接地技術是電磁兼容試驗中不可或缺的

1.引言

電磁兼容中，接地技術最早應用于強電系統（電力系統、輸變電設備、電氣設備）。為了設備和人身安全，接地線直接連接到地面上。由于地面的電容非常大，地面的電位通常可以被視為零電位。后來，接地技術擴展到弱電系統。對于電力電子設備，當電流通過參考電位時，將接地線直接連接到地面或作為參考電位的導體上。但由于接地不合理，會引起電磁干擾，如共地線干擾、地環干擾等，導致電力電子設備工作異常。可以看出，接地技術是電力電子設備電磁兼容技術的重要內容之一，有必要詳細討論接地技術。

2.接地的類型和目的：

電力電子設備一般為以下目的接地：

◆安全接地

安全接地即將接地。一是防止外殼積聚電荷，產生靜電放電，危及設備和人身安全；二是當設備絕緣損壞，外殼充電時，促進電源保護，切斷電源，保護人員安全。

◆工作接地

工作接地是為電路正常工作提供的基準電位?；鶞孰娢豢稍O置為電路系統中的某一點、某一段或某一塊。當基準電位不與地面連接時，視為相對零電位。這種相對零電位會隨著外部電磁場的變化而變化，導致電路系統工作不穩定。當基準電位與地面連接時，基準電位視為地面的零電位，不會隨著外部電磁場的變化而變化。但不正確的工作接地會增加干擾。如地線干擾、地環干擾等。為了防止各種電路在工作中相互干擾，使其能夠相互兼容地工作。根據電路的性質，工作接地交流、數字、模擬、信號、功率、電源等不同類型。應分別設置上述不同的接地。

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。由于信號一般較弱，容易干擾，對信號地的要求較高。

2.模擬地

模擬地是模擬電路零電位的公共基準地線。由于模擬電路不僅承擔小信號的放大，而且承擔大信號的功率放大；低頻放大和高頻放大；因此，模擬電路易于接受干擾和干擾。因此，應充分考慮模擬地點的選擇和接地線的敷設。

3.數字地

數字地面是數字電路零電位的公共基準地線。由于數字電路在脈沖狀態下工作，特別是當脈沖的前后邊緣陡峭或頻率較高時，很容易干擾模擬電路。因此，也應充分考慮數字地面的接地點選擇和接地線的敷設。

4.電源地

電源地是電源零電位的公共基準地線。由于電源通常同時供電到系統中的每個單元，每個單元所需的電源性質和參數可能非常不同，因此不僅要確保電源穩定可靠的工作，而且要確保其他單元的穩定可靠的工作。

5.功率地

功率地是負載電路或功率驅動電路零電位的公共基準地線。由于負載電路或功率驅動電路電流強，電壓高，功率地線干擾大。因此，必須與其他弱電地設置功率地，以確保整個系統的穩定可靠運行。

◆防雷接地

當電力電子設備遇到雷擊時，無論是直接雷擊還是感應雷擊，電力電子設備都會受到很大的損壞。設置避雷針，防止雷擊危及設備和人身安全。

以上兩種接地主要是為了安全，都應直接連接到地面上。

◆屏蔽接地

屏蔽和接地應配合使用，以達到屏蔽效果。

例如，靜電屏蔽。當帶正電導體被完整的金屬屏蔽體包圍時，與帶電導體相同的負電荷將在屏蔽體內部感應，與帶電導體相同的正電荷將出現在外部，因此外部仍有電場。如果金屬屏蔽體接地，外部正電荷將流入地球，外部將沒有電場，即帶正電導體的電場將被金屬屏蔽體屏蔽。

另一個例子是交變電場屏蔽。為了降低交變電場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，并接地金屬屏蔽體。只要金屬屏蔽體接地良好，交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓就很小。

以上兩種接地主要考慮電磁兼容性。

3.接地方式：

按工作頻率采用以下接地方法：

一.單點接地：

工作頻率低（1MHz）采用單點接地式，即將整個電路系統中的一個結構點視為接地參考點，所有接地連接均接到此點，并設置安全接地螺栓），防止兩點接地產生共地阻抗的電路耦合。多個電路的單點接地方式分為串聯和并聯。由于串聯接地產生共地阻抗的電路耦合，低頻電路最好采用并聯單點接地。

為防止工作頻率和其他雜散電流干擾信號接地線，信號接地線應與功率接地線和外殼接地線絕緣。僅在功率接地、外殼接地線和接地線安全接地螺栓上連接（浮地式除外）。

地線長度與截面的關系如下：

S>0.83L(1)

類型:L-地線長度，m；

S-地線截面，mm2。

二.多點接地：

高工作頻率（>30mHz）采用多點接地（即在電路系統中，用接地板代替電路各部分的接地電路）。由于接地引線的感應阻抗與頻率和長度成正比，當工作頻率較高時，會增加共地阻抗，從而增加共地阻抗產生的電磁干擾，因此接地線的長度應盡可能短。當使用多點接地時，盡量找到最接近的低電阻接地。

三.混合接地：

工作頻率為1~30mHz的電路采用混合接地式。當接地線長度小于工作信號波長的1/20時，采用單點接地式，否則采用多點接地式。

四.浮地

浮地式是指電路的地面與地面無導體連接。其優點是電路不受地面電氣性能的影響；缺點是電路易受寄生電容器的影響，改變地面電位，增加模擬電路的感應干擾；由于電路與地面無導體連接，靜電放電容易產生靜電積累，可能導致靜電擊穿或強烈干擾。因此，浮地的效果不僅取決于絕緣電阻的大小，還取決于寄生電容器的大小和信號的頻率。

4.2降低接地電阻的方法：

接地電阻由接地電阻、接觸電阻和接地電阻組成。有三種方法可以降低接地電阻：

• 降低接地線電阻，選擇總截面大、長度短的多股細導線。

• 降低接觸電阻，使接地線與接地螺栓緊密牢固地連接，增加接地極與土壤的接觸面積和緊密度。

• 降低地電阻，增加接地極的表面積和土壤的導電性（如在土壤中注入鹽水）。

5.屏蔽地:

1.電路的屏蔽接地,屏蔽罩應設置在容易受到電磁輻射干擾的電路中，如各種信號源和放大器。由于信號電路與屏蔽之間存在寄生電容，信號電路的接地線端應與屏蔽蓋連接，以消除寄生電容的影響，屏蔽蓋應接地，以消除共模干擾。

2.低頻電路電纜的屏蔽層應采用點接地，屏蔽層的接地點應與電路的接地點一致。對于多層屏蔽電纜，每個屏蔽層應在一個點接地，每個屏蔽層應相互絕緣。

3.高頻電路電纜的屏蔽層應采用多點接地。當電纜長度大于工作信號波長0.15倍時，采用工作信號波長0.15倍的間隔多點接地類型。如果無法實現，至少在屏蔽層的兩端接地。

4.當整個系統需要抵抗外部電磁干擾或防止系統對外部世界產生電磁干擾時，整個系統應被屏蔽，屏蔽體應連接到系統地面。

6.設備地

為了滿足設計要求，設備通常包含多種電路，如低電平信號電路（如高頻電路、數字電路、模擬電路等）、高電平電源電路（如電源電路、繼電器電路等）。為了安裝電路板和其他部件，設備需要具有一定的機械強度和屏蔽效率，以抵抗外部電磁干擾。典型設備的接地情況如圖1所示。

圖1.設備接地

設備接地時應注意以下幾點：

-50Hz電源零線應連接到安全接地螺栓，對于獨立的設備，在設備金屬外殼上設置安全接地螺栓，并有良好的電連接；

-為防止機殼帶電，危及人身安全，不允許使用電源零線代替機殼地線；

-為了防止高壓、大電流和強功率電路（如供電電路、繼電器電路）干擾低電平電路（如高頻電路、數字電路、模擬電路等），將其接地分開。前者為功率接地（強電接地），后者為信號接地（弱電接地），信號接地分為數字接地和模擬接地，信號接地線應與功率接地線和外殼接地線絕緣；

-對于信號接地線，可以設置另一個信號接地螺栓（與設備外殼絕緣）。信號接地螺栓與安全接地螺栓的連接方式有三種方式（取決于接地效果）：一是不連接而成為浮地式；二是直接連接，成為單點接地式；第三，通過3μF電容器連接，成為直流浮地式和交流接地式。其他接地最終聚集在安全接地螺栓上（該點應位于交流電源的進線處），然后通過接地線將接地極埋在土壤中。

7.系統地

當一個系統由多個設備組成時，系統的接地如圖2所示。

圖2.接地系統

系統接地應注意以下幾點：

-參考設備接地注意事項；

-設備外殼采用設備外殼地線與機柜外殼連接；

-機柜外殼與機柜外殼地線和系統外殼連接；

-對于系統，系統金屬外殼上設置安全接地螺栓，并有良好的電連接；

-當系統中的機柜和設備過多時，會導致數字接地線、模擬接地線、電源接地線和機柜外殼接地線過多。在這方面，可以考慮鋪設兩條半環形接地母線，它們相互平行，并與系統外殼絕緣，一條是信號接地母線，另一條是屏蔽接地和機柜外殼接地母線；系統中的每個信號接近信號接地母線，系統中的每個屏蔽接地和機柜外殼接近屏蔽接地和機柜外殼接地母線；兩條半環形接地母線中部靠近安全接地螺栓，屏蔽接地和機柜外殼接地母線接安全接地螺栓；信號接地母線接信號接地螺栓；

-當系統使用三相電源供電時，由于各負荷用電量和用電時間的不同，不可避免地導致三相不平衡，導致三相電源中心點電位偏移。因此，電源零線連接到安全接地螺栓，迫使三相電源中心點電位保持零電位，防止三相電源中心點電位偏移引起的干擾；

-鍍鋅鋼管用于接地極，其外徑不小于50mm，長度不小于2.0m；埋設時，將接地極打入地面一定深度，倒入鹽水。一般要求接地電阻小于4Ω，對于移動設備，接地電阻小于10Ω。

8結語

電磁兼容試驗時，必須研究接地技術，以確保設備和人員的安全，以及電力電子設備的正常和可靠的工作。接地可以直接連接到地面或連接到作為參考電位的導體上。不合理的接地會引入電磁干擾，導致電力電子設備工作異常。因此，接地技術是電磁兼容性的重要技術之一，應充分重視對接地技術的研究。