關(guān)于電磁兼容中的【接地問(wèn)題】技術(shù)學(xué)習討論

接地技術(shù)最早是應用在強電系統（電力系統、輸變電設備、電氣設備）中，為了設備和人身的安全，將接地線(xiàn)直接接在大地上。由于大地的電容非常大，一般情況下可以將大地的電位視為零電位。后來(lái)，接地技術(shù)延伸應用到弱電系統中。對于電力電子設備將接地線(xiàn)直接接在大地上或者接在一個(gè)作為參考電位的導體上，當電流通過(guò)該參考電位時(shí)，不應產(chǎn)生電壓降。然而由于不合理的接地，反而會(huì )引入了電磁干擾，比如共地線(xiàn)干擾、地環(huán)路干擾等，從而導致電力電子設備工作不正常?？梢?jiàn)，接地技術(shù)是電力電子設備電磁兼容技術(shù)的重要內容之一。

電力電子設備一般是為以下幾種目的而接地：

　　2.1 安全接地

　　安全接地即將機殼接大地。一是防止機殼上積累電荷，產(chǎn)生靜電放電而危及設備和人身安全；二是當設備的絕緣損壞而使機殼帶電時(shí)，促使電源的保護動(dòng)作而切斷電源，以便保護工作人員的安全。

　　2.2 防雷接地

　　當電力電子設備遇雷擊時(shí)，不論是直接雷擊還是感應雷擊，電力電子設備都將受到極大傷害。為防止雷擊而設置避雷針，以防雷擊時(shí)危及設備和人身安全。

　　上述兩種接地主要為安全考慮，均要直接接在大地上。

　　2.3 工作接地

　　工作接地是為電路正常工作而提供的一個(gè)基準電位。該基準電位可以設為電路系統中的某一點(diǎn)、某一段或某一塊等。當該基準電位不與大地連接時(shí)，視為相對的零電位。這種相對的零電位會(huì )隨著(zhù)外界電磁場(chǎng)的變化而變化，從而導致電路系統工作的不穩定。當該基準電位與大地連接時(shí)，基準電位視為大地的零電位，而不會(huì )隨著(zhù)外界電磁場(chǎng)的變化而變化。但是不正確的工作接地反而會(huì )增加干擾。比如共地線(xiàn)干擾、地環(huán)路干擾等。

　　為防止各種電路在工作中產(chǎn)生互相干擾，使之能相互兼容地工作。根據電路的性質(zhì)，將工作接地分為不同的種類(lèi)，比如直流地、交流地、數字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。上述不同的接地應當分別設置。

　　2.3.1 信號地

　　信號地是各種物理量的傳感器和信號源零電位的公共基準地線(xiàn)。由于信號一般都較弱，易受干擾，因此對信號地的要求較高。

　　2.3.2 模擬地

　　模擬地是模擬電路零電位的公共基準地線(xiàn)。由于模擬電路既承擔小信號的放大，又承擔大信號的功率放大；既有低頻的放大，又有高頻放大；因此模擬電路既易接受干擾，又可能產(chǎn)生干擾。所以對模擬地的接地點(diǎn)選擇和接地線(xiàn)的敷設更要充分考慮。

　　2.3.3 數字地

　　數字地是數字電路零電位的公共基準地線(xiàn)。由于數字電路工作在脈沖狀態(tài)，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時(shí)，易對模擬電路產(chǎn)生干擾。所以對數字地的接地點(diǎn)選擇和接地線(xiàn)的敷設也要充分考慮。

　　2.3.4 電源地

　　電源地是電源零電位的公共基準地線(xiàn)。由于電源往往同時(shí)供電給系統中的各個(gè)單元，而各個(gè)單元要求的供電性質(zhì)和參數可能有很大差別，因此既要保證電源穩定可靠的工作，又要保證其它單元穩定可靠的工作。

　　2.3.5 功率地

　　功率地是負載電路或功率驅動(dòng)電路的零電位的公共基準地線(xiàn)。由于負載電路或功率驅動(dòng)電路的電流較強、電壓較高，所以功率地線(xiàn)上的干擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設置，以保證整個(gè)系統穩定可靠的工作。

2.4 屏蔽接地

　　屏蔽與接地應當配合使用，才能起到屏蔽的效果。

　　比如靜電屏蔽。當用完整的金屬屏蔽體將帶正電導體包圍起來(lái)，在屏蔽體的內側將感應出與帶電導體等量的負電荷，外側出現與帶電導體等量的正電荷，因此外側仍有電場(chǎng)存在。如果將金屬屏蔽體接地，外側的正電荷將流入大地，外側將不會(huì )有電場(chǎng)存在，即帶正電導體的電場(chǎng)被屏蔽在金屬屏蔽體內。

　　再比如交變電場(chǎng)屏蔽。為降低交變電場(chǎng)對敏感電路的耦合干擾電壓，可以在干擾源和敏感電路之間設置導電性好的金屬屏蔽體，并將金屬屏蔽體接。只要設法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場(chǎng)對敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。

　　上述兩種接地主要為電磁兼容性考慮。

工作接地按工作頻率而采用以下幾種接地方式：

　　3.1 單點(diǎn)接地

　　工作頻率低（<1MHz）的采用單點(diǎn)接地式（即把整個(gè)電路系統中的一個(gè)結構點(diǎn)看作接地參考點(diǎn)，所有對地連接都接到這一點(diǎn)上，并設置一個(gè)安全接地螺栓），以防兩點(diǎn)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。多個(gè)電路的單點(diǎn)接地方式又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種，由于串聯(lián)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合，所以低頻電路最好采用并聯(lián)的單點(diǎn)接地式。

　　為防止工頻和其它雜散電流在信號地線(xiàn)上產(chǎn)生干擾，信號地線(xiàn)應與功率地線(xiàn)和機殼地線(xiàn)相絕緣。且只在功率地、機殼地和接往大地的接地線(xiàn)的安全接地螺栓上相連（浮地式除外）。

　　地線(xiàn)的長(cháng)度與截面的關(guān)系為：

　　S>0.83L （1）

　　式中：L——地線(xiàn)的長(cháng)度，m；

　　S——地線(xiàn)的截面，mm2。

　　3.2 多點(diǎn)接地

　　工作頻率高（>30MHz）的采用多點(diǎn)接地式（即在該電路系統中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路）。因為接地引線(xiàn)的感抗與頻率和長(cháng)度成正比，工作頻率高時(shí)將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所以要求地線(xiàn)的長(cháng)度盡量短。采用多點(diǎn)接地時(shí)，盡量找的低阻值接地面接地。

　　3.3 混合接地

　　工作頻率介于1～30MHz的電路采用混合接地式。當接地線(xiàn)的長(cháng)度小于工作信號波長(cháng)的1/20時(shí)，采用單點(diǎn)接地式，否則采用多點(diǎn)接地式。

　　3.4 浮地

　　浮地式即該電路的地與大地無(wú)導體連接。其優(yōu)點(diǎn)是該電路不受大地電性能的影響；其缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動(dòng)和增加了對模擬電路的感應干擾；由于該電路的地與大地無(wú)導體連接，易產(chǎn)生靜電積累而導致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強烈的干擾。因此，浮地的效果不僅取決于浮地的絕緣電阻的大小，而且取決于浮地的寄生電容的大小和信號的頻率。

4.1 電路的屏蔽罩接地

　　各種信號源和放大器等易受電磁輻射干擾的電路應設置屏蔽罩。由于信號電路與屏蔽罩之間存在寄生電容，因此要將信號電路地線(xiàn)末端與屏蔽罩相連，以消除寄生電容的影響，并將屏蔽罩接地，以消除共模干擾。

　　4.2 電纜的屏蔽層接地

　　4.2.1 低頻電路電纜的屏蔽層接地

　　低頻電路電纜的屏蔽層接地應采用一點(diǎn)接地的方式，而且屏蔽層接地點(diǎn)應當與電路的接地點(diǎn)一致。對于多層屏蔽電纜，每個(gè)屏蔽層應在一點(diǎn)接地，各屏蔽層應相互絕緣。

　　4.2.2 高頻電路電纜的屏蔽層接地

　　高頻電路電纜的屏蔽層接地應采用多點(diǎn)接地的方式。當電纜長(cháng)度大于工作信號波長(cháng)的0.15倍時(shí)，采用工作信號波長(cháng)的0.15倍的間隔多點(diǎn)接地式。如果不能實(shí)現，則至少將屏蔽層兩端接地。

4.3 系統的屏蔽體接地

　　當整個(gè)系統需要抵抗外界電磁干擾，或需要防止系統對外界產(chǎn)生電磁干擾時(shí)，應將整個(gè)系統屏蔽起來(lái)，并將屏蔽體接到系統地上。

一臺設備要實(shí)現設計要求，往往含有多種電路，比如低電平的信號電路（如高頻電路、數字電路、模擬電路等）、高電平的功率電路（如供電電路、繼電器電路等）。為了安裝電路板和其它元器件、為了抵抗外界電磁干擾而需要設備具有一定機械強度和屏蔽效能的外殼。典型設備的接地應當注意以下幾點(diǎn)：

　　——50Hz電源零線(xiàn)應接到安全接地螺栓處，對于獨立的設備，安全接地螺栓設在設備金屬外殼上，并有良好電連接；

　　——為防止機殼帶電，危及人身安全，不許用電源零線(xiàn)作地線(xiàn)代替機殼地線(xiàn)；

　　——為防止高電壓、大電流和強功率電路（如供電電路、繼電器電路）對低電平電路（如高頻電路、數字電路、模擬電路等）的干擾，將它們的接地分開(kāi)。前者為功率地（強電地），后者為信號地（弱電地），而信號地又分為數字地和模擬地，信號地線(xiàn)應與功率地線(xiàn)和機殼地線(xiàn)相絕緣；

　　——對于信號地線(xiàn)可另設一信號地螺栓（和設備外殼相絕緣），該信號地螺栓與安全接地螺栓的連接有三種方法（取決于接地的效果）：一是不連接，而成為浮地式；二是直接連接，而成為單點(diǎn)接地式；三是通過(guò)一3μF電容器連接，而成為直流浮地式，交流接地式。其它的接地最后匯聚在安全接地螺栓上（該點(diǎn)應位于交流電源的進(jìn)線(xiàn)處），然后通過(guò)接地線(xiàn)將接地極埋在土壤中。

當多個(gè)設備組成一個(gè)系統時(shí)，系統的接地應當注意以下幾點(diǎn)：

　　——參照設備的接地注意事項；

　　——設備外殼用設備外殼地線(xiàn)和機柜外殼相連；

　　——機柜外殼用機柜外殼地線(xiàn)和系統外殼相連；

　　——對于系統，安全接地螺栓設在系統金屬外殼上，并有良好電連接；

　　——當系統內機柜、設備過(guò)多時(shí)，將導致數字地線(xiàn)、模擬地線(xiàn)、功率地線(xiàn)和機柜外殼地線(xiàn)過(guò)多。對此，可以考慮鋪設兩條互相并行并和系統外殼絕緣的半環(huán)形接地母線(xiàn)，一條為信號地母線(xiàn)，一條為屏蔽地及機柜外殼地母線(xiàn)；系統內各信號地就近接到信號地母線(xiàn)上，系統內各屏蔽地及機柜外殼地就近接到屏蔽地及機柜外殼地母線(xiàn)上；兩條半環(huán)形接地母線(xiàn)的中部靠近安全接地螺栓，屏蔽地及機柜外殼地母線(xiàn)接到安全接地螺栓上；信號地母線(xiàn)接到信號地螺栓上；

　　——當系統用三相電源供電時(shí)，由于各負載用電量和用電的不同時(shí)性，必然導致三相不平衡，造成三相電源中心點(diǎn)電位偏移，為此將電源零線(xiàn)接到安全接地螺栓上，迫使三相電源中心點(diǎn)電位保持零電位，從而防止三相電源中心點(diǎn)電位偏移所產(chǎn)生的干擾；

　　——接地極用鍍鋅鋼管，其外直徑不小于50mm，長(cháng)度不小于2.0m；埋設時(shí)，將接地極打入地表層一定深度、并倒入鹽水，一般要求接地電阻小于4Ω，對于移動(dòng)設備，接地電阻可小于10Ω。

為了設備和人身的安全以及電力電子設備正?？煽康墓ぷ鞅仨氀芯拷拥丶夹g(shù)。接地可直接接在大地上或者接在一個(gè)作為參考電位的導體上。不合理的接地反而會(huì )引入電磁干擾，導致電力電子設備工作不正常。因此，接地技術(shù)是電磁兼容中的重要技術(shù)之一，應當充分重視對接地技術(shù)的研究。