对化工仪表接地系统的帮助理解

和松贵

摘要：对于接地，相信每个化工设备人员都不陌生，但是，能一下说清为什么要接地，具体如何接地的人并不多。

我们平时说的各种接地：保护接地、屏蔽接地、工作接地、信号接地、防电磁干扰、防雷击、保护人身安全等说的都是需要通过接地来实现。本文将从仪表接地的基础入手，帮助大家详细理解接地的基础知识。

关键词：接地；大地；等电位

一、接地的本质是什么

接地的本质就是根据需要，在电路的各个点之间建立以大地为基准的等电位。例如：设备漏电，可以通过接地，把漏电处的电位强制在和人体所处位置相等，在漏电处和人体所处位置间形成等电位，这样就没有电位差进而没有电流，人体没有电流通过就不会触电。于是就有了可以达到保护人身安全的保护接地；

磁场对信号的干扰，有一个电生磁、磁生电、电再生磁的过程。采用金属屏蔽就可以弱化干扰的传递，但不一定能达到满意的程度。通过接地，把干扰在屏蔽层上形成的电，强制到信号为零的电位上，实现等电位，没有了电位差，对于信号来说干扰就可以视为没有。于是就有了通过接地泄放干扰的屏蔽接地。

对于控制信号，如果没有一个统一的基准点，就会出现A仪表发出的15V被B仪表认为是26V的这类情况，解决这个问题的方法，是为所有的仪表提供一个公用的参考点，这样，必须有一个公共等电位点。

我们需要的接地，实际上就是对哪些点或设备需要设定等电位及等电位的设定采用何种形式的考虑。

二、为什么要接“地”

为什么这个等电位是以大地为基准，而不是别的什么？

电工穿上绝缘鞋可以避免触电；碾过高压电缆的坦克，里面的乘员不会有任何感觉；高压电不会对金属笼子里或者穿上金属编织等电位服的人造成伤害，其实质上就是根据需要建立一个相对为零的等电位。

等电位的建立，可以是线路板上的公共点，可以是仪器仪表的外壳，可以是系统的机柜机箱，只要能够把需要接地的所有点，包括使用者联系在一块，建立起等电位，就可以达到“接地”的目的。

但是，在现实生活中，我们不可能为每栋建筑制作导电外壳来防雷，也无法用导线来使千里之间的两点电位相等，所幸我们所生存的地球本身就是一个导体。共同连接大地，可以使相距万里的两点电位相等；可以使不同位置上的仪器仪表相应位置的电位相等；可以通过避雷针使建筑顶端的电位和周边大地的电位相等。

把“大地”作为基准等电位，连接方便，电阻小，不需要特殊标定，相关的标准规范容易建立。无论你在地球上的哪个位置，不管相隔位置有多远只要你连接到“地”上，它的电位就是零。

三、常说的“地”在哪里

简单地，只需要在地面上合适的深度插根金属棒就可以完成接地。但实际工业使用中我们要求的并不是如此简单的接地，而是要建立以大地为标准的等电位。而我们的地球，是一个具有电磁场的巨大球体，在电磁场的作用下，我们脚下的大地处处有电流，任何两点之间的电位都可能存在微小的偏差。显然，要达到大地标准电位的目的，不是随意埋根柱子就行，要找到等电位的共同点貌似不是那么简单。

那么，地球的哪里才是我们需要的“地”呢？

我们将A、B、C看作是相隔一定距离埋入地下的金属柱，通过测量三个柱头之间的电阻，就可以分别得到A、B、C到O点的电阻RA、RB、RC。显然，由于A、B、C分别是相隔一定距离埋入地下的，这时候连接A、B、C三点的O只能是“地”。尽管这时候还是不知道“地”的具体位置，但是可以通过这个方法“联系”到“地”。

如果我们经过计算和测量，得知其中一根金属柱到O点的电阻是3Ω，那么就可以说“地”在与金属柱隔着具有3Ω电阻的导体的另一头。而这个3Ω电阻，就是我们常说的接地电阻。

四、接地系统是由什么构成的

上面我们找到了理论中的“地”，下面我们就要建立相应的接地系统，来满足我们日常使用的需要。

接地，自然首先要有一个接地装置。这是建立一个标准，无论在地球的哪个位置，这个标准是一样的。但是由于接地电阻的存在，接地装置上的电平无法确定，但如果大家用相同的标准接地，所获得的结果也是相同的。

接地的目的是要建立一个以大地为基准的等电位。既然由于接地电阻、接地电流、大地电平的不同，会造成不同接地点上的电平差异，那么，把需要建立等电位的所有点，集中在一起连接到接地装置上，这个集中点上的电位自然就成为所需要的等电位点。

等电位在理论上只能在一个点上实现，但“点”是既无体积也无面积的东西。为了接线方便，可以用一块在各个方向上都具有足够导电截面的良好导体来近似代替这个点。理想的应该是个导电良好的球体，但从实际应用的需要出发通常用有足够厚度的金属板来替代。于是这块连接到接地装置金属板就成为以大地为基准的等电位点。也就是“总接地板”，习惯上也称接地母排。

从总接地板再分别引出两块次一级的母板，根据使用的需求分别命名为“工作接地汇总板”和“保护接地汇总板”。

而不同名称的接地具体有什么区别呢？其实不同的接地，除了接地电阻的要求之外，没有太大的差异，区别只在于用在什么地方。规范中把工作接地中的本安接地单独列出，是因为安全栅特别是齐纳安全栅对接地的特別要求，一般不与其它接地使用同一汇流排。从本安接地汇流排到总接地板的连线，推荐设置冗余线路。

在实际使用的控制机柜内，每台机柜都有自己的专用接地汇流排，最后将各个柜内接地汇流排汇总到整个控制室内的总接地汇流排。对于DCS、PLC等成套设备，只需要按照说明，将设备中的接地汇流排作为第二层汇流排和相应接地连接即可。对于保护接地汇总板，如果需要接地的点不多，可以直接接到总接地板上，通常来说总接地板电气给出，相距较远，常将机柜间内保护接地汇总之后再汇总到电气总接地板上。

特别要说明的是，总接地板必须要和仪表供电电源中线（N线）连接。这个连接可能在总接地板引入控制室之前就完成了。所以，在现场进行仪表设备的拆接线检修时，千万注意禁止让仪表电源线对地，做好保护，防止触碰到仪表外壳或其他接地设备上。

参考文献：

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[2]任子強.浅谈自动化系统防雷接地抗干扰的措施[J].通讯世界，2015.

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[4]孙厚彦.浅析自动化仪表系统的接地[J].城市建设理论与研究，2014.