接地及其（qí）布線工藝的改進（jìn）優化

一 概述

防雷工程（chéng）的一個重要的方麵是接地以及引下線路的（de）布線工程，整個工程的防雷效果（guǒ）甚（shèn）至防雷器件是不是起作用都取（qǔ）決於（yú）此，所以應該認真的係統的研究（jiū）。

電力（lì）、電子設備（bèi）的接地，是保障設備安全、操作人員安全和設備正（zhèng）常運行的必要措施。可以認為，凡是與電網連接（jiē）的所有儀器設備都應當接地；凡是電力需要到達（dá）的地方，就是接地工（gōng）程（chéng）需（xū）要作（zuò）到的地方（fāng）。由此可以我們知道，接地工程（chéng）的廣泛性和重要性。

一方麵（miàn），隨著時代的進步，強功能高價值設備（bèi）的廣泛使用（yòng），要求提（tí）供更加可靠的接地保護；另一方麵，微電子（zǐ）技術（shù）的推廣（guǎng），使得現代設備要求更低的接地電阻，還往往需要抗幹擾。實（shí）踐要求有更加係統的接地理論來對工程實際進行指（zhǐ）導（dǎo）。根據近年來的設計（jì）施工經（jīng）驗，認為：

a、接地連接方式和接地參數並重；

b、以減小或消除同係統中不同性質的接地（如防雷地（dì）、工作地、外殼接（jiē）地、靜電地（dì）、信號地等）之間的電位差為（wéi）目的，選用適當的布線方式（shì）；

c、根（gēn）據地網所在地的接地電阻、土層分布（bù）等地質（zhì）情況，盡量進行準確設計；

以下，本（běn）文對（duì）接地及其布線（xiàn）進行（háng）討（tǎo）論。

二、目的和要求

（一）接地的分類和目的

接地的（de）作用總的步說可以分為有兩個：保護人員和設備不受損（sǔn）害叫保護接（jiē）地；保障設備的正常運行的叫工作接地（dì）。這（zhè）裏的分類是（shì）指接地工程設計（jì）施工中考慮的各種要求，並不表示每種“地”都需要獨（dú）立開來。相反，除（chú）了有地電信號抗幹擾、設備本身專門要求等特殊原（yuán）因之外，我們提（tí）倡盡量采用聯（lián）合接地的（de）方案。

1、保護接地

防雷接地是受到雷電襲擊（直擊（jī）、感應或線路引入）時，為防止（zhǐ）造成損（sǔn）害的接地（dì）係統。常有信號（弱電（diàn））防（fáng）雷地和電源（強電）防雷地之分，區分的原因（yīn）不僅僅是因為要求接地電阻不同，而且在工程實踐（jiàn）中信號防雷（léi）地常附在信號獨立地上，和電源（yuán）防雷地分開建設。

機殼安全接地是將係統中平時不帶電的金屬部分（機櫃外殼，操作台外（wài）殼等)與地之間形成良好的導電連接，以保護設（shè）備（bèi）和人身安全。原因是係統（tǒng）的供電是強電供電（diàn）（380、220或11OV），通常（cháng）情（qíng）況下機殼等（děng）是不帶電的，當故障發生（如主（zhǔ）機電（diàn）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（bù）件或外殼（ké）就形成了帶電體（tǐ），如果沒有很好的接地，那麽這帶電體和地之間就有很（hěn）高的電（diàn）位差，如果人不（bú）小心觸到這些帶電體，那麽就會通過人身形成通路，產生危險。因此，必須將金屬（shǔ）外殼（ké）和地之間作很好的連接，使機殼和地等（děng）電位。此外，保護接地還可以防止靜電的積聚。

2、工作接地

工作接地是為了使係統（tǒng）以及（jí）與之相連的儀表均能可靠運行（háng）並保證（zhèng）測量（liàng）和控製精度而（ér）設的接（jiē）地。它分為機器（qì）邏輯地（dì）、信號回路接地、屏蔽接（jiē）地，在石化和其它防爆係統（tǒng）中（zhōng）還有本安（ān）接地。

機器邏輯地，也叫主機電源地，是計算機內部（bù）的邏輯（jí）電平負端公共地，也是+5V等電（diàn）源的輸出地（dì）。

信（xìn）號回路接地，如（rú）各變送器的負端接地，開關量信（xìn）號的（de）負（fù）端接（jiē）地等。

屏蔽接地（模人信號的屏蔽層的接地）。

本安接（jiē）地，是本安儀表或安全柵的接地。這（zhè）種接地除（chú）了抑製幹擾外（wài），還有使儀表和

係統（tǒng）具有本質安全性質的措施之一。本安接（jiē）地會因為采用的（de）設（shè）備的本實措施不同而不同，下麵以齊納式安（ān） 全（quán）柵為例，說明其接地內容。

安全柵的作用是保護危險現（xiàn）場端永遠處（chù）於安全電源和安全電壓範圍之內。如果現場端短路，則由於負載電阻和（hé）安全柵電阻R的限流作用，會將導線上的電流限製在（zài）安全範圍內，使現場端不至於產生很高的溫度，引起燃燒。第二種情況，如果計算機一端產生（shēng）故障，則高壓電信號加入了信（xìn）號回路（lù），則由於齊納二級（jí）的嵌位作用，也使電壓位於安全範圍。

值得提醒的是，由於齊納安全柵的引入，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（zǎi）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（zǔ），留有餘地。

除了上述幾種接地外，在很（hěn）多場合下容易引起混（hún）亂的還有一個（gè）供電係（xì）統地，也叫交流電源工作地，它是電力係統中為了運行需要設的接地(如中性點接（jiē）地）。

（l）接（jiē）地要求和方（fāng）法（fǎ）：

上麵介紹了六種接地：供電係統地、保護地（dì）、邏輯地、屏蔽地安全柵地、信號回（huí）路（lù）地。對這（zhè）六種接（jiē）地，各家有各家的要求，雖然大都強（qiáng）調一點接地（dì），接地電阻（zǔ）必須小於1歐姆等，但具體內容上差別很大，下（xià）麵給出幾個例子介紹常遇到的接地（dì）要求和方法。

① 供電（diàn）係統地：在很多企業，特別是電（diàn）廠、冶煉廠等，其廠區內（nèi）有（yǒu）一個很大的地線網（wǎng），而通常供電係統的地是與（yǔ）地線網連在一起的。有的廠家強調計算機係統的所（suǒ）有接地必須和供電係統地以（yǐ）及其它（如避雷地（dì））嚴格分開，而且之間至少應保（bǎo）持15m以上的距離。為了徹底防止供電係統地的影（yǐng）響，建議供電線線路用隔離變壓器隔開。這對那（nà）些電力負荷很重，而（ér）且負荷經常啟停的單位是應注意的。從抑（yì）製幹擾的角度來看，將（jiāng）電力係統地和計算機係統的所有地分開是很有好處的，因為（wéi）一般電力係統的（de）地線是不太幹淨的。但從工程角度來看，在有些場合（hé）下單設計算機係統地並保證其與供電係統地隔開一定距（jù）離是很困難的，這時可以考慮能否將計算機係統的地和供（gòng）電地共用一個，這要考慮幾個因素：

·供電係統地上是否幹擾很大，如大（dà）電流設備啟停是（shì）否頻繁（fán），對地產生的幹擾是否大；

·供電係統地的接地電阻是否足夠小，而且整個地網各個部分（fèn）的電位差是否很小，即地網的各部分之間是否（fǒu）阻值很小（＜1W）

·弱電子係統的抗幹擾能（néng）力以及所用到的傳輸信（xìn）號的（de）抗幹擾能力，例如有無小信號(電偶，熱電阻）的直接傳（chuán）輸等。

②所有計算機接線涉及到的接地采用一點接地方式（shì），在這一點上，也有很多爭議。有的廠（chǎng）家係統提出幾個地：邏輯地、屏蔽地（又叫（jiào）模擬地）、信（xìn）號地、保護地分別自己接地在地上打接地裝置，而大部分係統則指出各種地在機櫃內部自己分別接地，匯於一點，然後用較粗的導體（銅）將各匯地點朕起來，接（jiē）到一個公共的接地體上。這裏有幾（jǐ）點需（xū）要注意：

控製係統本身是（shì）由多台設備組成的，除了控製站以外，還包括很多外設，而且數據也（yě）往往不止一台，這就涉及到（dào）了多台（tái）設備，多種接地（dì）的問題（tí）。此外，一般的係統（tǒng）的供電是各站（控製站，操作站等)用專門一條線（xiàn）單獨供電（diàn），即彼此之間不相互供電。圖1是一種的GCS接地圖代表（biǎo）性的示意。

此主題相關圖片如下：

圖1 DCG接地圖

保護接地：係（xì）統的（de）所有設備均（jun1）有一個保護地，該保護一般在機櫃（guì）和其它設備設計加工時就已在內部接好，有（yǒu）的（de）係統中已將該保護地在（zài）內部（bù）同電源進線的保護地（三芯插頭的中間頭)連在一起，有（yǒu）的不（bú）允許將保護地同該線相（xiàng）連，用戶一定要仔（zǎi）細（xì）閱讀（dú）廠家提供的接地（dì）安裝說明書，不管哪種方式，CG必須將一台（tái）設備（控製（zhì）站、操作員站等）上所有的外設或（huò）係統的（de）CG連在一起，然後用較粗的絕緣銅（tóng）導線將各站的CG連在一起，最後從（cóng）一點上與大地接地係統（tǒng）相連。還有一點（diǎn）值得（dé）提醒的是（shì），同一體統的所有外設必須從一條供電（diàn）線上供電，而且一台設備（如操作員站位所連接的所有外設和主機係統（tǒng）（計算機、打印機、拷貝機主（zhǔ）機係統）的（de）電源必須從設備的供電分配器上取電，而（ér）不允（yǔn）許從其它地方取電，否則可能會燒壞接口甚至設備，對於不得（dé）不用長線連接的場合，或用較粗導線提供供電（diàn），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（kě）以采用（yòng）串行接（jiē）法。電源邏輯地（P）如圖 1所示。首先，各站內的邏輯地必須位於一點PG，然後，粗（cū）絕緣導（dǎo）線以（yǐ）輻射狀接到（dào）一點上，然後接到大地接地線上。在有些係統中，所有的輸入，輸出均是隔離的，這樣其內部邏輯地就是一個獨立的單元，與其它部分沒有電器連接，這種係統中往往不需（xū）要PG接地，而是保持內（nèi）部浮（fú）空。所以，用戶在設計和施工接地係統時，一定要仔細閱讀產（chǎn）品的技術要求和接地要求（qiú）。

·模擬地（AG），模擬（nǐ）地（又叫屏蔽地）是所有的接地中要求最（zuì）高的一種。幾乎所有的（de）係統都提出AG一點接地，而且（qiě）接地電阻小於1Ω。 DCS設計和製（zhì）造中，在機櫃內部都安置了AG匯流排或其（qí）它設施。用戶在接線時將屏蔽線（xiàn）分別（bié）接到AG匯流排上，在機櫃底部，用絕緣的銅辮連（lián）到一點，然後將各機櫃的匯流點再用絕緣的（de）銅辮或銅條以輻射狀連到接地（dì）點。大（dà）多（duō）數的DCS要求，不僅各機櫃AG對地電阻＜IΩ，而且各機櫃之間的電阻也（yě）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場（chǎng）端接地，而（ér）都應將其（qí）負端在計算機端子處一點接地。但在有（yǒu）些場（chǎng）合，現場端必須接地，這時，必須注意原信（xìn）號的輸入端子（上（shàng）雙端）絕對不（bú）許和計算機的接地線有任何電（diàn）氣（qì）連接（jiē），而計算（suàn）機在處理這類信號時（shí），必須在前端采用有效的隔離措施。 ·安全（quán）柵的接（jiē）地：我們來看圖2所示的安全柵線（xiàn）路圖。 此主題相關圖片如下： 圖2 安全柵接地原（yuán）理圖 從（cóng）圖（tú）中可以看出有三個接地點：B，E，D，通（tōng）常B和E兩點都在計算機這一側。可（kě）以連在一起，形成一點接地（dì）。而D點是變送器外殼在現場的接地，若現（xiàn）場和控製室兩（liǎng）接地點間有電位差（chà）存在，那麽， D點和（hé）E點的電位就不同了。假設我們以E作為參考點，假（jiǎ）定是D點（diǎn）出現10V的電勢，此時，A點和E點的電位仍為24V，那麽A和D間就可（kě）能有34V的電（diàn）位差了，己超過安全極限電位差（chà），但齊納管不會被（bèi）擊穿，因為A和E間的電位差沒變，因而（ér）起不到（dào）保護作用。這時如果不（bú）小心現場（chǎng）的信號線（xiàn）碰到外殼上，就可（kě）能引起火花，可能會（huì）點燃周（zhōu）圍的可燃性氣（qì）體，這樣的係統也就不（bú）具備本安性能了。所以，在涉及到安全柵的接地（dì）係統（tǒng）設計與（yǔ）實施時，一定要保證D點和B（E）點的電位（wèi）近似相等。在具體（tǐ）實踐中可以用以下方法解決此（cǐ）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（wèi）比較接（jiē）近。另一種就是利用統一的接地網，將它們分別接到（dào）接地網上（shàng），這樣，如果（guǒ）接地網的（de）本身電（diàn）阻很少，再用較好的連接，也能保證D點和B點的（de）電位近似相等。但注意，此接地一定不（bú）要與上麵幾種接地發（fā）生衝突。 以上討論了幾種接地（dì）的方法和（hé）注（zhù）意事項。在不同的係統（tǒng）中，對這幾種接地的組態要求不（bú）同，但（dàn）大多數係統對AG的接地（dì）電阻一般要求I歐姆以（yǐ）下，而安全柵的接地電阻應＜4歐姆，最好<1歐姆（mǔ），PG和CG的接地電阻應小於4歐姆。