浅谈接地规范在石油石化行业自控系统中的应用

张华

中国航油集团津京管道运输有限责任公司

概念：接地点；基准点压（0V电压）；工作电压；绝缘板；

1、前言

本文主要以石油化工行业相关的三个规范的最新版本为依据，解读并比较部分接地要求，提出自己的见解，并说明接地系统对于自控系统的重要性。本文参考的四个规范为：

《GBT2887-2011计算机场地通用规范》以下简称《GBT2887-2011》

《SHT3164-2012石油化工仪表系统防雷工程设计规范》以下简称《SHT3164-2012》

《GBT50892-2013油气田及管道工程仪表控制系统设计规范》以下简称《GBT50892-2013》

《HGT20513-2014仪表系统接地设计规范》以下简称《HGT20513-2014》

2、概述

大家都知道，在一个自控系统中必须有一个基准电压，即0V点。一般是系统内电源的负极，标有“0V”或者“-”。系统中其他点的电压都是以此点为标准测量的。在自控系统的设备中，我们也经常发项一个标有“”符号的接线点，这就是接地点。这个符号在外壳上，则为保护接地点。有的自控系统（设备）中，0V点和接地点都存在，大多数也是连通的。在自控系统中，接地分为工作接地、保护接地、本安接地和防静电接地。虽然这四种接地点最终都是汇接到总的接地极，但是都有自己的汇流排，四种接地从接地汇流排再汇总到总接地装置。在许多系统中，本安接地直接接入工作接地，防静电接地直接接入保护接地。在自控系统中，工作接地连接点包括：仪表电源的0V（电源的负极），信号回路的负极，信号防雷器的保护接地，信号电缆的屏蔽层等；工作接地的连接点包括：设备或者机柜的外壳，交流供电的接地极，交流电源防雷器的保护接地，信号电缆的铠装层等；本安接地的连接点主要是本质安全仪表接地、隔离栅（安全栅）汇流条接地等，一般要求本安接地汇接到工作接地汇流排；防静电接地部位主要是控制室、机柜间内的防静电地板，电脑操作台，电缆桥架等防静电接地汇接到保护接地汇流排。

3、接地不良的危害

良好的接地是自控系统安全稳定运行的基础。接地系统可消除电涌和静电，消除信号回路干扰，滤除信号中的杂波，增强信号的稳定性。

中石化某油库的消防控制系统建于2011年，当时规范没有明确规定24VDC电源的负极必须接地。系统运行两年后的一次项目改造，需要搬迁远程控制台，但要求消防控制系统不能停运。在断开供电开关S1，准备施工时，消防自控系统产生误动作，消防设备的误启动，造成了一定的损失。事后分析并做测试，得出结论：给远程控制台供24VDC的2P空开断开，致使24VDC回路电压波动，产生错误的DI信号输入，程序执行后，DO输出，造成设备误启动。当然如果使用单片的空开也不会出现上述故障，但归根结底还是由于接地不良，存在静电电压压差造成的。系统示意如下图：

通过技改，以上问题已解决。具体技改方案为；按照最新规范，将整个消防自控的接地梳理，使工作接地与保护接地的柜内隔离，24VDC电源负极接工作地。

在中石油长庆油田某油库的一个项目中，需要用到PROSOFT的型号为5202-DFNT-MCM4通讯网关。网关需要24CDC供电，在初始配置时，尝试N次都没有把配置下载到设备中。由于设备是新的，排除设备故障原因。最终通过咨询厂家，将设备的外壳接地点连接到系统接地汇流排后，设备就正常使用了。这也是接地不良造成的静电对通讯的干扰。

4、最新版相关规范的接地规定

4.1、关于接地阻值的规定：

《GB/T2887-2011》4.8.2.2规定，计算机设备没有明确要求时，场地的接地电阻不应大于1Ω。

《HGT20513-2014》在“7接地电阻”中规定了具体接地阻值：

7.0.1仪表系统的接地连接电阻不应大于1Ω；

7.0.2仪表系统的接地电阻不应大于4Ω：

在《GBT50892-2013》的“11接地”中关于接地规定如下:

除非设备有特殊要求，接地电阻应符合电气装置的接地要求，不宜大于4Ω。

“11.6接地系统连接”中也规定：仪表控制系统工作接地与共用接地系统的连接线总电阻不应大于1Ω。

4.2、关于各类接地的连接方式的规定

《HGT20513-2014》4.0中，仪表系统各类接地的关系规定，仪表及控制系统的接地连接宜采用分类汇总，最终与总接地板连接的方式。如图4.0.1：

在5.3中也规定了各类接地汇流排经各自的接地分干线分别接至保护接地汇总板和工作接地汇总板。图5.3.1：

在《GBT50892-2013》的“11.6接地系统连接”中规定如下:仪表控制系统的工作接地、保护接地应分别接入共用接地系统，不同功能的等电位连接不应串联或混接后接地。

4.3、关于现场仪表外壳接地

《HGT20513-2014》3.1.3规定如下：低于36V供电的现场仪表、变送器、就地开关等，无特殊需要可不做保护接地。

《GBT50892-2013》11.3规定如下：

11.3.1在爆炸危险环境中的所有仪表设备的金属外壳、金属构架、仪表电缆槽体、电缆保护管应可靠接地。

11.3.2在非爆炸危险环境36v及以下供电的现场仪表，不可做保护接地。

4.4、关于电涌保护器的接地

《SHT3164-2012石油化工仪表系统防雷工程设计规范》6.5中关于自控系统接地，我们总结出2点：一是保护接地和工作接地独立；二是电涌防护器接地接入工作接地汇流条。如图6.5.2.1：

《GBT50892-2013》11.4关于信号电涌保护器的接地规定：控制室内仪表信号的电涌保护器宜接入保护接地，220VAC电源应接入保护接地。即要求电涌保护器的接地接入保护接地。

4.5、根据以上内容提出四点需要认真解读的条款：

4.5.1接地电阻阻值的规定：从设备或者系统的接地点到接地系统总接地板的连接电阻阻值不应大于1Ω；从总接地板到接地极的接地电阻阻值不应大于4Ω。

4.5.2保护接地和工作接地在自控系统的机柜内部是独立的，且隔离的。都汇流到总接地板。

4.5.3对于低于36V供电的现场仪表外壳是否接地的规定，《HGT20513-2014》的要求是：无特殊需求可不做保护接地，而《GBT50892-2013》的要求是：在爆炸危险区域应接地；非爆炸危险区域不可做接地。我认为《GBT50892-2013》要求更明确，可执行性更强。

4.5.4对于电涌保护器的接地有区别：《SHT3164-2012》要求接入工作接地；《GBT50892-2013》中要求接入保护接地。我认为在自控系统内部信号电涌保护器的接地接入工作接地更合适，防止电涌通过保护接地中的设备壳体对人的伤害。

5、依据新版规范采取的措施介绍

根据以上规范，我们总结出：保护接地汇总板和工作接地汇总板应经过各自的接地干线接到总接地板。也就是说在机柜对外接地线全部断开的情况下，自控系统内部保护接地和工作接地之间是断开的，电阻为无穷大。这样就需要采取措施使导轨接地方式的工作接地与机柜柜体隔离。我推荐使用绝缘板做隔离。为了导轨安装的牢固，建议使用厚度在15mm以上的绝缘板。绝缘板使用嵌入板内的螺栓固定在机柜安装背板上，导轨采用自攻丝螺栓固定在绝缘板上。绝缘板的使用如下图：

这样就做到了，在机柜内部，工作接地与保护接地的绝缘。

6、总结

通过对规范的学习，我们更明确接地系统的规范性，针对工作中遇到问题，也就找到了解决的途径。规范是工作经验的积累和总结，反过来又指导我们的工作。限于篇幅的限制，仅仅提到几个方面的见解，如有纰漏敬请指正。