仪表工基本常识— 关于接地１ —— 什么是接地
关于接地，在自控知识体系中所占的份额很小。可以熟练引用规范，运用规则的人很多，但能一下子说请道理的不多。这实际上是出于一种思维习惯。我们在学会乘法以后很少在意乘法和加法的关系，却不会因此而出错，因为这个知识点早已融化到血液里了。但一些专业知识的学习，往往缺乏高考前那种培养条件反射的练习，所以往往会记住了结论而忽略原因。
在讨论接地时首先提一个问题。接地是什么？
我们平时说的各种接地 保护接地，屏蔽接地，工作接地，信号接地 …………等等等等，说的都是需要通过接地来实现的功能。
泄放电磁干扰，防雷击，保护人身安全，…………等等等等，说的都是需要通过接地来实现的目的。
接地本身是什么？
接地的实质上是要根据需要，在电路的各个点之间建立以大地为基准的等电位。例如：
电器漏电，可以通过接地，把漏电处的电位强制在和人体所处位置相等，在漏电处和人体所处位置间形成等电位，这样没有电位差就没有电流，人就不会触电。于是就有了可以达到保护人身安全的保护接地；
电磁场对信号的干扰，有一个电生磁，磁生电，电再生磁……的过程。采用金属屏蔽可以弱化干扰的传递，但不一定能达到满意的程度。通过接地，把干扰在屏蔽层上形成的电，强制到信号为零的电位上，实现等电位。没了电位差，对于信号来说干扰就可以视为没有。于是就有了通过接地泄放干扰的屏蔽接地；
控制信号，如果没有一个统一的基准点，就会出现 ａ仪表发出的1-5V被b仪表认为是2-6V这类情况，解决这个问题的方法，是为所有的仪表提供一个共用的参考点。这就有了仪表的工作接地；
…………
我们对接地进行规划，实际上是对那些点需要建立等电位，如何连接对建立等电位最有利，以及对当所建立的等电位与大地基准电位产生偏差时的对策和容忍程度 进行统筹。
关于接地２ —— 为什么要接“地”
前面说了，接地的实质上是要根据需要，在电路的各个点之间建立以大地为基准的等电位。为什么这个等电位要以大＂地＂为基准，而不是别的什么？
拿人体接触高压电来说。
电工穿上绝缘鞋可以避免触电。是因为和大地绝缘后人体触电时是和电源处于等电位；
碾过高压电网的坦克，里面的乘员不会有任何感觉。是因为坦克的金属外壳形成一个等电位，乘员接触任何部位的电压是相等的，没有电位差；
把人装在金属笼子里或穿上金属编织的等电位服，然后设法挂到百万伏的高压线上进行带电操作，高压电不会对人造成伤害。其道理和上面是一样的；
在电梯里面，如果没有专门的中继设备，手机的信号会很弱，甚至没有。在室内打手机如果信号不好，走到窗户或阳台上就可以得到改善。这个现象说起来是因为电磁波会被电梯的金属壳或者建筑中的钢筋屏蔽。而所谓屏蔽的原理之一，就是手机信号接收元件所处的电场和环境同步，相对为零。
可见，所谓的接地实质上就是根据需要建立一个相对为零的等电位。
相对为零或者接近为零的等电位建立，可以是线路板上的公共点，可以是仪器仪表的导电外壳，可以是系统的机柜机箱……。只要能够把需要接地的所有点联系在一块儿，建立起等电位，就能达到“接地”的目的。
但是，在不少情况下，依靠导线，机箱，金属网建立等电位有些不现实。例如，发电机的零电位（中性线）可能在三亚或者三峡，雷电发生在天地之间……。我们不可能为每幢建筑做一个坦克那样的外壳来防雷，也无法用导线来使千里之间的两点来保持电位相等……。所幸我们所生存的地球本身就是一个导体。虽然它的表面导电性能不怎么好，但所拥有的导电截面足够大。通过接地，可以使相距万里的两点电位相等；可以使不同位置上的仪器仪表相应位置电位相等；可以（通过避雷针）使建筑顶端的电位和周边大地的电位相等……。
把“大地”作为基准等电位，除了它够大，导电性够好之外，还有一个重要原因，就是无需标定，无论你在地球的那个位置，只要你连接到“地”上，它的电位就是 零 。
其实在实际运用中，不以“地”为目标的“接地”系统并不少见。如：
汽车的电气仪表以金属底盘（外壳）为地；飞机和大型船舶的“地”是它的金属外壳；铁路上把铁轨作为接地母排……
关于接地３ —— “地”在哪里
接地就是根据需要，在电路的各个点之间建立以大地为基准的等电位。
简单的，只需在地上插根金属桩子就可以完成接地。问题是我们要求的不是简单的接地，而是要建立以大地为标准的等电位。而所谓的大地，是一个具有电磁场的巨大球体，在电磁场的作用下，我们脚下的大地处处有电流，任何两点之间的电位都可能不同。显然，要达到大地标准电位的目的，不是随意埋根桩子就行。
你可以认为真正可以作为基准等电位的“地”是地球中心，是地核，是一片地面的电位平均值……。总之无论在哪里，都不在你拿根电线就能接上的位置。
那么，哪里才是“地”？
在分析电路时，
如果上面所说的 a，b，c 分别是相隔一定距离埋入地下的金属桩，通过测量三个桩头之间的电阻，就可以分别得到 a，b，c 三点到Ｏ点的电阻 ra，rb，rc 。显然，由于 a，b，c 分别是相隔一定距离埋入地下的金属桩，这时候连接 a，b，c 三点的Ｏ只能是“地”。尽管这时候还是不知道“地”的具体位置，但是可以通过这个方法“联系”到“地”。
假设通过测量，计算，得知其中一根桩头到Ｏ点的电阻为 8Ω。那么就可以说“地”在与桩头隔着具有8Ω电阻的导体的另一头。而这个8Ω电阻，就是我们通常所说的接地电阻。
从这里可以得到两个结论：
１、可以通过接地装置和接地电阻可以连接理论上的“地”；
２、无法直接连接理论上的“地”。
虽然我们平时所说的接地，就是连接到接地装置上。但接地装置就是接地装置，它并不是真正意义上的“地”，而只是 ── 接地装置。它和真正意义上的“地”之间，还存在一个 ── 接地电阻。
关于接地４ —— 如何接地
电阻是导体的一种基本性质，在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。其定义式：R=U/I（R电阻，U电阻两端电压，I流经电阻的电流） 决定式：R=ρL/S （ρ电阻系数，L导体长度 ,S导体横截面积）。
可见任何连接导线，都可以视为电阻；任何电流的改变，都会改变电阻两端的电压。在下图中，对于图11，可以看做等同于图12。
很明显，当 a，b，c 三点都存在电流时，d 点的电压会受到 a，b，c 三点的影响。而 d 点的电压又会反过来影响 a，b，c 三点。a，b，c 三点中的任何一点（假设 a 点）都会受到另外两点的影响。
前面反复说过：接地就是根据需要，在电路的各个点之间建立以大地为基准的等电位。
对于图3中的 a，b，c 三点中的任何一点来说，知道自身的电流就能知道自身的电压距离标准（o点）有多远。
而对于图11和图21中的 a，b，c 三点中的任何一点来说，光知道自身的电流还不行，还必须知道其它两点的电流以及接线电阻并经过计算才能知道自身的电压距离标准（o点）有多远。
显然，去测其它点的电流并加以计算是不现实的（实际工况可能会有成百上千个点）。可见从建立基准等电位的角度看，图３的接法比图11和图21要现实得很多很多。
不过话又说回来了，实际工况可能会有成百上千个点，把每个点都按图3的方法接，将是一项很麻烦的工作。下面想办法解决。
从电阻分压原理来看，对于图11来说：
１、假如电阻 ra,rb,rc 小于小于rd，则 a，b，c 三点相互影响较大。但可近似将ｄ点看做是 a，b，c 三点的等电位。如果将ｄ点电位掌控好，将ｄ点与ｏ点之间的电位差控制在一定范围内，则可以认为ｄ点与ｏ点之间有“基准”关系；
２、假如电阻ra,rb,rc大于大于rd，可近似将o点看做是 a，b，c 三点的等电位；
３、假如电阻ra,rb,rc和rd相差不大，则 a，b，c 三点相互影响较大。这时就存在一个能不能，可不可以接受的问题。
有了这些分析，就可以像前面在《仪表工基本常识—关于接地１——什么是接地》中最后提到的那样对“当所建立的等电位与大地基准电位产生偏差时的对策和容忍程度进行统筹”。从而获得既经济实惠，又满足需要接地形式。
关于接地５ —— 接地系统构成
前面讲了不少，原本的想法是把相关知识说完，然后一次串起来构成系统知识，但发现需要的的体系太大了，虽然都是一些基础的小知识，但牵涉的面太广，所以还是直接进入系统构成，边说边解释。
下面的三张图，是国标 SH/T 3081-2003《石油化工仪表接地设计规范》中的原理示意图，这里就着图边说边解释。
接地，自然首先要有一个接地装置。这是建立一个标准，无论在地球的那个位置，这个标准是一样的。但是由于接地电阻的存在，接地装置上的电平无法确定，但大家用相同的标准接地，所获得的结果也是相同的。
接地的目的是要建立一个以大地为基准的等电位。既然由于接地电阻，接地电流，大地电平的不同，会造成不同接地点上的电平差异，那么，把需要建立等电位的所有点，集中在一起连接到接地装置上，这个集中点上的电位自然就成为所需要的等电位点。
等电位在理论上只能在一个点上实现，但“点”是既无体积也无面积的东西。为了接线方便，可以用一块在各个方向上都具有足够导电截面的良好导体来近似代替这个点。理想的应该是个球体（金属银的？），但从实际应用的需要出发通常用有足够厚度的矩形金属板来替代。于是这块连接到接地装置金属板就成为以大地为基准的等电位点。也就是上面原理示意图中的“总接地板”，习惯上也称接地母板，接地母排。（第一层）
从总接地板在分别引出两块次一级的母板，分别命名为“工作接地汇总板”和“保护接地会总板”。(第二层）
为什么可以分级？参见上一节 关于接地４ —— 如何接地。
为什么要分成工作接地汇总板和保护接地会总板？参考下图。
稍微用一点电路知识，就可以知道，Ua的变化只会影响a点，而对b点没有影响；同样Ub的的变化只会影响b点，而对a点没有影响。
需要指出的是，接地电阻并不是一个纯电阻，它具有感抗和容抗。所谓接地电阻值，是指在50Hz交流下的阻抗。所以，将不同来源，不同频率，不同强度的接地电流，通过不同途径接地，可以大大减少相互间的干扰。
同样由于这个原因，可以在工作接地汇总板的基础上，再引出Ｎ个汇流排，作为不同需要的工作接地。（第三层）
所谓工作接地，实际上包括了控制系统中不同需要的接地。你可以根据需要把它们分为屏蔽接地，信号接地，安全栅（本安）接地……。
常有人问ＸＸ接地和ＸＸ接地到底有什么区别？其实就接地装置而言，不同的接地，除了接地电阻的要求之外，没有太大的差异，区别只在于用在什么地方。有点类似马路上的左转，右转，直行车道一样，只是根据需要做出的规定。关键在于一旦定下来了，就必须遵守，否则就会出乱子。
规范中把工作接地中的本安接地单独列出，是因为安全栅特别是齐纳安全栅对接地的特别要求，一般不与其它接地使用同一汇流排。从本安接地汇流排到总接地板的连线，推荐设置冗余线路。
实际工作中你可以为每一个柜子配置一个工作接地汇流排从上面分出不同的工作接地。但实际上稍大一些的控制室，不同功能的接地是分隔在不同柜子里的，完全可以将接线柜的工作接地汇流排直接作为屏蔽接地汇流排，将……。
对于ＤＣＳ，ＰＬＣ等成套设备，只需按照说明，将设备中的接地汇流排（点）作为第二层汇流排和相应接地连接即可。
对于保护接地会总板，如果需要接地的点不多，可以直接接到总接地板上。
特别要说明的是，总接地板必须要和仪表供电电源中线（Ｎ线）连接。这个连接可能在总接地板引入控制室之前就完成了（例如从装置网状接地中引到控制室的总接地板）。这关系到保护接地的保护策略以及安全栅接地策略。非常重要。
关于保护接地的策略，我在网上找了篇文章，大家可以自己看。
关于本安接地
本安防爆技术的基本原理是从限制能量入手，可靠地将电路中的电压和电流限制在一个允许的范围内，以保证电气设备在正常工作或发生短接和元器件损坏等故障情况下产生的电火花和热效应不致于引起其周围可能存在的危险气体的爆 zha。其基本的实现手段包括：防止能量聚集；对危险进行隔离；对故障可能产生的能量及时泄放。而接地系统既是判断能量是否超标的基准，同时又是故障下能量泄放的途径。因此，对于本安系统的接地形式，结构以及指标都有严格的规范。
本安系统的接地，主要的是指安全栅的接地。其接地要求有两种说法，一是接地电阻必须小于１Ω，这是一个较的高标准，很多场合需要设置专门的接地装置；另一种说法则是接地线路电阻必须小于１Ω，这是一个很容易达到的指标。实际上这两个要求是根据不同情况提出的。为了说明这个问题，先来分析两个电路。见图１。
图1中，图1a和图1b的区别在于电势 E 的接入点不同。
在图1a中，当电势 Ve 一定时，电压 Va，Vb 分别取决于电阻 r1,ra 和 r2,rb。若r1=r2，则 Va，Vb 哪个大哪个小取决于 ra,rb 的大小。当 ra＞rb 时 Va＜Vb，当 rb＞ra 时 Vb＜Va。用通俗但不准确的话来说就是，下方的电阻越小，上方的电压越高。
在图1b中，无论电阻 r1,ra,r2,rb 的参数怎么搭配 Va=Ve，而且Vb＜Va。
现在，来看下面 两张图，图２是一张安全栅接地系统，另一张是HG/T 20513-2000《仪表系统接地设计规定》中的 仪表及控制系统接地连结示意图。如果是按照 HG/T 20513-2000 的要求为安全栅进行接地，则可能出现图2所示的接地和故障状况。
图2中的等效示意图a中的 Ra，Rn 为接地电阻，Rb 为危险区域可能发生放电或短路处的对地电阻，同时从图2的等效示意图可以看出这个等效和前面说过的图1a相近。很明显，在不能确定 Ra，Rb 的大小时，对于可能产生的危险电压 Va，Vb 的大小也不能确定。如果加上不同接地电之间大地电势 E1，E2 （见等效示意图b）的影响，更是无法确定 Va，Vb 的大小。
对于安全栅来说，一个重要功能就是不能让超过危险阙值的电压窜入危险区域，而从接地的状况来看，安全栅能够“看住”的，只有 Va 。
对于齐纳式安全栅来说，仅仅“看住”Va，并不能保证 Vb 小于本安系统要求的危险电压阙值。要解决这个问题就必须保证安全栅所能感受到的电压 Va 是整个装置接地系统中是最大（高）的。参照前面对图1的分析可以看出，达到这个目的一个办法就是尽量减小 Ra 的阻值，当 Ra 小于所有可能发生的对地电阻时，就可以保证安全栅所能感受到的电压 Va 在整个装置接地系统中是最大（高）的。只要安全栅“看住”这个电压，就能保证危险因素不进入危险区域。因此对于齐纳安全栅就有了一个接地电阻必须小于等于 1Ω 的高指标。
对于隔离式安全栅，由于其隔离作用，危险电压不能越过安全栅进入危险区域，即不会产生 Vb ，所以只有接线电阻要求，没有接地电阻要求。
继续。再看两张图 图3 ，图3 同样是一张安全栅接地系统，另一张是SH/T 3081-2003《石油化工仪表接地设计规范》中的接地示意图。图3是按照 SH/T 3081-2003 的要求为安全栅进行接地，可能出现的故障状况。
从图2的等效示意图可以看出这个等效和前面说过的图1b相近。也就是说，安全栅可以通过控制室接地，完全（最大）的感受到危险。因而只需对接地的线路电阻做出规范，无需对接地电阻做出特别的要求。
可见若采用了TT接地系统，就必须对齐纳安全栅的接地电阻提出特别要求，而隔离安全栅则没有这种要求；若采用了TN-S接地系统，无论使用的是齐纳安全栅还是隔离安全栅，都无需对接地电阻做出特别的要求。
另外：
较早的接地规范不一定就是TT接地，只是按照接地要求有可能构成的是TT系统，如HG/T 20513-2000。
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