MACS系统接地规范

DCS系统接地规范

1. 2. 3. 4. 4.1. 4.2. 4.3. 4.3.1. 4.3.2. 4.3.3. 4.3.4. 4.4. 5. 6. 6.1. 6.2. 6.3. 7.

DCS接地分类 .......................................................................................... 2 与DCS相关的接地分类 ......................................................................... 2 接地极的分类 ........................................................................................... 3 MACS系统接地 ...................................................................................... 3 MACS系统接地要求 .............................................................................. 3 总体接地原则 ........................................................................................... 3 柜内“三地”的连接 ............................................................................... 3 MACS系统设置的接地装置................................................................... 4 “保护地”的连接： ............................................................................... 4 “系统地”的连接： ............................................................................... 4 “屏蔽地”的连接： ............................................................................... 4 分散布置的DCS设备接地方法 ............................................................. 5 对公共接地极（网）的要求 ................................................................... 5 接地设计简要规定 ................................................................................... 5 接地体安装 ............................................................................................... 5 接地体与接地网干线的材料要求 ........................................................... 7 接地连线要求 ........................................................................................... 7 接地连线长度和截面积计算依据 ........................................................... 7

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1. DCS接地分类

总体上分两类：

 保护地（CG，Cabinet Grounding）：

为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。设备保护地要求接入公共接地极，与设备所处地理位置的建筑地电平等电位。

 工作地：包括如下内容。

逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地（也

是DCS系统内部电信号传递和电路运算的基准参考电平），也是+5V等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12/24伏的负端，在MACS系统中，它与系统地是等同的；需要接入公共接地极。

信号地：信号回路地是DCS系统对外界信号输入/输出的信号基准参考电平（现

场返回信号的负端）。为了减少干扰电平对信号回路的影响，统一基准电平的前提是现场的信号源装置及MACS的I/O电路对地处于同一电位：原则上供电不隔离，在DCS端接地；隔离不供电，允许现场端接地，也允许DCS端接入公共接地极。

当AI、AO为非隔离式且由MACS给现场设备提供电源（24VDC）时，现场设备的内部电路则成为MACS系统的一个组成部分，信号负端时是连通的，具有相等的电平，信号地就是系统地。

当AI、AO为隔离式且现场设备无需MACS提供电源时，现场设备的内部电路已经完全独立于MACS，因此需要根据信号源特性决定是否接入公共接地极。对于需要隔离输入的信号，来自现场的信号需要加信号隔离器或选用隔离型输入模块，以保证现场设备电路不会受到MACS电源和接地的影响正常工作。若此类信号不使用信号隔离器或隔离型输入模块，则MACS内部24V、5V负端不能接地，需要浮空，这种情况极少，可不予考虑，特殊情况可作特殊处理。

系统地：也叫系统基准地，通常也是系统电源地（24V、5V负端），是为DCS

信号及内部电路提供的一个基准点（零电位），一般接入公共接地极。系统地在DCS中，就是给模件供电的24VDC或5VDC的电源地，MACS系统电源原则上不允许向除二线制变送器外的第三方设备供电。

对于通道隔离的I/O模块应用场合，它与信号地是有区别的，因为两者没有电气联系；隔离输入的信号一般遵循在信号源端接地的原则。

屏蔽地：也叫模拟地，是为了避免电磁场对仪表和信号的干扰而采取的屏蔽网接

地。它可以把信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号质量。线缆屏蔽层必须一端接地（一般在DCS设备侧统一接地），防止形成闭合回路干扰，而且需要接入公共接地极。

2. 与DCS相关的接地分类

本安地：也叫本质安全地，是本安仪表和齐纳安全栅的本安接地；一般要求本安

仪表、安全栅的零电位与本安仪表所工作的地理环境、所附接的工艺设备地电位相同，以保证在现场信号电路上不会有过多的电荷积累，在发生故障时产生的火花能量不足以成为爆炸火源。实践中常常将现场的设备外壳与系统

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地（信号地）、本安地连接，以此保证安全栅能可靠工作，在此种情况下，DCS侧给齐纳安全栅供电的电源地（+24V负端）浮空。接入公共接地极。 避雷地：将雷击能量导入大地的接地。在电气接地网覆盖的范围内，一般不只一

个避雷地。避雷地可以通过等电位连接器与公共接地极连接在一起。由于落雷发生时避雷器倒入大地的能量巨大，会形成接地网局部电位剧升，所以DCS的接地点要避开避雷引下点15米以上。

3. 接地极的分类

 电气接地网：以火电厂为例，电气接地网是以截面150平方毫米以上的带钢在全

厂区地下埋设，并在一定间隔设置接地极与接地网连通；电气专业并将全厂的地下管道，建筑框架全部接入接地网，客观上形成了覆盖全厂的综合接地体，此为电气地，其分布对地电阻一般小于1欧姆。在电厂内，全部防雷设备、工艺设备、管道、电器接地以及接入大地的变压器中性点都与电气地连通，形成统一的基准电位作为参考点。电气地覆盖整个厂区，从原理上讲，整个厂区为一个等电位体。  专用接地极（网）：一般位于工业厂区的范围内，由多根接地极互连构成的专用

接地极（网）；并与电气地独立（可能与电气地之间存在电位差）。

4. MACS系统接地

MACS系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等的外壳均应接保护地，以防止发生人身触电事故。保护地应接至厂区电气接地网或设备所在地的建筑地（在火电厂中，建筑地与电气地网是连通的），接地电阻应小于4Ω。 MACS系统的系统地一般应接至厂区电气接地网，以保证MACS系统的I/O与现场的信号装置、控制装置等电位（在火电厂中，全部工艺设备、工艺管道及其附属的型号装置、控制装置都已经接入电气地网），接地电阻应小于4Ω。

4.1. MACS系统接地要求

在一般情况下，MACS控制系统需要两种接地：保护地和屏蔽地 ，现场控制站还配有系统地。

MACS系统的保护地连线应使用铜芯绝缘电线或电缆连接到厂区电气接地网或接地体上。接地线宜选用绝缘铜芯线（避免形成多点接地），截面不小于2.5mm2, 接地总线宜选用多股绝缘铜芯线，截面一般要推算：不小于16mm2。推算方法详见后面的第7 部分。

4.2. 总体接地原则

 把整个系统分为“系统地”、“保护地”、“屏蔽地”，柜内不混用。  “三地”在机柜内汇入一点接地，接地电阻应小于4欧姆。  一个系统只允许一点接地，可以与电气接地网共地。

 防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与电气接地网的主干线相连。  为保证多股胶合线与螺纹端接触良好，宜设置铜制铲形接线片。

机柜出厂时，已经把系统地、屏蔽地、接到保护地上了，实际上接地方式与原来没有变，机柜内部三地是分开的，各有各的用途，只是把每个机柜当成一个小的系统，在机柜的汇流条上通过一点接在一起；原来的接地点在汇流排箱上接在一起，现改到机柜上，本质上没有区别，这样改后对DCS系统没有任何影响。

三地接在一起的前提是它们之间没有电位差和电流，不会引进干扰，就可以接在一起。正常情况下机柜内屏蔽地、系统地、保护地间没有电位差，没有回路没有电流，也就没有

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干扰。为了保证其是一个等电位体，需要接在一起。机笼和机柜间也没有电位差在机柜中的系统工作地、屏蔽地、保护地间没有电位差，就不存在电流，相对于安放机柜的地板来说，它们是等电位体，故可接在一起。异常情况下，因三地已经接在一起了，保证了系统是一个等电位体，危险通过保护地释放，对人身没有隐忧，这需要选择保护地电缆的截面和长度来保证。打个比方，空中飞行的飞机，它的外壳是一个等电位体，即使被雷电击中，对飞机内的旅客来说，没有危险。再举个例：电厂6KV母线，如一个人，有足够的绝缘，与地没有回路，分就可以用手去摸6KV母线，没有任何事，因其与6KV母线是等电位体。过去大家应该看过这样的试验，一个人站在10KV以上的铁笼里，没有任何事发生，但在铁笼外没有绝缘的人，是危险的，不能靠近铁笼。

电厂设计都有避雷设施，没有直接雷情况发生，我们的机柜都是安装在室内，没有考虑雷击情况。假设机柜遭受雷击，很大的能量不能在瞬间通过保护地释放，能量在ns级的时间内通过汇流点进入DCS设备，这会造成设备损坏，但在室内安装的设备来说，这种机率很小，几乎为零，如发生可以说是天灾。在部分地区防雷设施差，过去曾有报道，发生过感应雷（主机离窗户很近，旁边发生直接雷，感应造成主机死机和损坏；I/O电缆槽离避雷引下线太近，小于5米，没有铁盒和桥架屏蔽，造成感应，使能量进入机柜），造成部分I/O卡件损坏；这需要用户增加避雷设施和选择接地点来避免。

4.3. 柜内“三地”的连接

4.3.1. MACS系统设置的接地装置

操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉 继电器柜、UPS柜、配电柜：设有保护地螺钉。

MACS机柜：设有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉，系统地汇流排（接保护地，如是查询电源尽量悬浮）。

仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地汇流排，保护地螺钉。

安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地汇流排，保护地螺钉。 4.3.2. “保护地”的连接：

MACS现场控制柜的保护地铜块与现场控制柜相连，各个现场控制柜的保护地之间可以通过铜导电缆（φ6以上）串联在一起，最后一点接入公共接地极。这符合国家强制性接在规范。

4.3.3. “系统地”的连接：

MACS系统如果现场的系统地不良，可采用浮地方式，在开始的DCS接地分类中已经说明，系统地可接保护，所以机柜出厂时，把机柜内的系统地接到机柜内的保护地上了，通过保护地再连接到现场的接地网。如确实存在非隔离信号时，对于现场接地的非隔离输入信号，需要加信号隔离器或选用隔离型输入模块，如没有配置隔离模块，则+24V负端不能接地，可把该信号所在机柜的系统地悬空（拆除系统汇流排到保护在间的连线）。这符合仪器仪表接地规范。 4.3.4. “屏蔽地”的连接：

“屏蔽地” 通过柜内各个分汇流排汇入总汇流排，在一点接入保护地，通过机柜内的保护地连接到现场接地网。进入单个机柜的现场信号的屏蔽层要求单端接到机柜内部屏蔽地汇

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流排。通讯电缆（包括DP电缆）的屏蔽层也要与屏蔽地汇流排连接。机柜出厂时，已经把机柜内部的系统地接到保护地上了。

4.4. 分散布置的DCS设备接地方法

分散布置MACS系统设备之间的连接一般是网络（通讯）线，例如：现场控制站分散到现场，而操作员站位于不同的控制室，各站点间使用多模光纤或5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接。

 使用光纤连接的站点：各站点内的接地方法和要求同集中布置的DCS设备，就近

接入电气地。

 使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点：

方法1：控制室的保护地线先连接到公共连接板，公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去，整个接地网络是一个星型结构。

方法2：两边的站点有各自的公共接地极，二者不必有金属连接，各站点的接地方法同集中布置的DCS设备。5类双绞线或DP屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设，钢管或桥架必须可靠接地。

5. 对公共接地极（网）的要求

 当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Ω时，可将厂区电气接地网当着DCS系统的

公共接地极（网）。

 当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统，即为DCS系统

的公共接地极（网）。

 没有本安地接入的公共接地极（网）的对地分布电阻小于4欧姆；有本安地的小

于1欧姆。接地总干线的线路阻抗小于0.1欧姆。  公共接地极周围15米内无避雷地的接入点，无电焊地接入点，5米内无 30KW 以

上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。

6. 接地设计简要规定

本节简要介绍了在仪表接地系统设计中对接地方法、接地网干线和接地连线的规定。 6.1. 接地体安装

 接地总干线：MACS系统通过公用连接板将各接地分干线汇总，并由公共连接板

引出接地总干线，连接至接地体。公用连接板应采用铜板制作，并应设置在接地连接箱内，与箱体绝缘。

 接地体：为钉入地下的良导体，由接地总干线传来的电流通过接地体导入大地。

接地体与接地总干线之间采用铜焊，焊接后应做防腐处理。

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600 500 400 地面 钢盖板 接地总干线 600 桩顶 钢筋混凝土接地井 L2500 57×3.5 镀锌管接地体 接地体尖

典型的单接地体安装

可用接地网干线把多个接地体连接成网，接地网应满足MACS系统接地电阻的要求。当接地网干线与接地体采用搭接焊时，其搭接长度必须为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。下图为典型的多接地体安装图。

500～800大于5025×4扁钢接地网干线2500地面∠50×50×5角钢接地体50005000

典型的多接地体安装

 降低土壤电阻率的方法

（1）改变接地体周围的土壤结构。在接地体周围的土壤2～3m范围内，掺入不容于水的、有良好吸水性的物质，如木炭、焦碳煤渣或矿渣等，该法可使土壤电阻率降低到原来的1/5～1/10。

（2）用食盐、木炭降低土壤电阻率用食盐、木炭分层夯实。木炭和细掺匀为一层，约10～15cm厚，再铺2～3cm的食盐，共5～8层。铺好后打入接地体。此法可使电阻率降至原来的1/3～1/5。但食盐日久会随流水流失，一般超过两年就要补充一次。

（3）用长效化学降阻剂。用长效化学降阻剂方法可使土壤电阻率降至原来的40%。

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6.2. 接地体与接地网干线的材料要求

接地体和接地网干线所用钢材规格可按下表选用，若接地电阻满足不了要求时，也可选用铜材。如果接地体和接地网干线安装在腐蚀性较强的场所，应根据腐蚀的性质采取热镀锌、热镀锡等防腐措施或加大截面。

接地体和接地网干线用钢材规格 名 称 扁 钢 圆 钢 等边角钢 钢 管 规 格 （mm） 6.3. 接地连线要求

 接地汇流排必须使用绝缘材料固定于地面，不得触及其它导电介质。  接地装置的室外部分须电焊连接，并涂上保护漆。

 单个机柜接地线的截面积要求大于4平方毫米，总接地线的截面积应大于10平

方毫米。

 接地线须使用带绝缘皮的导线。

25×4 14～20 40×40×4 50×50×5 45×3.5 57×3.5 7. 接地电缆长度和截面积计算依据

DCS系统接地电缆选择必须满足DCS对各类接地的要求以保证系统正常工作或在事故发生时减少设备损失，保障人身安全。其中机柜保护地对接地电缆要求最为严格，其他类接地可以照此选择电缆。

保护地接地要保证机柜外壳与机柜所处地理环境之间的电位差在任何情况下都不会超过安全电压，以保证触及机柜外壳时的人身安全。因此，单个机柜的保护地接地电缆的电阻率应能满足这样的要求：在机柜电源引入电缆发生于机柜外壳直接发生短路时，保护地接地电缆应能完全释放机柜外壳的能量，并保证机柜外壳与其所处地理环境之间的电压在安全电压（交流36V）范围之内；这符合国家强制性安全接地规范。

机柜电源进线一般是2.5平方毫米的芯线，其上级开关断路器最大可能分断的电流高达千安培，根据其距离，可算出它的电阻；机柜到接地点的电阻同样可根据公式R= ρ L/S (Ω)计算出来，这需要保证机柜到地的电缆电阻是电源进线（火线）电缆电阻的1/6或更小，这样，即使电源火线接到机柜上（220VAC），因有接地电缆，在它上面的分压（220/6）不到40VAC，是安全电压，就能满足接地电缆的（电阻）要求。这符合国家强制性接地要求标准。

电缆的电阻和它的长度（L表示，单位：米）、截面积（用S表示吧！单位：平方毫米）、温度等有关系。理论上，均匀金属物质的电阻（R表示，单位：欧姆）为：R= ρ L/S (Ω)，式中，ρ是物质的电阻率，单位是：Ω. M；铜的电阻率在20℃时约为 0.0175

Ω · mm2/m。这样，机柜接地点到接地极的长度可以测算出来，长度知道了，就可以推算出电缆的最小截面积。反之，知道截面积，可推算出电缆的最大长度。

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