煤化工厂区的布线和抗干扰措施

张广军 闫怀尧

(江苏晋煤恒盛化工股份有限公司)

煤化工厂区的布线和抗干扰措施

张广军 闫怀尧

(江苏晋煤恒盛化工股份有限公司)

从屏蔽电缆的选择与接地、等电位连接和共用接地系统、光缆的选择与使用说明3方面，介绍了相关规程规范在煤化工厂区布线和抗干扰中的应用。

等电位 煤化工 共用接地 屏蔽电缆 光缆

目前，煤化工行业的调度和生产系统集DCS系统、安防监控系统、火灾自动报警系统、电话通信和广播系统于一体。工业布线在原连续模拟信号和少量数字信号的基础上，逐步融入了语音、图像视频等模拟和数字通信技术，这势必引起相互干扰。加之雷电、产生电火花的设备、电感性负载及大功率输电线等外界环境的影响，也使得厂区综合布线变得复杂。因此，在同一电磁环境中，使用电设备之间能够和谐共存、互不干扰，是工程技术人员普遍面临的问题。

文献[1]就干扰源及其对系统的干扰机制、抗干扰措施、接地系统的设计进行了分析和描述，对单纯的仪表和DCS系统具有很好的借鉴意义。在此，笔者针对当前复杂得综合布线系统和外围电磁环境，结合最新的国家规程相关章节，论述屏蔽电缆的选择与接地、等电位连接、光缆的选择与使用。

1 屏蔽电缆的选择与接地

干扰源和接收端可以等效成电容的两极，一端若有电压波动将会通过电容感应到另一端。若插入接地的中间层(即屏蔽层)来破坏此等效电容，即可切断干扰通路。

文献[2]中要求：当电子设备之间采用多芯线缆连接，且工作频率f≤1MHz，线缆长度L与波长λ之比L/λ≤0.15时，其屏蔽层应采用一点接地(单端接地)；当工作频率f>1MHz、L/λ>0.15时，其屏蔽层应采用多点接地，并使接地点间的距离S≤0.2λ。

常规的仪表模拟信号是连续的，无频率，因此单点接地即可满足要求。但电话语音、图像视频、DCS通信系统的传输要复杂得多。例如f=1MHz的电磁波，根据c=λ×f(c为电磁波在空气中的传播速度，c=3×108m/s)，得到λ=300m，若线缆长度L>45m，则其屏蔽层需采用多点接地。

对于雷电等强电磁干扰，文献[3]第6.3.1条-3款规定，若有屏蔽层，则屏蔽层的两端均应连接到建筑物的等电位连接带上。该条文说明，屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，当屏蔽层一端等电位连接、另一端悬浮时，只能防止静电感应，而无法防止磁场强度变化所感应的电压。文献[4]也强调，屏蔽层悬浮只具有屏蔽电场耦合干扰的能力，而无抑制磁场耦合干扰的能力。

为了减小屏蔽芯线的感应电压，在屏蔽层仅一端做等电位连接的情况下，应采用有绝缘层隔开的双层屏蔽，外层屏蔽应至少在两端做等电位连接。此时，外屏蔽层与其他同样做了等电位的导体构成的回路感应出电流，产生了降低原磁场强度的磁通，从而抵消无外层屏蔽时所感应的电压。

综上所述，仅一端接地或做等电位连接的情况下，可选用单层屏蔽的双芯或多芯电缆；两端、多点做等电位连接或接地的，应选择有绝缘层隔开的双层屏蔽。

2 等电位连接和接地

煤化工生产工艺流程复杂、安全防护距离要求严苛，并且大型的动、静设备较多，因而设备和厂房在地域上较为分散。而若将全部设备和厂房的接地系统连为一体，投资巨大，也无此需要。因此，根据电子设备和工艺的工段区域特点，分区域建立功能性等电位连接和共用接地显得尤为重要。

2.1等电位连接

等电位连接按作用可分为保护等电位连接(如防间接接触的等电位连接、防雷的等电位连接)和功能等电位连接(如信息系统抗电磁干扰的等电位连接、用于电磁兼容EMC的等电位连接)，按作用范围可分为总等电位连接、辅助等电位连接和局部等电位连接。

基于上述分类，同一工段或相邻较近建筑物内的接地导体、金属设备、管道及自然接地体[2]等，可构成同一工段的总等电位连接。根据现场实际情况，根据功能和保护的需要，分别建立辅助和局部等电位连接，最后，遵循就近原则建立总等电位连接。

在高频条件下，电子设备的接地线阻抗会大幅增加，如长为18.3m、截面积为25mm2的铜导体，工作频率10MHz时其电抗为1 970Ω。所以，功能性接地电阻要求具有很低的工频接地电阻(0.5～1.0Ω)是毫无意义的。电子设备的接地，只要实现了高频的低阻抗接地和等电位连接即可，当与其他接地系统共用时可以按其他接地系统接地电阻的最小值确定。

2.2共用接地系统

同一工段的建筑物内通常具有多种接地方式，如电力系统接地(功能性)、电气装置保护接地、电子信息设备信号电路接地及防雷接地等。如果用于不同目的的多个接地系统分开独立接地，不但会受场地的限制难以实施，而且不同的地电位也会带来安全隐患，不同系统接地导体间的耦合也会引起相互干扰。因此，接地导体少、简单经济的共用接地系统被广泛采用，其中接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。

3 光缆的选择与使用

当几个建筑物内的接地极无法相互连接时，推荐通信网络采用电气分隔，如光纤连接[5]。光纤传输相较铜缆具有传输频带宽、传输距离远、抗电磁干扰、无电磁辐射及安全可靠性高等优势[6]。在雷电灾害严重地段，光缆可采用非金属加强芯或无金属构件的结构形式。

煤化工工艺复杂，测量控制仪表较多。使用大量的单芯、多芯屏蔽电缆，将仪表信号传送到集中的电子间和控制室，会增加电缆和桥架的投资。同时在易燃易爆环境中也增加了信号传输过程中的危险性。鉴于此，将DCS系统以分散就近方式布置，可以方便现场电信号和控制系统的就地等电位连接，从根本上消除两地电位的电气连接。然后通过光纤组网传输，实现DCS控制的合理布局。光缆的使用在减少电磁干扰的同时，还可以降低仪表和DCS系统的布线安全风险和整体造价，满足DCS系统控制分散、危险分散、集中管理的要求。

4 结束语

近年来，随着我国新规程的颁布，等电位和共用接地的概念逐步明晰，并逐渐深入到工程实践中。笔者基于对相关规程的理解，结合实际情况，探讨了规程在煤化工厂区布线和抗干扰中的应用。只有结合工程实际不断地解读规程规范，才能找出现场实际问题的溯源，找到解决问题的办法，达到提高仪表设备和控制系统安全性、降低工作量、减少企业成本的目的。

[1] 陆德民,张振基,黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].北京:化学工业出版社,2011:1100～1110.

[2] 刘屏周.工业与民用供配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2016:1372～1434.

[3] GB 50057-2010,建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社,2010.

[4] 张辅琪.电缆屏蔽层接地方式及PLC信号抗干扰分析[J].冶金设备管理与维修,2013,31(6):56～57.

[5] GB/T 16895.10-2010,低压电气装置第4-44部分:安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护[S].北京:中国标准出版社,2010.

[6] 吴达金.综合布线系统产品选用系列谈(7):如何权衡采用屏蔽电缆和光纤光缆[J].电信技术,2004,(7):92～94.

张广军(1969-)，工程师，从事化肥厂电气、仪表的生产管理工作，zhanguangjun@21cn.com。

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