接地及其布线工艺的改进优化.doc

接地及其布线工艺的改进优化一概述防雷工程的一个重要的方面是接地以及引下线路的布线工程整个工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取决于此所以应该认真的系统的研究电力电子设备的接地是保障设备安全操作人员安全和设备正常运行的必要措施可以认为凡是与电网连接的所有仪器设备都应当接地凡是电力需要到达的地方就是接地工程需要作到的地方由此可以我们知道接地工程的广泛性和重要性一方面随着时代的进步强功能高价值设备的广泛使用要求提供更加可靠的接地保护另一方面微电子技术的推广使得现代设备要求更低的接地电阻还往往需要抗干扰实践要求有更加系统的接地理论来对工程实际进行指导根据近年来的设计施工经验认为接地连接方式和接地参数并重以减小或消除同系统中不同性质的接地如防雷地工作地外壳接地静电地信号地等之间的电位差为目的选用适当的布线方式根据地网所在地的接地电阻土层分布等地质情况尽量进行准确设计以下本文对接地及其布线进行讨论二目的和要求一接地的分类和目的接地的作用总的步说可以分为有两个保护人员和设备不受损害叫保护接地保障设备的正常运行的叫工作接地这里的分类是指接地工程设计施工中考虑的各种要求并不表示每种地都需要独立开来相反除了有地电信号抗干扰设备本身专门要求等特殊原因之外我们提倡尽量采用联合接地的方案保护接地防雷接地是受到雷电袭击直击感应或线路引入时为防止造成损害的接地系统常有信号弱电防雷地和电源强电防雷地之分区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上和电源防雷地分开建设机壳安全接地是将系统中平时不带电的金属部分机柜外壳操作台外壳等与地之间形成良好的导电连接以保护设备和人身安全原因是系统的供电是强电供电或通常情况下机壳等是不带电的当故障发生如主机电源故障或其它故障造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时这些金属部件或外壳就形成了带电体如果没有很好的接地那么这带电体和地之间就有很高的电位差如果人不小心触到这些带电体那么就会通过人身形成通路产生危险因此必须将金属外壳和地之间作很好的连接使机壳和地等电位此外保护接地还可以防止静电的积聚工作接地工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地它分为机器逻辑地信号回路接地屏蔽接地在石化和其它防爆系统中还有本安接地机器逻辑地也叫主机电源地是计算机内部的逻辑电平负端公共地也是等电源的输出地信号回路接地如各变送器的负端接地开关量信号的负端接地等屏蔽接地模人信号的屏蔽层的接地本安接地是本安仪表或安全栅的接地这种接地除了抑制干扰外还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一本安接地会因为采用的设备的本实措施不同而不同下面以齐纳式安全栅为例说明其接地内容安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内如果现场端短路则由于负载电阻和安全栅电阻的限流作用会将导线上的电流限制在安全范围内使现场端不至于产生很高的温度引起燃烧第二种情况如果计算机一端产生故障则高压电信号加入了信号回路则由于齐纳二级的嵌位作用也使电压位于安全范围值得提醒的是由于齐纳安全栅的引入使得信号回路上的电阻增大了许多因此在设计输出回路的负载能力时除了要考虑真正的负载要求以外还要充分考虑安全栅的电阻留有余地除了上述几种接地外在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地也叫交流电源工作地它是电力系统中为了运行需要设的接地如中性点接地接地要求和方法上面介绍了六种接地供电系统地保护地逻辑地屏蔽地安全栅地信号回路地对这六种接地各家有各家的要求虽然大都强调一点接地接地电阻必须小于欧姆等但具体内容上差别很大下面给出几个例子介绍常遇到的接地要求和方法供电系统地在很多企业特别是电厂冶炼厂等其厂区内有一个很大的地线网而通常供电系统的地是与地线网连在一起的有的厂家强调计算机系统的所有接地必须和供电系统地以及其它如避雷地严格分开而且之间至少应保持以上的距离为了彻底防止供电系统地的影响建议供电线线路用隔离变压器隔开这对那些电力负荷很重而且负荷经常启停的单位是应注意的从抑制干扰的角度来看将电力系统地和计算机系统的所有地分开是很有好处的因为一般电力系统的地线是不太干净的但从工程角度来看在有些场合下单设计算机系统地并保证其与供电系统地隔开一定距离是很困难的这时可以考虑能否将计算机系统的地和供电地共用一个这要考虑几个因素供电系统地上是否干扰很大如大电流设备启停是否频繁对地产生的干扰是否大供电系统地的接地电阻是否足够小而且整个地网各个部分的电位差是否很小即地网的各部分之间是否阻值很小弱电子系统的抗干扰能力以及所用到的传输信号的抗干扰能力例如有无小信号电偶热电阻的直接传输等所有计算机接线涉及到的接地采用一点接地方式在这一点上也有很多争议有的厂家系统提出几个地逻辑地屏蔽地又叫模拟地信号地保护地分别自己接地在地上打接地装置而大部分系统则指出各种地在机柜内部自己分别接地汇于一点然后用较粗的导体铜将各汇地点朕起来接到一个公共的接地体上这里有几点需要注意控制系统本身是由多台设备组成的除了控制站以外还包括很多外设而且数据也往往不止一台这就涉及到了多台设备多种接地的问题此外一般的系统的供电是各站控制站操作站等用专门一条线单独供电即彼此之间不相互供电图是一种的接地图代表性的示意图接地图保护接地系统的所有设备均有一个保护地该保护一般在机柜和其它设备设计加工时就已在内部接好有的系统中已将该保护地在内部同电源进线的保护地三芯插头的中间头连在一起有的不允许将保护地同该线相连用户一定要仔细阅读厂家提供的接地安装说明书不管哪种方式必须将一台设备控制站操作员站等上所有的外设或系统的连在一起然后用较粗的绝缘铜导线将各站的连在一起最后从一点上与大地接地系统相连还有一点值得提醒的是同一体统的所有外设必须从一条供电线上供电而且一台设备如操作员站位所连接的所有外设和主机系统计算机打印机拷贝机主机系统的电源必须从设备的供电分配器上取电而不允许从其它地方取电否则可能会烧坏接口甚至设备对于不得不用长线连接的场合或用较粗导线提供供电或采取通信隔离措施各站的在连接时可以采用幅射连接法也可以采用串行接法电源逻辑地如图所示首先各站内的逻辑地必须位于一点然后粗绝缘导线以辐射状接到一点上然后接到大地接地线上在有些系统中所有的输入输出均是隔离的这样其内部逻辑地就是一个独立的单元与其它部分没有电器连接这种系统中往往不需要接地而是保持内部浮空所以用户在设计和施工接地系统时一定要仔细阅读产品的技术要求和接地要求模拟地模拟地又叫屏蔽地是所有的接地中要求最高的一种几乎所有的系统都提出一点接地而且接地电阻小于设计和制造中在机柜内部都安置了汇流排或其它设施用户在接线时将屏蔽线分别接到汇流排上在机柜底部用绝缘的铜辫连到一点然后将各机柜的汇流点再用绝缘的铜辫或铜条以辐射状连到接地点大多数的要求不仅各机柜对地电阻而且各机柜之间的电阻也要信号地的处理原则上不允许各变送器和其它的传感器在现场端接地而都应将其负端在计算机端子处一点接地但在有些场合现场端必须接地这时必须注意原信号的输入端子上双端绝对不许和计算机的接地线有任何电气连接而计算机在处理这类信号时必须在前端采用有效的隔离措施安全栅的接地我们来看图所示的安全栅线路图此主题相关图片如下图安全栅接地原理图从图中可以看出有三个接地点通常和两点都在计算机这一侧可以连在一起形成一点接地而点是变送器外壳在现场的接地若现场和控制室两接地点间有电位差存在那么点和点的电位就不同了假设我们以作为参考点假定是点出现的电势此时点和点的电位仍为那么和间就可能有的电位差了己超过安全极限电位差但齐纳管不会被击穿因为和间的电位差没变因而起不到保护作用这时如果不小心现场的信号线碰到外壳上就可能引起火花可能会点燃周围的可燃性气体这样的系统也就不具备本安性能了所以在涉及到安全栅的接地系统设计与实施时一定要保证点和点的电位近似相等在具体实践中可以用以下方法解决此问题用一根较粗的导线将点与点连接起来来保证点与点的电位比较接近另一种就是利用统一的接地网将它们分别接到接地网上这样如果接地网的本身电阻很少再用较好的连接也能保证点和点的电位近似相等但注意此接地一定不要与上面几种接地发生冲突以上讨论了几种接地的方法和注意事项在不同的系统中对这几种接地的组态要求不同但大多数系统对的接地电阻一般要求欧姆以下而安全栅的接地电阻应欧姆最好欧姆和的接地电阻应小于欧姆