電子設(shè)備的接地技術(shù)分析畢業(yè)論文

1、電子設(shè)備的接地技術(shù)分析 摘要：本文介紹了電子設(shè)備的接地類型及其特點，主要對獨立接地和共用接地進行詳細分析，探索研究電子設(shè)備接地的合理方案。關(guān)鍵詞：信號地、獨立接地 、共用接地、等電位abstract: the author in this article introduced various grounding of electronic device and their characteristics.the author also analized and compared independent grounding and united grounding,in order to fin

2、d a reasonable way to solve the grouding problem of electronic device.key words: grounding of signal; independent grounding; united grounding; equipotential bonding 1引言近年來，隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，高大建筑和大型廠站的興建，雷電災(zāi)害的發(fā)生越來越頻繁，損失也越來越大。我國對雷電災(zāi)害的預(yù)防、消除研究從未間斷，國家各部門對工程設(shè)計中防雷電危害的要求也越來越嚴格，越來越全面。1994年正式發(fā)布的建筑物防雷設(shè)計規(guī)范，在實行6年后，20

3、00年由國家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部又對其進行了修訂，增加了第六章“防雷擊電磁脈沖”，這是根據(jù)iec新出版的雷電電磁脈沖的防護標準而增編的。這也說明了我國對防雷電電磁脈沖的重視，而對電磁環(huán)境十分敏感的電子設(shè)備就迫切需要做好電磁脈沖防護。接地是防雷技術(shù)中最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應(yīng)雷還是其它形式的雷，最終都是把雷電流送入大地，因此沒有良好的接地裝置是不可能可靠地防雷的。接地對電子設(shè)備的意義在于一方面可以保障設(shè)備和人生安全，另一方面可以抵御其外部天敵雷電電磁脈沖。 “接地”是電子技術(shù)中非常重要的內(nèi)容，從表面上看，接地技術(shù)似乎很簡單，甚至有人認為稱不上技術(shù)，其實接地技術(shù)頗為復(fù)雜，它是電氣安全和電磁兼容

4、性領(lǐng)域中至今未研究透徹的課題，常使一些單位和個人在這個不起眼的地線上吃盡了苦頭，本文想從幾個方面談?wù)勲娮釉O(shè)備接地技術(shù)，供大家參考。2接地系統(tǒng)的目的和要求 對與接地系統(tǒng)，如果只是簡單的與大地相連是遠遠不夠的，一個好的接地系統(tǒng)必須達到以下的四個要求： 1）保證接地系統(tǒng)有很低的公共阻抗，使系統(tǒng)中各路電流通過該公共阻抗產(chǎn)生的直接傳導(dǎo)噪聲電壓最小。 2）在有高頻電流的場合，保證“信號地”對“大地”有較低的共模電壓，使通過“信號地”產(chǎn)生的輻射噪聲最低。 3）保證地線與信號線構(gòu)成的電流具有最小的回路面積，避免由地線構(gòu)成“地回路”，使外界干擾磁場穿過該回路產(chǎn)生的差模干擾電壓最小，同時也避免由地電位差通過地回路

5、引起過大的地電流，造成傳導(dǎo)干擾。 4）保證設(shè)備和人身安全。3接地的類型接地的功能有多種，這些接地之間有著密切的聯(lián)系，根據(jù)各種接地系統(tǒng)的功能，可以分為以下三大類： 防直擊雷接地 防雷電感應(yīng)接地 建筑物的防雷接地 防雷電波侵入接地 等電位連接接地 安全保護接地 直流工作地（邏輯地） 計算機設(shè)備接地 交流工作地（功率地） 計算機系統(tǒng)接地 spd保護接地 防靜電接地 計算機場地接地 屏蔽接地 安全保護接地 spd保護接地一般電氣設(shè)備接地 交流工作地 屏蔽接地（一般用于通信系統(tǒng)） 在實際工作中，并非所有的系統(tǒng)都全部具有上述接地要求，應(yīng)根設(shè)備工作性質(zhì)和實際情況進行設(shè)計。對于電子設(shè)備系統(tǒng)來講，在設(shè)計時就應(yīng)該

6、考慮防雷地、信號地（邏輯地或直流工作地）、功率地（交流工作地）、屏蔽地、保護接地、機殼地。3.1 防雷地 自然界中的雷電是經(jīng)常發(fā)生的，現(xiàn)在人類記錄到的雷擊電流最大可達270 ka（實際上已超過此數(shù)字），因此，如何保護好設(shè)備也是一個至關(guān)重要的問題。防雷接地的目的是將雷電流引入大地，保護設(shè)備和人身安全。一般要求防雷接地電阻小于10，地網(wǎng)共用接地時小于1。3.2 信號地 信號地是指信號或功率傳輸電流流通的參考電位基準點或基準面。 也稱邏輯地，是將直流電源的輸出端(例如負極)，通過地網(wǎng)接在一起，使其成為穩(wěn)定的零電位。由于微機中各種ttl電路的邏輯“0”和邏輯“1”，僅相差2v多，直流地上出現(xiàn)波動，可能

7、會導(dǎo)致出現(xiàn)邏輯錯誤，因此，直流地是最為重要的。接地電阻要求小于2。信號地系統(tǒng)可以概括成下列幾種形式：單點接地系統(tǒng)、多點地網(wǎng)或地平面接地系統(tǒng)、混合接地系統(tǒng)及浮地系統(tǒng)。正常情況下，當信號頻率低于1mhz時，單點接地系統(tǒng)是更可取的；當頻率在10mhz以上時，則多點接地系統(tǒng)是更好的選擇；而頻率在1mhz10mhz之間時，通常采用單點接地，最長接地導(dǎo)線的長度小于1/20波長，若長于1/20波長，應(yīng)當采用多點接地系統(tǒng)。工作于直流及低頻范圍的小型設(shè)備（例如測量儀），對市電頻率（例如50hz）高頻的共模噪聲具有很高的共模抑制比，而設(shè)備自身的功率和電壓電平又不太高，此時可采用浮地系統(tǒng)。3.3 功率地 功率地又叫

8、交流工作地，它是交流電源的接地系統(tǒng)，也稱安全接地系統(tǒng)。在機殼外，須將交流電源零線與大地相接。由于工作和安全運行的需要所進行的接地，接地電阻要求小于4，一般還要求進行多次重復(fù)接地。3.4 屏蔽地 為了防止外來的電磁場對電子設(shè)備的干擾，又為了防止電氣回路間直接電磁耦合而產(chǎn)生的相互干擾，應(yīng)將電子設(shè)備的屏蔽殼體，設(shè)備內(nèi)外的屏蔽線或穿的金屬管、槽進行可靠地接地，要求高的場合，還應(yīng)將電子設(shè)備的房間進行屏蔽接地。這種接地方式稱為屏蔽接地，其接地系統(tǒng)稱為屏蔽接地系統(tǒng)。3.5 保護接地 為保護人身安全及屏蔽外界干擾將機器外殼所進行的接地，接地電阻一般也要小于4?？垢蓴_也屬于保護接地的范疇，所謂抗干擾是指對外界干

9、擾進行屏蔽，常見的有靜電屏蔽和電磁屏蔽。用良好的金屬材料做成屏蔽層，并將屏蔽層可靠接地，這樣可起到電磁場和靜電兩種屏蔽作用，即可以抗外界電力線干擾又可以抗高頻電磁場干擾。接地是抗干擾中的重要問題。接地合理可以抗干擾，接地不合理則可以引起干擾。所以，地線該接的接，該浮的浮。例如，有的時候需要將屏蔽地與大地相連，或交流地與屏蔽地一點接地，有時模擬地與數(shù)字地需要浮置，同時最好使模擬地與數(shù)字地用光隔離器分開，使系統(tǒng)有較強的抗干擾性能。需要指出的是，有些機器的機殼與內(nèi)部直流相通，對這些設(shè)備應(yīng)按直流地對待。3.6 機殼地 主要指機箱底板及儀器其它金屬構(gòu)件接地。4 電子設(shè)備系統(tǒng)接地形式的選擇 接地系統(tǒng)的形式

10、一般可根據(jù)接地引線長度和電子設(shè)備的工作頻率來確定。1) 當l/20，zrrf，頻率在1mhz以下時，一般采用輻射式接地系統(tǒng)。 輻射式接地系統(tǒng)，即把電子設(shè)備中的信號接地、功率接地和保護接地分開敷設(shè)的接地引下線接至電源室的接地總端子扳，在端子板上信號接地、功率接地和保護接地接在一起，再引至接地體。2） 當l20，頻率在10mhz 以上時，一般采用環(huán)（網(wǎng)）狀接地系統(tǒng)。 環(huán)(網(wǎng))狀接地系統(tǒng)，即將信號接地、功率接地和保護接地接在一個公用的環(huán)狀接地母線上。環(huán)狀接地母線設(shè)置的地點視具體情況而定，一股可設(shè)在電源處。3） 當l20，頻率在(110)mhz之間時，采用混合式接地系統(tǒng)。 混合式接地系統(tǒng)即為輻射式接地

11、與環(huán)（網(wǎng)）狀接地相結(jié)合的系統(tǒng)。 上述三種接地系統(tǒng)的選用可根據(jù)高頻阻抗及射頻電阻計算結(jié)果決定： z= rrf l+(tg2l/ )2 () (1) rrf= 0.2610-6l( f/)1/2/b () (2)式中 l - 從設(shè)備至環(huán)狀接地體的接地引線長度 b - 接地引線寬度(mm) - 波長(m)，其值是3108 /f - 接地引線相對于銅的磁導(dǎo)率 - 接地引線相對于銅的導(dǎo)電率 f - 設(shè)備工作頻率(hz) z - 接地引線的高頻阻抗()待添加的隱藏文字內(nèi)容2 rrf - 接地引線的表面的射頻電阻（） 由(1)、（2）兩式可以知道接地線應(yīng)該盡量短，并且因為l（2n+1）/4時tg2l/,z,

12、所以接地線長度l4及4的奇數(shù)倍的情況應(yīng)避開。一般情況下，接地支線長度應(yīng)該小于3m，而接地干線長度應(yīng)小于15m。我們在確定引下線長度時，必須對設(shè)備要求，如耐高電位能力、功率、工作頻率以及接地網(wǎng)的情況了解清楚。由于設(shè)備與接地體相對位置是客觀情況要求，有時不能減少接地干線的長度時，應(yīng)采取其他措施。5 關(guān)于獨立接地與共用接地的探討 關(guān)于建筑物內(nèi)電子設(shè)備的接地iec，itu和國家標準都推薦采用共用接地(統(tǒng)一接地，即防雷、交流電源、安全和電子設(shè)備使用一個接地體)和等電位連接。這樣不但經(jīng)濟上合算技術(shù)上也合理這是因為采用統(tǒng)一接地后，各系統(tǒng)的參考電平將是相對穩(wěn)定的，即使有外來干擾，其參考電平也會跟著浮動，許多工

13、程實踐已證明采用統(tǒng)一接地是解決多系統(tǒng)接地的最佳方案。如果采用分開的接地系統(tǒng)，兩個接地體之間的距離應(yīng)大于20 m，否則兩個接地系統(tǒng)形式上分開廠，而實際上(指電氣上)仍末分開，這樣兩個獨立的電氣系統(tǒng)又可能通過接地裝置而相耦合，雷擊時還易發(fā)生地線間的反擊，產(chǎn)生相互干擾，嚴重時甚至造成兩個系統(tǒng)都不能正常工作. 事實上，在密度很高的建筑物群體內(nèi)，將兩個電氣系統(tǒng)的接地在電氣上真正分開，客觀上難以辦到，因為在地下要滿足上述的距離要求是不切實際的，所以國內(nèi)外標準都不主張采用分離、獨立、專用的接地體作為電子設(shè)備接地導(dǎo)體的一個連接點，而是一致推薦采用共用接地系統(tǒng)。 在工程實踐中有些廠家要求將電子設(shè)備的信號地或直流

14、地單獨接地，這是不符合等電位安全要求的。電子設(shè)備為了防止電磁干擾，其直流地或信號地與外殼已相連在一起。若設(shè)備由220v交流電源供電按規(guī)程其外殼應(yīng)接在保護地pe線上，而實踐中各類計算機都把直流地和外殼連在一起即和pe線連在一起，(筆者在工作領(lǐng)域內(nèi)進行的核查中，尚未發(fā)現(xiàn)一臺計算機的直流地和外殼是絕緣的，不包括外殼為絕緣材料的機器)，外界提供了分離的信號線和保護線，但是計算機卻把它們連在了一起，所以說單獨接地沒有實際意義。iec標準一個建筑物內(nèi)只允許有一個接地系統(tǒng)，即建筑物同各種用途的接地極都應(yīng)納入等電位連接范圍而形成一個共同接地系統(tǒng)。這是因為如果存在一個以上分開的接地系統(tǒng)時，建筑物內(nèi)各金屬導(dǎo)體間就

15、可能出現(xiàn)電位差而導(dǎo)致種種電氣事故。 在條件允許的情況下，為計算機系統(tǒng)單獨提供一個專用接地系統(tǒng)也是可行的。計算機在使用單獨接地系統(tǒng)時，要特別注意周圍環(huán)境的變化，當計算機接地體附近又出現(xiàn)另一個接地體時，就要警惕新的接地體對原有接地系統(tǒng)可能產(chǎn)生的反擊。 在電氣接地裝置和防雷接地裝置共用和相連的情況下，當建筑物防雷裝置被雷擊時，共用接地裝置上的電位升高(建筑物本身若由專用變壓器供電，應(yīng)按規(guī)定在變壓器高、低壓側(cè)加裝避雷器)，建筑物內(nèi)電氣設(shè)備的外殼電位隨之升高，在設(shè)備的電源相線、信號線等對外端口處形成高電位差，所以必須安裝相應(yīng)的過電壓保護器c 兩個不同接地點的設(shè)備相連時，要注意相互干擾和采取防反擊措施。

16、信息設(shè)備及系統(tǒng)接地的連接方法信息系統(tǒng)設(shè)備的接地與建筑物共用接地系統(tǒng)的連接方法，有單點連接和多點連接之分(信息系統(tǒng)本身一般有星形連接和網(wǎng)狀連接兩種，具體如圖所示)。兩種接地連接方法各有特色：單點接地連接時，外部電流不能侵入系統(tǒng)，但設(shè)備與鋼筋之間要絕緣；多點接地連接時，設(shè)備接地和室內(nèi)接地多點連接，可取得低阻抗化，施工、維護方便，但外部電流可能侵人信息系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計者要根據(jù)具體情況確定使用的接地方法。 等電位連接，就是把建筑物本身和其內(nèi)各種導(dǎo)電物用導(dǎo)體(電氣上)焊接起來，以保證等電位。等電位連接能有效消除或降低電位差，在防范人身電擊、爆炸和火災(zāi)等用電安全措施中起重要作用。同樣在防雷中也離不開等電位連

17、接。由于雷電流峰值非常大，其流經(jīng)之處都立即升至很高的電位(相對大地而言)，因此對于附近尚處在大地電位的導(dǎo)體和人產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò)。如果建筑物內(nèi)有易燃易爆物，就必然引起大火和爆炸。這種放電所產(chǎn)生的脈沖電磁場對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備也產(chǎn)生極為不利的影響。所以等電位連接也是防雷的關(guān)鍵措施之一，對于一座建筑物從樓頂開始、應(yīng)逐層將所有導(dǎo)體都連接在一起，達到等電位，使每層樓內(nèi)處于同一電位，處處電位相等，這樣使在樓內(nèi)的人和設(shè)備都不會遇到“反擊”或旁側(cè)閃擊的危險。 等電位連接可均衡電位、降低電位差，消除由于電位差而導(dǎo)致的種種電氣事故，所以在iec標準和一些發(fā)達國家的電氣規(guī)范中都將等電位連接列為安全保護的基本條件。國家強制性標準cb5005495對實施等電位連接也都做出了明確規(guī)定。6. 結(jié)束語 電子設(shè)備一般都要求有一個良好的接地系統(tǒng)，做好接地系統(tǒng)既是設(shè)備穩(wěn)定、可靠工作的需要，也是保障設(shè)備和人身安全的需要。電子設(shè)備的接地工程是一個系統(tǒng)工程,共用接地的應(yīng)用已越來越廣泛，但他所帶來的地電位抬升問題應(yīng)該引起設(shè)計者的高度重視。要解決這個問題，關(guān)鍵是要接地電阻的值足夠小，于是有了將建筑物的結(jié)構(gòu)體作為接地電極的思路?，F(xiàn)在新建的建筑物的地梁、承臺、樁、柱的主筋已經(jīng)越來越充分地得到利用，這為共用接地和等電位提供了良好的前提。參考文獻1 圖解接地技術(shù). 日川瀨太郎主編，高