電子設(shè)備為什么要接地

電子設(shè)備為什么要接地

很多人都知道，貴重儀器設(shè)備使用的時(shí)候，外殼都要接地，如采用三心電源插頭等。但為什么要
接地，這個(gè)原因就很少人知道了。下面我們以三相發(fā)電機(jī)輸送線路的工作原理，來(lái)說(shuō)明設(shè)備接地的重
要性。

通過(guò)對(duì)圖1 的觀察，你很快就會(huì)明白，地線的作用主要是干什么的，即：地線的作用主要是用來(lái)
防雷的。
在圖1 中，紅線A、B、C 表示高壓輸送線路，高壓輸送線路一般都用鐵塔空架支撐，用以對(duì)幾
十萬(wàn)伏的交流電進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，這樣，其經(jīng)常受雷擊是不可避免的；為了避免雷擊，一般都在高壓
線路的上方平行架設(shè)一條地線，這條地線一般稱為避雷地線。所謂地線就是與大地相連的導(dǎo)線，當(dāng)打
雷的時(shí)候，雷電首先會(huì)打到避雷地線上，避雷地線可把雷電引入地球，避免高壓輸送線路被幾億伏，
乃至十幾億伏的雷電把發(fā)電機(jī)或變壓器的線圈與外殼擊穿，以及把與線路連接的其它電器設(shè)備遭受瞬
間高壓沖擊而損壞。因此，圖1 中的避雷地線與一般電子線路中的地線完全是兩回事。
除了避雷地線之外，發(fā)電機(jī)和變壓器的外殼也要接地，這種接地叫防護(hù)接地。防護(hù)地線與避雷地
線兩者是不同的，防護(hù)地線與避雷地線的最大區(qū)別是，防護(hù)地的地線一般沒有電流通過(guò)，而避雷地的
地線在打雷時(shí)有非常大的電流通過(guò)，電流可大于數(shù)十萬(wàn)安培。避雷地的主要作用是把雷電高壓引入地球，以降低雷電高壓對(duì)電子設(shè)備的沖擊；而防護(hù)接地則是讓設(shè)備外殼的電位與地球相同，避免設(shè)備內(nèi)部電路在強(qiáng)電場(chǎng)之下感應(yīng)帶電產(chǎn)生位移電流，以及人體觸摸電子設(shè)備外殼時(shí)不會(huì)觸電。因此，兩者的作用是完全不同的。
三相發(fā)電機(jī)的中線接地，也屬于防護(hù)接地，其作用是把發(fā)電機(jī)中線圈被感應(yīng)的靜電高壓引入地球。當(dāng)負(fù)載完全平衡時(shí)，三相發(fā)電機(jī)的中線與地連接的地線是沒有電流通過(guò)的。但三相變壓器的中線接地不屬于防護(hù)接地，而屬于避雷接地，因?yàn)槿嘧儔浩髦芯€在與火線并排向用戶供電的同時(shí)，還擔(dān)當(dāng)避雷的作用。當(dāng)打雷時(shí)，中線通過(guò)接地可以把雷電的大部分能量引入地球，僅有少部分能量最后成為差模信號(hào)與輸送電壓混合在一起被傳送到用戶終端。
目前，人們對(duì)雷電的產(chǎn)生以及其所引起的災(zāi)害認(rèn)識(shí)并不很深。
我們知道，由于地球與電離層之間存在很強(qiáng)的電場(chǎng)，云朵在天空中首先要被極化帶電，然后在風(fēng)力的作用下，極化帶電的云朵很容易就會(huì)分離成兩個(gè)（或多個(gè)）部分，使之成為帶電體，一個(gè)帶正電（一般是下層），另一個(gè)帶負(fù)電（一般是上層）。所以，同一高度已經(jīng)帶電的云朵（即帶電性質(zhì)相同的云朵），在風(fēng)力的作用下很容易產(chǎn)生互相組合，使云體帶電的能量越來(lái)越大，即電位越來(lái)越高。當(dāng)兩個(gè)帶異性電荷的云朵互相靠近的時(shí)候，或者帶電云體靠近地表面的時(shí)候，就會(huì)放電，即打雷。因此，只要有云和風(fēng)的存在，打雷的現(xiàn)象就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，首先被雷擊的多數(shù)為高層建筑物。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)：
地球平均每一秒鐘有100多次閃電，每次閃電產(chǎn)生的能量可供一個(gè)100瓦的燈泡點(diǎn)亮3個(gè)月；在雨季，平均每6分鐘就有一個(gè)人被雷電擊中，每年有成千上萬(wàn)的人因雷電擊中而喪傷；上海電視臺(tái)平均每年要遭受33次大的雷擊，最近遭受雷擊的時(shí)間是2010年4月13日，每次雷擊都會(huì)使電子設(shè)備遭受不同程度的損壞；1992年6月22日，北京國(guó)家氣象中心多臺(tái)計(jì)算機(jī)接口因感應(yīng)雷擊被毀，損失二仟多萬(wàn)元。
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的功能越來(lái)越強(qiáng)大，電子線路的密度也不斷提高，使得電子器件的耐壓不斷降低，因此，電子設(shè)備遭受雷擊后更容易損壞，每年全世界有數(shù)千萬(wàn)個(gè)電器設(shè)備因雷電原因被損壞，并造成數(shù)千億元的經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)在，防雷技術(shù)已成為一門科學(xué)技術(shù)并且越來(lái)越受人們重視。
對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行避雷防護(hù)是降低電子設(shè)備遭受雷擊損壞的最好方法。在安置電子設(shè)備的場(chǎng)所安裝避雷針，即避雷地線，把雷電引向地球，與此同時(shí)，把設(shè)備的外殼接地，使設(shè)備的外殼與大地的電位基本相同，以降低設(shè)備內(nèi)部電路在強(qiáng)電場(chǎng)之下感應(yīng)帶電，并產(chǎn)生位移電流，就可以大大降低電子設(shè)備遭受雷擊損壞的概率。
如果不安裝避雷針，當(dāng)一座建筑物被雷擊中的時(shí)候，整座建筑物就會(huì)處于幾萬(wàn)伏/米，甚至十幾萬(wàn)伏/米的強(qiáng)電場(chǎng)之中，在強(qiáng)電場(chǎng)中的所有物體，無(wú)論是導(dǎo)體或絕緣體，全部被感應(yīng)帶電（極化帶電），并在導(dǎo)體或電子線路中產(chǎn)生位移電流，如果電子設(shè)備的外殼不接地，由于位移電流的存在，就會(huì)使那些連接線路較長(zhǎng)且導(dǎo)體面積較大（即線路體電容較大）的電子器件擊穿，特別是耐壓較低的電子器件首先被擊穿。因?yàn)槲灰齐娏鞯漠a(chǎn)生就等同于電容被充放電，電容越大，充放電的電流就越大，而電子設(shè)備中的線路就相當(dāng)于分布電容，線路越長(zhǎng)或?qū)w的面積越大，分布電容就越大；在電場(chǎng)中感應(yīng)的時(shí)候，產(chǎn)生的位移電流也越大。
如果電子設(shè)備的外殼接地，由于外殼與大地等電位或電位差非常小，在外殼內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度基本上處處相等，沒有電位差或電位差很小，電子設(shè)備中的電子線路就不會(huì)感應(yīng)帶電，也不會(huì)產(chǎn)生位移電流；因此，外殼接地的電子設(shè)備，其內(nèi)部的電子器件不會(huì)因打雷放電而被擊穿?；蛘哒f(shuō)，電子設(shè)備的外殼接地對(duì)雷電有屏蔽作用，可以避免儀器設(shè)備中的線路或電子器件被雷電擊穿損壞。
如果設(shè)備的外殼不接地，外殼與大地就不可能等電位，并且兩者的電位差很大，這樣，設(shè)備作為一個(gè)孤立電容與地球作為另一個(gè)孤立電容，兩個(gè)電容之間就會(huì)進(jìn)行串聯(lián)充、放電（即靜電感應(yīng)），在其充、放電過(guò)程中很容易把電子元器件損壞。
任何帶電物體對(duì)于無(wú)限遠(yuǎn)處，都可以看成是一個(gè)孤立電容，當(dāng)兩個(gè)孤立電容互相靠近時(shí)，就會(huì)互相感應(yīng)，其結(jié)果相當(dāng)于兩個(gè)電容被串聯(lián)充、放電，其中一個(gè)為充電，另一個(gè)就是放電。
另外，電子設(shè)備外殼接地還可以降低電磁干擾（EMI），提高電子設(shè)備的電磁兼容（EMC）指標(biāo)。不過(guò)對(duì)于EMI和EMC方面的技術(shù)知識(shí)，這里我不準(zhǔn)備進(jìn)行詳細(xì)分析，以后我會(huì)向讀者陸續(xù)介紹這方面的技術(shù)知識(shí)。