《仪表接地技术》PPT课件

图5—7 输入式安全栅原理图

输入式安全栅是现场二线制变送器与控制室仪表及电源联 系的纽带，它一方面为变送器提供电源，另一方面将来自 变送器的4～20 mA DC信号，经隔离变压器线性地转换成 4～20 mA DC(或1—5 V DC)信号，传送给控制室内的仪表。 在上述传递过程中，依靠双重限压限流电路，使任何情况 下输往危险场所的电压不超过30 V DC，电流不超过30 mA DC，从而保证了危险场所的安全。



为了防止电磁感应，平行敷设的长金属物体，如管道、构架、电 缆外皮等，相距不到l00mm时，每隔20～30m需用金属线跨接；交叉 或接近不到l00mm时，交叉或接近处也应跨接。同时，管道连接处， 如弯头、阀门、法兰盘等，不能保持良好接触时，需用金属线跨接。 用丝扣紧密连接的Φ25及以上的管接头和法兰盘，在非腐蚀情况下， 可不跨接。



保护接地的保护作用原理，从图5—1可以看出，若表盘未 作保护接地(图5—1 (a))，表盘带电时，此时如果人体触及 表盘，电流经人体和电源中性接地电阻而形成通路，人就 遭受触电的危害。若将表盘加上接地装置，如图5—1 (b)， 此时仪表盘由于意外事故带电时，接地短路电流将沿着接 地体和人体两条通路流过。由于表盘通过接地线与接地体 相接，人体触及时，接触电压已在危险电压以下，并且人 体的电阻远远大于接地电阻R′，所以通过人体的电流很小， 短路电流大多通过接地电阻R′d，这样人体就避免了触电的 危险。所以，要求工业计算机机柜和仪表盘(柜、箱、架) 及底座、用电仪表外壳、配电(箱)、接线盒、汇线槽、导 线管及铠装电缆的铠装护层等用金属接地线同接地体做牢 固的连接，以保证良好的接地。
③ 对于被要求或必须在现场接地，同时又要将控制室接收 仪表在控制室接地的，应将两个接地点作电气隔离。仪表线 路中常用隔离变压器来实现，见图5—5
图 5—5 信号回路在控制室和现场两侧同时接地示意图
④ 现场仪表接线箱两侧的电缆屏蔽层应在箱内跨接，现场仪 表接线箱内的多芯电缆备用芯要在箱内作跨接。见图 5—6




② 仪表上的屏蔽接地端子；
③ 未作保护接地而起屏蔽作用的金属导线管、金属汇 线槽及金属仪表外壳。

3、本质安全仪表系统接地 本安仪表系统接地除了具有抑制干扰的作用外，还有使仪 表系统具有本安性质的措施之一。 本安仪表系统的本安性能是借助于安全栅的隔离和能量限 制作用，以保证进入危险的能量限制在安全定额以下，从 而达到安全火花型防爆性能。 安全栅可以分成两种类型，一种是隔离型，另一种是非隔 离型。

图5—2 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—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。



1.2 工作接地

工作接地的作用是保证仪表精确、可靠地正常工作。它包 括信号回路接地、屏蔽接地和本安系统接地。
1、仪表信号回路接地


在仪表及控制系统中，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。这里的“隔离"是指每一输入 信号(或输出信号)的电路与其它输入信号(或输出信号)的电 路是绝缘的、对地是绝缘的，其电源是独立的、相互隔离 的。非隔离信号需要建立一个信号公共参考点，非隔离信 号通常以直流电源负极为参考点，并接地。信号分配均以 此为参考点。同时这种电路的共模抑制电压通常很小，为 了减小由此引进的共模干扰，也需要对此总进线接地。


3.2 工作接地

1、工作接地在工作接地汇总板之前不应与保护接地混接。 2、工作接地的连线，包括各接地线、接地干线、接地汇 流排等，在接至总接地板之前，除正常的连接点外，都应 当是绝缘的。工作接地最终与接地体或接地网的连接应从 总接地板单独接线。 3、仪表工作接地的原则为单点接地，信号回路中应避免 产生接地回路，如果一条线路上的信号源和接收仪表都不 可避免接地，则应采用隔离器将两点接地隔离开。
24 V直流电源先由DC／AC变换器变成8 k Hz的交流方波电 压，经整流滤波I后又被转换成直流电压，通过电压电流 限制回路后，作为现场二线制变送器的电源电压(仍为24 V DC)。同时方波电压又经变压器T1的另一次级绕组及整流 滤波电路Ⅱ，转换成输出电路和共基极放大器的电源电压。 这就是检测安全栅的能量传输过程。


4、仪表及控制系统的保护接地属于低压配电系统接地， 所以应按电气专业的有关标准规范和方法进行，并应接入 电气专业的低压配电系统接地网，即等电位共用接地网。
等电位连接的定义为：将分开的设备、诸如导电物体用导 体或电涌保护器连接起来以使各设备、物体之间的电位相 等。 5、 仪表信号用的铠装电缆应使用铠装屏蔽电缆，其铠装 保护金属层，应至少在两端接至保护接地。
仪表接地系统

为保证自动化仪表系统稳定准确地运行，
保障人身和设备安全，要设计和配置接地
系统。
1 仪表接地系统的分类和作用

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(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。

2、屏蔽接地 屏蔽接地的作用是抑制电容性耦合干扰，降低电磁干 扰。仪表系统中用以降低电磁干扰的部件如电缆的屏蔽层、 排扰线、仪表上的屏蔽接地端子，均应作屏蔽接地。 在强雷击区，室外架空敷设的不带屏蔽层的普通多芯电缆， 其备用芯应按照屏蔽接地。如果是屏蔽电缆，屏蔽层已接 地，则备用芯可不接地，穿管多芯电缆备用芯也可不接地。 在仪表系统中要作屏蔽接地的有： ① 导线的屏蔽层、排扰线；

1.3 防静电接地 绝缘体或高电阻体由于感应或磨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抗，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。

安装DCS、PLC、SIS等设备的控制室、机柜室、过程控制 计算机的机房，应考虑防静电接地。这些室内的导静电地 面、活动地板、工作台等应进行防静电接地。 已经做了保 护接地和工作接地的仪表和设备，不必再另做防静电接地。

4、防雷电波侵入 为了防止电磁感应，低压线路宜采用电缆直接埋地，否 则入户端可采用一段铠装电缆引入，直接埋地长度不应小 于50m，电缆与架空线连接处应装阀型避雷器。

当仪表及控制系统的信号线路从室外进入室内后，需要设 置防雷接地连接的场合，应实施防雷接地连接。
2 接地系统的构成

接地系统由接地线、接地汇流排、接地汇总板、接地体 (接地极)等几部分组成。 图5—2所示的为仪表及控制系统接地示意图。
图5—1 人体触及带电表盘时的电流通路

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、框架电气接触良好时，可不做保 护接地。


3、采用隔离式安全栅的本质安全仪表系统，不需要专门 接地。采用齐纳安全栅的本质安全仪表系统应设置接地连 接系统，其接地与仪表信号回路接地不应分开。

1）隔离型安全栅 隔离型的除了限流限压作用外，还具有电气隔离作用。隔 离式安全栅分为输入式安全栅和输出式安全栅两种。输入 式安全栅和变送器配合使用，输出式安全栅则与执行器配 合使用。 ① 输入式安全栅 图5—7所示为输入式安全栅原理图。从图中看到，输入式 安全栅主要由电压电流限制器、直流／交流变换器、整流 滤波电路Ⅰ、隔离变压器T2、共基极放大器、整流滤波电 路Ⅱ等部分组成。


1.4 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。




（1）防静电感应
① 将建筑物和构筑物的金属设备、管道金属构架、电缆金属外皮、钢 屋架、钢窗等接地。 ② 将建筑物和构筑物的金属屋面、屋面结构钢筋、屋面金属网格以及 突出屋面的金属体接地。 防静电感应的接地装置应与电气设备接地装置共用。 （2）防电磁感应
图 5—6 现场接线箱两侧的电缆屏蔽层和备用线芯跨接示意图
3.3 本安系统接地

1、两线制或三线制变送器是由直流电源供电的，为使安 全栅能在直流电源故障时实现对危险场所的保护功能，安 全栅接地必须与直流电源的公共端相连接。 2、为使安全栅能在交流电源故障时实现对危险场所的保 护功能，安全栅接地又必须与交流供电的中线相连。这就 决定了安全栅接地最终应是电气系统接地。


输入式安全栅除了进行能量转换传输外，还进行了检测信 号的传输。来自现场变送器的4～20 mA DC信号经限流限 压电路、整流滤波电路Ⅰ(此时该电路起调制器的作用)、 隔离变压器T2耦合到共基极放大整流电路。共基极放大整 流电路在此起解调器的作用，把方波信号还原成1～5 V DC信号，作为输出送给控制室仪表。所以从信号通道来 看，安全栅是一个放大系数为1的传送器，被传送的信号 经过调制一变压器耦合一解调的过程后，照原样送出(或 转换成1～5 V DC的标准信号)。