第3-1章接地设计

1、控制系统接地工程的设计控制系统接地工程的设计EARTHING DESIGN FOR EARTHING DESIGN FOR CONTROL SYSTEMCONTROL SYSTEM徐义亨徐义亨 编编1 1 接地系统的基本概念接地系统的基本概念1.1 1.1 概述概述 从电气特性来看，自然界的土壤地层有两大特性：从电气特性来看，自然界的土壤地层有两大特性：导电导电 导电率为导电率为1010-3-3至至1010-1-1s/ms/m，相对介电系数为，相对介电系数为5 5至至1515，介于良导，介于良导体和绝缘体之间；体和绝缘体之间；具有无限大的容电量具有无限大的容电量 因导电，故可将用电设备和地之间

2、组成电气连接；又因为具有因导电，故可将用电设备和地之间组成电气连接；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。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

3、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

4、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据查证，世界上最早提出等电位接地方式的是我国在19581958年建年建设人民大会堂时采用的设人民大会堂时采用的笼式接地网笼式接地网，比起英国，比起英国GOLDEGOLDE在在 雷电雷电 一书中提一书中提及要早十八年。但在标准中出现等电位接地是及要早十八年。但在标准中出现等电位接地是19991999年的年的“IEC 6131

5、2-IEC 61312-2”2”，我国是从，我国是从20002000年才开始出现在各类标准中。年才开始出现在各类标准中。1.2 1.2 接地系统的结构接地系统的结构 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：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 1）单独接地单独接地 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，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、工作接地采用独力的、“干净的干净的”接地装置与大地相接。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，甚至几伏的电由于在一段电源保护地线的两点间会有数毫

6、伏，甚至几伏的电位差。这对低电平信号电路来说，是一个非常严重的干扰，因此控位差。这对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。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

7、道、埋地电缆的金属外皮都成为很好的接地基础钢筋、地下金属管道、埋地电缆的金属外皮都成为很好的接地极。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特点点： 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）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。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，由于建筑物各处均为等电

8、位，从而就可如采用等电位联结，由于建筑物各处均为等电位，从而就可减小或减小或避免这种危险的发生避免这种危险的发生。 2 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）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路的共模干扰共模干扰。 3 3）实施方便实施方便。如果电气专业已把全厂的地下管道、地下结构、。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其接地网和电气接地网相距至少5m5m，和建筑物防雷地相距至少，和建筑物防雷地相距至少20m

9、20m这很难做到。这很难做到。 4 4）规范标准对等电位联结接地要求接地联接（）规范标准对等电位联结接地要求接地联接（BondingBonding）电）电阻，即接地通路（阻，即接地通路（PathPath）的电阻总和不大于）的电阻总和不大于1 1欧姆；对控制系统一欧姆；对控制系统一般规范标准规定不大于般规范标准规定不大于4 4欧姆。这两个数值是不难做到的。欧姆。这两个数值是不难做到的。1.3 S1.3 S型接地系统和型接地系统和M M型接地系统型接地系统 采用共用接地网实行等电位采用共用接地网实行等电位连接的网络有连接的网络有S S型和型和M M型两种结构型两种结构形式。形式。1) S1) S型

10、接地系统型接地系统 S S型等电位连接网络仅通过型等电位连接网络仅通过唯一的一点（唯一的一点（ERPERP）组合到接地）组合到接地系统中去。系统中去。 特点：电缆平行敷设，无感特点：电缆平行敷设，无感应环路；但组件间要绝缘。应环路；但组件间要绝缘。 S S型也称型也称星型星型或或树型树型。 ERPERP接地网接地网机柜机柜仪表及控制系统仪表及控制系统S型接地连接型接地连接 （一）（一）TN-S制中制中的的PE线线仪表及控制系统仪表及控制系统S型接地连接型接地连接 （二）（二）TN-S制中制中的的PE线线电子信息设备机房电子信息设备机房S S 型等电位连接网络示意图型等电位连接网络示意图 2)

11、M 型接地系统型接地系统 M 型等电位连接网络是通型等电位连接网络是通过多点连接组合到接地系统中过多点连接组合到接地系统中去。此时，各金属组件不应与去。此时，各金属组件不应与共用接地系统各组件绝缘。共用接地系统各组件绝缘。 M 型等电位接地网络宜用型等电位接地网络宜用于延伸较大的开环系统，而且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缆，以及设施和电缆从若干处进入该信息系统。进入该信息系统。 在复杂系统中，可以将在复杂系统中，可以将S型和型和M型两种等电位连接网络型两种等电位连接网络组合在一起组合在一起。接地网接地网机柜机柜M M型

12、（网格式）接地方式的例子型（网格式）接地方式的例子PEPEPE配电箱配电箱等电位接地网等电位接地网机柜机柜接地汇流排接地汇流排电子信息设备机房电子信息设备机房M M 型等电位连接网络示意图型等电位连接网络示意图1.4 1.4 接地系统的耦合接地系统的耦合1 1）串联接地和耦合）串联接地和耦合 串联接地因各电路的地电流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，所以会产生干各电路间的耦合，所以会产生干扰，故要避免使用。扰，故要避免使用。V VA A= =（I I1 1+I+I2 2+I+I3 3）R R1 1；V VB B=V=VA A+ +（

13、I I2 2+I+I3 3）R R2 2；V VC C=V=VB B+I+I3 3 R R3 3。 对应在工程中，不宜将控制柜对应在工程中，不宜将控制柜的接地汇流排实行串联接地。的接地汇流排实行串联接地。电路1电路2电路3I3I2I1I2+I3I1+I2+I3ABCR1R2R2 ）并联接地和分类汇总）并联接地和分类汇总 并联接地可以减少因地电流并联接地可以减少因地电流引起电路间的耦合。所以在有关引起电路间的耦合。所以在有关接地的标准里，强调要接地的标准里，强调要“分类汇分类汇总总”。汇总点离和地的接入点愈近。汇总点离和地的接入点愈近与好。与好。V V1 1=I=I1 1R RI I+V+VA

14、A；V V2 2=I=I2 2R R2 2+V+VA A；V V3 3=I=I3 3R R3+3+V VA A；V VA A= =（I I1 1+I+I2 2+I+I3 3）R R4 4。 如果如果R R4 4代表接地电阻，因为是代表接地电阻，因为是公共阻抗，为减小耦合，显然是愈公共阻抗，为减小耦合，显然是愈小愈好。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工频接地电阻和冲击接地电阻-接地电阻的频率特性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

15、阻按其用途一般有工频接地电阻和脉冲接地电冲电流，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：阻之分。它们之间的换算关系为：R Ra a=AR=ARi i 式中：式中：Ra-Ra-工频接地电阻（欧姆）；工频接地电阻（欧姆）； A-A-换算系数，它取决于土壤电阻率、接地体最长支线的换算系数，它取决于土壤电阻率、接地体最长支线的实际长度实际长度L L和有效长度和有效长度LeLe，一般，一般A A的取值范围是大于的取值范围是大于1 1，小于，小于3 3，其数，其数值可按图值可按图3 39 9确定；确定； Ri-Ri-冲击接地电阻（欧姆）。冲击接地电阻（欧姆）。 由上

16、式可知，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；所以测出的接地电阻值；所以测出的RaRa值是合格的话，一般值是合格的话，一般RiRi值也是合格的。值也是合格的。 换算系数换算系数A A 接地体有效长度的计算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地由上式可知，同一个接地装置，其工频接地电阻值要大于其冲击接地电阻值；所以测出的工频接地电

17、阻值是合格的话，一般冲击接地电阻电阻值；所以测出的工频接地电阻值是合格的话，一般冲击接地电阻值也会满足要求。值也会满足要求。1.6 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。这个电压降就是造成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“公共阻抗耦公共阻抗耦合合”。 2 2）接地系统的连接可能存在回路，则外部的电磁场就

18、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 2 交流供电系统的接地交流供电系统的接地2.1 2.1 低压配电系统的接地制式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，按照同

19、的接地组合来分类，按照IECIEC规定，低压系统接地制式一般由两规定，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。因为个字母组成，必要时可加后续字母。因为IECIEC标准以法文作为正式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。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按低压系统接地制式划分有TN-STN-S、TN-CTN-C、TN-C-STN-C-S、TTTT、ITIT等五等五种。种。 第一个字母表示电源接地点对地的关系：第一个字母表示电源接地点对地的关系：T表示直接接地，表示直接接地，I表表示不接地（包括所有带电部分与地隔离）或通过阻抗

20、与大地相连。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（如第二个字母表示电气设备的外露导电部分（如DCS的机柜）与的机柜）与地的关系：地的关系：T表示独立于电源接地点的直接接地，表示独立于电源接地点的直接接地，N表示直接与电源表示直接与电源系统接地点或与该点引出导体相连接。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（后续字母表示中性线（N）与保护线（）与保护线（PE）之间的关系：）之间的关系：C表表示中性线（示中性线（N）与保护线（）与保护线（PE）合并为）合并为PEN线；线；S表示表示中性线表示表示中性线与保护线分开；与保护线

21、分开；C-S表示在电源侧为表示在电源侧为PEN线，从某点分开为线，从某点分开为N及及PE线。线。 1）TN-C系统系统 这种系统有简单、经济的优这种系统有简单、经济的优点。但是当三相负载不平衡或点。但是当三相负载不平衡或有谐波电流时，有谐波电流时，PENPEN线中有电线中有电流流，其所产生的压降呈现在电，其所产生的压降呈现在电气设备的外壳上，对敏感性的气设备的外壳上，对敏感性的电子设备不利。电子设备不利。L1L2L3PEN外露导电部分外露导电部分 2）TN-S系统系统 该系统相对于该系统相对于TN-C系统的系统的最大特点是因为在正常时最大特点是因为在正常时PE线线上不通过负荷电流上不通过负荷电

22、流，与，与PE线相线相连的电气设备的金属外壳在正连的电气设备的金属外壳在正常运行时不带电位。常运行时不带电位。L1L3L2NPE 3）TN-C-S系统系统 该系统的前端是该系统的前端是TN-C系统，系统，后面改为后面改为TN-S系统。系统。L1L2L3PENPEN 4）TT系统系统 TTTT系统内，电气设备的金属系统内，电气设备的金属外壳单独接地，与电源在接地外壳单独接地，与电源在接地上无电气联系。上无电气联系。 其优点是避免发生故障时，其优点是避免发生故障时，将故障电压蔓延。将故障电压蔓延。PEL1L2L3N 5）IT系统系统 该系统没有配出中性线。适该系统没有配出中性线。适用于大型电厂的厂

23、用电。用于大型电厂的厂用电。L1L2L3PE2.2 2.2 有关标准对有关标准对TN-STN-S系统的规定系统的规定 （1 1）新近颁布的）新近颁布的建筑物电子信息系统防雷技术规范（建筑物电子信息系统防雷技术规范（GB 50343GB 50343-2004-2004）第第5.4.15.4.1条作了下列强制性的规定：条作了下列强制性的规定：“电子信息系统设备由电子信息系统设备由TNTN交流配电系统供电时，配电线路必须采用交流配电系统供电时，配电线路必须采用TN-STN-S系统的接地方系统的接地方式。”（“建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范 GB50057-94”GB50057-94”第第6.4

24、.16.4.1条也如此规定）条也如此规定） （2 2）石油化工仪表接地设计规范（石油化工仪表接地设计规范（SH 3081-2003SH 3081-2003）第第3.1.23.1.2条规定：条规定：“控制室用电应采用控制室用电应采用TN-STN-S系统。整个系统中，保护线系统。整个系统中，保护线PEPE与中线与中线N N是分开的是分开的。”3 3 接地电阻接地电阻 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

25、。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、控制设备的接地端子到总接地板另一种说法认为，从仪表、控制设备的接地端

26、子到总接地板之间导体及连接点电阻的总和称为之间导体及连接点电阻的总和称为联结电阻联结电阻；接地极对地电阻和总；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接地电阻电阻。 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。要求。接地联接示意图接地联接示意图 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

27、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年年”） I I接地极接地极电位上升电位上升 E 定义必须要和测量的可操作定义必须要和测量的可操作性结合起来。性结合起来。 上述的定义必须要有两个条上述的定义必须要有两个条件：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，即还要必须要有一个闭合回路，即还要向大地打入另一个向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

28、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。主接地主接地电极电极辅助辅助电极电极电源电源I用电位降法测接地电阻的原理用电位降法测接地电阻的原理图中：图中：T-T-被测接地体；被测接地体； P-P-接地棒；接地棒； A-A-辅助接地体。辅助接地体。 测量时，测量时，T T、P P、A A极各相距极各相距2020米，并成直线排列。米，并成直线排列。注：注：1 1）一般要移动接地棒（）一般要移动接地棒（3-3-5 5米距离）重复三次测量，三次米距离）重复三次测量，三次测量结果相近，说明接地棒位测量结果相近，说明接地棒位

29、置正确，否则加大置正确，否则加大T-AT-A间距离。间距离。 2 2）不要在雨天测量。）不要在雨天测量。VA工频电源工频电源TPA 离接地极相当远时，因为电离接地极相当远时，因为电流通路的截面积变得非常大，即流通路的截面积变得非常大，即便土壤的导电性不良，电阻仍然便土壤的导电性不良，电阻仍然很小。很小。 但是在接地极附近，因为电但是在接地极附近，因为电流通路的截面积不是很大，接地流通路的截面积不是很大，接地电阻才呈现一定的电阻值。电阻才呈现一定的电阻值。 即接地电阻主要取决于接地即接地电阻主要取决于接地极附近的接地电阻值，并和接地极附近的接地电阻值，并和接地极的形状大小有关。极的形状大小有关。

30、接地电流接地电流截面积小截面积小截面积大截面积大 所以接地电阻的大小主要取决于下列因素：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；）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。）接地体的形状，它影响到土壤里电流场的截面大小。即：即： R=x f式中：式中： 大地电阻率（大地电阻率（m); f 由电极的形状和尺寸决定的函数（由电极的形状和尺寸决定的函数（1/m）。）。3.2 3.2 接地电阻的理论值接地电阻的理论值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

31、。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

32、,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 xdxdR22 xdxdR22 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

33、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(211rrdRRrrrR 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成比例成比例减小。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 fx f 。分解半球状电极的接地电阻。分解半球状电极的接地电阻计算式计算式, ,可得可得 rR2 2

34、）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(ln21ln2tltlrllR 1 1）地表下）地表下0.150.15米到米到0.50.5米米处土壤处于干湿交界的地方，处土壤处于干湿交界的地方，接地导体易受腐蚀，所以规接地导体易受腐蚀，所以规定埋深不小于定埋深不小于0.60.6米。米。 2 2）接地体的间距不宜小于）接地体的间距不宜小于其长度的其长度的2 2倍，这主要是考虑倍，这主要是考虑接地体互相的屏蔽影响。接地体互相的屏蔽影响。 3 3）为了抗腐蚀，材质可用）为了抗腐蚀，材质可用镀锌扁钢和镀锌角铁。也可镀锌扁钢和镀锌角铁。也可用铜。用铜。注：接

35、地电阻值是前面所列注：接地电阻值是前面所列公式的三分之一。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allR4ln2t tl lab221ln)(22ln2442222ltltlttlbaabaallR4 4）板状电极的接地电阻）板状电极的接地电阻ta abbaR5 5）接地网的接地电阻的简易计算）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

36、的地网，美、日学者用计算机算，中国学者用该公式人个大型的地网，美、日学者用计算机算，中国学者用该公式人工手算，结果三人的计算结果只差百分之几。工手算，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。 )(5.0SR3.3 3.3 降低接地电阻的方法降低接地电阻的方法1 1）降低土壤的电阻系数）降低土壤的电阻系数 （1 1）对土壤进行处理对土壤进行处理，如在接地体周围的土壤中加入食盐、木炭、，如在接地体周

37、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。电石渣等，缺点是易流失，有腐蚀性。 （2 2）换土换土，如换成黏土、黑土、沙质黏土等电阻率较低的土壤。，如换成黏土、黑土、沙质黏土等电阻率较低的土壤。 （3 3）利用长效降阻剂利用长效降阻剂，长效降阻剂是由几种物质配制而成，它含，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。有导电性能良好的强电解质和水份。 （4 4）钻孔深埋法钻孔深埋法，接地体长度一般为，接地体长度一般为5 5至至1010米，再深效果不明显。米，再深效果不明显。 （5 5）采用导电性混凝土采用导电性混凝土，在水泥中掺入碳质纤维作为接地极使用。，

38、在水泥中掺入碳质纤维作为接地极使用。 （6 6）引入无腐蚀的污水引入无腐蚀的污水。 （7 7）利用水和与水接触的钢筋混凝土体作为流散介质利用水和与水接触的钢筋混凝土体作为流散介质。 （详见（详见“陈家斌陈家斌 接地技术与接地装置接地技术与接地装置”第第388-400388-400页）页）2 2）采用新型的接地系统）采用新型的接地系统-IEA-IEA电解离电解离子接地系统子接地系统 1 1）它是由先进的陶瓷复合材料、）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；合金电极、中性的离子化合物组成； 2 2）内部特制的）内部特制的电解离子化合物电解离子化合物，通过电极顶部的呼吸孔吸收空气

39、和土壤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；土壤的电阻率，从而降低接地电阻； 3 3）回填料是增加电解离子的导电）回填料是增加电解离子的导电作用。作用。 4 4）合金电极的连接采用火泥熔接）合金电极的连接采用火泥熔接技术，以确保连接的可靠性；技术，以确保连接的可靠性； 5 5）这是美国）这是美国ATIATI公司的技术，接地公司的技术，接地电阻在电阻在1 1欧姆以下，使用寿命大于欧姆以下，使用寿命大于2525年年（一般钢为（一般钢为3

40、-53-5年）。年）。 IEA接地体接地体IEA回填料回填料扩大土壤的导电范围扩大土壤的导电范围呼吸孔呼吸孔3.4 3.4 接地材料的选择接地材料的选择镀锌钢材；镀锌钢材；铜；铜；美国美国ATIATI镀铜钢（寿命可达镀铜钢（寿命可达3030年）；年）；非金属材料和电解质（四川中光）。非金属材料和电解质（四川中光）。 1 1）由于铜的导电率是钢的）由于铜的导电率是钢的8 8倍，铜的耐腐蚀性也比钢好，所以倍，铜的耐腐蚀性也比钢好，所以作为接地材料铜优于钢。作为接地材料铜优于钢。 2 2）但铜的单价是镀锌钢的）但铜的单价是镀锌钢的4-54-5倍（铜倍（铜-小于小于2000020000元元/ /吨，镀

41、吨，镀锌钢锌钢-4000-4000元元/ /吨）。吨）。 综上所述，铜材接地系统性能稳定、可靠、免维护，寿命长。综上所述，铜材接地系统性能稳定、可靠、免维护，寿命长。3.5 3.5 土壤电阻率的测量土壤电阻率的测量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（m m）沼泽地及泥地沼泽地及泥地80 80 200200粘土质砂地粘土质砂地150 150 300300砂地砂地250 250 500500砂岩及岩盘地带砂岩及岩盘地带10,000 10,000 100,000100,000混凝土（基础结构体）混凝土（基础结构体）38 38 B. 等距法（文勒法）测土壤电阻率等距法（文勒

42、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：=2aR=2aR 在布电极时，为了减少测量误差，在布电极时，为了减少测量误差，应取应取a10h,h为测量电极的埋设深为测量电极的埋设深度，这样可近似将电流极看作是半球度，这样可近似将电流极看作是半球电极来处理，根据式（电极来处理，根据式（3.7）就不难）就不难得到土壤电阻率的计算公式。得到土壤电阻率的计算公式。a aaaV VA3.6 3.6 接地网接地电阻的测量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极法测

43、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。 300d dd d1 12 2D D3.7 3.7 接地电阻的季节因数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；

44、接地电阻最大值； 季节因数，常用值为季节因数，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 4 接地系统的实施接地系统的实施4.1 4.1 组成接地系统各部分的名称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 4.2 接地方式的选择接地方式的选择 1 1）当企业已把建筑物（或装置）的金属结构、基础钢筋、金）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、进线配电箱的属设备、管道、进线配电箱的PEPE（保护接地线

45、）母排、接闪器引下（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，实现地板，实现等电位联结等电位联结，与电气装置合用接地装置与大地连接。，与电气装置合用接地装置与大地连接。这这是首选原则。是首选原则。 2 2）当企业尚未形成等电位联结，仪表、控制系统如采用）当企业尚未形成等电位联结，仪表、控制系统如采用单独单独接地接地，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，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采用单独的接地体并与电气专业

46、接地体须相距5m5m以上。在采用单独以上。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（详见第取一定的防雷措施（详见第4 4章）。章）。 4.3 4.3 接地系统的联接方法接地系统的联接方法A.A.现场仪表的接地连接方法现场仪表的接地连接方法1 1）对于现场仪表的电缆槽、仪表电缆保护管是每隔）对于现场仪表的电缆槽、仪表电缆保护管是每隔3030米用接地连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

47、以及现场接线箱的金属外壳等也应就近接气的连续性。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。关的金属构件进行接地。2 2）现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地。）现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地。3 3）对于要求或必须在现场接地的现场仪表，如接地型热电偶、）对于要求或必须在现场接地的现场仪表，如接地型热电偶、PHPH计、电磁流量计等应在现场侧接地。计、电磁流量计等应在现场侧接地。4 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）对于现

48、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。对地的回路。5 5）现场仪表接线箱两侧的电缆的屏蔽层应在箱内跨接。）现场仪表接线箱两侧的电缆的屏蔽层应在箱内跨接。B. B. 控制室盘、台、柜的接地控制室盘、台、柜的接地 1 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）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。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

49、地点以及和其他高电压、大电流电气设备的接地点之间沿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接地体的长度宜大于15m15m，地中的直线距离宜大于，地中的直线距离宜大于10m10m。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

50、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 4.4 接地连接线规格接地连接线规格 1 1）接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆。）接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆。 2 2）接地系统的导线应根据连接设备的数量和长度按

51、下列数值范）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：围选用： 接地连线接地连线 1 12.52.5（平方毫米）（平方毫米） 接地分干线接地分干线 4 41616（平方毫米）（平方毫米） 接地干线接地干线 10102525（平方毫米）（平方毫米） 接地总干线接地总干线 16165050（平方毫米）（平方毫米） 接地汇流排、联接板规格接地汇流排、联接板规格 1 1）接地汇流排宜采用）接地汇流排宜采用25256 6的铜条制作。的铜条制作。 2 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。铜板厚度不应小于于6mm6mm，长宽尺寸按需要

52、确定。，长宽尺寸按需要确定。4.5 接地连接结构要求接地连接结构要求 1） 所有接地连线在接到接地汇流排前均应良好所有接地连线在接到接地汇流排前均应良好绝缘绝缘；所有接地分干线；所有接地分干线在接到接地汇总板前均应良好在接到接地汇总板前均应良好绝缘绝缘；所有接地干线在接到总接地板前均应；所有接地干线在接到总接地板前均应良好良好绝缘绝缘。 2） 接地汇流排（汇流条）、接地汇总板、总接地板应用接地汇流排（汇流条）、接地汇总板、总接地板应用绝缘支架绝缘支架固定。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

53、线、接地总干线与接地汇流排、接地汇总板的连接应采用线、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铜接线片线片和和镀锌钢质螺栓镀锌钢质螺栓，并采用防松和防滑脱件，以保证连接的牢固可靠。，并采用防松和防滑脱件，以保证连接的牢固可靠。或采用或采用焊接焊接。 接地总干线和接地极的连接部分应分别进行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交替的黄绿色（见（见GB2681-1981电工成套装置中的颜色电工成套装置中的颜色），符合），符合IEC标准。标准。5 5

54、几个接地案例的分析几个接地案例的分析1 1）不屏蔽接地干线会带来干扰）不屏蔽接地干线会带来干扰 现象现象：某尿素装置：某尿素装置DCSDCS系采用单独接地，但信号总是飘移不定。系采用单独接地，但信号总是飘移不定。 原因原因：后来发现，其接地干线长：后来发现，其接地干线长5050米，从三楼沿外墙敷设到接米，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。工作，乃至系统

55、卡件发生故障。 结论结论：接地干线应愈短愈好，必要时也应该采取屏蔽措施。：接地干线应愈短愈好，必要时也应该采取屏蔽措施。2 2）保持和其它接地系统的距离保持和其它接地系统的距离 现象现象：某玻璃装置的某玻璃装置的DCS采采用单独接地，发现信号干扰很大。用单独接地，发现信号干扰很大。 原因原因：DCS的单独接地体和原的单独接地体和原有的接地网相距不到有的接地网相距不到5米。米。 结论结论：若：若DCS采用单独接地，采用单独接地，其接地体和电气接地网相距必须其接地体和电气接地网相距必须大于大于5米，和防雷接地体相距必米，和防雷接地体相距必须大于须大于20米。米。控制室三楼DCS单独接地原有接地网大

56、电流设备3）等电位接地也要考虑接地引）等电位接地也要考虑接地引入点（入点（ERP）的位置）的位置现象：现象：某装置某装置DCS系统采用等系统采用等电位接地，但信号中常常出现电位接地，但信号中常常出现信号不明的波形。信号不明的波形。原因：原因：离离DCS的接地引入点不的接地引入点不到到10米处有大功率电动机的接米处有大功率电动机的接地点。地点。结论：结论：保持和防雷地、大电流保持和防雷地、大电流高电压设备的接地点有不小于高电压设备的接地点有不小于10米的距离。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有关接地的几个问题6.1 6.1 关于关于DCSDCS机柜的对地浮空机柜的对地

57、浮空1)1)机柜对安装地面的浮空机柜对安装地面的浮空, ,是指机是指机柜柜体和安装地面间是否绝缘柜柜体和安装地面间是否绝缘, ,而而不是机柜不接地。不是机柜不接地。2)2)当机柜不浮空而且和机柜间不当机柜不浮空而且和机柜间不绝缘时，有可能因绝缘时，有可能因VaVa不等于不等于VbVb，在在A-A-接地汇流排接地汇流排-接地连接线接地连接线- -机笼机笼-机柜机柜-B-B-安装槽钢安装槽钢之间形成环流，对之间形成环流，对DCSDCS会产生一定会产生一定的干扰。干扰的大小和的干扰。干扰的大小和VaVa和和VbVb之之间的差值大小有关。间的差值大小有关。3 3）所以在机柜和安装槽钢间绝缘）所以在机柜

58、和安装槽钢间绝缘是有利于系统抗干扰的。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 4）但在现场处理机柜对安装槽）但在现场处理机柜对安装槽钢的绝缘是一件很麻烦的事，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缘垫，而且还要在安装螺栓和机柜、安装槽钢间进行绝缘处机柜、安装槽钢间进行绝缘处理。理。5 5）如果）如果6666机柜的安装槽钢作等机柜的安装槽钢作等电位接地；同时将接地汇流排电位接地；同时将接地汇流排和槽钢相连。这样，一旦槽钢和槽钢相连。这样，一旦槽钢上出现高电压，可以不通过系上出现高电压，可以不通过系统直接释放。则机柜和安装槽统直接释放。则机柜和安装槽钢间可以不作浮空处理。钢间可以不作浮空处理。6 6）此时，）此时，DCSDCS系统的接地联接系统的接地联接仍然采用分类汇总的原则连到仍然采用分类汇总的原则连到接地汇总板上。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 6.2 控制系统接地参考图控制系