XS接地體在接地工程中的工藝改進

1、XS接地體在接地工程中的工藝改進一、概述XS接地塊是用于接地工程的工程材料，適用于各種防雷地、安全地、工作地的建設。在設計和施工中使用接地塊建設良好的接地系統(tǒng)，當發(fā)生雷擊、電網(wǎng)事故、交流電搭接以及設備自身故障時，能夠?qū)⒃O備和人身傷害減少到最小范圍，保護設備免遭永久性的損害，保證設備系統(tǒng)安全可靠的運行。XS接地塊取代了原來的用銅板作為接地體的傳統(tǒng)設計施工方法，在技術(shù)規(guī)范和施工材料方面要求沒有原來苛刻，節(jié)省了人工和材料成本，接地系統(tǒng)的接地電阻更理想，而且可以根據(jù)土壤電阻和接地電阻設計選用多少接地體，達到接地系統(tǒng)的要求。 電力、電子設備的接地，是保障設備安全、操作人員安全和設備正常運行的必要措施。可

2、以認為，凡是與電網(wǎng)連接的所有儀器設備都應當接地；凡是電力需要到達的地方，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，隨著時代的進步，強功能高價值設備的廣泛使用，要求提供更加可靠的接地保護；另一方面，微電子技術(shù)的推廣，使得現(xiàn)代設備要求更低的接地電阻，還往往需要抗干擾。實踐要求有系統(tǒng)的接地理論來對工程進行實際指導。因此認為： a、接地連接方式和接地參數(shù)并重。 b、以減小同系統(tǒng)中不同性質(zhì)的接地（如工作地、外殼接地、靜電地、信號地、防雷地等）之間的電位差為目的，應選用適當?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，盡量進行準確設計。二、目的和要求

3、（一）接地的分類和目的 接地的作用總的來說有兩種：a.保護人和設備不受損害；b.抑制干擾；抑制干擾接地在有的書中又叫工作接地，而前者又叫保護接地。1、保護接地 保護接地是將系統(tǒng)中平時不帶電的金屬部分（機柜外殼，操作臺外殼等)與地之間形成良好的導電連接，以保護設備和人身安全。原因是系統(tǒng)的供電是強電供電（380、220或11OV），通常情況下機殼等是不帶電的，當故障發(fā)生（如主機電源故障或其它故障）造成電源的供電火線與外殼等導電金屬部件短路時，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。因

4、此，必須將金屬外殼和地之間作很好的連接，使機殼和地等電位。此外，保護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行并保證測量和控制精度而設的接地。它分為機器邏輯地、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。 機器邏輯地，也叫主機電源地，是計算機內(nèi)部的邏輯電平負端公共地，也是+5V等電源的輸出地。 信號回路接地，如各變送器的負端接地，開關(guān)量信號的負端接地等。 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。本安接地會因為采用的設備的本實措施不同

5、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危險現(xiàn)場端永遠處于安全電源和安全電壓范圍之內(nèi)。如果現(xiàn)場端短路，則由于負載電阻和安全柵電阻R的限流作用，會將導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，如果計算機一端產(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，在設計輸出回路的負載能力時，除了要考慮真正的負載要求以外，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

6、流電源工作地，它是電力系統(tǒng)中為了運行需要設的接地(如中性點接地）。（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，雖然大都強調(diào)一點接地，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。 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。有的廠家強調(diào)計算機系統(tǒng)的所有接地必須和供電系統(tǒng)地以及其它（如避雷地）嚴格分開，而且之間至少應保持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

7、開。這對那些電力負荷很重，而且負荷經(jīng)常啟停的單位是應注意的。從抑制干擾的角度來看，將電力系統(tǒng)地和計算機系統(tǒng)的所有地分開是很有好處的，因為一般電力系統(tǒng)的地線是不太干凈的。但從工程角度來看，在有些場合下單設計算機系統(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算機系統(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?。?W） 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）

8、的直接傳輸?shù)取Ｋ杏嬎銠C接線涉及到的接地采用一點接地方式，在這一點上，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)則指出各種地在機柜內(nèi)部自己分別接地，匯于一點，然后用較粗的導體（銅）將各匯地點朕起來，接到一個公共的接地體上。這里有幾點需要注意： 控制系統(tǒng)本身是由多臺設備組成的，除了控制站以外，還包括很多外設，而且數(shù)據(jù)也往往不止一臺，這就涉及到了多臺設備，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。 圖1 DCG接地

9、圖 保護接地：系統(tǒng)的所有設備均有一個保護地，該保護一般在機柜和其它設備設計加工時就已在內(nèi)部接好，有的系統(tǒng)中已將該保護地在內(nèi)部同電源進線的保護地（三芯插頭的中間頭)連在一起，有的不允許將保護地同該線相連，用戶一定要仔細閱讀廠家提供的接地安裝說明書，不管哪種方式，CG必須將一臺設備（控制站、操作員站等）上所有的外設或系統(tǒng)的CG連在一起，然后用較粗的絕緣銅導線將各站的CG連在一起，最后從一點上與大地接地系統(tǒng)相連。還有一點值得提醒的是，同一體統(tǒng)的所有外設必須從一條供電線上供電，而且一臺設備（如操作員站位所連接的所有外設和主機系統(tǒng)（計算機、打印機、拷貝機主機系統(tǒng)）的電源必須從設備的供電分配器上取電，而不

10、允許從其它地方取電，否則可能會燒壞接口甚至設備，對于不得不用長線連接的場合，或用較粗導線提供供電，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PG，然后，粗絕緣導線以輻射狀接到一點上，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，用戶在設計和施工接地系統(tǒng)時，一定要仔細閱讀產(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

11、所有的系統(tǒng)都提出AG一點接地，而且接地電阻小于1。 DCS設計和制造中，在機柜內(nèi)部都安置了AG匯流排或其它設施。用戶在接線時將屏蔽線分別接到AG匯流排上，在機柜底部，用絕緣的銅辮連到一點，然后將各機柜的匯流點再用絕緣的銅辮或銅條以輻射狀連到接地點。大多數(shù)的DCS要求，不僅各機柜AG對地電阻I，而且各機柜之間的電阻也要1。 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，而都應將其負端在計算機端子處一點接地。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）絕對不許和計算機的接地線有任何電氣連接，而計算機在處理這類信號時，必須在前端采用有效的隔離措施。安全柵的接

12、地：我們來看圖2所示的安全柵線路圖。 圖2 安全柵接地原理圖從圖中可以看出有三個接地點：B，E，D，通常B和E兩點都在計算機這一側(cè)?？梢赃B在一起，形成一點接地。而D點是變送器外殼在現(xiàn)場的接地，若現(xiàn)場和控制室兩接地點間有電位差存在，那么， D點和E點的電位就不同了。假設我們以E作為參考點，假定是D點出現(xiàn)10V的電勢，此時，A點和E點的電位仍為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，因為A和E間的電位差沒變，因而起不到保護作用。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

13、及到安全柵的接地系統(tǒng)設計與實施時，一定要保證D點和B（E）點的電位近似相等。在具體實踐中可以用以下方法解決此問題：用一根較粗的導線將D點與B點連接起來，來保證D點與B點的電位比較接近。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點和B點的電位近似相等。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。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4歐姆，最好3mm的鋼管。角鋼對角線長的約為70mm，短的約為56.6mm。若包裹厚度為

14、30mm，地網(wǎng)開挖直徑尺寸應在130mm。對水平扁鋼來說，由于地面開挖高低不平，扁鋼本身彎曲不直，在施工中許多部位剛剛被降阻劑蓋住。這樣，鋼材實際上處在兩個介質(zhì)的交界處，大大地加快了腐蝕程度，因此地網(wǎng)開挖尺寸也應該加大。我們認為垂直極灌降阻劑直徑以130200mm為好，水平溝以150mm100mm為好（扁鋼豎放）。這樣做的開挖工程量和降阻劑用量都會增加，但從整體降阻、防腐效果看是合理的。接地極埋深一般為8001000mm，鉆孔深井時應有8000-15000mm深。工程中往往忽視這一要求，這不僅僅是因為埋深與減小電阻值有關(guān)，更重要的是考慮了防腐。在此深度以下，基本上避開了干濕交替層，溫度相對穩(wěn)定

15、，使腐蝕減緩，接地工程的施工應按施工設計圖紙的要求去做，并保證施工質(zhì)量，以利于充分發(fā)揮接地塊和降阻劑的作用，降低接地電阻值。 四、接地布線 室內(nèi)系統(tǒng)通過接地引下線與地網(wǎng)聯(lián)系，建筑內(nèi)的線路排布直接關(guān)系到接地系統(tǒng)是否真正有效的工作。如果處理不好線路的排布，常常造成設備的損害。為了更清楚的闡述布線的原則，我們模擬一個建筑來考察他在受到雷擊時候的情況。1、 雷擊避雷針、避雷帶、電源線、信號線產(chǎn)生感應過電壓（過電流）的現(xiàn)象是經(jīng)常發(fā)生的。圖3中的電子設備和是兩臺互相傳輸數(shù)據(jù)的設備，假設電源線上傳輸進來kA雷電電流波（10/350nS），按圖4所示的等效電路，設備是否會被損壞？圖3 獨立接地系統(tǒng)的設備電位差

16、圖 假設：電源避雷器性能優(yōu)良，其響應時間和導通后的殘壓不會損壞電子設備，雷電流IP=5kA全部流經(jīng)避雷器P進入接地點1入地；接地電阻R11、R21、R31，且互為獨立接地。雷電流IP流過接地電阻1時，接地點1的地電位將抬升為G1IpR15kV。圖4 用避雷器防雷的等電位接地圖 該電位G1此時會加到電源的輸入端1，而設備的接地點2為零電位，則電源輸入端與入地點2之間的電位差a1G25kV。電子設備開關(guān)電源能耐受的最高電壓為8001500V（10/350?S波）,若5kV的電壓波加到1G2兩端，則設備的電源端將被過電壓損壞。為了避免設備的電源端免受雷擊損壞，應將接地點G1與G2相連接（如圖4所示）

17、。 可以知道，2電位變?yōu)?kV，此時，信號傳輸線另一端設備的接地點3為零電位，而信號接口2與接地點2之間的電位差VG2a2變成了5kV，從而使信號接口2損壞。要保護信號接口2，應在信號接口2和接地點2之間安裝殘壓小的信號避雷器A，且接地點必須與2相連。同時可以看出，設備信號接口被雷擊損壞，該雷電不一定是由信號傳輸線產(chǎn)生的感應過電壓所致。也可以發(fā)現(xiàn)，雖然設備的信號接口2并未損壞，但5kV的電壓已加到2與G3端，那么信號接口2會損壞嗎？理論計算與實驗結(jié)果表明：2至2的信號傳輸線，如果線徑1mm，長度大于100m，則線阻加上導線的分布電感所形成的電抗分壓，使得加到2與3的電壓b2G3小于100V，但

18、如果傳輸線小于100m，則有可能使b2G3100V 而使設備B受到雷擊損壞。 為使設備得完好保護，應同設備一樣按以上方法的要求去做。 假設雷電從信號線上產(chǎn)生,其分析方法,防護手段同上。 直擊雷損壞設備的原因分析和防護方法 圖是建筑物受直擊雷后室內(nèi)設備受損壞的示意圖。圖5 建筑物內(nèi)設備受雷擊分析示意圖圖中、是處在不同樓層的電子設備;A、B、C為各設備之間互相通信的信號線;是與建筑物外的設備通信信號線；1、2、3為不同樓層建筑物內(nèi)部鋼筋引下線；、A、B、C為設備供電線路；S為設備工作接地，G為建筑物防雷接地，A、B、C為設備工作接地在主桿線上的接地點；L、S分別為電源避雷器和信號避雷器。 假設雷電

19、直接打在建筑物樓頂避雷帶上，入地雷電流100kA，G1、S1。此時,1、2、3所處的各樓層的電位都將抬升100kV,如果A、 B、C與防雷地不相連接，就會發(fā)生設備工作地線與建筑物樓板到處打火的現(xiàn)象（反擊），因為100kV的電位差可擊穿的空氣距離達300500mm（由當時的空氣絕緣程度而定）。 如果G與S相距較遠（如20m以上），設備工作接地線與樓板、墻壁絕緣較好，地電位的抬升不足以擊穿設備工作地線。但雷擊時，工作人員剛好與設備機殼相接觸，人身體上的某一部位又與地板或墻壁相接觸，雷電將會流過人體進入設備工作接地，人身安全必將受到傷害（作者本人親眼看到此類事故的發(fā)生）。 當前兩種的事故發(fā)生后，高電

20、位進入設備擊穿設備的電源端或信號端口，雷電從電源線或信號線流出，構(gòu)成了雷電流回路，使設備受到損壞，造成雷電電流波的低電位引入現(xiàn)象。 為了避免以上事故的發(fā)生,G與S必須是同一個接地體,即設備工作地和防雷地必須聯(lián)合接地；聯(lián)合接地后，人身安全了。 聯(lián)合接地后，設備就安全了嗎？不,雷擊時,設備機殼通過工作地線流入接地體，由于地線的分布電感及線電阻產(chǎn)生的線電壓降很大（分布電感產(chǎn)生的線電壓將在下一節(jié)討論）,很難保證設備與與之間的地電位是相等的,當電位差大于100V以上就有可能使C、B、A和的接口通過信號連接線將雷電流（或過電壓）引入而損壞接口；當雷電產(chǎn)生的電位差大于8001500V，電源輸入端口C、B、A

21、也將損壞 要解決直擊雷造成反擊損壞設備的現(xiàn)象,就得盡量減少各點之間的電位差。具體方法是：各樓層的設備工作地A、B、 C應與該樓層的建筑物主鋼筋相連（至少兩點相連），并在機房內(nèi)組成環(huán)形匯集環(huán)，如圖6所示。 接在匯集環(huán)上的設備與設備如果互相連網(wǎng)，在雷擊時，因其地電位差極小，從而避免了雷擊反擊損壞。 禁止在機房內(nèi)用細小的銅線將設備串聯(lián)接地，因為導線的分布電感和線阻，將使各接地點之間電位差增大。如機房內(nèi)的環(huán)形接地體無法與大樓內(nèi)的主鋼筋相連，則用兩條銅線同時引下,銅線的截面積為每平方毫米導線最長為0.5m且截面積不宜小于35 mm2。環(huán)形接地體與設備的電源插座相連或與設備相連，其連線截面積為每平方毫米導

22、線長度最長為10cm。 副圖6 機房內(nèi)的環(huán)形接地匯集環(huán) 進入和引出大樓的各種線路均加裝避雷器。且應與設備的工作接地相連。 由于直擊雷入地的電流強度極大，因此在雷電流入地的過程中，將產(chǎn)生極強的電磁波，該電磁波會近距離感應在大樓內(nèi)各種設備的線路上，產(chǎn)生感應過電壓，從而使設備損壞。防止直擊雷的感應過電壓，傳統(tǒng)的辦法是將各線路進行屏蔽處理或在每一個線路的設備輸入、輸出端安裝各種避雷器。 電抗、干擾及避雷器選型 上一節(jié)已提到由于接地導線的分布電感及線電阻在雷電流流過時會造成接地導線上電壓分布不均的現(xiàn)象，從而導致連接于該接地線上相互連網(wǎng)的設備因地電位不等而損壞。 以習慣采用的2.5 mm2的銅線為例進行計

23、算：2.5 mm2的銅線1m長其分布電感為L1.0110-6,線電阻R0.02，按10/350S的電流波 I1kA流過該導線產(chǎn)生的電壓：V1mdI/dtLRI103/(1010-6)1.0110-60.02103121(V)實驗室測量值為：106 V由此可見，如果幾十米的2.5 mm2的接地導線將產(chǎn)生的電位差可達幾千伏以上。 在防雷工程中認真計算接地線上因電抗形成的電位差是非常重要的。建議在實驗室檢測和計算時，機房設備接地線采用10/350S、5kA電流波進行檢測、計算和設計。 石化系統(tǒng)的原油罐，是浮頂金屬罐，浮船與罐體用多根25 mm2的軟銅線相連，而浮船與罐體的間隙是絕緣的，雷擊罐頂或罐頂上的避雷針時，由于軟銅線的分布電抗及雷電流太大,浮船與罐體之間的電位差可能引起間隙放電,造成石油化工廠的原油罐被雷擊起火。 聯(lián)合接地可以解決防雷等電位問題,但是,聯(lián)合接地會將工頻干擾、高頻干擾加到設備上,使得網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)傳輸、設備的工作穩(wěn)定性受到危害,并容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、誤碼、通信中斷等。 各種干擾中最主要的是工頻干擾,而工頻干擾表現(xiàn)的是地電位抬升，如三相用電不平衡、零線重復接地、機殼漏電等產(chǎn)生的電流。 設工頻入地電流為,接地電阻為,則地電位抬升為20V，該電壓直接加到計算機的邏輯低電平上，造