关于仪表接地的问答

关于仪表接地的问答
特别策划

叶向东:男,1982年毕业于抚顺石油学院自动化系,中国石化集团北京设计院、中国石化工程建设公司副总工程师,教授级高级工程师。

▼本文整理自仪表圈技术交流群2018年4月讨论

 

导读
 
 
 
 

1.仪表的保护接地和工作接地可以单独弄一个接地极吗?

2.仪表单独做个接地极会怎么样? 

3.对同一个问题,不同的规范为什么会有不同的规定?

4.全厂接地和单独接地的争议

5.接地电阻1欧姆的来源是什么?

6.常规仪表,电缆屏蔽层接不接地?是怎么接地的?

 
 
 

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问题一:仪表的保护接地和工作接地可以单独弄一个接地极吗?不管电气有没有做等电位,仪表可以单独弄个接地极,把保护接地和工作接地连到仪表接地极吗?截图是一个接地规范的条文说明,最后面的一段怎么理解?

是不是可以这样认为:如果工厂的低压配电系统已经完成全厂的等电位连接,那么仪表系统应该与电气共用接地系统,采用等电位连接。如果工厂没有等电位连接系统,控制系统可以采用单独接地,即保护接地应接到电气专业的保护接地装置,工作接地采用单独的接地体,接地体应与保护接地体至少5米以上,并考虑与建筑物(如控制室)独立防雷地的距离?

 

 

叶总回答:仪表用电是来自电气的交流供电系统的,所以必须采用电气专业的保护接地,否则就不能起到保护作用,也不符合电气专业的供电设计规范。仪表更不能单独弄个接地极作为保护接地!因为交流供电系统是不能随便设计的。所以,上面截屏的最后一段是错误的。这句话是在规范的条文说明,仅仅是参考,不具有规范条文的效力!不能当作规定!编制组写在这里是有所考虑的。

仪表工作接地和仪表保护接地一定要接到一起,这已经是技术共识,容易被技术人员接受了,不论电气专业的接地网是否采用与建筑物等电位连接。所以,仪表工作接地和仪表保护接地一定要和电气专业共用接地装置,不能自己做接地装置。这与电气的接地系统是不是等电位系统没有关系。

其实仪表工作接地能不能接到电气专业的接地装置,能不能与电气专业共用接地装置的条件并不是电气专业接地系统是不是与建筑物做了等电位连接。而是从供电系统的安全来说的。有关技术可以参考SH/T3081的条文说明。

 

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问题二:仪表单独做个接地极会怎么样? 

叶总回答:建议先学习电气专业的规范,看懂了就不会自己打接地极作为保护接地了!如果自己打接地极用来作为保护接地,又不和电气共用,根本起不了保护作用!当用电设备发生故障时,你接触了这个设备,就会受到电击,甚至危及生命!

仪表专业如果没有学习电气专业的供配电技术和规范就不要涉及这方面的设计,交给电气专业去做。仪表专业的接地也要看看设计规范,尽量按照规范规定做设计,不要老想着打擦边球。有些规范也规定或建议了非正常条件下的做法,不到万不得已时就不要遵循。

HG/T20513-2017中条文说明4.0.3的最后一句话是不对的,90年代的多起仪表损坏事故已经证明了。不再赘述。

 

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问题三:有人说仪表的0电位和电气的0电位不是同一个,会存在电压差,起不到保护作用吧?但又有人说一个接地极做厂南面,一个厂北面,两个接地极较远,大地电位都是零,不会有电位差吧?是不是较近容易形成接地环流产生电位差呢?

叶总回答:如果两个接地极所在的区域内没有供配电系统的入地电流,也没有外来的入地电流,可以认为大地的两点之间的电位近似相等,没有电位差。但实际环境中并不都是理想状态,所以大地两点之间的电位差是存在的,只要大地上的某一点或几点,特别是接地极上有入地电流就会产生地电位的升高,产生大地电位差。这与两个接地点的距离没有直接关系。跨步电压就是例子。

 

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问题四:假设电气接地做不了小于4欧,怎么办?甚至做不到某些规定要求的小于1欧?

叶总回答:采用与电气共用接地装置的方式,仪表不再规定也不需要规定接地电阻。接地装置由电气专业按照电气的有关规范设置,一般情况下,接地电阻为4欧,特殊情况还有相应的规定,可以参见电气的规范。“某些规定要求的小于1欧”是没有任何道理和依据的。

 

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问题五:本安接地怎么做?独立的还是共用?现在电气的等电位连接是强制要求吗?

叶总回答:齐纳式安全栅接地没有要求1欧姆接地电阻,规范说的是接地连接电阻,也没有要求独立接地极。2003版的SH和HG两个规范都是共用接地装置,规定连接电阻。

 

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问题六:建筑物电气多种类型的接地用同一接地装置的原因是由于场地限制难以分开吗? 

叶总回答:共用接地系统是根据国内外电气专业几十年来的理论研究和大量实践得出的结果,早已成为电气专业的共识,并不是由于场地限制的原因。

仪表的SH和HG两个2003版的接地规范并不落后于电气,关于保护接地的原理和规定是一致的!仪表工作接地的规定并不是来自电气,而是具有专业特点的。SH/T3081-2003版主要内容和规定都是正确的,特别是纠正了1997版的严重错误!正在修订的SH/T3081-2017版的规范补充完善了一些内容,并不意味着对SH/T3081-2003版的否定。

标准规范有时也会有瑕疵,有不确定性,有规定不到的地方,甚至有争议,这不奇怪,是工程技术实践、探索、发展中经常发生的。规范的编制和修订是很费劲儿的麻烦事儿,国内外都是一样。

 

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问题七:对同一个问题,不同的规范有时会有不同的规定,在所难免,拿不同规范中的不同点往一起讨论,估计是没解,国内设计规范为什么出现错误?出现错误的原因是否是参考国外规范所致?上面所说的错误为什么就写规范里了,不会是抄国外的时候抄错啦?

叶总回答:上面的截屏是规范的条文说明,仅仅是参考,不具有规范条文的效力!不能当作规定!编制组写在这里是有所考虑的。

要说错误,国外的规范也常有错误!关于仪表接地最大的错误和误导恰恰是来自国外的工程规范和国外供应商的胡说八道!

1991年前,中国的仪表接地是正确的,跟现在的SH /T3081-2003规范基本一致,从来就没有出现过故障和问题!

老外的错误和误导带来了接地故障和事故,错误概念影响了中国十几年,当时很多中国的设计人员都提出过质疑。这些错误与国外的一些标准特别是欧洲的标准也不一致!国外的规范之间也有矛盾和错误!

反倒是中国人提出了纠正老外流毒的做法,从电气专业到仪表专业,从GB到SH、HG的规范历经十余年的正确规定和引导,基本纠正了老外的错误,但至今尚有少量余毒!

 

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问题八:我更相信实践经验,按照全部统一接地出了许多问题,许多系统集成商一再要求DCS单独接地的。电气的接地应该是零时候不是零,甚至220 380串入造成烧毁卡件。我在现场遇到统一接地造成DCS系统所有仪表上传数据乱跳,我亲自指挥电气把接地拆除,重新单独接地后恢复正常。所以我只相信事实。

叶总回答:作为设计院更应该清楚电气接地和仪表接地的功能和做法,更应该有行之有效的规范和正确的理论和实践。在航空航天器里,别说单独打接地极,就是共用接地极也没有,只有公共参考点和等电位连接。既保证了用电安全,又保证了仪表和电子设备的正常运行!

正是因为国外标准的错误,才造成了90年代多起烧毁DCS卡件甚至控制器的事故!现在的DCS供应商已经纠正了它们的错误,采用共用接地装置的工程规定了。近十五年中国新建了卅多个大型石化、煤化工项目,采用现行标准规范实施接地工程,没有发生过由于正确接地产生的事故!这就是检验标准规范的实践!

其他回答:

圈友G:你们是哪家的系统?现在系统供应商也不要求单独做接地。我们的项目都是按规范执行的统一公共地,没有发现任何问题。现在的全厂等电位连接应该是通用做法!电气将全厂做网状接地,足够多的接地桩和连接扁钢,接地网越大,网的接地电阻越小可以说约等于零。

任何系统,类型的接地只要接进去,就翻不出浪花。只是要在接地网前的连接线和接地点处有些讲究,比如网前不同类型接地要分开,接地线足够粗,绝缘好,接地点与防雷接地点距离足够远,等等要求。其实就是解决接地连接线互串的问题。如果不采用全厂等电位,其实就是把仪表的工作地单独设接地桩,接地故障率肯定更多,而且是不可预测。

特别是土壤电阻率不太高,又不足够低时,有限的仪表接地桩根本就不知道结果。全厂等电位从理论分析上肯定是最安全的,除非你的仪表地在厂外足够远,比如几公里以上。不属于这个厂区。化工厂的现场金属设备、管道等都有的接地要求,对电气接地来说要求全厂等电位,汇总起来基本上就是一个接地网了。还真没遇到过电气接地是分开的情形!

圈友H:你们出现的问题不是因为全厂统一接地造成的,可以和电气工程师咨询一下,是否因为电气等电位系统没有做好,或者电气短路漏电造成的。全厂接地网连接了,接地电阻接近零。规范就要求全厂连网共地,早晨和电气总工程师请教了一下,单独接地确实没有全厂共地安全,早些年间,有单独接地,实践证明行之有效的措施是共地保证安全,规范才改了。

 

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问题九:争议是有原因的,不然那么多厂家都是傻子,要求单独接地。也不是说全厂接地不行,而是说单独接地也不是不可以。最近两年规范才移除了单独接地的条文,但没有强制必须等电位,另外,没有全厂等电位这种说法,否则规范何必对各个单体提出接地电阻要求?只有MEB,SEB,LEB三种做法,否则何必规定4欧,10欧,30欧的接地电阻,全部1欧好了,皆大欢喜。1欧的接地电阻都让人骂死了。

GB 50169,之前是写接地可以分开接,后面移除了这句话,也是跟电气设计规范统一起来了,全厂采用等电位是非常好的做法,现在确实都这么做。比较省事.如果闭眼就能做的话,何必还要写这些接地电阻,新规范,以及仪表防雷接地规范对仪表系统应做等电位要求,追根溯源,居然是因为控制室面积小,我都觉得这个规范解释无法让人满意,可能需要问问编委了。仪表防雷设计规范采用等电位不是因为控制室面积小吧?

叶总回答:电气专业的规范卅年前就是一个接地,规定了等电位接地方式。某些非电气专业的规范误入歧途地规定单独接地是由于认识的局限性和错误的认识造成的,还有些错误来自国外的错误规定。电气专业的接地电阻还考虑了不同地质条件下的工程实施方法。  

SH/T3164-2012《石油化工仪表系统防雷设计规范》采用共用接地系统是根据国内外电气专业的理论、实践的成果和共识,与控制室面积无关。规范条文和条文说明根本没有“控制室面积小”的说法!

 

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问题十:在我的记忆中,接地电阻小于1欧姆是因为齐纳安全栅的要求,那时还要求仪表做独立的安全栅接地呢,每次电气专业都很头疼,尤其是在一些干旱地区,为了满足仪表独立接地且小于1欧姆的要求,也是绞尽脑汁了。

其他讨论:

圈友G:规范是指接地连接电阻,接地连接电阻是指接地设备到接地网或接地极的这一段电阻。所以规范这样定就很好操作,我们不管是4平方的还是更粗的线,百米电阻都小于1欧姆。只是,这种前提必须是全厂大接地网才有意义。不然,单独接地极不考虑土壤电阻率和接地极流散电阻,就是不完整的,也没有意义了。衡量接地完整性的指标还得是回路的接地电阻。电气专业实测并考虑土壤季节因素的工频接地电阻。

圈友D:我们一个项目的接地在山东安监局做审查时也被要求做1欧姆的接地,专家的根据是50116里面的一句话,还有一个信息机房的一个规范.

圈友G:我们仪表接地还比较省事,不用计算动稳定和热稳定。信息机房的接地不管是S还是M型,重点考虑的不是电阻,而是频率重叠引起天线效应,电阻无限大。所以保险的还要求不等长的双接地网,一根是另一根的1.25长,与接地连接电阻关系不大。

齐纳式安全栅的原理是反向击穿快速导流。原理上和浪涌相似,所以对接地要求很高,规范接地连接电阻必须小于1欧姆,建议接地电阻实测也小于1欧姆。就是在接地网的接入点打入局部加强接地桩。光电转换的不太清楚,理论上要求不高,4欧姆应该满足要求。

圈友G:不用独立,可以单独打接地桩并满足1欧姆,还是和电气接地网用两根扁钢连起来,组成全厂等电位比较好!对接地电阻的要求,除了齐纳式安全栅,其它的要求最高就是4欧姆了,好像保护是10欧姆,防雷是30欧姆,静电是100欧姆。手边没资料,部分可能记不准,大概意思应该不错.建筑规定内容很多,也很有意思。

它主要说的是防雷地和保护地。前一个主要是建筑钢筋体自然接地,这其实对仪表来说不好把握,理论上仪表地接入点与它的接入点越远越好。后一个就是强调等电位连接,以及局部等电位连接,包括金属门窗。每家新房装修都能在厕所找到等电位的黄绿线,但是很多家都是浮空并埋起来了。

 

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问题十一:接地电阻1欧姆的来源是什么?

叶总回答:编制SH3081-2003的时候,查阅了国内外大量的标准规范、设计规定、工程规定、工程手册、技术资料,发现1欧姆的来源有两个:一个是某研究所翻译IEC60079.14时,把接地连接电阻翻译成了接地电阻。这可能是最早出现的,翻译版本好像是86年。另一个是霍尼韦尔公司TDC3000的工程手册出现了5欧姆、1欧姆和0.1欧姆,手册应用的第一个项目在1990年。

中国的第一批齐纳式安全栅是1983年引进的EK系列(以前全部是隔离式安全栅),一直采用共用接地装置,接地电阻为4欧姆。1986年应用其它两个品牌的齐纳式安全栅,开始有人采用1欧姆单独接地方式。随着霍尼韦尔DCS在中国的使用,1欧姆单独接地象瘟疫一样漫延全国。

1991年、1993年、1995年IEC欧洲委员克瑞斯.塔三次到中国举办了7次技术交流,纠正1欧姆接地的错误,可惜放毒容易消毒难。中国的著名电气专家王厚余、林维勇等发表多篇文章论述接地问题,强烈反对1欧姆接地和信号系统单独接地,并在2000年在GB50057-1994版的基础上增加了第六章。

霍尼韦尔公司也在1998年版的工程手册中改成共用接地装置,接地电阻根据使用国家的电气规范确定。中国和欧洲都是4欧姆,美国和加拿大是5欧姆。等同采用IEC60079的GB3836纠正了原来翻译的错误,说的是1欧姆接地连接电阻。

但是GB50343、GB50116、GB50174等规范编制组将信将疑,还是犹犹豫豫地规定了“按最小值”,共用接地系统为1欧姆的规定。IEC、ISO、ISA、EU等标准从来没有1欧姆接地电阻的规定,一直规定共用接地装置。近年来中国的电气、仪表也都分别规定了共用接地装置,接地电阻按照电气专业的规定4欧姆。国内外的多家DCS已经全部更新了接地工程资料。

说起来就象是讲故事!呵呵!

电气专业的接地电阻也有工作接地和保护接地之分。工作接地通常说的是发电厂,另当别论。保护接地是根据人体的耐受电流、人体在不同条件下的等效电阻等实验归纳的。

欧洲和中国是4欧姆,美国和加拿大是5欧姆。美国佬比中国人抗电击?也未可知。呵呵!     

 

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问题十二:SH/T3081-2003版对接地做了大量的修改,我工作的时候是1997版,那时候还是独立安全栅接地,接地电阻1欧姆的要求呢。2003才提出的接地连接电阻的和等电位连接的。

圈友G:电气的工作接地,应该是指供电系统中性点接地。仪表的工作地主要指DC24V的负极接地。

叶总回答:SH3081-97早已被SH/T3081-2003代替!千万不要再看97版的旧规范!

供配电有很多关于设备运行安全的设施,发电厂有发电机组和电网运行的设施,这些都需要功能接地,是电气专业的工作接地,几句话说不清楚,可以参考有关书籍。

中性点接地仅仅是TN系统的配电接地,主要目的是安全接地,所以PE线就是这个系统的安全接地线。不是电气专业的工作接地。

 

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问题十三:接地电阻的大小,应由规范标准或制造商规定。通常减小接地电阻(公共耦合阻抗)有利于控制系统抗干扰,但会增加投资;许多DCS、PLC产品,对接地电阻值大小的要求,相差甚远。要求高的如1欧姆,要求低的只要100欧姆即可。其原因就是存在于系统的绝缘性能和漏电流上的差异。

任何一种电子信息产品,包括控制系统在内,对正常工作条件(包括自然环境条件、电气工作条件以及机械工作条件)的要求愈高,就意味着产品本身的性能和可信性愈差。

DCS工作接地为什么1欧、3欧或者几欧,是如何计算或者怎么确定这个值的?

叶总回答:没听说DCS接地有3欧姆的。中国和欧盟按照电气专业的保护接地是4欧姆,美国和加拿大是5欧姆。

第一,电气控制电路、模拟电子电路、数字电子电路、中小规模集成电路、大规模集成电路都不需要接大地,所以,DDZ-II、DDZ-III、组装式仪表、单回路调节仪表、各种模拟仪表、数字仪表都只有外壳的保护接地,有的甚至没有接地。根本就没有仪表工作接地。

第二,单板机、PC机、服务器、工作站计算机、小型计算机、通信交换机、路由器等也不接大地,也就没有工作接地。

第三,凡是交流供电的金属外壳的仪表都有保护接地,当然就是电气专业的工业及民用供配电接地,按照电气专业的规定为4欧姆接地。

第四,IEC标准,GB50057规定信息系统采用等电位接地方式,共用电气专业接地装置,对接地电阻没有要求,自然采用电气专业接地装置的接地电阻。

第五,根据某外国军用信息装备实验报告和结论得出的规定,采用网格型接地系统可以自成系统,不需要接大地,所有类型的接地包括电气供配电接地可以就近接到这个接地网。

第六,根据调查,国外、国内的DCS、PLC的技术人员都没有说出为什么要有工作接地,只说工程手册就是这样规定的。

第七,SH3081-2003采用共用接地装置,没有找到任何有根据的DCS、PLC关于接大地电阻的资料和说法,综合以上各项,确定根据IEC的规定,共用接地装置的接大地电阻就是电气供配电的保护接地电阻。

第八,至今我们所见到的、所问到的,无论国内还是国外,没有任何一个公司、一个个人提供过DCS、PLC、数字仪表工作接地电阻的原理、计算,甚至相关资料。

注意:没有一个计算资料、没有一个接大地电阻的数值的分析资料。

所以,编制组也不可能计算仪表工作接地的接大地电阻!不是编制组无能,是没有“有能”的!

不信可以问问所有规定了仪表工作接地电阻值的标准、规范、规定的编制组:不论是1欧姆、4欧姆还是耸人听闻的0.1欧姆,他们计算过吗?你都用不着再问怎么计算的!

只有电气专业的保护接地电阻是有根有据、经过计算和综合论证确定的。

我也跟老外的高级技术人员交流过,也问过这个问题,这些老外表现出奇的一致:两手一伸,耸耸肩膀。呵呵!明白什么意思了吧?

 

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题十四:常规仪表,电缆屏蔽层接不接地?是怎么接地的?

叶总回答:仪表信号电缆屏蔽层不是仪表工作接地,但可以接到仪表工作接地上。具体可以看SH/T3081-2003。

 

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问题十五:有一个规范中就规定了JX-300X型号的DCS要设置独立的接地桩。

叶总回答:JX-300X是浙江中控十几年前的产品,已经淘汰。经与浙江中控联系咨询,现在浙江中控的DCS采用的接地规范与SH/T3081-2003一致。  

文章来源:仪表圈技术交流群讨论整理

责任编辑:小玉

审核:任三多

仪表圈原创,转载请注明出处

 

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