仪表自动化系统防雷与接地
仪表系统防雷工程设计及应用
仪表系统防雷工程设计及应用摘要：介绍了仪表系统防雷等级划分方法，结合高雷区仪表系统的防雷工程设计，从控制室建筑物、现场仪表系统、控制室内仪表系统几个方面阐述了仪表系统防雷工程的设计及应用。
关键词：防雷工程；电涌防护器；接地；雷电防护等级近年来，由于仪表系统遭受雷击或雷电电磁脉冲而造成生产装置、大型机组停车的情况屡有发生。
为保证仪表系统的正常运行，避免或减少雷电袭击导致的直接及间接经济损失，对仪表系统实施适宜的防雷工程是很有必要的。
1仪表系统雷电防护等级划分及防雷工程实施仪表系统雷电防护等级的划分，采用被保护系统的重要程度结合当地年平均雷暴日来分级确定，具体见表1。
被保护系统的社会、经济和安全重要程度主要根据安全等级的评价、事故可能伤亡人数及事故可能造成的经济损失来综合评定。
其分类可以参考SH/T 3164-2012《石油化工仪表系统防雷设计规范》的表3.3来确定。
举例：项目所在地年平均雷暴日53d/a，社会、经济和安全重要程度分类为第二类，因此根据表1综合评估，该项目仪表系统雷电防护等级按一级防护划分。
根据SH/T 3164-2012《石油化工仪表系统防雷设计规范》第5.1.2条，防雷等级为一级的区域和控制室应实施仪表系统防雷工程。
2仪表系统雷电综合防护仪表系统防雷工程是一项系统工程，由多专业配合完成，才能达到仪表系统的有效防护。
IEC1024-1 中提出外部防雷和内部防雷的概念，按此分类主要的雷电防护措施如下：外部雷电防护（直击雷防护）措施包括接闪器、引下线、接地装置等。
其作用是：拦截击向建筑物的雷击，把雷电电流从雷击点直接引入大地泄放。
内部雷电防护（感应雷、反击雷）措施包括等电位连接与接地、屏蔽、合理布线、设置电涌防护器以及采用高抗干扰度的仪表系统等。
以下主要从控制室防直击雷、现场仪表和控制室内仪表系统几方面来介绍仪表系统的防雷设计。
3控制室防直击雷设计控制室的防雷设计主要由建筑和电气专业参照GB50057《建筑物防雷设计规范》及电气专业的有关规范进行设计。
仪表自控系统的接地工程设计
仪表自控系统的接地工程设计文章阐述了仪表自控系统接地的分类及主要原则。
参照相应标准规范，介绍了不同类型接地在工程中的实施方法。
结合工程实际经验，就设计人员在接地工程设计中易出现的错误和注意事项给出了建议。
關键词：仪表接地；等电位连接；屏蔽；抗干扰接地是仪表自控系统工程设计的重要环节，合理的接地系统是仪表自控系统安全可靠运行和操作人员人身安全的保障。
本文从设计人员的角度，通过对国标及行业规范的解读，结合工程经验，对仪表自控系统接地的工程设计方法及注意事项进行了阐述。
1 接地分类仪表自控系统接地按其作用分为安全接地和工作接地两大类。
安全接地用于保护人身安全和设备安全，其包括：保护接地、防静电接地、防雷接地。
工作接地是为了保障仪表及控制系统的正常工作，其包括：回路接地、屏蔽接地和本安接地。
1.1 安全接地保护接地是将用电仪表及设备正常时不带电的金属部分用接地线与大地相连。
当发生某些故障时，会造成这些正常时不带电的金属部分带危险电压，而保护接地线可以将这些危险电压迅速导入大地，避免人员触电和对用电设备造成损害。
此外，保护接地还可以防止静电的积聚。
防静电接地是将带静电物体或有可能产生静电的物体通过接地线与大地相连，防止静电电流窜入仪表及控制系统对人员和设备造成直接伤害和电磁干扰。
防雷接地是将雷电产生的雷电浪涌通过接地线导入大地、防雷接地包含外部防雷接地和内部防雷接地。
外部防雷由电气专业负责，不在本文讨论范围之内。
内部防雷接地包括电缆屏蔽的接地、机柜的屏蔽接地、浪涌保护器的接地等，由自控仪表专业负责。
1.2 工作接地回路接地是指在自动化系统和计算机等电子设备中，非隔离的信号需要建立一个统一的信号参考点并做接地，通常为直流电源的公共端。
屏蔽接地是将电缆的屏蔽层、排扰线、仪表的屏蔽接地端子做接地以消除电磁干扰。
还有一种屏蔽接地指的是控制室建筑物内的钢筋、金属门窗等连接起来，形成一个屏蔽网并接地，这种屏蔽接地由建筑专业负责。
仪表及控制系统接地
仪表及控制系统接地不是一个新的论题，很多问题早有结论，也有正确的设计方法。
但在部分工程技术人员中，仍存在一些模糊概念和疑虑。
接地的作用、接地的分类很多文献都讨论过，由不同的方法可以有不同的分类，都有道理，本文不再讨论。
本文主要讨论接地设计怎么做，为什么。
仪表及控制系统接地的目的主要有两个：一是为人身安全和电气设备的运行，包括保护接地、本安接地、防静电接地和防雷接地等；二是为信号传输和抗干扰的工作接地。
但二者又是相关的，不能截然分开。
关于仪表系统接地，我国目前还没有制定相应的国家标准。
但电气专业关于保护接地、防雷接地的国家标准中的有关规定，是可以参照执行的。
IEC和ISA等国际组织的有关标准提供了很好的参考，特别是信息技术装置功能接地和保护接地通过等电位连接以及合用接地的规定，为设计人员提供了权威的、明确的工程设计依据。
1保护接地保护接地是为人身安全和电气设备安全而设置的接地（也称为安全接地），仪表专业的保护接地与电气专业的保护接地一样，属于低压配电系统接地，因此，应按电气专业的有关标准、规范和方法进行。
例如：GBJ65-83《工业与民用电力装置的接地设计规范》等。
对于低压配电系统接地，电气专业有一系列比较完善的设计、计算、试验、施工及验收的标准规范，对接地系统的各个环节都有较完整的理论、实验和方法，绝不是某个接地电阻值就可以概括的。
仪表专业用电一般来自不间断电源UPS或电气专业的建筑物配电，大体可分为控制室用电和现场仪表用电。
控制室用电一般采用TN-S系统（整个系统中的保护线和中线是分开的）［1］。
现场仪表用电一般采用TT系统（分散接地）。
根据等电位连接原则，仪表用电的保护接地应当是电气接地系统。
不但建筑物内实施等电位连接，石油化工装置一般还采用全装置等电位连接。
接地工程应当按电气专业的标准规范和方法来设计。
有的设计将UPS供电的仪表系统的保护接地分离出来单独设置接地系统，这是不适宜的。
多数UPS 的两路供电中的一路是不经过变压器隔离而直接切换输出的，这就不可能具备单独设置接地系统的条件。
仪表接地规范标准[详]
![仪表接地规范标准[详]](https://img.taocdn.com/s3/m/ed019e8e5727a5e9856a61fa.png)
1 总则1．0．1 本规适用于石油化工企业自动控制工程的仪表、PLC、DCS、计算机系统等的接地设计，装置的改造可参照执行。
本规不适用于操作控制室、DCS机房、计算机机房等的防静电接地设计。
1．0．2 接地系统按功能可分为保护接地、工作接地与仪表系统防雷接地。
1．0．3 执行本规时，尚应符合现行有关标准规的要求。
2 保护接地2．0．1 用电仪表、自控设备的金属外壳和正常不带电的金属部分，由于绝缘破坏而有可能带危险电压时，均应作保护接地。
它们包括：仪表盘、仪表柜、仪表箱、PLC及DCS机柜、操作站及辅助设备、供电盘、供电箱、接线盒、电缆槽、电缆托盘、穿线管、铠装电缆的铠装护层等。
2．0．2 24V或低于24V供电的现场仪表、变送器、就地开关等，若无特殊要求时，可不作保护接地。
2．0．3 安装在非爆炸危险场所的金属表盘上的按钮、信号灯、继电器等小型低压电器的金属外壳，当与已接地的金属表盘框架电气接触良好时，可不作保护接地。
3 工作接地3．0．1 仪表、PLC、DCS、计算机系统等，应作工作接地。
工作接地包括：信号回路接地、屏蔽接地、本质安全仪表系统接地。
3．0．2 当仪表、PLC、DCS、计算机系统等电子设备，需要建立统一的基准电位时，应进行信号回路接地。
3．0．3 当PLC、DCS、计算机系统与模拟仪表联用时，应对模拟系统与数字系统两者提供一个公共的信号回路接地点。
3．0．4 仪表系统中用以降低电磁干扰的部件(如电缆的屏蔽层、排扰线、仪表上的屏蔽接地端子等)，应作屏蔽接地。
除信号源本身接地者外，屏蔽接地应在控制室侧实施。
3．0．5 本质安全仪表系统中必须接地的本安关联设备，应根据仪表制造厂的要求可靠接地。
3．0．6 本质安全仪表系统的信号回路地和屏蔽地，可通过接地汇流与本质安全地连接在一起。
4 仪表系统防雷接地4．0．1 位于多雷击区或强雷击区的石油化工装置，当控制室PLC、DCS、计算机系统仪表电缆引入处及现场仪表已设置了电涌保护器时，电涌保护器应进行仪表系统防雷接地。
仪表接地技术
① 现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地。见图5—3
① 现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地。见图5—3
图5—3 信号回路在控制室侧接地示意图
3、防反击 防雷装置在承受雷击时，接闪器、引下线、接地装置
呈现很高电压，可能击穿邻近导体的绝缘，造成反击。为 此，必须保证接闪器、引下线、接地装置与邻近导体之间 保持足够的安全距离。
独立避雷针空中距离一般不得小于5m。 避雷线空中距离一般也不得小于5m。 接地装置地下距离一般不得小于3m。
2、屏蔽接地 屏蔽接地的作用是抑制电容性耦合干扰，降低电磁干
扰。仪表系统中用以降低电磁干扰的部件如电缆的屏蔽层、 排扰线、仪表上的屏蔽接地端子，均应作屏蔽接地。
在强雷击区，室外架空敷设的不带屏蔽层的普通多芯电缆， 其备用芯应按照屏蔽接地。如果是屏蔽电缆，屏蔽层已接 地，那么备用芯可不接地，穿管多芯电缆备用芯也可不接 地。
图5—7 输入式安全栅原理图
输入式安全栅是现场二线制变送器与控制室仪表及电源联 系的纽带，它一方面为变送器提供电源，另一方面将来自 变送器的4～20 mA DC信号，经隔离变压器线性地转换成 4～20 mA DC(或1—5 V DC)信号，传送给控制室内的仪表。 在上述传递过程中，依靠双重限压限流电路，使任何情况 下输往危险场所的电压不超过30 V DC，电流不超过30 mA DC，从而保证了危险场所的安全。
2、为使安全栅能在交流电源故障时实现对危险场所的保 护功能，安全栅接地又必须与交流供电的中线相连。这就 决定了安全栅接地最终应是电气系统接地。
仪表系统的防雷措施
地 系统 、 浪涌防护器 的选择和安装 、 电缆的屏蔽和敷设等设计内容 。
关键 词 ： 仪表系统； 防雷； ； 接地 屏蔽； 浪涌保护器
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现场仪表及DCS防雷接地分析
现场仪表及 DCS防雷接地分析摘要：化学工业生产过程中，建立完整的防雷装置对于保持野外仪器的正常运行具有重要意义。
建立现场仪器的定期安全检查系统，改进DCS系统的防雷接地措施，避免雷击；同时，通过系统、全面地保护DCS系统免受雷击、电压分布、接地、屏蔽和测距，可以有效地提高现场设备的寿命和工作效率。
在实际生产过程中，有效提高生产安全，确保生产活动的安全、有序运行，不仅能提高化工企业的生产经营效率，还能有效提高市场运行水平，促进化工行业健康有序的发展，实现化工企业的社会价值。
本文主要分析了现场仪器和DCS防雷用户。
关键词：化工生产；现场仪表；DCS防雷接地引言伴随着我国石化行业的一体化和蓬勃发展，现场仪器得到了广泛应用。
面对化学工业巨大的仪器市场，实地仪器的深度开发和技术创新也在由开发者迅速发展。
而且数字和高度智能的野外仪器引起了广泛的关注。
但是，绝缘差的设备和DCS系统在闪电时很难保持正常运行。
闪电现象一旦出现，就难以有效地抵御闪电产生的超微电流，造成仪器损坏和安全事故。
因此，加强安全管理，提高外地仪器和DCS系统的有效保护，防止闪电型高压电流和有害仪器设备放电造成的瞬时高温，对于提高化学生产的安全性和效益至关重要。
1、DCS系统防雷接地的重要性分析随着当今社会经济的发展，安全生产的概念逐渐被普遍接受。
在化学工业中，石油生产的安全问题逐渐变得更加突出。
随着现场仪器的技术更新及其在化工生产中的广泛应用，其在安全系统中的地位不断提高。
材料科学的飞速发展和电子技术的相继突破也为DCS系统的开发创新提供了有力的技术支持，并逐渐展现了数字化和智能的特点。
现场仪器的电路设计和总体框架进行了集成，并朝着小型和微型仪器的方向发展。
因此，材料要求高，绝缘减少，对闪电的发生造成严重损害。
因此DCS防雷接地系统的不断改进已成为安全生产的必然选择。
2、雷电损害现场仪表主要途径2.1雷电反击直击雷电常常导致潜在的浮动，导致闪电反击，妨碍仪器设备的正常运行。
自动化仪表的接地
浅谈自动化仪表的接地摘要；本文着重介绍了自动化仪表的接地的问题关键词；自动化仪表【中图分类号】ts210.3如今，由于计算机技术的日益成熟，自动化控制已经成为工业生产不可缺少的一部分。
合理准确的接地是保证集散控制系统运行安全可靠，系统网络通信畅通的重要前提。
正确的接地既能抑制外来干扰，又能减小设备对外界的干扰影响。
而错误的接地反而会引入干扰，严重时甚至会导致集散控制系统无法正常工作。
因此接地问题不仅在系统设计时要周密考虑，在工程安装投运时也必须以最合理的方式加以实现。
仪表系统的接地分为保护接地，工作接地、防静电接地和防雷接地等。
保护接地安全接地是将系统中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳）与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。
原因是系统的供电是强电供电（380v、220v或110v），通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其他故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心接触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。
因此，必须将金属外壳和地之间做良好的连接，使机壳和地等电位。
此外，保护接地还可以防止静电的积聚。
工作接地工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设置的接地。
它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其他防爆系统中还有本安接地。
机器逻辑地，也叫主机电源地。
是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5v等电源的输出地。
信号回路接地，如个变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。
屏蔽接地（模拟信号的屏蔽层的接地）。
本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。
在一般情况下，仪表系统信号绝大多数是低频信号，假如信号源和仪表两点接地，由于存在地电位差，可能会产生共模干扰，因此在低电平测量仪表中接地的原则，是信号线只应有一点接地且信号线的屏蔽层也只须有一点接地，并且接地端在靠近仪表一侧效果较好，把二次仪表与地绝缘，从而避免形成接地回路，以切断共模干扰电压的漏电途径，使干扰不能进入信号回路中。
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• 电缆屏蔽层只能在控制室一侧接地，在仪表 侧保持悬空。有转接箱的应确保同一信号回 路的屏蔽层电气连通。屏蔽层如有两点以上 接地，在屏蔽层会有感应电流流过，反而成 为干扰源，因此应避免形成形成多点接地。
连通； • 电气柜的接地铜排、柜门未接地； • 控制柜内主接地铜排接至接地网的铜导线截面
积太小。
带内置防浪涌模块的变送器
配外置防浪涌模块的变送器
带浪涌模块的变送器未有效接地
连接处有绝 缘缠绕带
电缆铠装层、屏蔽层接地
接地铜排 引至接地网来自电缆铠装 层引至接 地铜排
电缆屏蔽
层引至接 地铜排
电缆铠装层、屏蔽层接地
块 • 无线通讯的天线配置防雷模块
接地目的
• 防浪涌模块接地目的是提供泄流通道， 雷击时迅速导通泄放雷电流。防浪涌模 块只有接地后才具备防雷作用。
• 电缆管、金属桥架、铠装层、屏蔽层等 接地后具备良好的屏蔽作用，能大幅减 弱电缆导线因雷电感应而产生的电流电 压，从而保护电气设备免遭雷击损坏。 同时也可避免因电缆绝缘层老化而漏电 伤人。
接 地方式（一）
• 现场仪表内、外置防浪涌模块的接地端 接仪表外壳，确保仪表外壳与接地网连 通，否则用2.5mm²黄绿铜导线接地。
• 柜内所有防浪涌模块的接地端用黄绿铜 导线接至PE接地铜排，或者将防浪涌模 块的金属安装导轨接至PE接地铜排。
接 地方式（二）
• 电缆铠装层在电缆两端（控制室及现场防爆 箱）接地。
仪表自控防雷及接地
仪表自控防雷接地示意图
仪表自控防雷及接地
一、配置防浪涌模块 二、接地 三、常见问题
配置防雷模块
• 控制柜交流220V电源进线配置防浪涌模 块
• 每路模拟信号（温度、压力、差压、液 位、泄漏报警）配置防浪涌模块
• 每路通讯信号（流量计）防浪涌模块 • 每路视频信号（摄像头）配置防浪涌模
屏蔽层连通， 在现场侧不
接地
铠装层用黄 绿线引出后
接地
谢谢
屏蔽层接至 接地铜排
铠装层用黄 绿线引出后 接至至接地
铜排
接地铜排、柜门接地
接地铜排未 接至接地网
柜门未跨接
接地铜排接地
铜导线截面 积太小
防浪涌模块接地（一）
所有防雷模 块接地端引 至接地铜排
防浪涌模块接地（二）
通讯防雷 模块接地 端未接地
防浪涌模块接地（三）
视频防雷 模块接地 端未接地
现场防爆箱铠装层接地、屏蔽层连通
接 地方式（三）
• 接地铜排接至接地网。控制柜内主接地 铜排应使用35mm²铜导线接至接地网。
• 控制柜金属柜体应确保接地。柜门与柜 体用2.5mm²黄绿铜导线跨接。
常见问题
• 室外变送器无内置或外置防浪涌模块； • 带浪涌模块的变送器未有效接地； • 防浪涌模块的接地端未接地； • 电缆的铠装层未两端接地； • 电缆的屏蔽层未接地、或多点接地、或未电气