接地及其布線工藝的改進優化
一 概述
防雷工程的一個重要的方面是接地以及引下線路的布線工程，整個工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取決于此，所以應該認真的系統的研究。
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。可以認為，凡是與電網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，微電子技術的推廣，使得現代設備要求更低的接地電阻，還往往需要抗干擾。實踐要求有更加系統的接地理論來對工程實際進行指導。根據近年來的設計施工經驗，認為：
a、接地連接方式和接地參數并重；
b、以減小或消除同系統中不同性質的接地（如防雷地、工作地、外殼接地、靜電地、信號地等）之間的電位差為目的，選用適當的布線方式；
c、根據地網所在地的接地電阻、土層分布等地質情況，盡量進行準確設計；
以下，本文對接地及其布線進行討論。
二、目的和要求
（一）接地的分類和目的
接地的作用總的步說可以分為有兩個：保護人員和設備不受損害叫保護接地；保障設備的正常運行的叫工作接地。這里的分類是指接地工程設計施工中考慮的各種要求，并不表示每種“地”都需要獨立開來。相反，除了有地電信號抗干擾、設備本身專門要求等特殊原因之外，我們提倡盡量采用聯合接地的方案。
1、保護接地
防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應或線路引入）時，為防止造成損害的接地系統。常有信號（弱電）防雷地和電源（強電）防雷地之分，區分的原因不僅僅是因為要求接地電阻不同，而且在工程實踐中信號防雷地常附在信號獨立地上，和電源防雷地分開建設。
機殼安全接地是將系統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，產生危險。因此，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中還有本安接地。
機器邏輯地，也叫主機電源地，是計算機內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
系統具有本質安全性質的措施之一。本安接地會因為采用的設備的本實措施不同而不同，下面以齊納式安 全柵為例，說明其接地內容。
安全柵的作用是保護危險現場端永遠處于安全電源和安全電壓范圍之內。如果現場端短路，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，使現場端不至于產生很高的溫度，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地，也叫交流電源工作地，它是電力系統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，雖然大都強調一點接地，接地電阻必須小于1歐姆等，但具體內容上差別很大，下面給出幾個例子介紹常遇到的接地要求和方法。
① 供電系統地：在很多企業，特別是電廠、冶煉廠等，其廠區內有一個很大的地線網，而通常供電系統的地是與地線網連在一起的。有的廠家強調計算機系統的所有接地必須和供電系統地以及其它（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地的影響，建議供電線線路用隔離變壓器隔開。這對那些電力負荷很重，而且負荷經常啟停的單位是應注意的。從抑制干擾的角度來看，將電力系統地和計算機系統的所有地分開是很有好處的，因為一般電力系統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地并保證其與供電系統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的地和供電地共用一個，這要考慮幾個因素：
·供電系統地上是否干擾很大，如大電流設備啟停是否頻繁，對地產生的干擾是否大；
·供電系統地的接地電阻是否足夠小，而且整個地網各個部分的電位差是否很小，即地網的各部分之間是否阻值很小（＜1W）
·弱電子系統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）的直接傳輸等。
②所有計算機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，而大部分系統則指出各種地在機柜內部自己分別接地，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，而且數據也往往不止一臺，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。
此主題相關圖片如下：
圖1 DCG接地圖
保護接地：系統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部接好，有的系統中已將該保護地在內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相連。還有一點值得提醒的是，同一體統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（計算機、打印機、拷貝機主機系統）的電源必須從設備的供電分配器上取電，而不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，這種系統中往往不需要PG接地，而是保持內部浮空。所以，用戶在設計和施工接地系統時，一定要仔細閱讀產品的技術要求和接地要求。
·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。幾乎所有的系統都提出AG一點接地，而且接地電阻小于1Ω。 DCS設計和制造中，在機柜內部都安置了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。大多數的DCS要求，不僅各機柜AG對地電阻＜IΩ，而且各機柜之間的電阻也要＜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。 ·安全柵的接地：我們來看圖2所示的安全柵線路圖。 此主題相關圖片如下： 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。可以連在一起，形成一點接地。而D點是變送器外殼在現場的接地，若現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，這樣的系統也就不具備本安性能了。所以，在涉及到安全柵的接地系統設計與實施時，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。另一種就是利用統一的接地網，將它們分別接到接地網上，這樣，如果接地網的本身電阻很少，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。在不同的系統中，對這幾種接地的組態要求不同，但大多數系統對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<1歐姆，PG和CG的接地電阻應小于4歐姆。
接地及其布線工藝的改進優化