電子電氣設備的接地

1概述
接地是提高電子電氣設備電磁兼容性有效的重要手段之一。正確的接地既能抑製外部電磁幹擾的影響，又能防止電子電氣設備向外部發射電磁波；而錯誤的接地常常會引入非常嚴重的幹擾，甚至會使電子電氣設備無法正常工作。尤其是成套控製設備和自動化控製係統，因為有多種控製裝置分散布置在許多地方，所以它們各自的接地往往會形成十分複雜的接地網絡，不僅需要在係統設計時周密考慮，而且在安裝調試時也要仔細檢查和做適當的調整。
“地線”是對接地的實施，即按一定的要求，用必要的金屬導體或導線把電路中的某些“地”電位點連接起來，或是將電子電氣設備的某一部位（如：外殼）和大地連接起來。狹義上講，“接地”——即與地球保持“同電位”；廣義上講，“接地”——是電路係統中的“等電位點或等電位麵”，它是電路係統的基準電位，但不一定為大地電位。
2電氣設備接地的作用及分類
2?1電子電氣設備接地的作用
電子電氣設備接地的目的有二，一是處於安全的考慮，二是為了抑製外部的幹擾。
（1）安全的考慮
以確保人員和設備的安全為目的的接地稱為“保護接地”，它們必須可靠地接在大地電位上。一般地說，電子電氣設備的金屬外殼、底盤、機座都要可靠接地。
（2）抑製外部幹擾的考慮
電子電氣設備的某些部位與大地相連可以起到抑製外部幹擾的作用，例如靜電屏蔽層接地可以抑製變化的電場的幹擾，電磁屏蔽用的導線原則上可以不接地，但不接地的屏蔽導線時常會帶來靜電耦合而產生所謂的“靜電屏蔽”效應，所以仍需要接地為宜。
2?2電子電氣設備接地的分類
一般地說，電子電氣設備有許多需要接地的部位，由於電路的性質和接地的目的不同，必須加以嚴格區分，需要分成若幹獨立的子係統，然後連接在一起進行總接地。從接地的性質看，把接地分為三大類：
（1）保護接地
電子電氣設備的金屬外殼、底盤、機座用良好的導體與大地連接成等電位，稱為保護接地，它對電子電氣設備的安全運行和維護人員的生命安全起到十分重要的作用。
（2）屏蔽接地
為了抑製變化的電磁場的幹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）係統接地


圖1單相三線製接線圖


圖2三相四線製接線圖
要使電子電氣設備能正常地運行和穩定可靠地工作，也必須處理好等電位點的接地問題，這類接地稱之為係統接地。對於係統接地來說，由於其工作性質和用途的不同，又可分為：信號地、模擬地、數字地、電源地、計算機地、負荷地、外設地等。
3接地的方式
地線設計是一項重要的設計，也是難度較大的一項設計。在EMC設計的初期就進行地線設計是解決EMC問題的最有效、最廉價的方法。下麵對三大類接地方式分別進行詳盡討論。
3?1保護接地
接地作為一種措施，起源於強電技術，由於強電電壓高、容量大，容易危及人身和設備的安全。因此，從安全的角度考慮，電氣設備的金屬外殼、底盤、機座都應與大地良好地連接成等電位，從而在故障狀態下保證人身和設備的安全。電氣設備的保護接地有兩種方式：
（1）保護接零
三相四線製供電係統中的中性線即為保護接零線，它是電路環路的重要組成部分。
（2）保護接地
除零線以外，另外配備一根保護接地線，它與電子電氣設備的金屬外殼、底盤、機座等金屬部件相連，一般情況下，保護接地線是沒有電流流動的，即使有有電流流動也是非常小量的漏電流，所以說，在一般情況下，保護接地線上是沒有電壓降的，與之相連的電子電氣設備的金屬外殼都呈現地電位，保證了人身和設備的安全。
出於上述目的，各國都對保護接地作了必要的規定。例如美國國家電氣委員會在電氣法中規定了交流電源的輸配電標準，該標準規定了室內115V交流配線為三線製，如圖1所示。火線上串有熔絲，負載電流經火線至負載，再由中線返回。另備有一根保護接地線，該線與設備的金屬外殼、底盤等金屬部件相連，當發生故障時，例如負載的絕緣被擊穿損壞，保護接地線上瞬間將有大電流流過，電路中的熔絲或斷路器由於大電流流過將很快把電路切斷，從而保證了人身和設備的安全。我國的三相四線製配電係統與美國的類似，如圖2所示，隻是電壓不同而已。
3?2係統接地
除了上麵介紹的從安全角度出發而考慮的保護接地外，為了保證電子電氣設備正常、穩定和可靠的運行，還必須處理好設備內部係統中各個電路工作的參考電位，這類基準參考電位的連接線稱為“係統接地”。在電子電氣設備控製係統中遇到的大量和經常需要解決的主要接地問題是係統接地。
係統接地線既是各電路中的靜態動態電流通道，又是各級電路通過共同的接地阻抗而相互耦合的途徑，從而形成電路間相互幹擾的薄弱環節。可以肯定地講，電子電氣設備中的一切抗幹擾措施，幾乎都無一例外的與接地有關。因此，正確的接地是抑製噪聲和防止幹擾的主要途徑，它不僅能保證電子電氣設備正常、穩定和可靠地工作，而且能提高電路的工作精度。反之，不正確的接地，會降低電路的工作精度，嚴重時還會導致電子電路無法正常工作，陷入係統癱瘓的境地。
電子電氣設備中的係統接地是否要接大地和如何接大地，與係統的工作穩定性有著極其密切的關係，這是電子電氣設備接地係統技術中的重要議題。電子電氣設備的係統接地方式有三種：
（1）浮空地
“浮空”就是不接大地，任其懸浮的一種方式，它的實質是使電路的某一部分與“大地線”完全隔離，從而抑製來自接地線的幹擾。由於沒有電氣上的聯係，因而也就不可能形成地環路電流而產生地阻抗的耦合幹擾。圖3及圖4是兩種浮空地。浮空地方式具有這一主要優點，但也有其不足之處：


圖3設備懸浮地