常见仪表接地与抗干扰方式

1、设备正确的接地方式主要内容 术语 接地的作用 接地必须具备哪些条件 附录术语接地导体: 用于连接到地面接地接地 导体导体接地接地电极电极术语接地: 一个物体通过接地导体连接到地面 .接地导体接地导体接地电极接地电极术语Ground conductor接地代表符号: =接地的作用 保护生命安全 避免设备损坏 电子系统的接地可确保操作人员的人生安全以及防止设备出现故障时被损坏 触电!损坏!接地必须具备的条件 低大地阻抗 使用接地的电源插座 使用接地电源线 1.1 如表格所示，电压与大地阻抗应符合以下条件如表格所示，电压与大地阻抗应符合以下条件 .1.2 如右上图所示，您可以使用地阻测试仪进行测如右

2、上图所示，您可以使用地阻测试仪进行测试试。 1.3 如果没有地阻测试仪，请联系您的电源设备供如果没有地阻测试仪，请联系您的电源设备供应商。应商。接地需求的必备条件 低大地阻抗电压电压(V)大地阻抗大地阻抗(Rg)V 150Rg 100W W151V300Rg 50W WRg接地需求的必备条件2.使用接地的电源插座 2.1 一个普通的电源插座应包括火线连接，一个普通的电源插座应包括火线连接，中性中性线线（零线）（零线）连接以及接地连接。连接以及接地连接。中性中性线线火线火线地地线线测量步骤测量步骤:将万用表开关设置为将万用表开关设置为ACV模式（交流压）并且选择模式（交流压）并且选择20V 1.

3、将一端插入将一端插入中性中性线（零线），另一端插入地线。线（零线），另一端插入地线。2.2中中性性线（零线）连接和接地连接的电压差距必须少于线（零线）连接和接地连接的电压差距必须少于1V .中性中性线线地线地线接地需求的必备条件2. 使用接地的电源插座使用接地的电源插座测试步骤测试步骤:将万用表的开关设置到将万用表的开关设置到 W W 并且选择并且选择 200. .1.将电源线一端插入插座的将电源线一端插入插座的中性中性线（零线）的位置，将另一端插入地线位置线（零线）的位置，将另一端插入地线位置2.使用接地的电源插座使用接地的电源插座2.3中性中性线（零线）和线（零线）和地地线的电阻差距必须少

4、于线的电阻差距必须少于 5W W.接地需求的必备条件零线零线地线地线3.1一条普通的接地电源线包括火线，中性线（零线）和地线。接地需求的必备条件 使用接地电源线地线接地需求的必备条件 使用接地电源线3.2将地线一端插入电源插座的接地连接位置，另一端插入设备无遮蔽的相应金属部分。电源线的接地导体电源线的接地导体接地接地接地需求的必备条件 使用接地电源线3.3地线不能被损坏地线不能被损坏 .地线导体不能被损坏地线导体不能被损坏接地需求的必备条件使用接地电源线3.4 设备的金属部分与地面的电压差距必须少于设备的金属部分与地面的电压差距必须少于1V 测试步骤测试步骤:将万用表开关设置为将万用表开关设置

5、为ACV模式（交流压）模式（交流压）并且选择并且选择200V 将一端插入设备的金属部分，另一端接地将一端插入设备的金属部分，另一端接地 附录 电源是怎样传输到用户房屋 触电 接地不良电源是怎样传输到用户房屋触电Rk: 人体阻抗Rf/2: 人体接地阻抗Ra: 设备接地阻抗Rb: 系统接地阻抗Vs: 电源Vk: 因人而异Ik: 通过人体的电流绝缘失败绝缘失败1. 公式:V = I * R2. 条件:Ra, Rb 和Rf/2 要比Rk小很多! ( Ra, Rb 和 Rf/2 Rk )触电事件 1: 设备的金属部分没有接地，但人和地面绝缘，则不会发生触电。事件2: 设备的金属部分没有接地，若人已接地，

6、则会触电。触电触电事件3: 设备的金属部分是接地状态，人与地面绝缘，则不会发生触电。触电事件 4: 设备的金属部分接地，人也接地，则不会发生触电情况。备注2: 即使电流通过人体，但是太小而不会对人体造成伤害。备注1: Ra, Rb 和Rf/2 比Rk小很多! ( Ra, Rb 和 Rf/2 Rk )接地不良 KM0432 和 KA9120 被毁坏!AC220V控制系统接地工程的设计1 接地系统的基本概念1.1 概述 从电气特性来看，自然界的土壤地层有两大特性：导电 导电率为10-3至10-1s/m，相对介电系数为5至15，介于良导体和绝缘体之间；具有无限大的容电量 因导电，故可将用电设备和地之

7、间组成电气连接；又因为具有无限大的容电量，故就可以把土壤地层理解为等电位点或等电位面，成为电路或系统的基准电位。 接地的作用有二：接地的作用有二： 1 1）保护设备和人身安全保护设备和人身安全，如保护地、防雷地、本安地、防静电，如保护地、防雷地、本安地、防静电地等；地等； 2 2）抑制干扰抑制干扰，即为信号电压或系统电压提供一个稳定的电位参，即为信号电压或系统电压提供一个稳定的电位参考点。如工作地、屏蔽地、模拟地、数字地等。考点。如工作地、屏蔽地、模拟地、数字地等。 上述的各种接地名称，都是按上述的各种接地名称，都是按接地的用途接地的用途命名的。同一个接地装命名的。同一个接地装置往往具有多个接

8、地用途。置往往具有多个接地用途。 接地系统在概念和技术上，近十年发生了很大的变化，其中接地系统在概念和技术上，近十年发生了很大的变化，其中最重要的转变是：最重要的转变是： 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，特别是从独立接地到采用共用接地网实行结构兼顾接地电阻值，特别是从独立接地到采用共用接地网实行等电等电位连结位连结方式的转变。方式的转变。 等电位连接就是将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或等电位连接就是将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或浪涌保护器连接起来，以减小雷电流或其它干扰电流在它

9、们之间产生浪涌保护器连接起来，以减小雷电流或其它干扰电流在它们之间产生的电位差。的电位差。 据查证，世界上最早提出等电位接地方式的是我国在1958年建设人民大会堂时采用的笼式接地网，比起英国GOLDE在雷电一书中提及要早十八年。但在标准中出现等电位接地是1999年的“IEC 61312-2”，我国是从2000年才开始出现在各类标准中。1.2 接地系统的结构 从工业应用的角度来看，目前控制系统通常有两种接地方式： 1）单独接地 这种接地方式是将控制系统的保护接地接入电气安全接地网，工作接地采用独力的、“干净的”接地装置与大地相接。 由于在一段电源保护地线的两点间会有数毫伏，甚至几伏的电位差。这对

10、低电平信号电路来说，是一个非常严重的干扰，因此控制系统的工作地不要和保护接地在柜内就混用。 2）共用接地 等电位联结是以等电位观点为主体思想的多点连接，即设备和装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接。其中包括结构纲筋、金属设备、管道等，进而和接地极相连。所谓多点是指建筑物基础钢筋、地下金属管道、埋地电缆的金属外皮都成为很好的接地极。 和单独接地相比，采用共用接地网实行等电位联结有如下的特点： 1）如在爆炸危险场所，因电气设备故障或雷击会形成建筑物不同部位地电位差的存在，这时如意外地连接不同地点的设备会产生电火花引起爆炸或损坏设备，无法保障人身和控制系统的安全。如采用等电位联结，由于建筑物各

11、处均为等电位，从而就可减小或避免这种危险的发生。 2）由于建筑物各处均为等电位，减小了进入控制系统电子线路的共模干扰。 3）实施方便。如果电气专业已把全厂的地下管道、地下结构、接地体连成一个统一的接地网时，此时控制系统再单独接地并要求其接地网和电气接地网相距至少5m，和建筑物防雷地相距至少20m这很难做到。 4）规范标准对等电位联结接地要求接地联接（Bonding）电阻，即接地通路（Path）的电阻总和不大于1欧姆；对控制系统一般规范标准规定不大于4欧姆。这两个数值是不难做到的。1.3 S型接地系统和M型接地系统 采用共用接地网实行等电位连接的网络有S型和M型两种结构形式。1) S型接地系统

12、S型等电位连接网络仅通过唯一的一点（ERP）组合到接地系统中去。 特点：电缆平行敷设，无感应环路；但组件间要绝缘。 S型也称星型或树型。 ERP接地网机柜仪表及控制系统S型接地连接 （一）TN-S制中的PE线仪表及控制系统S型接地连接 （二）TN-S制中的PE线电子信息设备机房S 型等电位连接网络示意图 2) M 型接地系统 M 型等电位连接网络是通过多点连接组合到接地系统中去。此时，各金属组件不应与共用接地系统各组件绝缘。 M 型等电位接地网络宜用于延伸较大的开环系统，而且在设备之间敷设许多线路和电缆，以及设施和电缆从若干处进入该信息系统。 在复杂系统中，可以将S型和M型两种等电位连接网络组

13、合在一起。接地网机柜M型（网格式）接地方式的例子PEPEPE配电箱等电位接地网机柜接地汇流排电子信息设备机房M 型等电位连接网络示意图1.4 接地系统的耦合1）串联接地和耦合 串联接地因各电路的地电流在地线阻抗以及连接阻抗会引起各电路间的耦合，所以会产生干扰，故要避免使用。VA=（I1+I2+I3）R1；VB=VA+（I2+I3）R2；VC=VB+I3 R3。 对应在工程中，不宜将控制柜的接地汇流排实行串联接地。电路1电路2电路3I3I2I1I2+I3I1+I2+I3ABCR1R2R32 ）并联接地和分类汇总 并联接地可以减少因地电流引起电路间的耦合。所以在有关接地的标准里，强调要“分类汇总”

14、。汇总点离和地的接入点愈近与好。V1=I1RI+VA；V2=I2R2+VA；V3=I3R3+VA；VA=（I1+I2+I3）R4。 如果R4代表接地电阻，因为是公共阻抗，为减小耦合，显然是愈小愈好。电路1电路2电路3R1R2R3I1I2R3R4A1.5 工频接地电阻和冲击接地电阻-接地电阻的频率特性 由于流入地中的电流错综复杂，有工频电流，也有雷击时的脉冲电流，所以接地电阻按其用途一般有工频接地电阻和脉冲接地电阻之分。它们之间的换算关系为：Ra=ARi 式中：Ra-工频接地电阻（欧姆）； A-换算系数，它取决于土壤电阻率、接地体最长支线的实际长度L和有效长度Le，一般A的取值范围是大于1，小于

15、3，其数值可按图39确定； Ri-冲击接地电阻（欧姆）。 由上式可知，同一个接地装置，其工频接地电阻值要大于冲击接地电阻值；所以测出的Ra值是合格的话，一般Ri值也是合格的。 换算系数A 接地体有效长度的计算 接地体的有效长度应按下式确定：接地体的有效长度应按下式确定： （3.23.2） 式中：式中：敷设接地体处的土壤电阻率（敷设接地体处的土壤电阻率（mm）。）。由上式可知，同一个接地装置，其工频接地电阻值要大于其冲击接由上式可知，同一个接地装置，其工频接地电阻值要大于其冲击接地地电阻值；所以测出的工频接地电阻值是合格的话，一般冲击接地电电阻值；所以测出的工频接地电阻值是合格的话，一般冲击接地

16、电阻阻值也会满足要求。值也会满足要求。2el1.6 1.6 接地系统产生的电磁干扰接地系统产生的电磁干扰 1 1）接地系统有来自不同地方的电流（如电气设备的漏电流），）接地系统有来自不同地方的电流（如电气设备的漏电流），由于接地系统存在电阻，所以就会产生电压降。这个电压降就是造由于接地系统存在电阻，所以就会产生电压降。这个电压降就是造成成电磁干扰的干扰电动势，而且正比于接地电阻，也称为电磁干扰的干扰电动势，而且正比于接地电阻，也称为“公共阻抗公共阻抗耦耦合合”。 2 2）接地系统的连接可能存在回路，则外部的电磁场就可能通过）接地系统的连接可能存在回路，则外部的电磁场就可能通过“电感性耦合电感性

17、耦合”产生感应干扰电动势。产生感应干扰电动势。 由此可见：由此可见： 1 1）减小接地电阻（公共耦合阻抗）有利于控制系统抗干扰，但）减小接地电阻（公共耦合阻抗）有利于控制系统抗干扰，但会增加投资；会增加投资； 2 2）接地系统的连接应避免产生回路。）接地系统的连接应避免产生回路。2 交流供电系统的接地2.1 低压配电系统的接地制式 低压系统接地制式按配电系统和电气设备（包括信息系统）不同的接地组合来分类，按照IEC规定，低压系统接地制式一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。因为IEC标准以法文作为正式文件，因此所用字母为相应法文文字的首字母。 按低压系统接地制式划分有TN-S、TN-C、TN

18、-C-S、TT、IT等五种。 第一个字母表示电源接地点对地的关系：T表示直接接地，I表示不接地（包括所有带电部分与地隔离）或通过阻抗与大地相连。 第二个字母表示电气设备的外露导电部分（如DCS的机柜）与地的关系：T表示独立于电源接地点的直接接地，N表示直接与电源系统接地点或与该点引出导体相连接。 后续字母表示中性线（N）与保护线（PE）之间的关系：C表示中性线（N）与保护线（PE）合并为PEN线；S表示表示中性线与保护线分开；C-S表示在电源侧为PEN线，从某点分开为N及PE线。 1）TN-C系统 这种系统有简单、经济的优点。但是当三相负载不平衡或有谐波电流时，PEN线中有电流，其所产生的压降

19、呈现在电气设备的外壳上，对敏感性的电子设备不利。L1L2L3PEN外露导电部分 2）TN-S系统 该系统相对于TN-C系统的最大特点是因为在正常时PE线上不通过负荷电流，与PE线相连的电气设备的金属外壳在正常运行时不带电位。L1L3L2NPE 3）TN-C-S系统 该系统的前端是TN-C系统，后面改为TN-S系统。L1L2L3PENPEN 4）TT系统 TT系统内，电气设备的金属外壳单独接地，与电源在接地上无电气联系。 其优点是避免发生故障时，将故障电压蔓延。PEL1L2L3N 5）IT系统 该系统没有配出中性线。适用于大型电厂的厂用电。L1L2L3PE2.2 有关标准对TN-S系统的规定 （

20、1）新近颁布的建筑物电子信息系统防雷技术规范（GB 50343-2004）第5.4.1条作了下列强制性的规定：“电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时，配电线路必须采用TN-S系统的接地方式。”（“建筑物防雷设计规范 GB50057-94”第6.4.1条也如此规定） （2）石油化工仪表接地设计规范（SH 3081-2003）第3.1.2条规定：“控制室用电应采用TN-S系统。整个系统中，保护线PE与中线N是分开的。”3 接地电阻 由于土壤是由不同的土壤颗粒和其间隙中存在的水和空气组成；由于土壤是由不同的土壤颗粒和其间隙中存在的水和空气组成；再则，接地体的形状、尺寸又不一，所以接地电阻有非常复

21、杂的性质。再则，接地体的形状、尺寸又不一，所以接地电阻有非常复杂的性质。3.1 3.1 接地电阻的定义接地电阻的定义 1 1）定性地定义）定性地定义 接地电阻包括接地体本身的电阻、接地体与土壤间的接触电阻、接地电阻包括接地体本身的电阻、接地体与土壤间的接触电阻、接地体附近的土壤电阻、接地体至电气设备间连接导线的电阻四者之接地体附近的土壤电阻、接地体至电气设备间连接导线的电阻四者之和。和。 其中，其中，接地体附近的土壤电阻是主要的接地体附近的土壤电阻是主要的，接地体本身的电阻和接，接地体本身的电阻和接地体与土壤间的接触电阻可以忽略不计。地体与土壤间的接触电阻可以忽略不计。 另一种说法认为，从仪表

22、、控制设备的接地端子到总接地板之间导体及连接点电阻的总和称为联结电阻；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。 后一种说法是因为它对联接电阻和接地电阻分别提出了不同的要求。接地联接示意图 2 2）定量地定义）定量地定义 假设在某一电极上流入接地假设在某一电极上流入接地电流电流I I，若接地电极的电位比周围，若接地电极的电位比周围大地高出大地高出E E时，其电位上升值与接时，其电位上升值与接地电流之比地电流之比E/IE/I即为接地电阻。即为接地电阻。（引自（引自“高桥健彦（日），接地技高桥健彦（日），接地技术，科学出版社，术，科学出版社，20032003

23、年年”） I接地极电位上升 E 定义必须要和测量的可操作性定义必须要和测量的可操作性结合起来。结合起来。 上述的定义必须要有两个条件：上述的定义必须要有两个条件： 1）要使接地电流流向接地极，）要使接地电流流向接地极，必须要有一个闭合回路，即还要向必须要有一个闭合回路，即还要向大地打入另一个大地打入另一个辅助电极辅助电极。 2）接地电极的电位上升，必）接地电极的电位上升，必须以大地的无限远点为基准。所须以大地的无限远点为基准。所谓无限远点是指即使有接地电谓无限远点是指即使有接地电流，电位也不变动的地点。流，电位也不变动的地点。主接地电极辅助电极电源I用电位降法测接地电阻的原理图中：T-被测接地

24、体； P-接地棒； A-辅助接地体。 测量时，T、P、A极各相距20米，并成直线排列。注：1）一般要移动接地棒（3-5米距离）重复三次测量，三次测量结果相近，说明接地棒位置正确，否则加大T-A间距离。 2）不要在雨天测量。VA工频电源TPA 离接地极相当远时，因为电流离接地极相当远时，因为电流通路的截面积变得非常大，即便土通路的截面积变得非常大，即便土壤的导电性不良，电阻仍然很小。壤的导电性不良，电阻仍然很小。 但是在接地极附近，因为电流但是在接地极附近，因为电流通路的截面积不是很大，接地电阻通路的截面积不是很大，接地电阻才呈现一定的电阻值。才呈现一定的电阻值。 即接地电阻主要取决于接地极即接

25、地电阻主要取决于接地极附近的接地电阻值，并和接地极的附近的接地电阻值，并和接地极的形状大小有关。形状大小有关。接地电流截面积小截面积大 所以接地电阻的大小主要取决于下列因素： 1）接地体附近土壤的电阻率； 2）接地体的形状，它影响到土壤里电流场的截面大小。即： R=x f式中： 大地电阻率（m); f 由电极的形状和尺寸决定的函数（1/m）。3.2 接地电阻的理论值1 1）接地电阻理论值的导出）接地电阻理论值的导出 为了理论上比较容易处理，为了理论上比较容易处理，现以半球状电极为例进行讨论。现以半球状电极为例进行讨论。右图表示半球状电极的接地模右图表示半球状电极的接地模型。假设辅助电极位于相对

26、主接型。假设辅助电极位于相对主接地电极的无限远点，接地电流从地电极的无限远点，接地电流从电极的表面向周围大地呈放射形电极的表面向周围大地呈放射形流出。如果辅助电极很近，电流流出。如果辅助电极很近，电流的分布就不是放射状的了。的分布就不是放射状的了。 现在思考从半球状电极（半现在思考从半球状电极（半径径r r）流出的接地电流通过许多同）流出的接地电流通过许多同心球状的大地部分，如左图所示。心球状的大地部分，如左图所示。设图中画有斜线的部分与电极中设图中画有斜线的部分与电极中心距离是心距离是x,x,厚度厚度dxdx部分的电阻是部分的电阻是dR,dR,大地的电阻率是大地的电阻率是，则有，则有22 x

27、dxdR22 xdxdR22 xdxdR22 xdxdR22 xdxdR 可以认为上式与电阻体的式子可以认为上式与电阻体的式子R=L/SR=L/S是等效的。其中，是等效的。其中，为为电阻率，电阻率，L L为长度，为长度，S S为截面积。为截面积。 将上式从电极的表面将上式从电极的表面 r r 积分到积分到 r r1 1就可以求出总的接地电阻就可以求出总的接地电阻 因为接地电阻是从电极到无限远处的全部电阻，如果因为接地电阻是从电极到无限远处的全部电阻，如果r r1 1为无限为无限大，则大，则1/ r1/ r1 1等于零，则上式为等于零，则上式为)11(211rrdRRrrrR2 现在，用以下两个

28、观点说明该理论式。首先是关于电流通路现在，用以下两个观点说明该理论式。首先是关于电流通路的截的截面积，从图可以看出随着电极半径的增大，其接地电阻按面积，从图可以看出随着电极半径的增大，其接地电阻按1/r1/r1 1成成比例比例减小。即因截面积（减小。即因截面积（2r2r2 2）变大而使接地电阻收敛。）变大而使接地电阻收敛。 再看接地电阻的表达式再看接地电阻的表达式 R=R=x f x f 。分解半球状电极的接地。分解半球状电极的接地电阻电阻计算式计算式, ,可得可得 rR212 2）垂直棒电极的接地电阻）垂直棒电极的接地电阻或者或者 ltrrllR2ln2)22()223(ln21ln2tlt

29、lrllR 1）地表下0.15米到0.5米处土壤处于干湿交界的地方，接地导体易受腐蚀，所以规定埋深不小于0.6米。 2）接地体的间距不宜小于其长度的2倍，这主要是考虑接地体互相的屏蔽影响。 3）为了抗腐蚀，材质可用镀锌扁钢和镀锌角铁。也可用铜。注：接地电阻值是前面所列公式的三分之一。80025005000500050 x50扁钢作接地干线50 x50 x5角钢3 3）扁带状电极的接地电阻）扁带状电极的接地电阻或者或者allR4ln2tlab221ln)(22ln2442222ltltlttlbaabaallR4 4）板状电极的接地电阻）板状电极的接地电阻baR4tab5 5）接地网的接地电阻的

30、简易计算）接地网的接地电阻的简易计算式中：式中：SS地网总面积，平方米。地网总面积，平方米。 关于这个简单的计算公式，有过一段国际趣闻，同样的一个关于这个简单的计算公式，有过一段国际趣闻，同样的一个大型的地网，美、日学者用计算机算，中国学者用该公式人工手大型的地网，美、日学者用计算机算，中国学者用该公式人工手算，结果三人的计算结果只差百分之几。算，结果三人的计算结果只差百分之几。 道理很简单，地网的接地电阻主要取决土壤的电阻率和地道理很简单，地网的接地电阻主要取决土壤的电阻率和地网的面积。如果网格比较密，可按前述的板状电极进行计算。网的面积。如果网格比较密，可按前述的板状电极进行计算。 )(5

31、 . 0WSR3.3 降低接地电阻的方法1）降低土壤的电阻系数 （1）对土壤进行处理，如在接地体周围的土壤中加入食盐、木炭、电石渣等，缺点是易流失，有腐蚀性。 （2）换土，如换成黏土、黑土、沙质黏土等电阻率较低的土壤。 （3）利用长效降阻剂，长效降阻剂是由几种物质配制而成，它含有导电性能良好的强电解质和水份。 （4）钻孔深埋法，接地体长度一般为5至10米，再深效果不明显。 （5）采用导电性混凝土，在水泥中掺入碳质纤维作为接地极使用。 （6）引入无腐蚀的污水。 （7）利用水和与水接触的钢筋混凝土体作为流散介质。 （详见“陈家斌 接地技术与接地装置”第388-400页）2）采用新型的接地系统-IE

32、A电解离子接地系统 1）它是由先进的陶瓷复合材料、合金电极、中性的离子化合物组成； 2）内部特制的电解离子化合物，通过电极顶部的呼吸孔吸收空气和土壤中的水分，使接地极中的化合物潮解形成电解液，渗透到周围土壤中去，降低土壤的电阻率，从而降低接地电阻； 3）回填料是增加电解离子的导电作用。 4）合金电极的连接采用火泥熔接技术，以确保连接的可靠性； 5）这是美国ATI公司的技术，接地电阻在1欧姆以下，使用寿命大于25年（一般钢为3-5年）。 IEA接地体IEA回填料扩大土壤的导电范围呼吸孔3.4 接地材料的选择镀锌钢材；铜；美国ATI镀铜钢（寿命可达30年）；非金属材料和电解质（四川中光）。 1）由

33、于铜的导电率是钢的8倍，铜的耐腐蚀性也比钢好，所以作为接地材料铜优于钢。 2）但铜的单价是镀锌钢的4-5倍（铜-小于20000元/吨，镀锌钢-4000元/吨）。 综上所述，铜材接地系统性能稳定、可靠、免维护，寿命长。3.5 土壤电阻率的测量A.A.土壤的种类土壤的种类土壤的种类土壤的种类电阻率（电阻率（mm）沼泽地及泥地沼泽地及泥地80 80 200 200粘土质砂地粘土质砂地150 150 300 300砂地砂地250 250 500 500砂岩及岩盘地带砂岩及岩盘地带10,000 10,000 100,000 100,000混凝土（基础结构体）混凝土（基础结构体）38 38 80 80B.

34、 等距法（文勒法）测土壤电阻率等距法（文勒法）测土壤电阻率 四个小电极成直线排列，相距为四个小电极成直线排列，相距为a,所测电阻为所测电阻为R，则电阻率为：，则电阻率为：=2=2aRaR 在布电极时，为了减少测量误在布电极时，为了减少测量误差，应取差，应取a10h,h为测量电极的埋设为测量电极的埋设深度，这样可近似将电流极看作是深度，这样可近似将电流极看作是半球电极来处理，根据式（半球电极来处理，根据式（3.7）就）就不难得到土壤电阻率的计算公式。不难得到土壤电阻率的计算公式。aaaVA3.6 接地网接地电阻的测量 可以利用等腰三角形布电极法测量接地网的接地电阻值，其布线可以利用等腰三角形布电

35、极法测量接地网的接地电阻值，其布线应按下图来实施，一般应取应按下图来实施，一般应取d2Dd2D，D D为接地网的最大对角线距离。为接地网的最大对角线距离。 300dd12D3.7 接地电阻的季节因数 由于土壤的电阻率是随季节（温度和含水量）变化的，土壤电阻由于土壤的电阻率是随季节（温度和含水量）变化的，土壤电阻率在冬季最高。规范所要求的接地电阻实际上是接地电阻的率在冬季最高。规范所要求的接地电阻实际上是接地电阻的最大许可最大许可值值。为了满足这个要求，接地电阻要达到：。为了满足这个要求，接地电阻要达到： R=Rmax/式中：式中：Rmax接地电阻最大值；接地电阻最大值； 季节因数，常用值为季节

36、因数，常用值为1.451.45。 所以，所以，Rmax=10，R=6.9 ； Rmax=4，R=2.75； Rmax=1，R=0.69 。4 接地系统的实施4.1 组成接地系统各部分的名称接地系统接地联接接地装置接地连线接地汇流排接地分干线接地汇总板接地干线总接地板接地极接地总干线4.2 接地方式的选择 1）当企业已把建筑物（或装置）的金属结构、基础钢筋、金属设备、管道、进线配电箱的PE（保护接地线）母排、接闪器引下线形成等电位联结时，仪表、控制系统各类接地也应汇接到该总接地板，实现等电位联结，与电气装置合用接地装置与大地连接。这是首选原则。 2）当企业尚未形成等电位联结，仪表、控制系统如采用

37、单独接地，即保护接地应接到电气专业的保护接地装置上，工作接地如采用单独的接地体并与电气专业接地体须相距5m以上。在采用单独接地时，仍采用分类汇总的联结方式。为了防止雷电反击，还应采取一定的防雷措施（详见第4章）。 4.3 接地系统的联接方法A.现场仪表的接地连接方法1）对于现场仪表的电缆槽、仪表电缆保护管是每隔30米用接地连接线与就近已接地的金属构件相连，并应保证其接地的可靠性及电气的连续性。仪表的外壳以及现场接线箱的金属外壳等也应就近接地。严禁利用储存、输送可燃性介质的金属设备、管道以及与之相关的金属构件进行接地。2）现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地。3）对于要求或必须在现场接地的现场

38、仪表，如接地型热电偶、PH计、电磁流量计等应在现场侧接地。4）对于现场仪表要求或必须在现场接地，同时又要求将控制室接受仪表在控制室侧接地的，应将两个接地点作电气隔离，以免产生对地的回路。5）现场仪表接线箱两侧的电缆的屏蔽层应在箱内跨接。B. 控制室盘、台、柜的接地 1）控制室内的等电位连接网络至少通过两条路径和室外的共用接地网相连。 等电位连接网络在共用接地网上的接地点离建筑物防雷的引下线的接地点以及和其他高电压、大电流电气设备的接地点之间沿接地体的长度宜大于15m，地中的直线距离宜大于10m。2 2）在控制室内的盘、台、柜内应分类设置）在控制室内的盘、台、柜内应分类设置保护接地汇流排、信号及

39、保护接地汇流排、信号及屏蔽接地汇流排（工作接地汇流排）和本安接地汇流条屏蔽接地汇流排（工作接地汇流排）和本安接地汇流条。3 3）在控制室内，可设置）在控制室内，可设置接地汇总箱接地汇总箱。箱内设置工作接地汇总板和保。箱内设置工作接地汇总板和保护接地汇总板。护接地汇总板。4 4）由于）由于工控机工控机在出厂时已将工作接地和保护接地连在一起，将外壳在出厂时已将工作接地和保护接地连在一起，将外壳上的任一颗螺丝连在操作台内的保护接地汇流排上即可。上的任一颗螺丝连在操作台内的保护接地汇流排上即可。5 5）如果）如果DCSDCS系统的系统的通信线路上设有电气隔离装置通信线路上设有电气隔离装置，远程设备的接

40、地汇，远程设备的接地汇流排可汇总到就近的总接地板上。流排可汇总到就近的总接地板上。4.4 接地连接线规格 1）接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆。 2）接地系统的导线应根据连接设备的数量和长度按下列数值范围选用： 接地连线 12.5（平方毫米） 接地分干线 416（平方毫米） 接地干线 1025（平方毫米） 接地总干线 1650（平方毫米） 接地汇流排、联接板规格 1）接地汇流排宜采用256的铜条制作。 2） 接地汇总板和总接地板应采用铜板制作。铜板厚度不应小于6mm，长宽尺寸按需要确定。4.5 接地连接结构要求 1） 所有接地连线在接到接地汇流排前均应良好绝缘；所有接地分干线在接

41、到接地汇总板前均应良好绝缘；所有接地干线在接到总接地板前均应良好绝缘。 2） 接地汇流排（汇流条）、接地汇总板、总接地板应用绝缘支架固定。 3） 接地系统的各种连接应保证良好的导电性能。接地连线、接地分干线、接地干线、接地总干线与接地汇流排、接地汇总板的连接应采用铜接线片和镀锌钢质螺栓，并采用防松和防滑脱件，以保证连接的牢固可靠。或采用焊接。 接地总干线和接地极的连接部分应分别进行热镀锌或热镀锡。 4） 接地系统应设置耐久性的标识。标识的颜色为交替的黄绿色（见GB2681-1981电工成套装置中的颜色），符合IEC标准。 5 几个接地案例的分析1）不屏蔽接地干线会带来干扰 现象：某尿素装置DC

42、S系采用单独接地，但信号总是飘移不定。 原因：后来发现，其接地干线长50米，从三楼沿外墙敷设到接地体，没有穿管屏蔽，过长的接地干线，如果没有屏蔽措施，接地干线就象是一根天线，可以接受大量的干扰信号，使系统无法稳定工作，乃至系统卡件发生故障。 结论：接地干线应愈短愈好，必要时也应该采取屏蔽措施。2）保持和其它接地系统的距离 现象：某玻璃装置的DCS采用单独接地，发现信号干扰很大。 原因：DCS的单独接地体和原有的接地网相距不到5米。 结论：若DCS采用单独接地，其接地体和电气接地网相距必须大于5米，和防雷接地体相距必须大于20米。控制室三楼DCS单独接地原有接地网大电流设备3）等电位接地也要考虑

43、接地引入点（ERP）的位置现象：某装置DCS系统采用等电位接地，但信号中常常出现信号不明的波形。原因：离DCS的接地引入点不到10米处有大功率电动机的接地点。结论：保持和防雷地、大电流高电压设备的接地点有不小于10米的距离。小于10米控制室大功率电动机6 有关接地的几个问题6.1 关于DCS机柜的对地浮空1)机柜对安装地面的浮空,是指机柜柜体和安装地面间是否绝缘,而不是机柜不接地。2)当机柜不浮空而且和机柜间不绝缘时，有可能因Va不等于Vb，在A-接地汇流排-接地连接线-机笼-机柜-B-安装槽钢之间形成环流，对DCS会产生一定的干扰。干扰的大小和Va和Vb之间的差值大小有关。3）所以在机柜和安

44、装槽钢间绝缘是有利于系统抗干扰的。机柜机笼接地连接线接地汇流排安装槽钢VaVbAB4）但在现场处理机柜对安装槽钢的绝缘是一件很麻烦的事，既要在机柜和安装槽钢间加绝缘垫，而且还要在安装螺栓和机柜、安装槽钢间进行绝缘处理。5）如果89机柜的安装槽钢作等电位接地；同时将接地汇流排和槽钢相连。这样，一旦槽钢上出现高电压，可以不通过系统直接释放。则机柜和安装槽钢间可以不作浮空处理。6）此时，DCS系统的接地联接仍然采用分类汇总的原则连到接地汇总板上。将槽钢等电位接地将汇流排和槽钢相连去接地系统6.2 控制系统接地参考图多接地体接地网接地体控制室现场金属储槽电动机就地仪表盘DCS接地体接地汇总板机柜操作站

45、变送器接地汇流排可燃气体分析器走线槽说明说明:1）如共用接地网的接地电阻值不能满足控制系统的要求，则）如共用接地网的接地电阻值不能满足控制系统的要求，则可另设可另设接地体接地体，再将该接地体和共用接地网相连接。，再将该接地体和共用接地网相连接。2）考虑到雷电反击考虑到雷电反击（将在第（将在第4章详述），应将章详述），应将现场的变送器等设备现场的变送器等设备的金属外壳的金属外壳或诸如金属安装支架等自然接地体进行接地并和共用接地或诸如金属安装支架等自然接地体进行接地并和共用接地网相连接。网相连接。6.3 6.3 关于接地体系统的形状关于接地体系统的形状 为了让大电流（如雷电流）能均匀分布地流入大地

46、，从而使地为了让大电流（如雷电流）能均匀分布地流入大地，从而使地中的电位降的梯度比较平缓，应尽量采用环形或网形接地体系统。中的电位降的梯度比较平缓，应尽量采用环形或网形接地体系统。 用两根40X4的扁钢相连接已有的接地网6.4 接地装置电气连续性的测量电路 检查接地装置电气连续性应采用至少为检查接地装置电气连续性应采用至少为1A1A的直流或交流的测的直流或交流的测试试电流进行。电流进行。LN220VACS1TEVARS2测量端PE（220/24V）图中图中:S1-:S1-空气开关空气开关,250V,250V,脱扣器额定电流脱扣器额定电流3A3A； T -220/24VT -220/24V短路安

47、全型变压器，短路安全型变压器，200VA200VA； V -V -电压表，电压表，30V30V，1.51.5级；级； A -A -电流表，电流表，10A10A，1.51.5级；级； E -E -熔断器，熔断器，15A15A； R -R -可变绕线电阻器，可变绕线电阻器，4.74.7，120W120W； S2 -S2 -按钮开关，按钮开关，15A15A。测量步骤：测量步骤：1 1）将测量端连接到被测钢筋上的预埋件上；）将测量端连接到被测钢筋上的预埋件上；2 2）断开）断开S2S2，将串入的可变绕线电阻器，将串入的可变绕线电阻器R R调至最大值；调至最大值；3 3）合上变压器）合上变压器T T一次

48、侧电源后，从电压表一次侧电源后，从电压表V V上读取上读取U1U1；4 4）合上）合上S2S2后，调节后，调节R R使电流表使电流表A A上的读数为上的读数为1A1A左右，并读取左右，并读取I I和和U2U2值；值；5 5）按下式计算测量电阻）按下式计算测量电阻r:r: r=(U1-U2)/I-RL r=(U1-U2)/I-RL（注：（注：RLRL为测量连接线的电阻。）为测量连接线的电阻。）6.5 6.5 关于浮地关于浮地 所谓浮地是指电子系统的地线在电气上与建筑物的接地保持绝缘，所谓浮地是指电子系统的地线在电气上与建筑物的接地保持绝缘，两者之间的绝缘电阻一般应在两者之间的绝缘电阻一般应在50

49、50兆欧以上。兆欧以上。 优点优点：1 1）建筑物接地系统中的电磁干扰不会传递到电子设备上）建筑物接地系统中的电磁干扰不会传递到电子设备上去；去；2 2）地电位的浮动对设备没有影响；所以提高了设备的抗干扰能）地电位的浮动对设备没有影响；所以提高了设备的抗干扰能力。力。 缺点缺点：1 1）容易产生静电积累；）容易产生静电积累；2 2）当雷电感应较强时，外壳和其）当雷电感应较强时，外壳和其内部电子电路间可能会出现很高的电压将两者之间的绝缘击穿，造成内部电子电路间可能会出现很高的电压将两者之间的绝缘击穿，造成电子电路的损坏电子电路的损坏. .7 接地工程的设计审查和验收 1）接地工程的设计审查包括：

50、接地装置的结构和安装位置；接地体的埋设距离、深度、安装方法；接地装置的接地电阻；接地装置的材质、连接方法、防腐处理。 2）整个接地网外露部分的连接方法可靠，接地线规格正确，防腐层完好，标志齐全明显。 3）工频率接地电阻值应符合设计要求，雨后不应立即测量接地电阻。 4）提交完整的资料文件，包括竣工图、安装技术记录、测试记录等。 一、 仪表接地系统的分类和作用 1、仪表及控制系统接地种类 仪表及控制系统接地种类有：保护接地、工作接地、本质安全系统接地、防静电接地和防雷接地。 1.1 保护接地保护接地 保护接地(也称为安全接地)是为人身安全和电气设备安全而设置的接地。仪表及控制系统的外露导电部分，正

51、常时不带电，在故障、损坏或非正常情况时可能带危险电压，对这样的设备，均应实施保护接地。保护接地就是给危险电压提供一条通路，使之不经过人体。 对于安全电压值的规定，各国并不完全相同。我国习惯采用36V和1 2V，国外有的规定为50V和25V；而日本某些公司则规定60V以下的用电仪表可以不作保护接地。 低于36V供电的现场仪表、变送器、就地开关等，若无特殊要求时可不作保护接地。由于现场的安装情况非常复杂，低于36V供电的现场仪表的金属外壳也可能接触到高于36V的其它电源，在这样的情况下这些仪表的外壳也应作保护接地。 当安装在金属仪表盘、箱、柜、框架上的仪表，与已接地的金属仪表盘、箱、柜、框架电气接

52、触良好时，可不做保护接地。 1.4 防雷接地防雷接地 防雷主要指防直击雷、防雷电感应、防反击和防雷电波侵入。 （1）防直击雷 对于建筑物、贮油罐、贮气罐、高压架空线等，要采取防直击雷措施。一般是采用避雷针或避雷带。 （2）防雷电感应 防雷电感应分为防静电感应和防电磁感应。 （3）防反击 防雷装置在承受雷击时，接闪器、引下线、接地装置呈现很高电压，可能击穿邻近导体的绝缘，造成反击。为此，必须保证接闪器、引下线、接地装置与邻近导体之间保持足够的安全距离。 独立避雷针空中距离一般不得小于5m。 避雷线空中距离一般也不得小于5m。 接地装置地下距离一般不得小于3m。 二、 接地系统的构成 接地系统由接

53、地线、接地汇流排、接地汇总板、接地体(接地极)等几部分组成。 图52所示的为仪表及控制系统接地示意图。 接地线把电气仪表、电气设备的接地部分和接地体连接用的金属导体称为接地线。 接地体(极）埋入地中并和大地接触的金属导体称为接地体。有人工接地体和自然接地体之分。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备等称为自然接地体。 接地装置接地线和接地体（极）总和称为接地装置 。 信号屏蔽电缆的屏蔽层接地应为单点接地，由于地电位差的存在，如果出现一个以上的接地点就会形成地回路，使仪表引入干扰，所以同一信号回路、同一屏蔽层或排扰线只能有一个接地点，不能有一

54、个以上的接地点，除了既定接地以外，其他部位应与一切金属构件绝缘。 因此，应根据信号源和接收仪表的不同情况采用不同接法。当信号源接地时，信号屏蔽电缆的屏蔽层应在信号源端接地，否则，信号屏蔽电缆的屏蔽层应在信号接收仪表一侧接地。 现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地。见图53 表54 接地连线的截面序号用途导线截面/mm21接地支线12.52接地分干线4253接地总干线161004雷电浪涌保护器接地线2.54 （3） 接地汇流排接地汇流排 仪表及控制系统的各接地汇流排可采用25mm6mm的铜条制作。 各接地汇总板应采用铜板制作，厚度不小于6mm，长、宽尺寸按需要确定。 柜内的保护接地汇流排应与机

55、柜进行可靠的电气连接。 工作接地汇流排、工作接地汇总板应采用绝缘支架固定。 3、 仪表系统接地电阻的要求仪表系统接地电阻的要求 仪表系统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。 从仪表或设备的接地端子到接地极之间的导线与连接点的电阻总和,称为接地连接电阻，仪表及控制系统的接地连接电阻不应大于1。 接地极对地电阻（即流散电阻）与接地连接电阻之和称为接地电阻，仪表及控制系统的接地电阻不应大于4。 这里所采用的接地电阻为工频接地电阻，即按通过接地装置流入大地中的工频电流求得的电阻。仪表供电仪表供电一、一、PLC控制系统供电环境的设计与配置 由大型的多处理器组成的PLC控制系统，应采用专路

56、供电，即以100 kV或110 kV高压变电站，经变压器转移为220V AC，由一条专线供电。对于用电要求极高的现场，100 kV高压变电站应有停电备用专线。在此条件下，为PLC供电的回路一般为220V AC、50 Hz的普通市电。因此对电网要求频率波动不能太大。不要在供电网路上有其它大用电量客户反复用电，造成很大的电网冲击。目前PLC要小于5的电压波动较好。由于电网电压瞬间变化较难监测，这些干扰在同一供电回路传播是十分难于克服的。为提高整个系统的可靠性和抗干扰能力，在PLC控制系统供电回路一般采用隔离变压器、交流稳压器、UPS电源、晶体管开关电源等。 1、采用隔离变压器、采用隔离变压器 隔离

57、变压器的初级和次级之间采用隔离屏蔽层，屏蔽层要良好接地次级的连接线要使用双绞线（双绞线能减少电源线间干扰），隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线；次级的屏蔽层和初、次级间屏蔽层接至直流地端。2、采用交流稳压电源、采用交流稳压电源 交流稳压电源是为了抑制电网中电压的波动，在隔离变压器后配交流稳压电源。在选交流稳压器时，一般可按实际最大需求容量的130计算。这样可以保证稳压特性，又有助于稳压器工作可靠。3、采用、采用UPS电源电源 在一些实时控制中，系统突然断电的后果不堪设想，应设法在系统中使用UPS电源。由于UPS电源容量有限，一般仅把它供电范围保证在PLC

58、主机、通信模板、远程IO站的各个机架和PLC系统相关的外部设备上。 4、采用晶体管开关电源、采用晶体管开关电源 开关电源在市电网或其它外部电源电压波动很大时，对其输出电压不会造成很大影响，因而抗干扰能力强。目前许多PLC公司的产品中，电源模板采用了晶体管开关电源，所以整个系统设计时不必要再配晶体管开关电源。但是在许多情况下，PLC外部执行电源采用24V电平等级时，选配晶体管开关电源是一个好方法。二、二、PLC的的I/O模板二次电源供电模板二次电源供电 I/O模板的二次供电是指为系统中的现场开关、传感器执行机构、各种用电负载为连入I/O模板的现场部分的供电。 1、采用24VDC电源 24VDC电

59、源是PLC中常用的标准方式。它是一种安全的二次供电方式，对于防爆、防火、防尘等条件恶劣的现场，选用这一电压等级，在电能传输和状态转换时，连接点或动作触点不易引起电火花和产生强电磁干扰。为给这种模板供电，较好的办法是在220 V AC电源回路中设计与配置一个容量充足的220VAC/24VDC稳压电源。 2、采用24VAC电源 24VAC在工业中也是常用的一个电平等级。这样的模板供电非常简单，由220VAC/24VAC变压器就能满足供电需求。在现场设备比较分散，传输距离较远，采用24VAC模板比用24VDC的模板在现场设计上可以省去许多麻烦。例如交流24 V电源使用导线、电阻值、信号耗压等技术指标

60、，一般较容易做到。大量使用24V电平直流信号比交流信号抗干扰能力低一些。现场电缆敷设也比较容易一些。但在有些防爆环境不允许使用交流电，有些传感仪表常用直流电源。 防雷与接地防雷与接地一、防雷一、防雷1 防雷基础1.1 雷击是一种自然现象，它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力。雷电对人参、设备设施的主要方式有：雷击、雷电感应、雷击电磁脉冲。防雷主要采取以下措施：传导、搭接、接地、分流、屏蔽、躲避。1.2 雷电会导致多种不同形式的危害，没有任何一种办法可以全面防止雷电的危害。1.3 直击雷：是带电云层（雷云）与建筑物构架、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效