電子電氣設(shè)備的接地

1概述

接地是提高電子電氣設(shè)備電磁兼容性有效的重要手段之一。正確的接地既能抑制外部電磁干擾的影響，又能防止電子電氣設(shè)備向外部發(fā)射電磁波；而錯(cuò)誤的接地常常會(huì)引入非常嚴(yán)重的干擾，甚至?xí)闺娮与姎庠O(shè)備無(wú)法正常工作。尤其是成套控制設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，因?yàn)橛卸喾N控制裝置分散布置在許多地方，所以它們各自的接地往往會(huì)形成十分復(fù)雜的接地網(wǎng)絡(luò)，不僅需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)周密考慮，而且在安裝調(diào)試時(shí)也要仔細(xì)檢查和做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

“地線”是對(duì)接地的實(shí)施，即按一定的要求，用必要的金屬導(dǎo)體或?qū)Ь€把電路中的某些“地”電位點(diǎn)連接起來(lái)，或是將電子電氣設(shè)備的某一部位（如：外殼）和大地連接起來(lái)。狹義上講，“接地”——即與地球保持“同電位”；廣義上講，“接地”——是電路系統(tǒng)中的“等電位點(diǎn)或等電位面”，它是電路系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，但不一定為大地電位。

2電氣設(shè)備接地的作用及分類

21電子電氣設(shè)備接地的作用

電子電氣設(shè)備接地的目的有二，一是處于安全的考慮，二是為了抑制外部的干擾。

（1）安全的考慮

以確保人員和設(shè)備的安全為目的的接地稱為“保護(hù)接地”，它們必須可靠地接在大地電位上。一般地說(shuō)，電子電氣設(shè)備的金屬外殼、底盤、機(jī)座都要可靠接地。

（2）抑制外部干擾的考慮

電子電氣設(shè)備的某些部位與大地相連可以起到抑制外部干擾的作用，例如靜電屏蔽層接地可以抑制變化的電場(chǎng)的干擾，電磁屏蔽用的導(dǎo)線原則上可以不接地，但不接地的屏蔽導(dǎo)線時(shí)常會(huì)帶來(lái)靜電耦合而產(chǎn)生所謂的“靜電屏蔽”效應(yīng)，所以仍需要接地為宜。

22電子電氣設(shè)備接地的分類

一般地說(shuō)，電子電氣設(shè)備有許多需要接地的部位，由于電路的性質(zhì)和接地的目的不同，必須加以嚴(yán)格區(qū)分，需要分成若干獨(dú)立的子系統(tǒng)，然后連接在一起進(jìn)行總接地。從接地的性質(zhì)看，把接地分為三大類：

（1）保護(hù)接地

電子電氣設(shè)備的金屬外殼、底盤、機(jī)座用良好的導(dǎo)體與大地連接成等電位，稱為保護(hù)接地，它對(duì)電子電氣設(shè)備的安全運(yùn)行和維護(hù)人員的生命安全起到十分重要的作用。

（2）屏蔽接地

為了抑制變化的電磁場(chǎng)的干擾而采用的多種屏蔽層、屏蔽體，都必須良好地接地，才能起到良好的屏蔽作用。

（3）系統(tǒng)接地

圖1單相三線制接線圖

圖2三相四線制接線圖

要使電子電氣設(shè)備能正常地運(yùn)行和穩(wěn)定可靠地工作，也必須處理好等電位點(diǎn)的接地問(wèn)題，這類接地稱之為系統(tǒng)接地。對(duì)于系統(tǒng)接地來(lái)說(shuō)，由于其工作性質(zhì)和用途的不同，又可分為：信號(hào)地、模擬地、數(shù)字地、電源地、計(jì)算機(jī)地、負(fù)荷地、外設(shè)地等。

3接地的方式

地線設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)，也是難度較大的一項(xiàng)設(shè)計(jì)。在EMC設(shè)計(jì)的初期就進(jìn)行地線設(shè)計(jì)是解決EMC問(wèn)題的最有效、最廉價(jià)的方法。下面對(duì)三大類接地方式分別進(jìn)行詳盡討論。

31保護(hù)接地

接地作為一種措施，起源于強(qiáng)電技術(shù)，由于強(qiáng)電電壓高、容量大，容易危及人身和設(shè)備的安全。因此，從安全的角度考慮，電氣設(shè)備的金屬外殼、底盤、機(jī)座都應(yīng)與大地良好地連接成等電位，從而在故障狀態(tài)下保證人身和設(shè)備的安全。電氣設(shè)備的保護(hù)接地有兩種方式：

（1）保護(hù)接零

三相四線制供電系統(tǒng)中的中性線即為保護(hù)接零線，它是電路環(huán)路的重要組成部分。

（2）保護(hù)接地

除零線以外，另外配備一根保護(hù)接地線，它與電子電氣設(shè)備的金屬外殼、底盤、機(jī)座等金屬部件相連，一般情況下，保護(hù)接地線是沒(méi)有電流流動(dòng)的，即使有有電流流動(dòng)也是非常小量的漏電流，所以說(shuō)，在一般情況下，保護(hù)接地線上是沒(méi)有電壓降的，與之相連的電子電氣設(shè)備的金屬外殼都呈現(xiàn)地電位，保證了人身和設(shè)備的安全。

出于上述目的，各國(guó)都對(duì)保護(hù)接地作了必要的規(guī)定。例如美國(guó)國(guó)家電氣委員會(huì)在電氣法中規(guī)定了交流電源的輸配電標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了室內(nèi)115V交流配線為三線制，如圖1所示。火線上串有熔絲，負(fù)載電流經(jīng)火線至負(fù)載，再由中線返回。另備有一根保護(hù)接地線，該線與設(shè)備的金屬外殼、底盤等金屬部件相連，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，例如負(fù)載的絕緣被擊穿損壞，保護(hù)接地線上瞬間將有大電流流過(guò)，電路中的熔絲或斷路器由于大電流流過(guò)將很快把電路切斷，從而保證了人身和設(shè)備的安全。我國(guó)的三相四線制配電系統(tǒng)與美國(guó)的類似，如圖2所示，只是電壓不同而已。

32系統(tǒng)接地

除了上面介紹的從安全角度出發(fā)而考慮的保護(hù)接地外，為了保證電子電氣設(shè)備正常、穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行，還必須處理好設(shè)備內(nèi)部系統(tǒng)中各個(gè)電路工作的參考電位，這類基準(zhǔn)參考電位的連接線稱為“系統(tǒng)接地”。在電子電氣設(shè)備控制系統(tǒng)中遇到的大量和經(jīng)常需要解決的主要接地問(wèn)題是系統(tǒng)接地。

系統(tǒng)接地線既是各電路中的靜態(tài)動(dòng)態(tài)電流通道，又是各級(jí)電路通過(guò)共同的接地阻抗而相互耦合的途徑，從而形成電路間相互干擾的薄弱環(huán)節(jié)。可以肯定地講，電子電氣設(shè)備中的一切抗干擾措施，幾乎都無(wú)一例外的與接地有關(guān)。因此，正確的接地是抑制噪聲和防止干擾的主要途徑，它不僅能保證電子電氣設(shè)備正常、穩(wěn)定和可靠地工作，而且能提高電路的工作精度。反之，不正確的接地，會(huì)降低電路的工作精度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致電子電路無(wú)法正常工作，陷入系統(tǒng)癱瘓的境地。