第二章接地技術

1、第二章第二章 接地技術接地技術 接地技術是任何電子、電氣設備或系統(tǒng)接地技術是任何電子、電氣設備或系統(tǒng)正常工作時必須采取的重要技術，它不僅是正常工作時必須采取的重要技術，它不僅是保護設施和人身安全的必要手段，也是抑制保護設施和人身安全的必要手段，也是抑制電磁干擾、保障設備或系統(tǒng)電磁兼容性、提電磁干擾、保障設備或系統(tǒng)電磁兼容性、提高設備或系統(tǒng)可靠性的重要技術措施。高設備或系統(tǒng)可靠性的重要技術措施。電磁兼容技術電磁兼容技術-第二章第二章 接地技術接地技術 地：一般定義為電路或系統(tǒng)的零電位參考點?？梢允谴蟮?、設備的外殼或其他金屬板線。 接地：一個含義是為電路或系統(tǒng)提供一個零電位參考點，另一個含義是為電

2、路或系統(tǒng)與“地”之間建立低阻抗的通道。地的分類：構造 安全地安全地大地（地球）大地（地球）( (設備安全接地和防雷接地設備安全接地和防雷接地LGND)LGND) 系統(tǒng)地系統(tǒng)地(SE)(SE)信號回路的電位基準點信號回路的電位基準點, ,也稱工作地也稱工作地 模擬地模擬地(AGND)(AGND)連接模擬元器件接地引出端形成的地線連接模擬元器件接地引出端形成的地線 數(shù)字地數(shù)字地(GE)(GE)連接數(shù)字元器件接地引出端形成的地線連接數(shù)字元器件接地引出端形成的地線 保護地保護地(PE)(PE)連接保護元器件接地引出端形成的地線連接保護元器件接地引出端形成的地線 電子工程師：地是電路的基準電壓電子工程師

3、：地是電路的基準電壓結構工程師：地是設備的金屬外殼結構工程師：地是設備的金屬外殼電工：地是大地，即地球電工：地是大地，即地球接地的要求1.1.接地平面應該是零電位，它作為系統(tǒng)中各電路接地平面應該是零電位，它作為系統(tǒng)中各電路任何位置所有電信號的公共電位參考點。任何位置所有電信號的公共電位參考點。2.2.理想的接地體應該是零阻抗的實體，電流在接理想的接地體應該是零阻抗的實體，電流在接地面流過時不會產生電壓降，即各接地點間沒地面流過時不會產生電壓降，即各接地點間沒有電位差。有電位差。3.3.接地平面應使用低阻抗材料組成，并且與足夠接地平面應使用低阻抗材料組成，并且與足夠的長度、寬度和厚度，以保證在所

4、有頻率上它的長度、寬度和厚度，以保證在所有頻率上它的兩邊之間均呈現(xiàn)低阻抗。用于安裝固定設備的兩邊之間均呈現(xiàn)低阻抗。用于安裝固定設備的接地平面應由整塊銅板或是銅網組成。的接地平面應由整塊銅板或是銅網組成。接地的目的及分類n接地的目的一是防電擊，一是去除干擾?？蓪⒔拥胤譃閮纱箢悾簄1.安全接地安全接地(Safety Grounds)-保護性接地保護性接地 (1.1 設備安全接地、設備安全接地、1.2 接零保護接地、接零保護接地、1.3 防雷接地防雷接地)n2.信號接地信號接地(Signal Grounds)-功能性接地功能性接地 （2.1 單點接地、單點接地、2.2 多點接地、多點接地、2.3 混

5、合混合接地、接地、2.4 懸浮接地）懸浮接地）安全接地的作用安全接地：安全接地：1.采用低阻抗的導體將設備外殼連接到采用低阻抗的導體將設備外殼連接到大地上，使操作人員不至于因為外殼大地上，使操作人員不至于因為外殼漏電而發(fā)生觸電危險。漏電而發(fā)生觸電危險。2.將建筑物或設備接大地，防止雷擊的將建筑物或設備接大地，防止雷擊的危險。危險。電流對人體的作用觸電時，電流對人體會造成兩種傷害：觸電時，電流對人體會造成兩種傷害：電擊和電傷電擊和電傷。是指電流通過人體，影響呼吸系統(tǒng)、心臟和神經系統(tǒng)，是指電流通過人體，影響呼吸系統(tǒng)、心臟和神經系統(tǒng)，造成人體內部組織的破壞乃至死亡。造成人體內部組織的破壞乃至死亡。是

6、指在電弧作用下或熔斷絲熔斷時，對人體外部的傷是指在電弧作用下或熔斷絲熔斷時，對人體外部的傷害，如燒傷、金屬濺傷等。害，如燒傷、金屬濺傷等。調查表明，絕大部分的觸電事故都是由電擊造成的。電擊調查表明，絕大部分的觸電事故都是由電擊造成的。電擊傷害的程度取決于通過人體電流的大小、持續(xù)時間、電流傷害的程度取決于通過人體電流的大小、持續(xù)時間、電流的頻率以及電流通過人體的途徑等。的頻率以及電流通過人體的途徑等。 人體電阻因人而異，通常為人體電阻因人而異，通常為 10K 100k ，當角質外層，當角質外層破壞時，則降到破壞時，則降到8001000 。 人體能擺脫的人體能擺脫的電流閾值電流閾值: 10mA ，

7、工頻危險電流工頻危險電流: 50mA 電流頻率在電流頻率在40Hz 60Hz對人體的傷害最大對人體的傷害最大。 高頻電流不僅沒有危害高頻電流不僅沒有危害,還可以用于醫(yī)療保健等。還可以用于醫(yī)療保健等。 電流通過人體的時間愈長，則傷害愈大。電流通過人體的時間愈長，則傷害愈大。 從保護人身安全的角度來說，安全電壓為人體持續(xù)接觸而從保護人身安全的角度來說，安全電壓為人體持續(xù)接觸而 不會使人直接致死、致殘的電壓。不會使人直接致死、致殘的電壓。(36V)電流對人體的作用1.1 設備的安全接地n設備設備安全接地安全接地是指接大地，也就是將電氣設備的外殼是指接大地，也就是將電氣設備的外殼以低阻抗導體連接大地，

8、以避免當高電壓直接接觸設以低阻抗導體連接大地，以避免當高電壓直接接觸設備機殼，或者避免由于設備內部絕緣損壞造成漏電打備機殼，或者避免由于設備內部絕緣損壞造成漏電打火使機殼帶電，人員意外接觸遭受電擊?；鹗箼C殼帶電，人員意外接觸遭受電擊。U1Z1U2Z21.1 原理分析22112ZUUZZU1Z1U2Z21.1 電氣設備安全接地舉例：RCIbIe 當系統(tǒng)沒有接地時：由于外殼帶電當系統(tǒng)沒有接地時：由于外殼帶電 , , 當人觸及外殼當人觸及外殼, ,接地電流接地電流 I Ie e 將經過人體入地后將經過人體入地后, , 再經其它兩相對地絕緣再經其它兩相對地絕緣電阻電阻R R 及分布電容及分布電容C 回

9、到電源。當回到電源。當R 值較低、值較低、C 較較大時，大時，I Ib b 將達到或超過危險值。將達到或超過危險值。1.1 設備安全接地舉例：R R C C R R0 0I Ib bI Ie eI I0 0電氣設備外殼有保護接地時電氣設備外殼有保護接地時b00ebRRRII 通過人體的電流：通過人體的電流： 利用接地利用接地裝置的分流裝置的分流作用來減少作用來減少通過人體的通過人體的電流。電流。 發(fā)電機、變壓器、電動機等電器的繞組中以及串聯(lián)電發(fā)電機、變壓器、電動機等電器的繞組中以及串聯(lián)電源回路中有一點，它與外部各接線端間的電壓絕對值相源回路中有一點，它與外部各接線端間的電壓絕對值相等，這一點就

10、成為等，這一點就成為。 當中性點接地時，該點則稱為當中性點接地時，該點則稱為零點。零點。由中性點引出的由中性點引出的導線，稱為導線，稱為；由零點引出的導線，則稱為由零點引出的導線，則稱為。1.2 接零保護接地1.2 接零保護接地n用電設備通常采用用電設備通常采用220V或或380V電源提供電力，電源提供電力，設備的金屬外殼除了正常的接地之外，還應與設備的金屬外殼除了正常的接地之外，還應與電網零線相連接，稱之為接零保護。電網零線相連接，稱之為接零保護。單相三線制供電線路雙相四線制供電線路1.發(fā)生漏電時，因接地電阻遠小于人體電阻，漏電流大部分從接地發(fā)生漏電時，因接地電阻遠小于人體電阻，漏電流大部分

11、從接地線流過，但接地電阻與電網中性點接地的電阻相當，故接地線上線流過，但接地電阻與電網中性點接地的電阻相當，故接地線上的電壓降幾乎為相電壓的一半，超過了人體能夠承受的的電壓降幾乎為相電壓的一半，超過了人體能夠承受的安全電壓安全電壓，使接觸設備外殼的人體上流過的電流超過安全限度，發(fā)生觸電。使接觸設備外殼的人體上流過的電流超過安全限度，發(fā)生觸電。因此，即使外殼良好接地也不一定能保證安全，應該把金屬外殼因此，即使外殼良好接地也不一定能保證安全，應該把金屬外殼接到供電電網的零線上。接到供電電網的零線上。2.發(fā)生漏電時，火線與安全地線通過設備外殼直接導通，產生瞬時發(fā)生漏電時，火線與安全地線通過設備外殼直

12、接導通，產生瞬時大電流，促使保險絲熔斷或電流斷路器動作，從而起到保護作用。大電流，促使保險絲熔斷或電流斷路器動作，從而起到保護作用。1.2 接零保護接地1.3 防雷接地 將建筑物等設施和用電設備的外殼與大地將建筑物等設施和用電設備的外殼與大地相連，將雷電電流引入大地。從而保護設相連，將雷電電流引入大地。從而保護設施、設備和人身安全。使之避免雷擊，同施、設備和人身安全。使之避免雷擊，同時消除雷擊電流竄入信號接地系統(tǒng)，避免時消除雷擊電流竄入信號接地系統(tǒng)，避免影響用電設備的正常工作。影響用電設備的正常工作。1.3 防雷接地通常有兩種防雷接地通常有兩種防雷接地:1. 一種是為保護建筑物或天線不受雷擊而

13、專設一種是為保護建筑物或天線不受雷擊而專設的避雷針防雷接地裝置，這是由建筑部門設計的避雷針防雷接地裝置，這是由建筑部門設計安裝的；安裝的；2. 另一種是為了防止雷擊過電壓對通信設備或另一種是為了防止雷擊過電壓對通信設備或電源設備的破壞需安裝避雷器而埋設的防雷接電源設備的破壞需安裝避雷器而埋設的防雷接地裝置。如高壓避雷器的下接線端匯接后接到地裝置。如高壓避雷器的下接線端匯接后接到接地裝置。接地裝置。常用器件n壓敏電阻：電壓超過一定值時瞬變放電nTVS管：瞬變電壓抑制二極管1.3 防雷接地：通信行業(yè)舉例通信行業(yè)一般采用聯(lián)合接地系統(tǒng)，由接地體、通信行業(yè)一般采用聯(lián)合接地系統(tǒng)，由接地體、接地引入、接地匯

14、集線、接地線所組成。接地引入、接地匯集線、接地線所組成。所有接地體與接地引線組成的裝置，稱為接地裝所有接地體與接地引線組成的裝置，稱為接地裝置，把接地裝置通過接地線與設備的接地端子連置，把接地裝置通過接地線與設備的接地端子連接起來就構成了接地系統(tǒng)。接起來就構成了接地系統(tǒng)。接地體接地體 接地引線接地引線 接地線排接地線排接地線接地線 配電屏地線排配電屏地線排 去通信機房匯流排去通信機房匯流排 接地分支線接地分支線 設備接地端子設備接地端子1.3 防雷接地：通信行業(yè)舉例 采用聯(lián)合接地方式，在技術上使整個大樓內的所有接地系統(tǒng)聯(lián)合組成低接地電阻值的均壓網，具有下列優(yōu)點： 地電位均衡，同層各地線系統(tǒng)電位

15、大體相等，消除危及設備的電位差。 公共接地母線為全局建立了基準零電位點。 消除了地線系統(tǒng)的干擾。 電磁兼容性能好。1.3 防雷接地：通信行業(yè)舉例1.3 防雷接地：通信行業(yè)舉例接地體地網接地母線：接地母線：在聯(lián)合接地系統(tǒng)中，垂直接地總在聯(lián)合接地系統(tǒng)中，垂直接地總匯集線貫穿于電信大樓各層的接地用主干線，匯集線貫穿于電信大樓各層的接地用主干線，也可在建筑物底層安裝環(huán)形匯集線，然后垂也可在建筑物底層安裝環(huán)形匯集線，然后垂直引到各機房水平接地匯集線上，這種垂直直引到各機房水平接地匯集線上，這種垂直接地總匯集線稱為接地母線。接地總匯集線稱為接地母線。 1.3 防雷接地：通信行業(yè)舉例對通信大樓建筑與雙層地面

16、的要求對通信大樓建筑與雙層地面的要求1.3 防雷接地：通信行業(yè)舉例要求建筑物混凝土內采用鋼框架與鋼要求建筑物混凝土內采用鋼框架與鋼筋互連，并連接聯(lián)合地線焊接成法拉筋互連，并連接聯(lián)合地線焊接成法拉弟弟“鼠籠罩鼠籠罩”狀的封閉體，才能使封狀的封閉體，才能使封閉導體的表面電位變化形成等位面閉導體的表面電位變化形成等位面（其內部場強為零），這樣，各層接（其內部場強為零），這樣，各層接地點電位同時進行升高或降低的變化，地點電位同時進行升高或降低的變化，使之不產生層間電位差，也避免了內使之不產生層間電位差，也避免了內部電磁場強度的變化。部電磁場強度的變化。接閃器是專門用來接收直擊雷的金屬物接閃器是專門用來

17、接收直擊雷的金屬物體，如：避雷針、避雷線、避雷帶、避體，如：避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網。雷網。 避雷器通常是指防護由于雷電過避雷器通常是指防護由于雷電過電壓沿線路入侵損害被保護設備的防雷電壓沿線路入侵損害被保護設備的防雷元件。元件。1.3 防雷接地1.3 防雷接地接地電流流入地下以后，就通接地電流流入地下以后，就通過接地體向大地作半球形散開，過接地體向大地作半球形散開，這一接地電流就叫做流散電流。這一接地電流就叫做流散電流。流散電流在土壤中遇到的全部流散電流在土壤中遇到的全部電阻叫做流散電阻電阻叫做流散電阻（與多種因（與多種因素有關）素有關）。 接地電阻是接地體的流散接地電阻是接地體的流散

18、電阻與接地線的電阻之和。接電阻與接地線的電阻之和。接地線電阻一般很小，可以忽略地線電阻一般很小，可以忽略不計。因此，可以認為流散電不計。因此，可以認為流散電阻就是接地電阻。阻就是接地電阻。2 信號接地n區(qū)別于安全接地，信號接地是為電流提供流回信號源的低阻抗路徑。主要是為了保證設備工作狀態(tài)的穩(wěn)定及信號的完整性，并可起到抑制電磁干擾的作用。n工程中一般將數(shù)字地與模擬地，高頻地與低頻地等分開來設置，但實際的接地規(guī)則相同。2 信號接地信號電流流回信號源的低阻抗路徑信號電流流回信號源的低阻抗路徑2 信號接地的分類串聯(lián)單點接地單點接地 并聯(lián)單點接地混合式單點接地信號接地接地方式多點接地混合接地懸浮接地2.

19、1 單點接地：傳輸線效應2.1 單點接地：傳輸線效應2.1 單點接地：串聯(lián)單點接地12311231232123123233ABCUIIIRUIIIRIIRUIIIRIIRIR2.1 單點接地：串聯(lián)單點接地優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單，將多個電路地線串聯(lián)接到一起，結構簡單，將多個電路地線串聯(lián)接到一起， 可以節(jié)省很多的導線。可以節(jié)省很多的導線。缺點缺點:接地電壓互相影響，對抑制干擾不利，同時接地電壓互相影響，對抑制干擾不利，同時因地線過長，不適用于高頻的系統(tǒng)。因地線過長，不適用于高頻的系統(tǒng)。適用范圍適用范圍:常用于常用于低頻低頻設備機柜設備機柜中中的接地。因為低的接地。因為低頻所以可防止傳輸線效應的產生，

20、設備機柜中由于頻所以可防止傳輸線效應的產生，設備機柜中由于空間等限制要求接地線少而且結構簡單、清楚?？臻g等限制要求接地線少而且結構簡單、清楚。2.1單點接地：并聯(lián)單點接地112233ABCUIRUIRUIR優(yōu)點：優(yōu)點：各電路的地電壓僅與本電路地電流及地阻抗有關，不各電路的地電壓僅與本電路地電流及地阻抗有關，不受其他電路的干擾。受其他電路的干擾。缺點缺點:1.各電路都與地點直接相連，需要多個導線，這樣的結構費各電路都與地點直接相連，需要多個導線，這樣的結構費料，比較笨重。料，比較笨重。2.地線間靠的太近，容易發(fā)生電場相互耦合，隨著頻率的升地線間靠的太近，容易發(fā)生電場相互耦合，隨著頻率的升高會更加

21、嚴重。高會更加嚴重。3.因為地線較長，不適用于高頻情況。因為地線較長，不適用于高頻情況。適用范圍適用范圍:低頻系統(tǒng)的多個機柜低頻系統(tǒng)的多個機柜間間的連接方式。的連接方式。2.1 單點接地：并聯(lián)單點接地2.1 復合式單點接地復合式單點接地將線路或裝備加以歸類，而同時使用串聯(lián)與并復合式單點接地將線路或裝備加以歸類，而同時使用串聯(lián)與并聯(lián)法，可同時兼顧降低干擾與節(jié)省用料。聯(lián)法，可同時兼顧降低干擾與節(jié)省用料。2.1復合式單點接地典型通信機柜復合式接地結構典型通信機柜復合式接地結構背板背板背板背板背板工作地電源地保護地思考n以上接地方式均適用于低頻系統(tǒng)，那么以上接地方式均適用于低頻系統(tǒng)，那么對高頻系統(tǒng)和高

22、、低頻混搭系統(tǒng)，該如對高頻系統(tǒng)和高、低頻混搭系統(tǒng)，該如何設計接地系統(tǒng)呢？何設計接地系統(tǒng)呢？2.2 多點接地 多點接地多點接地是指一個系統(tǒng)中各個需要接地的電是指一個系統(tǒng)中各個需要接地的電路、設備都直接接到距它最近的接地平面（設路、設備都直接接到距它最近的接地平面（設備底座、系統(tǒng)接地線、設備的結構框架）上，備底座、系統(tǒng)接地線、設備的結構框架）上，以使接地線的長度最短。以使接地線的長度最短。111222333+ABCUIRj LUIRj LUIRj L2.2 多點接地由于集膚效應，高頻電流只流經導體表面，為了降低由于集膚效應，高頻電流只流經導體表面，為了降低高頻時的地線阻抗，通常要將地線和公共地鍍銀

23、。高頻時的地線阻抗，通常要將地線和公共地鍍銀。2.2 多點接地n優(yōu)點：優(yōu)點：地線較短，適用于高頻情況。地線較短，適用于高頻情況。n缺點缺點:形成了各種地線回路，造成地回環(huán)路干形成了各種地線回路，造成地回環(huán)路干擾，對設備內具有較低頻率的電路造成不良影擾，對設備內具有較低頻率的電路造成不良影響。響。n適用范圍適用范圍:適用于各線路均為適用于各線路均為10M以上高頻的以上高頻的系統(tǒng)。系統(tǒng)。2.3 混合接地電路的工作頻帶很寬，低頻情況需采用單點接地，電路的工作頻帶很寬，低頻情況需采用單點接地，高頻情況需采用多點接地，此時，可以采用混合高頻情況需采用多點接地，此時，可以采用混合接地?；旌辖拥叵到y(tǒng)在不同的

24、頻率呈現(xiàn)不同的接接地?；旌辖拥叵到y(tǒng)在不同的頻率呈現(xiàn)不同的接地結構。地結構。2.3 混合接地圖圖1示是低頻時單點接地，高頻時多點接地的接示是低頻時單點接地，高頻時多點接地的接地系統(tǒng)。主要用于抗高頻干擾的傳輸?shù)皖l信號的地系統(tǒng)。主要用于抗高頻干擾的傳輸?shù)皖l信號的屏蔽電纜上。屏蔽電纜上。2.4 懸浮接地1.為避免安全接地回路中的干擾電流影響信號接為避免安全接地回路中的干擾電流影響信號接地回路，將兩接地系統(tǒng)隔離。地回路，將兩接地系統(tǒng)隔離。2.一般僅適用于低頻時，為防止結構地、安全地一般僅適用于低頻時，為防止結構地、安全地中的干擾地電流騷擾信號接地系統(tǒng)。中的干擾地電流騷擾信號接地系統(tǒng)。3.懸浮接地的干擾耦

25、合取決于浮地接地系統(tǒng)與其懸浮接地的干擾耦合取決于浮地接地系統(tǒng)與其他接地系統(tǒng)的隔離程度，一般很難做到真正的他接地系統(tǒng)的隔離程度，一般很難做到真正的理想懸浮接地，高頻情況下更是。理想懸浮接地，高頻情況下更是。4.當懸浮接地系統(tǒng)靠近高壓設備、線路時，可能當懸浮接地系統(tǒng)靠近高壓設備、線路時，可能堆積靜電電荷，引起靜電放電，發(fā)生觸電危險。堆積靜電電荷，引起靜電放電，發(fā)生觸電危險。2.4 懸浮接地3. PCB接地設計q 梳形電源、地結構（雙面板）梳形電源、地結構（雙面板）適用于低速電路、適用于低速電路、PCBPCB上信號走向較單一、走線密度較低的情況上信號走向較單一、走線密度較低的情況 對較重要的信號加以

26、地保護，布線完成之后將空的地方都敷上地銅對較重要的信號加以地保護，布線完成之后將空的地方都敷上地銅皮，用多個過孔將兩層的地連接在一起，可以改善回路面積大的問題皮，用多個過孔將兩層的地連接在一起，可以改善回路面積大的問題3. PCB接地設計q 柵格形地結構（雙面板）柵格形地結構（雙面板）適用于低速的適用于低速的CMOSCMOS和普通的和普通的TTLTTL電路，但應該注意對較高速的信號加足電路，但應該注意對較高速的信號加足夠的地保護夠的地保護保護器件保護器件接地設計接地設計在印制版上，在印制版上，1000V1000V以上級別的雷擊浪涌保護器件必須以上級別的雷擊浪涌保護器件必須單獨設立保護地。保護器

27、件應盡可能靠近插座或印制板單獨設立保護地。保護器件應盡可能靠近插座或印制板的邊緣，保護地線應盡可能粗、短且均勻。一般地，保的邊緣，保護地線應盡可能粗、短且均勻。一般地，保護地除了與保護器件相連以外不能與其它元器件和其它護地除了與保護器件相連以外不能與其它元器件和其它地線相連，保護地與其它焊盤、走線應隔離足夠距離。地線相連，保護地與其它焊盤、走線應隔離足夠距離。保護地線應獨立引出單板，接到后背板的保護地層上。保護地線應獨立引出單板，接到后背板的保護地層上。3. PCB接地設計線纜接地設計線纜接地設計信號傳輸采用屏蔽雙絞線時，其信號傳輸采用屏蔽雙絞線時，其屏蔽屏蔽層收發(fā)兩端均層收發(fā)兩端均要接地。要接地。信號傳輸時采用同軸電纜時，同軸電纜的外導體收信號傳輸時采用同軸電纜時，同軸電纜的外導體收發(fā)兩端均要接地。為了避免發(fā)兩端均要接地。為了避免地電位差的不良影響，地電位差的不良影響，同軸電纜收端可通過一電容器（同軸電纜收端可通過一電容器