接地及其布線工藝的改進(jìn)優(yōu)化
一 概述
防雷工程的一個重要的方面是接地以及引下線路的布線工程，整個工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取決于此，所以應(yīng)該認(rèn)真的系統(tǒng)的研究。
電力、電子設(shè)備的接地，是保障設(shè)備安全、操作人員安全和設(shè)備正常運(yùn)行的必要措施。可以認(rèn)為，凡是與電網(wǎng)連接的所有儀器設(shè)備都應(yīng)當(dāng)接地；凡是電力需要到達(dá)的地方，就是接地工程需要作到的地方。由此可以我們知道，接地工程的廣泛性和重要性。
一方面，隨著時代的進(jìn)步，強(qiáng)功能高價值設(shè)備的廣泛使用，要求提供更加可靠的接地保護(hù)；另一方面，微電子技術(shù)的推廣，使得現(xiàn)代設(shè)備要求更低的接地電阻，還往往需要抗干擾。實(shí)踐要求有更加系統(tǒng)的接地理論來對工程實(shí)際進(jìn)行指導(dǎo)。根據(jù)近年來的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為：
a、接地連接方式和接地參數(shù)并重；
b、以減小或消除同系統(tǒng)中不同性質(zhì)的接地（如防雷地、工作地、外殼接地、靜電地、信號地等）之間的電位差為目的，選用適當(dāng)?shù)牟季€方式；
c、根據(jù)地網(wǎng)所在地的接地電阻、土層分布等地質(zhì)情況，盡量進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)計(jì)；
以下，本文對接地及其布線進(jìn)行討論。
二、目的和要求
（一）接地的分類和目的
接地的作用總的步說可以分為有兩個：保護(hù)人員和設(shè)備不受損害叫保護(hù)接地；保障設(shè)備的正常運(yùn)行的叫工作接地。這里的分類是指接地工程設(shè)計(jì)施工中考慮的各種要求，并不表示每種“地”都需要獨(dú)立開來。相反，除了有地電信號抗干擾、設(shè)備本身專門要求等特殊原因之外，我們提倡盡量采用聯(lián)合接地的方案。
1、保護(hù)接地
防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應(yīng)或線路引入）時，為防止造成損害的接地系統(tǒng)。常有信號（弱電）防雷地和電源（強(qiáng)電）防雷地之分，區(qū)分的原因不僅僅是因?yàn)橐蠼拥仉娮璨煌以诠こ虒?shí)踐中信號防雷地常附在信號獨(dú)立地上，和電源防雷地分開建設(shè)。
機(jī)殼安全接地是將系統(tǒng)中平時不帶電的金屬部分（機(jī)柜外殼，操作臺外殼等)與地之間形成良好的導(dǎo)電連接，以保護(hù)設(shè)備和人身安全。原因是系統(tǒng)的供電是強(qiáng)電供電（380、220或11OV），通常情況下機(jī)殼等是不帶電的，當(dāng)故障發(fā)生（如主機(jī)電源故障或其它故障）造成電源的供電火線與外殼等導(dǎo)電金屬部件短路時，這些金屬部件或外殼就形成了帶電體，如果沒有很好的接地，那么這帶電體和地之間就有很高的電位差，如果人不小心觸到這些帶電體，那么就會通過人身形成通路，產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此，必須將金屬外殼和地之間作很好的連接，使機(jī)殼和地等電位。此外，保護(hù)接地還可以防止靜電的積聚。
2、工作接地
工作接地是為了使系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測量和控制精度而設(shè)的接地。它分為機(jī)器邏輯地、信號回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系統(tǒng)中還有本安接地。
機(jī)器邏輯地，也叫主機(jī)電源地，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是+5V等電源的輸出地。
信號回路接地，如各變送器的負(fù)端接地，開關(guān)量信號的負(fù)端接地等。
屏蔽接地（模人信號的屏蔽層的接地）。
本安接地，是本安儀表或安全柵的接地。這種接地除了抑制干擾外，還有使儀表和
系統(tǒng)具有本質(zhì)安全性質(zhì)的措施之一。本安接地會因?yàn)椴捎玫脑O(shè)備的本實(shí)措施不同而不同，下面以齊納式安 全柵為例，說明其接地內(nèi)容。
安全柵的作用是保護(hù)危險(xiǎn)現(xiàn)場端永遠(yuǎn)處于安全電源和安全電壓范圍之內(nèi)。如果現(xiàn)場端短路，則由于負(fù)載電阻和安全柵電阻R的限流作用，會將導(dǎo)線上的電流限制在安全范圍內(nèi)，使現(xiàn)場端不至于產(chǎn)生很高的溫度，引起燃燒。第二種情況，如果計(jì)算機(jī)一端產(chǎn)生故障，則高壓電信號加入了信號回路，則由于齊納二級的嵌位作用，也使電壓位于安全范圍。
值得提醒的是，由于齊納安全柵的引入，使得信號回路上的電阻增大了許多，因此，在設(shè)計(jì)輸出回路的負(fù)載能力時，除了要考慮真正的負(fù)載要求以外，還要充分考慮安全柵的電阻，留有余地。
除了上述幾種接地外，在很多場合下容易引起混亂的還有一個供電系統(tǒng)地，也叫交流電源工作地，它是電力系統(tǒng)中為了運(yùn)行需要設(shè)的接地(如中性點(diǎn)接地）。
（l）接地要求和方法：
上面介紹了六種接地：供電系統(tǒng)地、保護(hù)地、邏輯地、屏蔽地安全柵地、信號回路地。對這六種接地，各家有各家的要求，雖然大都強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)接地，接地電阻必須小于1歐姆等，但具體內(nèi)容上差別很大，下面給出幾個例子介紹常遇到的接地要求和方法。
① 供電系統(tǒng)地：在很多企業(yè)，特別是電廠、冶煉廠等，其廠區(qū)內(nèi)有一個很大的地線網(wǎng)，而通常供電系統(tǒng)的地是與地線網(wǎng)連在一起的。有的廠家強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有接地必須和供電系統(tǒng)地以及其它（如避雷地）嚴(yán)格分開，而且之間至少應(yīng)保持15m以上的距離。為了徹底防止供電系統(tǒng)地的影響，建議供電線線路用隔離變壓器隔開。這對那些電力負(fù)荷很重，而且負(fù)荷經(jīng)常啟停的單位是應(yīng)注意的。從抑制干擾的角度來看，將電力系統(tǒng)地和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有地分開是很有好處的，因?yàn)橐话汶娏ο到y(tǒng)的地線是不太干凈的。但從工程角度來看，在有些場合下單設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)地并保證其與供電系統(tǒng)地隔開一定距離是很困難的，這時可以考慮能否將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的地和供電地共用一個，這要考慮幾個因素：
·供電系統(tǒng)地上是否干擾很大，如大電流設(shè)備啟停是否頻繁，對地產(chǎn)生的干擾是否大；
·供電系統(tǒng)地的接地電阻是否足夠小，而且整個地網(wǎng)各個部分的電位差是否很小，即地網(wǎng)的各部分之間是否阻值很小（＜1W）
·弱電子系統(tǒng)的抗干擾能力以及所用到的傳輸信號的抗干擾能力，例如有無小信號(電偶，熱電阻）的直接傳輸?shù)取?
②所有計(jì)算機(jī)接線涉及到的接地采用一點(diǎn)接地方式，在這一點(diǎn)上，也有很多爭議。有的廠家系統(tǒng)提出幾個地：邏輯地、屏蔽地（又叫模擬地）、信號地、保護(hù)地分別自己接地在地上打接地裝置，而大部分系統(tǒng)則指出各種地在機(jī)柜內(nèi)部自己分別接地，匯于一點(diǎn)，然后用較粗的導(dǎo)體（銅）將各匯地點(diǎn)朕起來，接到一個公共的接地體上。這里有幾點(diǎn)需要注意：
控制系統(tǒng)本身是由多臺設(shè)備組成的，除了控制站以外，還包括很多外設(shè)，而且數(shù)據(jù)也往往不止一臺，這就涉及到了多臺設(shè)備，多種接地的問題。此外，一般的系統(tǒng)的供電是各站（控制站，操作站等)用專門一條線單獨(dú)供電，即彼此之間不相互供電。圖1是一種的GCS接地圖代表性的示意。
此主題相關(guān)圖片如下：
圖1 DCG接地圖
保護(hù)接地：系統(tǒng)的所有設(shè)備均有一個保護(hù)地，該保護(hù)一般在機(jī)柜和其它設(shè)備設(shè)計(jì)加工時就已在內(nèi)部接好，有的系統(tǒng)中已將該保護(hù)地在內(nèi)部同電源進(jìn)線的保護(hù)地（三芯插頭的中間頭)連在一起，有的不允許將保護(hù)地同該線相連，用戶一定要仔細(xì)閱讀廠家提供的接地安裝說明書，不管哪種方式，CG必須將一臺設(shè)備（控制站、操作員站等）上所有的外設(shè)或系統(tǒng)的CG連在一起，然后用較粗的絕緣銅導(dǎo)線將各站的CG連在一起，最后從一點(diǎn)上與大地接地系統(tǒng)相連。還有一點(diǎn)值得提醒的是，同一體統(tǒng)的所有外設(shè)必須從一條供電線上供電，而且一臺設(shè)備（如操作員站位所連接的所有外設(shè)和主機(jī)系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、拷貝機(jī)主機(jī)系統(tǒng)）的電源必須從設(shè)備的供電分配器上取電，而不允許從其它地方取電，否則可能會燒壞接口甚至設(shè)備，對于不得不用長線連接的場合，或用較粗導(dǎo)線提供供電，或采取通信隔離措施。
各站的CG在連接時可以采用幅射連接法，也可以采用串行接法。電源邏輯地（P）如圖 1所示。首先，各站內(nèi)的邏輯地必須位于一點(diǎn)PG，然后，粗絕緣導(dǎo)線以輻射狀接到一點(diǎn)上，然后接到大地接地線上。在有些系統(tǒng)中，所有的輸入，輸出均是隔離的，這樣其內(nèi)部邏輯地就是一個獨(dú)立的單元，與其它部分沒有電器連接，這種系統(tǒng)中往往不需要PG接地，而是保持內(nèi)部浮空。所以，用戶在設(shè)計(jì)和施工接地系統(tǒng)時，一定要仔細(xì)閱讀產(chǎn)品的技術(shù)要求和接地要求。
·模擬地（AG），模擬地（又叫屏蔽地）是所有的接地中要求最高的一種。幾乎所有的系統(tǒng)都提出AG一點(diǎn)接地，而且接地電阻小于1Ω。 DCS設(shè)計(jì)和制造中，在機(jī)柜內(nèi)部都安置了AG匯流排或其它設(shè)施。用戶在接線時將屏蔽線分別接到AG匯流排上，在機(jī)柜底部，用絕緣的銅辮連到一點(diǎn)，然后將各機(jī)柜的匯流點(diǎn)再用絕緣的銅辮或銅條以輻射狀連到接地點(diǎn)。大多數(shù)的DCS要求，不僅各機(jī)柜AG對地電阻＜IΩ，而且各機(jī)柜之間的電阻也要＜1Ω。 ·信號地的處理：原則上不允許各變送器和其它的傳感器在現(xiàn)場端接地，而都應(yīng)將其負(fù)端在計(jì)算機(jī)端子處一點(diǎn)接地。但在有些場合，現(xiàn)場端必須接地，這時，必須注意原信號的輸入端子（上雙端）絕對不許和計(jì)算機(jī)的接地線有任何電氣連接，而計(jì)算機(jī)在處理這類信號時，必須在前端采用有效的隔離措施。 ·安全柵的接地：我們來看圖2所示的安全柵線路圖。 此主題相關(guān)圖片如下： 圖2 安全柵接地原理圖 從圖中可以看出有三個接地點(diǎn)：B，E，D，通常B和E兩點(diǎn)都在計(jì)算機(jī)這一側(cè)。可以連在一起，形成一點(diǎn)接地。而D點(diǎn)是變送器外殼在現(xiàn)場的接地，若現(xiàn)場和控制室兩接地點(diǎn)間有電位差存在，那么， D點(diǎn)和E點(diǎn)的電位就不同了。假設(shè)我們以E作為參考點(diǎn)，假定是D點(diǎn)出現(xiàn)10V的電勢，此時，A點(diǎn)和E點(diǎn)的電位仍為24V，那么A和D間就可能有34V的電位差了，己超過安全極限電位差，但齊納管不會被擊穿，因?yàn)?/span>A和E間的電位差沒變，因而起不到保護(hù)作用。這時如果不小心現(xiàn)場的信號線碰到外殼上，就可能引起火花，可能會點(diǎn)燃周圍的可燃性氣體，這樣的系統(tǒng)也就不具備本安性能了。所以，在涉及到安全柵的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施時，一定要保證D點(diǎn)和B（E）點(diǎn)的電位近似相等。在具體實(shí)踐中可以用以下方法解決此問題：用一根較粗的導(dǎo)線將D點(diǎn)與B點(diǎn)連接起來，來保證D點(diǎn)與B點(diǎn)的電位比較接近。另一種就是利用統(tǒng)一的接地網(wǎng)，將它們分別接到接地網(wǎng)上，這樣，如果接地網(wǎng)的本身電阻很少，再用較好的連接，也能保證D點(diǎn)和B點(diǎn)的電位近似相等。但注意，此接地一定不要與上面幾種接地發(fā)生沖突。 以上討論了幾種接地的方法和注意事項(xiàng)。在不同的系統(tǒng)中，對這幾種接地的組態(tài)要求不同，但大多數(shù)系統(tǒng)對AG的接地電阻一般要求I歐姆以下，而安全柵的接地電阻應(yīng)＜4歐姆，最好<1歐姆，PG和CG的接地電阻應(yīng)小于4歐姆。
接地及其布線工藝的改進(jìn)優(yōu)化