電磁兼容課件第9講

第九講接地的概念及導(dǎo)體阻抗的頻率特性龔建強(qiáng)西安電子科技大學(xué)2012年4月6號(hào)第九講接地的概念及導(dǎo)體阻抗的頻率特性龔建強(qiáng)19.1 接地及其分類(lèi)接地技術(shù)是任何電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)正常工作時(shí)必須采用的重要技術(shù)，它不僅是保護(hù)設(shè)施和人身安全的必要手段，也是抑制電磁干擾、保障設(shè)備或系統(tǒng)電磁兼容性、提高設(shè)備或系統(tǒng)可靠性的重要技術(shù)措施。地線(xiàn)是用電設(shè)備中各電路的公共導(dǎo)線(xiàn)，但任何導(dǎo)線(xiàn)都具有一定的阻抗，一般包括電阻和電抗，該公共阻抗使兩個(gè)截然不同的接地點(diǎn)很難得到等電位，因此公共阻抗使兩接地點(diǎn)間形成一定的電壓，產(chǎn)生接地干擾。恰當(dāng)?shù)慕拥胤绞娇梢詾楦蓴_信號(hào)提供低公共阻抗通路，從而抑制干擾信號(hào)對(duì)其他電子設(shè)備的干擾。探討接地干擾成因以及抑制接地干擾的技術(shù)是重點(diǎn)內(nèi)容。9.1 接地及其分類(lèi)接地技術(shù)是任何電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)正2接地的概念所謂“地”(Ground)，一般定義為電路或系統(tǒng)的零電位參考點(diǎn)，直流電壓的零電位點(diǎn)或者零電位面，它不一定為實(shí)際的大地(建筑地面)，可以是設(shè)備的外殼或其它金屬板或金屬線(xiàn)。

接地原意指與真正的大地(Earth)連接以提供雷擊放電的通路(例如，避雷針一端埋入大地)，后來(lái)成為為用電設(shè)備提供漏電保護(hù)(提供放電通路)的技術(shù)措施?，F(xiàn)在接地的含義已經(jīng)延伸，“接地”(Grounding)一般指為了使電路、設(shè)備或系統(tǒng)與“地”之間建立低阻抗通路，而將電路、設(shè)備或系統(tǒng)連接到一個(gè)作為參考電位點(diǎn)或參考電位面的良導(dǎo)體的技術(shù)行為，其中一點(diǎn)通常是系統(tǒng)的一個(gè)電氣或電子元(組)件，而另一點(diǎn)則是稱(chēng)之為“地”的參考點(diǎn)。例如，當(dāng)所說(shuō)的系統(tǒng)組件是設(shè)備中的一個(gè)電路時(shí)，則參考點(diǎn)就是設(shè)備的外殼或接地平面。接地及其分類(lèi)接地的概念接地及其分類(lèi)3接地的要求

(1)理想的接地應(yīng)使流經(jīng)地線(xiàn)的各個(gè)電路、設(shè)備的電流互不影響，即不使其形成地電流環(huán)路,避免使電路、設(shè)備受磁場(chǎng)和地電位差的影響。

(2)理想的接地導(dǎo)體(導(dǎo)線(xiàn)或?qū)щ娖矫?應(yīng)是零阻抗的實(shí)體，流過(guò)接地導(dǎo)體的任何電流都不應(yīng)該產(chǎn)生電壓降，即各接地點(diǎn)之間沒(méi)有電位差，或者說(shuō)各接地點(diǎn)間的電壓與電路中任何功能部分的電位比較均可忽略不計(jì)。

(3)接地平面應(yīng)是零電位，它作為系統(tǒng)中各電路任何位置所有電信號(hào)的公共電位參考點(diǎn)。(4)良好的接地平面與布線(xiàn)間將有大的分布電容，而接地平面本身的引線(xiàn)電感將很小。理論上，它必須能吸收所有信號(hào)，使設(shè)備穩(wěn)定地工作。接地平面應(yīng)采用低阻抗材料制成，并且有足夠的長(zhǎng)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。用于安裝固定式設(shè)備的接地平面,應(yīng)由整塊銅板或者銅網(wǎng)組成。接地及其分類(lèi)接地的要求接地及其分類(lèi)4接地的分類(lèi)

通常，電路、用電設(shè)備按其作用可分類(lèi)為安全接地(SafetyGrounds)和信號(hào)接地(SignalGrounds)。其中安全接地又有設(shè)備安全接地、接零保護(hù)接地和防雷接地，信號(hào)接地又分類(lèi)為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地和懸浮接地，見(jiàn)表1。

接地及其分類(lèi)表1接地的分類(lèi)接地的分類(lèi)接地及其分類(lèi)表1接地的分類(lèi)59.2 安全接地設(shè)備安全接地

設(shè)備安全接地是安全接地的一種。為了人、機(jī)安全，任何高壓電氣設(shè)備、電子設(shè)備的機(jī)殼、底座均需要安全接地，以避免高電壓直接接觸設(shè)備外殼，或者避免由于設(shè)備內(nèi)部絕緣損壞造成漏電打火使機(jī)殼帶電,否則，人體觸及機(jī)殼就會(huì)觸電。

一般用電設(shè)備在使用中，因絕緣老化、受潮等原因?qū)е聨щ妼?dǎo)線(xiàn)或者導(dǎo)電部件與機(jī)殼之間漏電，或者因設(shè)備超負(fù)荷引起嚴(yán)重發(fā)熱，導(dǎo)致燒損絕緣材料造成漏電，或者因環(huán)境氣體污染、灰塵沉積導(dǎo)致漏電和電弧擊穿打火。機(jī)殼通過(guò)雜散阻抗而帶電，或者因絕緣擊穿而帶電，如圖1所示。設(shè)U1為用電設(shè)備中電路的電壓，Z1為電路與機(jī)殼(Chassis)之間的雜散阻抗(StrayImpedances)，Z2為機(jī)殼與地之間的雜散阻抗，U2為機(jī)殼與地之間的電壓。機(jī)殼對(duì)地的電壓U2是由機(jī)殼對(duì)地的阻抗Z2分壓造成的。9.2 安全接地設(shè)備安全接地6設(shè)備安全接地

當(dāng)機(jī)殼與地絕緣(Z2→∞)，即Z2>>Z1時(shí)，則U2＝U1。如果U2足夠大(例如超過(guò)36V)時(shí)，人體觸及機(jī)殼就可能發(fā)生危險(xiǎn)。為了人身安全，機(jī)殼應(yīng)該接地，使Z2→0，從而使U2＝0。安全接地圖1設(shè)備機(jī)殼接地的作用設(shè)備安全接地安全接地圖1設(shè)備機(jī)殼接地的作用7設(shè)備安全接地

如果人體觸及機(jī)殼，相當(dāng)于機(jī)殼與大地之間連接了一個(gè)人體電阻Zb。人體電阻變化范圍很大，一般地，人體的皮膚處于干燥潔凈和無(wú)破損情況時(shí)，人體電阻可高達(dá)40~100kΩ；人體處于出汗、潮濕狀態(tài)時(shí)，人體電阻降至1000Ω左右。但是，流經(jīng)人體的安全電流值，對(duì)于交流電流為15~20mA，對(duì)于直流電流為50mA。當(dāng)流經(jīng)人體的電流高達(dá)100mA時(shí)，就可能導(dǎo)致死亡發(fā)生。因此，我們國(guó)家規(guī)定的人體安全電壓為36V和12V。一般家用電器的安全電壓為36V，以保證觸電時(shí)流經(jīng)人體的電流值小于40mA。為了保證人體安全，應(yīng)該將機(jī)殼接地。這樣，當(dāng)人體觸及帶電機(jī)殼時(shí)，人體電阻與接地導(dǎo)線(xiàn)的阻抗并聯(lián)，人體電阻遠(yuǎn)大于接地導(dǎo)線(xiàn)的阻抗，大部分漏電電流經(jīng)接地導(dǎo)線(xiàn)旁路流入大地。通常規(guī)定接地電阻值為5~10Ω，所以，流經(jīng)人體的電流值將減小為原先的1/200~1/100。

安全接地設(shè)備安全接地安全接地8接零保護(hù)接地

用電設(shè)備通常采用220V(單相三線(xiàn)制)或者380V(二相四線(xiàn)制)電源提供電力，如圖2所示。設(shè)備的金屬外殼除了正常接地之外，還應(yīng)與電網(wǎng)零線(xiàn)相連接，稱(chēng)之為接零保護(hù)。安全接地圖2接零保護(hù)接零保護(hù)接地安全接地圖2接零保護(hù)9接零保護(hù)接地

當(dāng)用電設(shè)備外殼接地后，人體與機(jī)殼接觸時(shí)，人體與接地電阻并聯(lián)，因接地電阻遠(yuǎn)小于人體電阻，使漏電電流絕大部分從接地線(xiàn)中流過(guò)。但接地電阻與電網(wǎng)中性點(diǎn)接地的接觸電阻相比，在數(shù)量上相當(dāng)，故接地線(xiàn)上的電壓降幾乎為相電壓220V的一半，這一電壓超過(guò)了人體能夠承受的安全電壓，使接觸設(shè)備金屬外殼的人體上流過(guò)的電流超過(guò)安全限度，從而導(dǎo)致觸電危險(xiǎn)。接零保護(hù)：室內(nèi)交流配線(xiàn)采用如圖2(a)接法。圖中“火線(xiàn)”上接有保險(xiǎn)絲，負(fù)載電流經(jīng)“火線(xiàn)”至負(fù)載再經(jīng)“零線(xiàn)”返回，還有一根線(xiàn)是安全“地線(xiàn)”。該地線(xiàn)與設(shè)備機(jī)殼相連并與“零線(xiàn)”連接于一點(diǎn)。因而，地線(xiàn)上平時(shí)沒(méi)有電流，所以沒(méi)有電壓降，與之相連的機(jī)殼都是地電位。只有發(fā)生故障，即絕緣被擊穿時(shí)，安全地線(xiàn)上才會(huì)有電流。但該電流是瞬時(shí)的，因?yàn)楸ｋU(xiǎn)絲或電流斷路器在發(fā)生故障時(shí)會(huì)立即將電路切斷。

安全接地接零保護(hù)接地安全接地10防雷接地防雷接地是將建筑物等設(shè)施和用電設(shè)備的外殼與大地連接，將雷電電流引入大地，從而保護(hù)設(shè)施、設(shè)備和人身的安全，使之避免雷擊，同時(shí)消除雷擊電流竄入信號(hào)接地系統(tǒng)，以避免影響用電設(shè)備的正常工作。安全接地的有效性

安全接地的質(zhì)量好壞，關(guān)系到人身安全和設(shè)施安全，因此，必須檢驗(yàn)安全接地的有效性。接地的目的是為了使設(shè)備與大地有一條低阻抗的電流通路，因此，接地電阻的阻值越小越好。接地電阻與接地裝置、接地土壤狀況以及環(huán)境條件等因素有關(guān)。一般地，接地電阻應(yīng)小于10Ω。針對(duì)不同的接地目的，對(duì)接地電阻有不同的選擇。設(shè)備安全接地的接地電阻一般應(yīng)小于10Ω；1000V以上的電力線(xiàn)路要求小于0.5Ω的接地電阻；防雷接地一般要求接地電阻為10~25Ω；建筑物單獨(dú)裝設(shè)的避雷針的接地電阻要求小于25Ω。接地電阻屬于分布電阻。安全接地防雷接地安全接地11安全接地的有效性

通常，接地電阻由接地導(dǎo)線(xiàn)的電阻、接地體的電阻和大地的雜散電阻三部分組成,其中大地雜散電阻起主要作用。因此，接地電阻的大小不僅與接地體的大小、形狀、材料等特性有關(guān)，而且與接地體附近的土壤特性有很大關(guān)系。土壤的成分、土壤顆粒的大小和密度、地下水中是否含有被溶解的鹽類(lèi)等因素也影響接地電阻的阻值。除此之外，接地電阻還受環(huán)境條件的影響，天氣的潮濕程度、季節(jié)變化和溫度高低變化都影響接地電阻的阻值。因此，接地電阻的阻值并不是固定不變的，需要定期測(cè)定監(jiān)視。當(dāng)出現(xiàn)接地電阻阻值不符合接地要求時(shí)，可以采用保持水分、化學(xué)鹽化和化學(xué)凝膠三種方法來(lái)有效地降低土壤的電阻率，以減小接地電阻。

安全接地安全接地的有效性安全接地12安全接地的有效性

接地裝置也稱(chēng)為接地體，常見(jiàn)有接地樁、接地網(wǎng)和地下水管等。通常把接地體分類(lèi)為自然接地體和人工接地體兩大類(lèi)型。

埋設(shè)在地下的水管、輸送非燃性氣體和液體的金屬管道、建筑物埋設(shè)在地下或水泥中的金屬構(gòu)件、電纜的金屬外皮等屬于自然接地體。一般說(shuō)來(lái)，自然接地體與大地的接觸面積比較大，長(zhǎng)度也較大，因此其雜散電阻較小，往往比專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的接地體的性能更好。同時(shí)，自然接地體與用電設(shè)備在大多數(shù)情況下已經(jīng)連接成整體，大部分故障漏電電流能在接地體的開(kāi)始端向大地?cái)U(kuò)散，所以很安全。自然接地體還在地下縱橫交叉，從而降低接觸電壓及跨步電壓，所以1000V以下的系統(tǒng)，一般都采用自然接地體。安全接地安全接地的有效性安全接地13安全接地的有效性

對(duì)于大電流接地系統(tǒng)，要求接地電阻阻值較低。埋設(shè)于地下的自然接地體因其表面腐蝕等使其接地電阻難以降低，因此需要采用人工接地體。必須指出，在弱信號(hào)、敏感度高的測(cè)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、貴重精密儀器系統(tǒng)中不能濫用自然接地體。例如水管，一般地水管與建筑物的金屬構(gòu)件及大地并沒(méi)有良好的接觸，其接地電阻阻值比較大，因此不宜作為接地體。人工接地體是人工埋入地下的金屬導(dǎo)體，常見(jiàn)的形式有垂直埋入地下的鋼管、角鋼和水平放置的圓鋼、扁鋼，還有環(huán)形、圓板形和方板形的金屬導(dǎo)體。安全接地安全接地的有效性安全接地149.3 導(dǎo)體阻抗的頻率特性電磁兼容工程中，接地、搭接是抑制電磁干擾的有效措施。不論地線(xiàn)還是搭接條，它們的直流電阻、交流電阻和感抗的不同，反映了導(dǎo)體阻抗的頻率特性。在用電設(shè)備、系統(tǒng)數(shù)字化的信息時(shí)代，導(dǎo)線(xiàn)傳輸高頻電流產(chǎn)生電磁騷擾，可能形成電磁干擾，影響設(shè)備、系統(tǒng)的電磁兼容性。因此，分析導(dǎo)線(xiàn)阻抗的頻率特性，有益于設(shè)計(jì)、實(shí)施接地或搭接。直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述

導(dǎo)線(xiàn)的直流電阻為

式中：ρ為導(dǎo)體的電阻率(Ω/m)；l為導(dǎo)體的長(zhǎng)度(m)；S為導(dǎo)體橫截面面積(m2)。圓導(dǎo)線(xiàn)和扁平導(dǎo)體條的直流電阻分別為

(9-1)9.3 導(dǎo)體阻抗的頻率特性電磁兼容工程中，接地、搭接是抑制電15直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述

由于集膚效應(yīng)(SkinEffect)的影響，導(dǎo)體的高頻交流電阻將遠(yuǎn)大于直流電阻。圓導(dǎo)線(xiàn)的高頻(a>>δ)交流電阻為導(dǎo)體阻抗的頻率特性(9-2)(9-3)圖3接零保護(hù)(9-4)直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述導(dǎo)體阻抗的頻率特性(9-216直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述

式中， 為集膚深度(SkinDepth)。扁平導(dǎo)體條的高頻交流電阻為式中，K是寬度與厚度之比的函數(shù)。仔細(xì)分析式(9-5)和式(9-6)，不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)心單導(dǎo)體的直流電阻與交流電阻的關(guān)系可以廣義描述為上式表明，高頻交流電阻與工作頻率的平方根成正比。圖4表示半徑為0.6mm、長(zhǎng)為1m的銅導(dǎo)線(xiàn)的高頻交流電阻與直流電阻比對(duì)頻率的依賴(lài)關(guān)系。經(jīng)計(jì)算知，其直流電阻為15.25mΩ；頻率為1MHz時(shí)，高頻交流電阻為115.34Ω。導(dǎo)體阻抗的頻率特性(9-5)(9-6)直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述導(dǎo)體阻抗的頻率特性(9-517直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述

導(dǎo)體阻抗的頻率特性圖4相對(duì)電阻與頻率的關(guān)系直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述導(dǎo)體阻抗的頻率特性圖4相18導(dǎo)體電感

圓導(dǎo)線(xiàn)的直流內(nèi)電感和高頻交流內(nèi)電感分別為和圓導(dǎo)線(xiàn)的外電感(l>>a,δ<<a)為仍然以半徑為0.6mm，長(zhǎng)為1m，工作頻率為1MHz的銅導(dǎo)線(xiàn)為例，計(jì)算獲得其直流內(nèi)電感為50nH；高頻交流內(nèi)電感為11nH，對(duì)應(yīng)感抗為69.2mΩ；外電感為1.4mH,對(duì)應(yīng)感抗為8.94Ω。可見(jiàn)高頻外電感遠(yuǎn)大于內(nèi)電感，工程計(jì)算時(shí)可以忽略?xún)?nèi)電感。通常，外電感與導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度成正比。導(dǎo)體阻抗的頻率特性(9-7)(9-8)(9-9)導(dǎo)體電感導(dǎo)體阻抗的頻率特性(9-7)(9-8)(9-9)19導(dǎo)體電感

扁平導(dǎo)體條的外電感可以表示為仍然以半徑為依據(jù)式(9-10)繪制的曲線(xiàn)如圖5所示，可見(jiàn)，扁平導(dǎo)體條寬度增加，電感減少；厚度增加，電感也減少，寬度增加比厚度增加產(chǎn)生的電感減少量要大得多。

導(dǎo)體阻抗的頻率特性(9-10)圖5扁平導(dǎo)體條的寬度、厚度與電感導(dǎo)體電感導(dǎo)體阻抗的頻率特性(9-10)圖5扁平導(dǎo)體條的寬20導(dǎo)體電感

計(jì)算表明，工作頻率為1MHz的導(dǎo)體條的直流電阻為0.575Ω，電感為5.74μΗ，而感抗達(dá)36.1Ω，遠(yuǎn)大于其直流電阻。

導(dǎo)體條橫截面的幾何形狀也是影響其電感量大小的重要因素。圖6表明，橫截面相同的長(zhǎng)方形的電感比正方形的電感小，寬度與厚度的比值越大，電感越小。

導(dǎo)體阻抗的頻率特性圖6橫截面的幾何形狀與電感的關(guān)系導(dǎo)體電感導(dǎo)體阻抗的頻率特性圖6橫截面的幾何形狀與電感的關(guān)21搭接條的選擇

搭接條尺寸的選擇，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，其長(zhǎng)度與寬度比應(yīng)等于或小于5∶1。從基本概念考慮，應(yīng)盡可能降低搭接條的射頻阻抗，因此，必須盡量降低搭接條的電感。選擇搭接條的不同幾何尺寸，采用表達(dá)式(6-11)計(jì)算不同幾何尺寸搭接條的電感如圖7所示，可見(jiàn)要降低搭接條的電感，長(zhǎng)度與寬度比越小越好。

導(dǎo)體阻抗的頻率特性圖7搭接條長(zhǎng)度與寬度比對(duì)電感量的影響搭接條的選擇導(dǎo)體阻抗的頻率特性圖7搭接條長(zhǎng)度與寬度比對(duì)電22第九講接地的概念及導(dǎo)體阻抗的頻率特性龔建強(qiáng)西安電子科技大學(xué)2012年4月6號(hào)第九講接地的概念及導(dǎo)體阻抗的頻率特性龔建強(qiáng)239.1 接地及其分類(lèi)接地技術(shù)是任何電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)正常工作時(shí)必須采用的重要技術(shù)，它不僅是保護(hù)設(shè)施和人身安全的必要手段，也是抑制電磁干擾、保障設(shè)備或系統(tǒng)電磁兼容性、提高設(shè)備或系統(tǒng)可靠性的重要技術(shù)措施。地線(xiàn)是用電設(shè)備中各電路的公共導(dǎo)線(xiàn)，但任何導(dǎo)線(xiàn)都具有一定的阻抗，一般包括電阻和電抗，該公共阻抗使兩個(gè)截然不同的接地點(diǎn)很難得到等電位，因此公共阻抗使兩接地點(diǎn)間形成一定的電壓，產(chǎn)生接地干擾。恰當(dāng)?shù)慕拥胤绞娇梢詾楦蓴_信號(hào)提供低公共阻抗通路，從而抑制干擾信號(hào)對(duì)其他電子設(shè)備的干擾。探討接地干擾成因以及抑制接地干擾的技術(shù)是重點(diǎn)內(nèi)容。9.1 接地及其分類(lèi)接地技術(shù)是任何電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)正24接地的概念所謂“地”(Ground)，一般定義為電路或系統(tǒng)的零電位參考點(diǎn)，直流電壓的零電位點(diǎn)或者零電位面，它不一定為實(shí)際的大地(建筑地面)，可以是設(shè)備的外殼或其它金屬板或金屬線(xiàn)。

接地原意指與真正的大地(Earth)連接以提供雷擊放電的通路(例如，避雷針一端埋入大地)，后來(lái)成為為用電設(shè)備提供漏電保護(hù)(提供放電通路)的技術(shù)措施?，F(xiàn)在接地的含義已經(jīng)延伸，“接地”(Grounding)一般指為了使電路、設(shè)備或系統(tǒng)與“地”之間建立低阻抗通路，而將電路、設(shè)備或系統(tǒng)連接到一個(gè)作為參考電位點(diǎn)或參考電位面的良導(dǎo)體的技術(shù)行為，其中一點(diǎn)通常是系統(tǒng)的一個(gè)電氣或電子元(組)件，而另一點(diǎn)則是稱(chēng)之為“地”的參考點(diǎn)。例如，當(dāng)所說(shuō)的系統(tǒng)組件是設(shè)備中的一個(gè)電路時(shí)，則參考點(diǎn)就是設(shè)備的外殼或接地平面。接地及其分類(lèi)接地的概念接地及其分類(lèi)25接地的要求

(1)理想的接地應(yīng)使流經(jīng)地線(xiàn)的各個(gè)電路、設(shè)備的電流互不影響，即不使其形成地電流環(huán)路,避免使電路、設(shè)備受磁場(chǎng)和地電位差的影響。

(2)理想的接地導(dǎo)體(導(dǎo)線(xiàn)或?qū)щ娖矫?應(yīng)是零阻抗的實(shí)體，流過(guò)接地導(dǎo)體的任何電流都不應(yīng)該產(chǎn)生電壓降，即各接地點(diǎn)之間沒(méi)有電位差，或者說(shuō)各接地點(diǎn)間的電壓與電路中任何功能部分的電位比較均可忽略不計(jì)。

(3)接地平面應(yīng)是零電位，它作為系統(tǒng)中各電路任何位置所有電信號(hào)的公共電位參考點(diǎn)。(4)良好的接地平面與布線(xiàn)間將有大的分布電容，而接地平面本身的引線(xiàn)電感將很小。理論上，它必須能吸收所有信號(hào)，使設(shè)備穩(wěn)定地工作。接地平面應(yīng)采用低阻抗材料制成，并且有足夠的長(zhǎng)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。用于安裝固定式設(shè)備的接地平面,應(yīng)由整塊銅板或者銅網(wǎng)組成。接地及其分類(lèi)接地的要求接地及其分類(lèi)26接地的分類(lèi)

通常，電路、用電設(shè)備按其作用可分類(lèi)為安全接地(SafetyGrounds)和信號(hào)接地(SignalGrounds)。其中安全接地又有設(shè)備安全接地、接零保護(hù)接地和防雷接地，信號(hào)接地又分類(lèi)為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地和懸浮接地，見(jiàn)表1。

接地及其分類(lèi)表1接地的分類(lèi)接地的分類(lèi)接地及其分類(lèi)表1接地的分類(lèi)279.2 安全接地設(shè)備安全接地

設(shè)備安全接地是安全接地的一種。為了人、機(jī)安全，任何高壓電氣設(shè)備、電子設(shè)備的機(jī)殼、底座均需要安全接地，以避免高電壓直接接觸設(shè)備外殼，或者避免由于設(shè)備內(nèi)部絕緣損壞造成漏電打火使機(jī)殼帶電,否則，人體觸及機(jī)殼就會(huì)觸電。

一般用電設(shè)備在使用中，因絕緣老化、受潮等原因?qū)е聨щ妼?dǎo)線(xiàn)或者導(dǎo)電部件與機(jī)殼之間漏電，或者因設(shè)備超負(fù)荷引起嚴(yán)重發(fā)熱，導(dǎo)致燒損絕緣材料造成漏電，或者因環(huán)境氣體污染、灰塵沉積導(dǎo)致漏電和電弧擊穿打火。機(jī)殼通過(guò)雜散阻抗而帶電，或者因絕緣擊穿而帶電，如圖1所示。設(shè)U1為用電設(shè)備中電路的電壓，Z1為電路與機(jī)殼(Chassis)之間的雜散阻抗(StrayImpedances)，Z2為機(jī)殼與地之間的雜散阻抗，U2為機(jī)殼與地之間的電壓。機(jī)殼對(duì)地的電壓U2是由機(jī)殼對(duì)地的阻抗Z2分壓造成的。9.2 安全接地設(shè)備安全接地28設(shè)備安全接地

當(dāng)機(jī)殼與地絕緣(Z2→∞)，即Z2>>Z1時(shí)，則U2＝U1。如果U2足夠大(例如超過(guò)36V)時(shí)，人體觸及機(jī)殼就可能發(fā)生危險(xiǎn)。為了人身安全，機(jī)殼應(yīng)該接地，使Z2→0，從而使U2＝0。安全接地圖1設(shè)備機(jī)殼接地的作用設(shè)備安全接地安全接地圖1設(shè)備機(jī)殼接地的作用29設(shè)備安全接地

如果人體觸及機(jī)殼，相當(dāng)于機(jī)殼與大地之間連接了一個(gè)人體電阻Zb。人體電阻變化范圍很大，一般地，人體的皮膚處于干燥潔凈和無(wú)破損情況時(shí)，人體電阻可高達(dá)40~100kΩ；人體處于出汗、潮濕狀態(tài)時(shí)，人體電阻降至1000Ω左右。但是，流經(jīng)人體的安全電流值，對(duì)于交流電流為15~20mA，對(duì)于直流電流為50mA。當(dāng)流經(jīng)人體的電流高達(dá)100mA時(shí)，就可能導(dǎo)致死亡發(fā)生。因此，我們國(guó)家規(guī)定的人體安全電壓為36V和12V。一般家用電器的安全電壓為36V，以保證觸電時(shí)流經(jīng)人體的電流值小于40mA。為了保證人體安全，應(yīng)該將機(jī)殼接地。這樣，當(dāng)人體觸及帶電機(jī)殼時(shí)，人體電阻與接地導(dǎo)線(xiàn)的阻抗并聯(lián)，人體電阻遠(yuǎn)大于接地導(dǎo)線(xiàn)的阻抗，大部分漏電電流經(jīng)接地導(dǎo)線(xiàn)旁路流入大地。通常規(guī)定接地電阻值為5~10Ω，所以，流經(jīng)人體的電流值將減小為原先的1/200~1/100。

安全接地設(shè)備安全接地安全接地30接零保護(hù)接地

用電設(shè)備通常采用220V(單相三線(xiàn)制)或者380V(二相四線(xiàn)制)電源提供電力，如圖2所示。設(shè)備的金屬外殼除了正常接地之外，還應(yīng)與電網(wǎng)零線(xiàn)相連接，稱(chēng)之為接零保護(hù)。安全接地圖2接零保護(hù)接零保護(hù)接地安全接地圖2接零保護(hù)31接零保護(hù)接地

當(dāng)用電設(shè)備外殼接地后，人體與機(jī)殼接觸時(shí)，人體與接地電阻并聯(lián)，因接地電阻遠(yuǎn)小于人體電阻，使漏電電流絕大部分從接地線(xiàn)中流過(guò)。但接地電阻與電網(wǎng)中性點(diǎn)接地的接觸電阻相比，在數(shù)量上相當(dāng)，故接地線(xiàn)上的電壓降幾乎為相電壓220V的一半，這一電壓超過(guò)了人體能夠承受的安全電壓，使接觸設(shè)備金屬外殼的人體上流過(guò)的電流超過(guò)安全限度，從而導(dǎo)致觸電危險(xiǎn)。接零保護(hù)：室內(nèi)交流配線(xiàn)采用如圖2(a)接法。圖中“火線(xiàn)”上接有保險(xiǎn)絲，負(fù)載電流經(jīng)“火線(xiàn)”至負(fù)載再經(jīng)“零線(xiàn)”返回，還有一根線(xiàn)是安全“地線(xiàn)”。該地線(xiàn)與設(shè)備機(jī)殼相連并與“零線(xiàn)”連接于一點(diǎn)。因而，地線(xiàn)上平時(shí)沒(méi)有電流，所以沒(méi)有電壓降，與之相連的機(jī)殼都是地電位。只有發(fā)生故障，即絕緣被擊穿時(shí)，安全地線(xiàn)上才會(huì)有電流。但該電流是瞬時(shí)的，因?yàn)楸ｋU(xiǎn)絲或電流斷路器在發(fā)生故障時(shí)會(huì)立即將電路切斷。

安全接地接零保護(hù)接地安全接地32防雷接地防雷接地是將建筑物等設(shè)施和用電設(shè)備的外殼與大地連接，將雷電電流引入大地，從而保護(hù)設(shè)施、設(shè)備和人身的安全，使之避免雷擊，同時(shí)消除雷擊電流竄入信號(hào)接地系統(tǒng)，以避免影響用電設(shè)備的正常工作。安全接地的有效性

安全接地的質(zhì)量好壞，關(guān)系到人身安全和設(shè)施安全，因此，必須檢驗(yàn)安全接地的有效性。接地的目的是為了使設(shè)備與大地有一條低阻抗的電流通路，因此，接地電阻的阻值越小越好。接地電阻與接地裝置、接地土壤狀況以及環(huán)境條件等因素有關(guān)。一般地，接地電阻應(yīng)小于10Ω。針對(duì)不同的接地目的，對(duì)接地電阻有不同的選擇。設(shè)備安全接地的接地電阻一般應(yīng)小于10Ω；1000V以上的電力線(xiàn)路要求小于0.5Ω的接地電阻；防雷接地一般要求接地電阻為10~25Ω；建筑物單獨(dú)裝設(shè)的避雷針的接地電阻要求小于25Ω。接地電阻屬于分布電阻。安全接地防雷接地安全接地33安全接地的有效性

通常，接地電阻由接地導(dǎo)線(xiàn)的電阻、接地體的電阻和大地的雜散電阻三部分組成,其中大地雜散電阻起主要作用。因此，接地電阻的大小不僅與接地體的大小、形狀、材料等特性有關(guān)，而且與接地體附近的土壤特性有很大關(guān)系。土壤的成分、土壤顆粒的大小和密度、地下水中是否含有被溶解的鹽類(lèi)等因素也影響接地電阻的阻值。除此之外，接地電阻還受環(huán)境條件的影響，天氣的潮濕程度、季節(jié)變化和溫度高低變化都影響接地電阻的阻值。因此，接地電阻的阻值并不是固定不變的，需要定期測(cè)定監(jiān)視。當(dāng)出現(xiàn)接地電阻阻值不符合接地要求時(shí)，可以采用保持水分、化學(xué)鹽化和化學(xué)凝膠三種方法來(lái)有效地降低土壤的電阻率，以減小接地電阻。

安全接地安全接地的有效性安全接地34安全接地的有效性

接地裝置也稱(chēng)為接地體，常見(jiàn)有接地樁、接地網(wǎng)和地下水管等。通常把接地體分類(lèi)為自然接地體和人工接地體兩大類(lèi)型。

埋設(shè)在地下的水管、輸送非燃性氣體和液體的金屬管道、建筑物埋設(shè)在地下或水泥中的金屬構(gòu)件、電纜的金屬外皮等屬于自然接地體。一般說(shuō)來(lái)，自然接地體與大地的接觸面積比較大，長(zhǎng)度也較大，因此其雜散電阻較小，往往比專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的接地體的性能更好。同時(shí)，自然接地體與用電設(shè)備在大多數(shù)情況下已經(jīng)連接成整體，大部分故障漏電電流能在接地體的開(kāi)始端向大地?cái)U(kuò)散，所以很安全。自然接地體還在地下縱橫交叉，從而降低接觸電壓及跨步電壓，所以1000V以下的系統(tǒng)，一般都采用自然接地體。安全接地安全接地的有效性安全接地35安全接地的有效性

對(duì)于大電流接地系統(tǒng)，要求接地電阻阻值較低。埋設(shè)于地下的自然接地體因其表面腐蝕等使其接地電阻難以降低，因此需要采用人工接地體。必須指出，在弱信號(hào)、敏感度高的測(cè)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、貴重精密儀器系統(tǒng)中不能濫用自然接地體。例如水管，一般地水管與建筑物的金屬構(gòu)件及大地并沒(méi)有良好的接觸，其接地電阻阻值比較大，因此不宜作為接地體。人工接地體是人工埋入地下的金屬導(dǎo)體，常見(jiàn)的形式有垂直埋入地下的鋼管、角鋼和水平放置的圓鋼、扁鋼，還有環(huán)形、圓板形和方板形的金屬導(dǎo)體。安全接地安全接地的有效性安全接地369.3 導(dǎo)體阻抗的頻率特性電磁兼容工程中，接地、搭接是抑制電磁干擾的有效措施。不論地線(xiàn)還是搭接條，它們的直流電阻、交流電阻和感抗的不同，反映了導(dǎo)體阻抗的頻率特性。在用電設(shè)備、系統(tǒng)數(shù)字化的信息時(shí)代，導(dǎo)線(xiàn)傳輸高頻電流產(chǎn)生電磁騷擾，可能形成電磁干擾，影響設(shè)備、系統(tǒng)的電磁兼容性。因此，分析導(dǎo)線(xiàn)阻抗的頻率特性，有益于設(shè)計(jì)、實(shí)施接地或搭接。直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述

導(dǎo)線(xiàn)的直流電阻為

式中：ρ為導(dǎo)體的電阻率(Ω/m)；l為導(dǎo)體的長(zhǎng)度(m)；S為導(dǎo)體橫截面面積(m2)。圓導(dǎo)線(xiàn)和扁平導(dǎo)體條的直流電阻分別為

(9-1)9.3 導(dǎo)體阻抗的頻率特性電磁兼容工程中，接地、搭接是抑制電37直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述

由于集膚效應(yīng)(SkinEffect)的影響，導(dǎo)體的高頻交流電阻將遠(yuǎn)大于直流電阻。圓導(dǎo)線(xiàn)的高頻(a>>δ)交流電阻為導(dǎo)體阻抗的頻率特性(9-2)(9-3)圖3接零保護(hù)(9-4)直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述導(dǎo)體阻抗的頻率特性(9-238直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述

式中， 為集膚深度(SkinDepth)。扁平導(dǎo)體條的高頻交流電阻為式中，K是寬度與厚度之比的函數(shù)。仔細(xì)分析式(9-5)和式(9-6)