电箱、PE母排、接闪器引下线等）按照一定的要求连接起来，由一个公用的接地装置与大地连接，不但建筑物内实施等电位连接，全装置都应该等电位连接，相互有管道、电流信号联系的各装置也应该实现等电位连接。

当然，绝对的等电位是不可能的，只能实现近似的等电位，等电位近似的程度以及接地的效果与实施接地过程的各个环节有关。

IEC标准明确规定信息技术装置功能接地和保护接地通过等电位连接和用接地。我国国家标准GB50174-93也规定电子计算机系统的接地应采用单点接地并且采用等电位方式。

综上所述，等电位接地对于保证人员及设备安全，抵抗干扰有明显的优越性，仪表和控制系统接地宜采用等电位方式。 4 接地连接方法

4.1现场仪表设备接地连接方法

对于现场36V以上供电的仪表外壳及现场仪表电缆槽，仪表电缆保护管每隔30m用接地连接线与就近的金属构件相连，并应保证其接地的可靠性及电气连续性。

现场仪表的工作接地一般应在控制室实施，见图1。若被要求或必须在现场接地的则在现场接地，见图2。若被要求或必须在现场接地，同时也要将控制室 接收仪表接地的，应将两个接地点作电气隔离，见图3。

4.2控制室仪表设备接地连接方法

●控制室集中安装仪表的自控设备（仪表柜、台、盘、架、箱）内应分类设置保护接地汇流排、信号回路和屏蔽接地汇流排和安全栅汇流条。各仪表设备的保护接地端子、信号和屏蔽接地端子通过各自的接地连接线分别接到保护接地汇流排和工作接地汇流排、齐纳安全栅安装在安全栅汇流条上，见图4。

●各类接地汇流排经各自的接地分干线分别接至保护接地汇总板和工作接地汇总板。

●齐纳式安全栅的每个汇流条（安装轨道）两端分别用接地分干线接到工作接地汇总板。这里采用两根接地分干线既可提高接低的可靠性又可断开其中一根，测量接地连接电阻，见图4。

●保护接地汇总板和工作接地汇总板经过各自的接地干线接到总接地板，见图5。

●用接地总干线将总接地板接至接低级，见图6（电气专业）。

4.3与电气装置合用接地装置并实现等电位连接

与电气装置合用接地装置的等电位连接，就是除电源中线一次接地外，其他

各种接地分类汇总后接到各建筑物层面的总接地板上，总接地板通过接地总干线与接地极相连，见图7（电气专业）。

5连接电阻、对地电阻和接地电阻 5.1连接电阻

从仪表设备的接地端子到总接地板之间导体及连接器电阻之和，即接地连接通路的电阻的总和称为连接电阻。

ISA及IEC的规定，国内有关标准规定，连接电阻推荐为不大于1Ω。 5.2接地电阻

●接地极的电位与通过接地极流入大地的电流之比称为接地极对地电阻； ●接地极对地电阻和总接地板、接地总干线及接地总干线两端的连接点电阻之和称为接地电阻；

仪表和控制系统的接地电阻即为电气专业低压配电系统接地装置的接地电阻。一般不应大于4Ω。

因为等电位接地士多点连接，即建筑物钢筋、地下金属管道、电缆金属外皮都与大地接触，也是接地极系统的一部分，因此4Ω的数值是不难做到的。

在等电位接地系统里，人们更加应该重视的是连接电阻。因为连接电阻的数值决定等电位程度的优劣。连接电阻小，意味着等电位程度高。