電磁兼容設(shè)計(jì)中有哪些接地技術(shù)

電磁兼容中的接地技術(shù)，包括接地的種類和目的、接地方式、接地電阻的計(jì)算以及設(shè)備和系統(tǒng)的接地等。其主要目的在于提高電力電子設(shè)備的電磁兼容能力。

1.接地技術(shù)最早是應(yīng)用在強(qiáng)電系統(tǒng)（電力系統(tǒng)、輸變電設(shè)備、電氣設(shè)備）中，為了設(shè)備和人身的安全，將接地線直接接在大地上。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(yīng)用到弱電系統(tǒng)中。對(duì)于電力電子設(shè)備將接地線直接接在大地上或者接在一個(gè)作為參考電位的導(dǎo)體上，當(dāng)電流通過(guò)該參考電位時(shí)，不應(yīng)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，比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等，從而導(dǎo)致電力電子設(shè)備工作不正常?？梢?jiàn)，接地技術(shù)是電力電子設(shè)備電磁兼容技術(shù)的重要內(nèi)容之一。

接地的種類和目的

電力電子設(shè)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(jī)殼接大地。一是防止機(jī)殼上積累電荷，產(chǎn)生靜電放電而危及設(shè)備和人身安全；二是當(dāng)設(shè)備的絕緣損壞而使機(jī)殼帶電時(shí)，促使電源的保護(hù)動(dòng)作而切斷電源，以便保護(hù)工作人員的安全。

2.2 防雷接地

當(dāng)電力電子設(shè)備遇雷擊時(shí)，不論是直接雷擊還是感應(yīng)雷擊，電力電子設(shè)備都將受到極大傷害。為防止雷擊而設(shè)置避雷針，以防雷擊時(shí)危及設(shè)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(zhǔn)電位。該基準(zhǔn)電位可以設(shè)為電路系統(tǒng)中的某一點(diǎn)、某一段或某一塊等。當(dāng)該基準(zhǔn)電位不與大地連接時(shí)，視為相對(duì)的零電位。這種相對(duì)的零電位會(huì)隨著外界電磁場(chǎng)的變化而變化，從而導(dǎo)致電路系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。當(dāng)該基準(zhǔn)電位與大地連接時(shí)，基準(zhǔn)電位視為大地的零電位，而不會(huì)隨著外界電磁場(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(jù)電路的性質(zhì)，將工作接地分為不同的種類，比如直流地、交流地、數(shù)字地、模擬地、信號(hào)地、功率地、電源地等。上述不同的接地應(yīng)當(dāng)分別設(shè)置。

2.3.1 信號(hào)地

信號(hào)地是各種物理量的傳感器和信號(hào)源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于信號(hào)一般都較弱，易受干擾，因此對(duì)信號(hào)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(zhǔn)地線。由于模擬電路既承擔(dān)小信號(hào)的放大，又承擔(dān)大信號(hào)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(duì)模擬地的接地點(diǎn)選擇和接地線的敷設(shè)更要充分考慮。

2.3.3 數(shù)字地

數(shù)字地是數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于數(shù)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(duì)模擬電路產(chǎn)生干擾。所以對(duì)數(shù)字地的接地點(diǎn)選擇和接地線的敷設(shè)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(zhǔn)地線。由于電源往往同時(shí)供電給系統(tǒng)中的各個(gè)單元，而各個(gè)單元要求的供電性質(zhì)和參數(shù)可能有很大差別，因此既要保證電源穩(wěn)定可靠的工作，又要保證其它單元穩(wěn)定可靠的工作。

2.3.5 功率地

功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的電流較強(qiáng)、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設(shè)置，以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。

2.4 屏蔽接地

屏蔽與接地應(yīng)當(dāng)配合使用，才能起到屏蔽的效果。

比如靜電屏蔽。當(dāng)用完整的金屬屏蔽體將帶正電導(dǎo)體包圍起來(lái)，在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出與帶電導(dǎo)體等量的負(fù)電荷，外側(cè)出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體等量的正電荷，因此外側(cè)仍有電場(chǎng)存在。如果將金屬屏蔽體接地，外側(cè)的正電荷將流入大地，外側(cè)將不會(huì)有電場(chǎng)存在，即帶正電導(dǎo)體的電場(chǎng)被屏蔽在金屬屏蔽體內(nèi)。

再比如交變電場(chǎng)屏蔽。為降低交變電場(chǎng)對(duì)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(shè)置導(dǎo)電性好的金屬屏蔽體，并將金屬屏蔽體接。只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場(chǎng)對(duì)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。

3 接地方式

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(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)看作接地參考點(diǎn)，所有對(duì)地連接都接到這一點(diǎn)上，并設(shè)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(hào)地線上產(chǎn)生干擾，信號(hào)地線應(yīng)與功率地線和機(jī)殼地線相絕緣。且只在功率地、機(jī)殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連（浮地式除外）。

地線的長(zhǎng)度與截面的關(guān)系為：

S>0.83L （1）

式中：L——地線的長(zhǎng)度，m；

S——地線的截面，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(tǒng)中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路）。因?yàn)榻拥匾€的感抗與頻率和長(zhǎng)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，所以要求地線的長(zhǎng)度盡量短。采用多點(diǎn)接地時(shí)，盡量找最接近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(dāng)接地線的長(zhǎng)度小于工作信號(hào)波長(zhǎng)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?zé)o導(dǎo)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(duì)模擬電路的感應(yīng)干擾；由于該電路的地與大地?zé)o導(dǎo)體連接，易產(chǎn)生靜電積累而導(dǎo)致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強(qiáng)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(hào)的頻率。

4 屏蔽地

4.1 電路的屏蔽罩接地

各種信號(hào)源和放大器等易受電磁輻射干擾的電路應(yīng)設(shè)置屏蔽罩。由于信號(hào)電路與屏蔽罩之間存在寄生電容，因此要將信號(hào)電路地線末端與屏蔽罩相連，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(yīng)采用一點(diǎn)接地的方式，而且屏蔽層接地點(diǎn)應(yīng)當(dāng)與電路的接地點(diǎn)一致。對(duì)于多層屏蔽電纜，每個(gè)屏蔽層應(yīng)在一點(diǎn)接地，各屏蔽層應(yīng)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(yīng)采用多點(diǎn)接地的方式。當(dāng)電纜長(zhǎng)度大于工作信號(hào)波長(zhǎng)的0.15倍時(shí)，采用工作信號(hào)波長(zhǎng)的0.15倍的間隔多點(diǎn)接地式。如果不能實(shí)現(xiàn)，則至少將屏蔽層兩端接地。

4.3 系統(tǒng)的屏蔽體接地

當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)需要抵抗外界電磁干擾，或需要防止系統(tǒng)對(duì)外界產(chǎn)生電磁干擾時(shí)，應(yīng)將整個(gè)系統(tǒng)屏蔽起來(lái)，并將屏蔽體接到系統(tǒng)地上。

5 設(shè)備地

一臺(tái)設(shè)備要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，往往含有多種電路，比如低電平的信號(hào)電路（如高頻電路、數(shù)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(shè)備具有一定機(jī)械強(qiáng)度和屏蔽效能的外殼。典型設(shè)備的接地

設(shè)備的接地應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：

——50Hz電源零線應(yīng)接到安全接地螺栓處，對(duì)于獨(dú)立的設(shè)備，安全接地螺栓設(shè)在設(shè)備金屬外殼上，并有良好電連接；

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

——為防止高電壓、大電流和強(qiáng)功率電路（如供電電路、繼電器電路）對(duì)低電平電路（如高頻電路、數(shù)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(qiáng)電地），后者為信號(hào)地（弱電地），而信號(hào)地又分為數(shù)字地和模擬地，信號(hào)地線應(yīng)與功率地線和機(jī)殼地線相絕緣；

——對(duì)于信號(hào)地線可另設(shè)一信號(hào)地螺栓（和設(shè)備外殼相絕緣），該信號(hào)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(yīng)位于交流電源的進(jìn)線處），然后通過(guò)接地線將接地極埋在土壤中。

6 系統(tǒng)

當(dāng)多個(gè)設(shè)備組成一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的接地

系統(tǒng)的接地應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：

——參照設(shè)備的接地注意事項(xiàng)；

——設(shè)備外殼用設(shè)備外殼地線和機(jī)柜外殼相連；

——機(jī)柜外殼用機(jī)柜外殼地線和系統(tǒng)外殼相連；

——對(duì)于系統(tǒng)，安全接地螺栓設(shè)在系統(tǒng)金屬外殼上，并有良好電連接；

——當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)柜、設(shè)備過(guò)多時(shí)，將導(dǎo)致數(shù)字地線、模擬地線、功率地線和機(jī)柜外殼地線過(guò)多。對(duì)此，可以考慮鋪設(shè)兩條互相并行并和系統(tǒng)外殼絕緣的半環(huán)形接地母線，一條為信號(hào)地母線，一條為屏蔽地及機(jī)柜外殼地母線；系統(tǒng)內(nèi)各信號(hào)地就近接到信號(hào)地母線上，系統(tǒng)內(nèi)各屏蔽地及機(jī)柜外殼地就近接到屏蔽地及機(jī)柜外殼地母線上；兩條半環(huán)形接地母線的中部靠近安全接地螺栓，屏蔽地及機(jī)柜外殼地母線接到安全接地螺栓上；信號(hào)地母線接到信號(hào)地螺栓上；

——當(dāng)系統(tǒng)用三相電源供電時(shí)，由于各負(fù)載用電量和用電的不同時(shí)性，必然導(dǎo)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(zhǎng)度不小于2.0m；埋設(shè)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(duì)于移動(dòng)設(shè)備，接地電阻可小于10Ω。

7 結(jié)語(yǔ)

為了設(shè)備和人身的安全以及電力電子設(shè)備正常可靠的工作必須研究接地技術(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(dǎo)體上。不合理的接地反而會(huì)引入電磁干擾，導(dǎo)致電力電子設(shè)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(yīng)當(dāng)充分重視對(duì)接地技術(shù)的研究。