《電子裝備設(shè)計(jì)技術(shù)》課件第3章

第3章電子設(shè)備的接地、防雷與防靜電技術(shù)3.1電子設(shè)備的接地技術(shù)3.2電子設(shè)備的防雷技術(shù)3.3電子設(shè)備的靜電防護(hù)技術(shù)

3.1電子設(shè)備的接地技術(shù)

接地是電子設(shè)備和系統(tǒng)的重要組成部分，不僅直接影響著電子設(shè)備的質(zhì)量和正常運(yùn)行，還起到保護(hù)設(shè)備和人身安全的作用。

接地是電磁兼容性最重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，對(duì)于抑制傳導(dǎo)干擾具有明顯的效果，且具有經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)。3.1.1接地系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

電子設(shè)備的保護(hù)接地通常以大地的電位作為基準(zhǔn)，以大地作為零電位。電路接地是電路系統(tǒng)中某一電位基準(zhǔn)點(diǎn)，可以設(shè)該點(diǎn)電位為相對(duì)零電位，一般不是大地零電位。例如，電子電路往往以設(shè)備的金屬底座、機(jī)架、機(jī)箱等作為零電位或稱“地”電位，它們有時(shí)不一定和大地相連接，此時(shí)設(shè)備內(nèi)部的“地”電位不一定與大地電位相同。但是為了防止雷擊和電位差對(duì)設(shè)備及操作人員造成危險(xiǎn)，通常應(yīng)將設(shè)備的機(jī)架、機(jī)箱等金屬結(jié)構(gòu)與大地相連接。

1.電子設(shè)備接地的目的

線路接地是為了泄放電荷或建立電路基準(zhǔn)電平而設(shè)置的導(dǎo)線連接。在電子設(shè)備中，接地是抑制電磁噪聲和防止干擾的重要方法，金屬結(jié)構(gòu)體的接地也是屏蔽和安全性的設(shè)計(jì)內(nèi)容，這些都對(duì)電子設(shè)備的電磁兼容性起著重要的作用。電子設(shè)備或系統(tǒng)接地的目的主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）提高電子設(shè)備電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，有利于抑制干擾。

電子設(shè)備的地與大地連接，可以提高電子設(shè)備、電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

電子設(shè)備若不與大地連接，它相對(duì)于大地將呈現(xiàn)一定的電位，該電位會(huì)在外界干擾場(chǎng)的作用下變化，從而導(dǎo)致電路系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，如果將電子設(shè)備的地與大地相連接，使它處于真正的零電位，就能有效地抑制干擾。（2）接地可以泄放機(jī)箱上積累的電荷，避免電荷積累造成的干擾。

通過接地可以泄放由于靜電感應(yīng)在機(jī)箱和線路上積累的電荷，避免電荷積累形成的高壓導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部放電而造成的干擾和設(shè)備的損壞。電子設(shè)備機(jī)殼接地，能實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽和電磁屏蔽的目的。

（3）接地可以為電子設(shè)備和操作人員提供安全保障。

2.接地系統(tǒng)的組成

電子設(shè)備或系統(tǒng)的接地包括電路接地、保護(hù)接地、防雷接地等。

接地是電子設(shè)備中電路的組成部分，電子設(shè)備中各類電路均有電位基準(zhǔn)，理想的接地系統(tǒng)中各部分的電位基準(zhǔn)都應(yīng)保持零電位。設(shè)備內(nèi)所有的基準(zhǔn)電位點(diǎn)連接在一起，構(gòu)成設(shè)備內(nèi)部的地線。

電子設(shè)備中電路的地線除了提供基準(zhǔn)電位以外，在某一局部還可能作為各級(jí)電路之間信號(hào)傳輸?shù)姆祷赝泛透骷?jí)電路的供電通路。在電子設(shè)備中，部件或裝置內(nèi)的地線兼作信號(hào)傳輸?shù)幕亓骶€（包括印制板）；系統(tǒng)、分系統(tǒng)及設(shè)備間的地線僅提供電位基準(zhǔn)電平，地線上不流通工作電流，其間的信號(hào)傳輸一律采用雙線或雙絞線。

電子設(shè)備的接地系統(tǒng)由地、接地體（或稱接地電極）、接地引入線、地線盤（或稱接地匯接排）、接地配線組成。其中地是指大地，具有導(dǎo)電的特性和無限大的容電量；接地體是使電流入地?cái)U(kuò)散而與地成電氣接觸的金屬部件；接地引入線是接地電極連接到地線盤的導(dǎo)線；地線盤是專供接地引入線匯接連接的小型配電板或母線匯接排；接地配線是必須接地的各部分連接到地線盤或地線匯流排上去的導(dǎo)線。根據(jù)電子設(shè)備的使用場(chǎng)合不同，對(duì)接地的要求也不相同。陸用電子設(shè)備以大地（地球）作為“地”；水上用電子設(shè)備以艦船殼體作為“地”；飛行器上的電子設(shè)備以飛行器殼體作為“地”；懸浮地是以設(shè)備本身某一假定點(diǎn)作為“地”。

3.接地方法和裝置

根據(jù)設(shè)備的使用環(huán)境和要求不同，接地連接方法和接地裝置也不同。通常接地連接通過埋入地下的板、棒、管、線等導(dǎo)電體實(shí)現(xiàn)。

（1）埋設(shè)銅板。這種方法中通常用銅板或扁銅條圍成框埋入地下，用多股銅線引出地面連接電子設(shè)備的地線。

（2）打入地樁。用包銅或電鍍鋼棒（鋼管）打入地下2m作為接地地樁，可用多根地樁并聯(lián)熔焊，并加入降阻劑，以減小接地電阻。（3）鉆孔法。用鉆機(jī)直接在地下打孔，深度為5～20m，孔徑大約是6cm，埋入長度相當(dāng)?shù)慕拥匕簟?/p>

（4）埋設(shè)導(dǎo)線。在地面挖一定深度（0.6～1m）和長度（幾十米）的溝，在溝內(nèi)埋入銅導(dǎo)線，并在導(dǎo)線周圍加降阻劑。

（5）地下管道。城市中地下自來水管可作為簡(jiǎn)單方便的接地裝置，但需以接地樁為主。通常很少使用。

4.電子設(shè)備的接地方式

在電子設(shè)備中有三種基本的接地方式：懸浮地、單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。為了獲得較好的接地效果，可以將三種接地方式混合使用。

1）懸浮地

懸浮地是指電子設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與殼體構(gòu)件的接大地系統(tǒng)相互絕緣，這樣構(gòu)成接地系統(tǒng)上的電磁干擾就不會(huì)傳導(dǎo)到設(shè)備上。另一種情況是在有些電子設(shè)備中，為了防止機(jī)箱上的干擾電流直接耦合到信號(hào)電路，有意使電路單元的信號(hào)地線與設(shè)備機(jī)箱絕緣，這種方式屬于電路單元的懸浮地。懸浮地的設(shè)備容易出現(xiàn)靜電積累，當(dāng)電荷達(dá)到一定程度后，會(huì)產(chǎn)生靜電放電。在雷電環(huán)境下，靜電感應(yīng)產(chǎn)生的高壓會(huì)在設(shè)備機(jī)箱與內(nèi)部其他部件間產(chǎn)生飛弧，甚至使操作人員遭到電擊。另外，由于電子設(shè)備采用一般的電網(wǎng)供電，而電廠電網(wǎng)是以大地為接地基準(zhǔn)的，當(dāng)電網(wǎng)相線與浮地的機(jī)箱短路時(shí)，則可能有引起觸電的危險(xiǎn)，所以懸浮地這種接地方式不宜用于通信系統(tǒng)。為了消除靜電放電和飛弧，特殊需要懸浮地的局部電路，其絕緣電阻應(yīng)控制在100kΩ～100MΩ范圍內(nèi)，要求用絕緣支承架進(jìn)行防潮處理，以保證絕緣電阻的穩(wěn)定性；電源變壓器的絕緣也應(yīng)慎重考慮，一般初級(jí)和次級(jí)不纏繞在同一線包內(nèi)。懸浮地的設(shè)備也容易受空間耦合（包括分布參數(shù)）的電磁干擾，因此敏感設(shè)備的懸浮地一般都應(yīng)進(jìn)行電磁屏蔽。

2）單點(diǎn)接地

將整個(gè)電路系統(tǒng)中某一結(jié)構(gòu)點(diǎn)作為接地基準(zhǔn)點(diǎn)，其他各單元的信號(hào)地都連接到這一點(diǎn)上，連接方式包括串聯(lián)式單點(diǎn)接地和并聯(lián)式單點(diǎn)接地。

串聯(lián)式單點(diǎn)接地因各單元共用一條線，易引起公共地阻抗干擾。并聯(lián)式單點(diǎn)接地的每個(gè)設(shè)備都有單獨(dú)的地線連接到一個(gè)接地點(diǎn)，在低頻時(shí)能有效地避免各單元間的地阻抗干擾。但在高頻時(shí)，相鄰地線間的耦合（電感性和電容性）增強(qiáng)，易造成各單元間的相互干擾,而且這種并聯(lián)式接地的地線總數(shù)大大增加，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備重量和體積增大,成本提高。

3）多點(diǎn)接地

多點(diǎn)接地是指設(shè)備或系統(tǒng)中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上，使接地引線的長度最短。接地平面可以是設(shè)備的底板，也可以是電子設(shè)備的運(yùn)載體。

多點(diǎn)接地和串聯(lián)單點(diǎn)接地的區(qū)別是：串聯(lián)式單點(diǎn)接地的公共引線是母線，而多點(diǎn)接地的公共引線是接地平面。

4）混合接地

為了抑制地線干擾，從工程實(shí)際的結(jié)構(gòu)布局和降低高頻輻射角度考慮，常常采用混合接地，包括兩種混合法，即串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地混合，單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地混合。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地的混合使用方法是采用編組方法，即根據(jù)設(shè)備的功率和運(yùn)行電平進(jìn)行編組。把低功率和敏感設(shè)備編為一組，一般電子設(shè)備編為一組，高功率大電流、高電壓以及有較大干擾電平的設(shè)備（例如電動(dòng)機(jī)）編為一組，各組內(nèi)實(shí)施串聯(lián)單點(diǎn)接地，各組間實(shí)施并聯(lián)單點(diǎn)接地，并且考慮到有較多接口連接的設(shè)備編在同組內(nèi)。同組內(nèi)各設(shè)備的公共接地點(diǎn)應(yīng)靠近低功率設(shè)備端，使低功率設(shè)備接地端有更小的接地干擾電壓。懸浮地主要用于特殊場(chǎng)合，多點(diǎn)接地容易產(chǎn)生復(fù)雜的或者過多的地環(huán)路，容易產(chǎn)生地線干擾。在高頻情況下，多點(diǎn)接地線長度較短、高頻輻射減少，在高于30MHz的線路中常用多點(diǎn)接地。單點(diǎn)接地使地環(huán)路簡(jiǎn)化，減小了地線干擾，在地線中總有一定的雜散電流，由于地線有較小的阻抗，造成地線上雜散干擾電壓降處處不相同，因此串聯(lián)式單點(diǎn)接地會(huì)有更多雜散干擾。工程實(shí)施常常采用混合接地。3.1.2克服地線干擾的主要方法

1.地線干擾分析

理想地線是一個(gè)零阻抗、零電位的物理實(shí)體，但在具體電子設(shè)備內(nèi)部，任何地線都既有電阻又有電抗，當(dāng)有電流通過時(shí)，地線上必然產(chǎn)生壓降；同時(shí)地線還可能與其他線路形成環(huán)路，在地線中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，兩者都可能使電路單元產(chǎn)生干擾。

因此，地線干擾的分類包括地阻抗干擾和地環(huán)路干擾。在電磁干擾的分析中，可把傳導(dǎo)途徑分為電阻傳輸、電感傳輸和電容傳輸。傳導(dǎo)干擾的傳輸，通常在干擾源和接受器之間要求有完整的電路連接，可包括導(dǎo)線、供電電源、公共阻抗、設(shè)備機(jī)架、金屬支架、接地平面、互感或電容等。

地線引起的干擾是很復(fù)雜的，為了分析方便，可將干擾（包括地線干擾）分成兩個(gè)分量，即兩根導(dǎo)線間所產(chǎn)生的線間分量，以及與大地間所產(chǎn)生的對(duì)地分量，從而對(duì)導(dǎo)線上的傳輸特性進(jìn)行探討。兩者之間傳輸回路的阻抗特性不同，線間電壓和兩導(dǎo)線間負(fù)載所構(gòu)成的回路屬于線間回路；每根導(dǎo)線對(duì)地電壓以及對(duì)地阻抗所構(gòu)成的回路屬于對(duì)地回路。

對(duì)地電壓是指共模干擾電壓與大地電位差之和，線間電壓則是傳輸信號(hào)與差模干擾電壓之和。綜上分析可得：共模干擾出現(xiàn)在信號(hào)線上，使兩條信號(hào)線同時(shí)受到同向變化的干擾，如果不考慮大地電壓差，共模干擾就是線地間的干擾。差模干擾是通過磁場(chǎng)耦合到信號(hào)線中，并與信號(hào)電壓串聯(lián)的干擾，差模干擾實(shí)際上就是線間干擾。

不同的干擾電壓對(duì)電子設(shè)備的影響不同，差模干擾電壓與傳輸信號(hào)電壓是串聯(lián)的，對(duì)電子設(shè)備的影響是直接的。共模干擾電壓不是串聯(lián)在信號(hào)電壓上，對(duì)電子設(shè)備的影響是間接的，這與電路布線及輸入、輸出負(fù)載的對(duì)稱要求有關(guān)。地線上的共模干擾比較特殊，一般指電子設(shè)備的接地端子上對(duì)地雜散電流所產(chǎn)生的壓降，以及接地平面上不同接地點(diǎn)之間的電位差，它也是串聯(lián)在信號(hào)回路中，對(duì)較小的設(shè)備而言，可忽略不計(jì)，但對(duì)配置較遠(yuǎn)的兩個(gè)電子設(shè)備，因?yàn)榻拥仄矫孑^大或大地電解質(zhì)不同而造成的接地樁電勢(shì)差異，對(duì)電子設(shè)備的干擾就必須考慮，并采取相應(yīng)的措施加以抑制。對(duì)地雜散電流所產(chǎn)生的壓降干擾轉(zhuǎn)換系數(shù)與地線的對(duì)稱性和雜散電流的差異有關(guān)，干擾轉(zhuǎn)換系數(shù)變化較大，但均小于1?，F(xiàn)在有些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有了地線注入電流測(cè)試項(xiàng)目，其目的就是檢查地線系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.克服差模干擾的有效方法

電子設(shè)備中的地線分布以及設(shè)備內(nèi)部的各級(jí)電路單元都難免與其他線路構(gòu)成環(huán)路，如在不對(duì)稱信號(hào)傳輸電路中，地線與信號(hào)線可構(gòu)成環(huán)路；地線本身也可能構(gòu)成地環(huán)路。當(dāng)某一交變磁場(chǎng)與這些環(huán)路交鏈時(shí)，環(huán)路中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)就是差模干擾。

地環(huán)路中的感應(yīng)電勢(shì)與傳輸信號(hào)電壓串聯(lián)或者耦合，輸送到下一級(jí)電路的輸入端，從而構(gòu)成干擾。要減小地環(huán)路干擾，就要減小地環(huán)路面積，最好在線路布局時(shí)避免構(gòu)成地環(huán)路。切斷地環(huán)路最有效的方法是實(shí)施單點(diǎn)接地。從電磁兼容設(shè)計(jì)技術(shù)考慮，實(shí)施單點(diǎn)接地是重要的技術(shù)措施。

3.克服共模干擾的主要方法

1）減小接地電阻

從接地極的組成分析，接地電阻是由以下三個(gè)因素構(gòu)成的:接地極本身和接地導(dǎo)線的電阻；接地極表面同相接土壤之間的接觸電阻；接地極流出的電流，其擴(kuò)散過程的電阻。其中接地極本身的電阻實(shí)際就是導(dǎo)體電阻，與其他兩個(gè)因素相比，其阻值非常低，因此一般情況下可忽略不計(jì)，當(dāng)瞬時(shí)大電流通過時(shí)，若導(dǎo)體過細(xì)，電流容量不夠，可能引起導(dǎo)線熔斷，結(jié)果反而呈現(xiàn)高阻值現(xiàn)象。接地極表面的接觸電阻，其機(jī)理較復(fù)雜，只能對(duì)有關(guān)重要問題加以定性說明。接地極和土壤之間是面接觸，但實(shí)際上是凹凸的接地極表面和土壤顆粒之間點(diǎn)接觸的集合，兩者之間除有電阻外，還存在著靜電電容，而且電阻中又存在著異種物質(zhì)之間的接觸，因此它也具有非線性。其中影響接觸電阻的最大因素，是土壤顆粒受壓力情況，在剛埋設(shè)的接地極周圍，土壤處于松軟狀態(tài)，致使接地極的整個(gè)表面不能和土壤均勻接觸，因此形成較大的接地電阻。隨著時(shí)間的推移，通過雨水和地下水的滲透，震動(dòng)以及踩實(shí)等過程，接地狀態(tài)逐漸改變，土的壓力趨于均勻。如果不進(jìn)行壓實(shí)處理，接地電阻是隨施工后的時(shí)間而變化的，一般大約需要三個(gè)月，有時(shí)甚至需要六個(gè)月以上才可基本達(dá)到穩(wěn)定值。此外，接地極的表面導(dǎo)電是通過固體和流體介質(zhì)進(jìn)行的，如存在容易被電離的土壤顆粒，則易產(chǎn)生電離移動(dòng)，若接地極和土壤之間的離子交換激烈，接地極受電腐蝕的現(xiàn)象也嚴(yán)重，結(jié)果使接地極的表面形狀不斷地產(chǎn)生變化，也將影響接地電阻。

在可能的條件下，接地電阻越小越好，但這將引起成本的提高，因此既要考慮實(shí)際效果，又要考慮經(jīng)濟(jì)性。近年傾向于采取更合理的接地線布設(shè)方法，而不追求過小的接地電阻。

2）減小地線分布電感

地線的自感與材料的相對(duì)磁導(dǎo)率有關(guān)，選用鐵質(zhì)材料會(huì)使接地線的自感大大增加，通常選用的是銅質(zhì)材料。同時(shí)地線的幾何形狀也會(huì)影響自感，工程實(shí)際中大多數(shù)都是采用矩形截面導(dǎo)體，即寬銅帶或?qū)掋~片。扁矩形截面地線的自感比同一截面積的圓導(dǎo)線的自感要小。

3）減小電子設(shè)備對(duì)地的分布電容

減小分布電容可以減小地線干擾。要減小電子設(shè)備對(duì)地的分布電容，就要增加電子設(shè)備對(duì)地的距離。3.1.3接地電位差干擾的抑制方法

接地平面上兩接地點(diǎn)之間存在電位差，它串聯(lián)在信號(hào)回路中，將對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。接地平面電位差產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，主要有兩種：一種是接地樁插入土壤，不同地點(diǎn)的土壤構(gòu)成不同，它所產(chǎn)生的電解電位不一樣，或者不同金屬搭接時(shí)，因化學(xué)電動(dòng)勢(shì)不同而產(chǎn)生電位差，這種電位差多數(shù)是直流的，由于它的存在，將對(duì)信號(hào)傳輸電平產(chǎn)生干擾；另一種電位差發(fā)生在運(yùn)載體上，由于電磁感應(yīng)等交流信號(hào)作用，飛機(jī)殼體、艦船甲板上各接地點(diǎn)電位不等，通過接地引入了接地干擾，這種電位差是交流信號(hào)干擾。在接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取有效措施加以抑制，主要包括以下幾種方法：（1）設(shè)置專用低阻抗接地系統(tǒng)。

在某些艦船上設(shè)置計(jì)算機(jī)接地系統(tǒng)主電纜和分電纜，主電纜截面積達(dá)上百平方毫米，分電纜也應(yīng)在25mm2左右。接地系統(tǒng)與艦船僅單點(diǎn)接地，電纜其余部分與艦船絕緣。接地點(diǎn)在設(shè)備布局的中心或靠近主計(jì)算機(jī)布設(shè)。陸地上布設(shè)計(jì)算機(jī)設(shè)備，在幾十米距離范圍內(nèi)也可設(shè)置專用接地系統(tǒng)，并實(shí)施單點(diǎn)接地。（2）應(yīng)用隔離變壓器。

兩個(gè)電路之間可采用隔離變壓器阻隔地環(huán)路。

變壓器只能傳輸交流信號(hào)，不能用于直流信號(hào)的傳輸，它對(duì)地線中的低頻干擾具有較好的抑制能力。此外，由于電路單元間傳輸?shù)男盘?hào)電流只在變壓器繞組連線中流過，不流經(jīng)地線，因此也可避免對(duì)其他電路的干擾。（3）光耦合隔離。

切斷兩個(gè)電路單元間地環(huán)路的有效方法之一是在兩電路之間采用光耦合器，當(dāng)信號(hào)電流通過發(fā)光二極管后，發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)弱隨通過的電流而變化，這樣就將信號(hào)電流變成強(qiáng)弱不同的光信號(hào)。再由光電三極管將強(qiáng)弱不同的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電流，從而實(shí)現(xiàn)了電路間的信號(hào)傳輸。通常將發(fā)光二極管和光電三極管封裝在一起，構(gòu)成一個(gè)光耦合器，這種光耦合器可將兩電路間的地環(huán)路完全隔斷，有效地抑制地線干擾。

由于光耦合器電流與發(fā)光強(qiáng)度的線性關(guān)系較差，傳輸模擬信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的失真，因此應(yīng)用受到了限制。但它對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸非常適用，如在固態(tài)繼電器中隔離控制信號(hào)的干擾。所以，光耦合器一般用于數(shù)字電路隔離，模擬量隔離效果也較好，但成本較高。（4）用光纖電纜傳輸信號(hào)。

光纜是一種性能優(yōu)越的新型信號(hào)傳輸器材，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，用光纜傳輸信號(hào)可以成功地用于電子設(shè)備中。用光纜代替電子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備間的普通連接線（信號(hào)線纜），可完全避免連接線外部的電磁干擾和電磁脈沖的影響，同時(shí)可提供良好的電氣隔離，并能保證傳輸數(shù)據(jù)的保密和安全。3.1.4安全接地

電子設(shè)備的安全性設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其中安全接地設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1.電子設(shè)備設(shè)置安全地線的作用

（1）絕緣破壞時(shí)，能起保護(hù)作用。

在交流電網(wǎng)供電的電子設(shè)備中，如果機(jī)箱不接大地，一旦電源與設(shè)備機(jī)箱間的絕緣被破壞，或電源變壓器的初級(jí)繞組與鐵芯間的絕緣被擊穿，設(shè)備的機(jī)箱就會(huì)帶有電網(wǎng)電壓，操作人員碰上機(jī)箱可能發(fā)生人身事故。

（2）防止設(shè)備感應(yīng)帶電而造成電擊。

（3）防止雷擊事故。電子設(shè)備受雷擊可分兩種情況，即直接雷擊和感應(yīng)雷擊。電子設(shè)備遭到直接雷擊時(shí)，由于雷電的放電電流極大，可在一瞬間將電子設(shè)備或其他設(shè)備完全燒毀。防止直接雷擊的辦法是采用避雷針，避雷針應(yīng)具有良好的接地裝置，當(dāng)雷云接近電子設(shè)備時(shí)，只要避雷針的尖端電場(chǎng)達(dá)到一定程度，雷云就經(jīng)避雷針對(duì)地放電。

若電子設(shè)備為懸浮的不接地系統(tǒng)，雷云接近設(shè)備上空時(shí)可以在設(shè)備中感應(yīng)產(chǎn)生大量電荷。當(dāng)雷云通過其他物體放電后，在電子設(shè)備上感應(yīng)的電荷可能對(duì)地或?qū)ζ渌O(shè)備形成放電，這將導(dǎo)致電子設(shè)備出現(xiàn)故障或損壞。設(shè)備接地可避免這種感應(yīng)雷擊，接地后，電子設(shè)備機(jī)箱上感應(yīng)的電荷將隨之流入大地，不會(huì)因電荷大量積聚而產(chǎn)生高壓。

2.安全電流和安全電壓

電子設(shè)備的機(jī)箱帶有上述電壓后，對(duì)操作和維修人員將構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。一般人體能感覺到刺激的電流值大約是1mA。當(dāng)人體通過5～20mA時(shí)，肌肉就產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，使人體不能自離電線。通過人體的電流達(dá)數(shù)十毫安以上時(shí)，將使心肌喪失擴(kuò)張和收縮能力，直至死亡。人體對(duì)通過電流的反應(yīng)不但隨性別而異，而且與電流頻率也有關(guān)系。

當(dāng)設(shè)備機(jī)箱或按鍵上的電壓超過規(guī)定的電壓后，就有觸電的危險(xiǎn)。為了保證操作和維修人員的安全，應(yīng)將設(shè)備的機(jī)箱或底座等金屬件與大地連接。如果機(jī)箱已接大地，在電源線和變壓器等絕緣一旦被擊穿時(shí)，電源線中通過的大電流首先將保險(xiǎn)絲過荷熔斷或使斷路器跳閘，進(jìn)而使設(shè)備和機(jī)箱與電網(wǎng)脫離。3.1.5接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

在接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，強(qiáng)電專業(yè)和弱電專業(yè)存在很大差異，跨專業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)協(xié)調(diào)十分困難，強(qiáng)電更強(qiáng)調(diào)安全性，弱電注重于系統(tǒng)抗干擾能力。為了協(xié)調(diào)跨專業(yè)不同的技術(shù)要求，既要考慮采用接地系統(tǒng)及隔離技術(shù)，又要考慮電子設(shè)備接地系統(tǒng)抑制干擾的能力，要處理好兩者的關(guān)系。電子設(shè)備接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)還需考慮兩個(gè)問題。

（1）地線上不應(yīng)流通工作電流。

若將地線作為回流線使用，就會(huì)使地線上電平處處不相等，從而對(duì)電路產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)時(shí)要求地線和回流線分開，地線上不流通工作電流，但地線上存在雜散電流。為了避免雜散電流壓降對(duì)電路的影響，地線的截面積都應(yīng)比回流線截面積大，這些在系統(tǒng)地線設(shè)計(jì)時(shí)必須加以考慮。

為簡(jiǎn)化線路，印制板上和部件之間連接導(dǎo)線長度都比較短，因此在印制板上和部件上地線和回流線是合并的，此時(shí)回流線某一點(diǎn)要求接地，回流線也是地線。除此之外，各分系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的地線應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，不當(dāng)作回流線使用。（2）機(jī)殼不流通工作電流，不允許機(jī)殼作為電路組成部分。

機(jī)殼一般是良導(dǎo)體，但機(jī)殼活動(dòng)連接處是不可靠接地，傳導(dǎo)電流時(shí)往往在連接處產(chǎn)生壓降，這是電路不允許的。另外，機(jī)殼傳導(dǎo)電流，使機(jī)殼上處處不等電位，很容易將電位差引入電路，造成干擾。為了避免機(jī)殼對(duì)電路的影響，機(jī)殼既不應(yīng)作為電路組成部分，又不能作為地線使用，一般地線在機(jī)殼內(nèi)布線時(shí)，只允許一點(diǎn)與機(jī)殼相連，特殊要求的電路與機(jī)殼是絕緣的。機(jī)殼接地僅作為安全接地，泄放靜電感應(yīng)電荷。

2.接地線截面積選擇

分系統(tǒng)和系統(tǒng)的地線不流通工作電流，但在工程實(shí)施過程中，接地線截面積遠(yuǎn)大于機(jī)內(nèi)其他連線，主要原因如下：

（1）地線作為安全保證措施，當(dāng)設(shè)備某一元器件或部件損壞造成短路時(shí)，地線上應(yīng)有足夠小的短路壓降，這要求地線截面積足夠大。

（2）如果設(shè)計(jì)考慮不周，誤把分系統(tǒng)和系統(tǒng)地線作為電路回流線使用，盡管這是不允許的，但一旦出現(xiàn)差錯(cuò)，從安全考慮，地線應(yīng)該能承受回流線電流。（3）雜散電流的傳導(dǎo)。例如一般同軸電纜，在傳輸很低頻率的信號(hào)時(shí)，其屏蔽層不是回流線，地線是作為主要回流線使用的，這些雜散電流一般都較小，但由于雜散電流的壓降容易引起傳導(dǎo)干擾，設(shè)計(jì)時(shí)選取較大截面積的地線是很必要的。

3.復(fù)雜電子設(shè)備的接地

復(fù)雜電子設(shè)備中往往包含有多種電子線路和各種電機(jī)、電氣部件，這時(shí)地線應(yīng)分組敷設(shè)，一般分為信號(hào)地線（高電平和低電平）、噪聲地線和金屬件地線（安全地）等，通常稱之為“四套接地法”或“三套接地法”。

電子設(shè)備按其電路的電氣特性分別鋪設(shè)地線，是解決地線干擾問題行之有效的方法。大型復(fù)雜電子設(shè)備地線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可按下述步驟進(jìn)行：（1）分析設(shè)備內(nèi)各類電子、電氣部分器件的干擾特性。

（2）分析設(shè)備內(nèi)包含的各電路單元的工作電平、信號(hào)種類（模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)）和抗干擾能力。

（3）根據(jù)電子和電氣干擾特性和電路特性進(jìn)行地線組的分類劃分。

（4）分類排出地線系統(tǒng)圖，并考慮在電子機(jī)柜內(nèi)的布局。

每個(gè)機(jī)箱與機(jī)架之間僅有一點(diǎn)相連接，整個(gè)設(shè)備內(nèi)各類地線匯集于一點(diǎn)接地。

4.供電接地、電子設(shè)備接地、避雷接地的相互關(guān)系

為防止電子設(shè)備機(jī)箱帶電或免遭感應(yīng)雷擊，在進(jìn)行電子設(shè)備機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須在機(jī)箱上設(shè)置接地端子，并用地線與接地樁連接。機(jī)箱機(jī)殼一般都與電子設(shè)備地線連接，供電配電箱都應(yīng)接地，并與供電系統(tǒng)的中線連接。中線接地稱做供電系統(tǒng)的零線，零線接地與電子設(shè)備接地有很大差別，其中由于三相不對(duì)稱，中線有較大電流時(shí)出現(xiàn)零線電壓，一般都有3V左右，嚴(yán)重時(shí)可超過10V，零線電壓對(duì)地線可能造成較大干擾。如果這些干擾危及設(shè)備正常工作，配電盤可按電工技術(shù)要求裝配，但配電盤上的零線應(yīng)實(shí)現(xiàn)單獨(dú)接地。在一些干擾不敏感場(chǎng)合，設(shè)備供電系統(tǒng)接地可與電子設(shè)備接地合并，但這種連接點(diǎn)又有一定規(guī)定：供電系統(tǒng)接地與設(shè)備接地點(diǎn)連接僅為一點(diǎn)，不是安全性設(shè)計(jì)的多點(diǎn)重復(fù)接地；接地連接點(diǎn)的選擇應(yīng)靠近電子設(shè)備或系統(tǒng)中心。

避雷接地應(yīng)按雷電種類不同分別考慮，由于感應(yīng)雷電流較?。?0～50kA），能量不大，防感應(yīng)雷的避雷器都通過機(jī)殼接地，而采用避雷針防直擊雷，雷電流可達(dá)100～200kA，因此避雷針的接地就十分重要。對(duì)于有些一般性民用設(shè)施，避雷針接地與供電系統(tǒng)接地合并，極端的例子是避雷針、供電系統(tǒng)、電子設(shè)備使用公共接地點(diǎn)。而對(duì)一些敏感的電子設(shè)備，為了避免受雷擊時(shí)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的影響，避雷針接地應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，并且避雷接地樁離電子設(shè)備接地樁的距離應(yīng)大于20m，這主要是防止在電子設(shè)備上出現(xiàn)雷電反擊現(xiàn)象。3.1.6搭接

搭接是將設(shè)備、組件、元件的金屬外殼或構(gòu)架用機(jī)械手段連接在一起，形成一個(gè)電氣上連續(xù)的整體。這樣可以避免在不同金屬外殼或構(gòu)架之間出現(xiàn)電位差，這些電位差往往是產(chǎn)生電磁干擾的原因之一。

搭接可用于各設(shè)備的金屬機(jī)箱之間、設(shè)備的機(jī)箱到接地平面、信號(hào)回線到地線、電纜屏蔽層到地線之間，也可用于接地平面與連接大地的地網(wǎng)或地樁之間，以及屏蔽體與大地之間。

搭接是電子設(shè)備在雷電防護(hù)、靜電泄放、人員安全保護(hù)等方面必不可少的措施。

1.搭接的類型

搭接包括直接搭接與間接搭接兩種基本類型。

直接搭接無需用中間過渡導(dǎo)體，直接將兩個(gè)需要搭接的金屬構(gòu)件連接在一起。搭接方法可以利用螺釘緊固裝置，將經(jīng)過加工的表面或帶有導(dǎo)電襯墊的表面進(jìn)行固定，也可利用鉚接、熔焊、釬焊等工藝將搭接對(duì)象連接。間接搭接是借助中間過渡導(dǎo)體（搭接條或搭接片）將兩金屬構(gòu)件進(jìn)行電氣上的連接，其性能不如直接搭接好。搭接片的固定方法包括螺栓、鉚釘、熔焊、釬焊等。搭接片通常采用銅或鋁。由于搭接條連接的兩種不同金屬間會(huì)產(chǎn)生電化腐蝕作用，所以搭接條材料的電極電位應(yīng)與被搭接金屬的電極電位相近。當(dāng)兩者電極電位相差很大時(shí)，可將搭接條選用合適的電鍍層來彌補(bǔ)。

2.搭接面的處理

無論是直接搭接還是間接搭接，對(duì)搭接表面都應(yīng)進(jìn)行必要的處理，接觸面上的油漆氧化層、陽極氧化膜和灰塵油污等均應(yīng)仔細(xì)清除干凈，清除面積要比實(shí)際接觸面大0.5～1倍，清除后要及時(shí)安裝，保留在空氣中的時(shí)間不允許超過有關(guān)規(guī)定。搭接條緊固后重新油漆時(shí)，應(yīng)防止油漆滲入接觸表面內(nèi)。

3.搭接技術(shù)的一般原則

（1）搭接質(zhì)量良好的關(guān)鍵在于金屬表面之間緊密接觸，搭接表面的接觸區(qū)應(yīng)光滑、清潔，沒有非導(dǎo)電物質(zhì)。緊固方法應(yīng)保證有足夠的壓力將搭接處壓緊，保證在受到?jīng)_擊振動(dòng)和扭曲時(shí)表面仍然接觸良好。

（2）對(duì)有較大相對(duì)運(yùn)動(dòng)的搭接對(duì)象，搭接條要有一定的抗振性能和較大的撓度，以延長其工作壽命。（3）要保證搭接處或搭接片能夠承受可能出現(xiàn)的最大電流，以避免搭接條過載熔斷而造成更大的危害。

（4）搭接條和搭接金屬間應(yīng)考慮電化學(xué)腐蝕的防護(hù)，應(yīng)襯入相應(yīng)的墊圈。搭接處應(yīng)采用防潮和防其他腐蝕的保護(hù)措施，以確保搭接的電氣穩(wěn)定性。

（5）搭接條應(yīng)盡量短、寬（粗）、直，以保證搭接的低電阻和小電感。

3.2電子設(shè)備的防雷技術(shù)

雖然大多數(shù)電子設(shè)備都在建筑物內(nèi)使用，但對(duì)于電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)，它們包括戶外架空輸電線、通信電纜或光纖，為了保護(hù)這些系統(tǒng)中的電子設(shè)備免遭雷擊，必然要在電子設(shè)備的電路中采取防雷措施，同時(shí)也涉及建筑物的防雷工程問題。

雷電的危害眾所周知，雷電一旦傳入電子設(shè)備或人體，將在瞬間造成電子設(shè)備的損壞和系統(tǒng)的癱瘓，給人們生命安全和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失。因此必須對(duì)雷電進(jìn)行綜合治理，整體防御，采取疏導(dǎo)、隔離、均壓等措施，根據(jù)特定保護(hù)空間的實(shí)際情況，通過由相應(yīng)的防雷器件構(gòu)成的防雷工程網(wǎng)絡(luò)來治理雷電災(zāi)害。由電子避雷器、接閃器、接地裝置等構(gòu)成的工程網(wǎng)絡(luò)稱為防雷系統(tǒng)工程。實(shí)現(xiàn)防雷系統(tǒng)工程必須根據(jù)具體情況，因地制宜，綜合分析，全面考慮，將內(nèi)、外部防雷措施的眾多因素，包括接閃、分流、均壓、屏蔽、接地布線、過壓保護(hù)等作為一個(gè)整體來統(tǒng)一考慮。3.2.1雷電活動(dòng)規(guī)律

1.雷電分布的一般規(guī)律

在不同的地區(qū)、不同的氣候環(huán)境下，雷電的分布規(guī)律也不同。

熱而潮濕的地區(qū)比冷而干燥的地區(qū)雷暴多。

從緯度看，雷暴的頻數(shù)總是由北向南增加，到赤道最高。在我國遞減順序大致是，華南、西南、長江流域、華北、東北、西北。電力線路的雷害統(tǒng)計(jì)遞減順序是華東、中南、東北。從地域看，雷暴的頻數(shù)是山區(qū)大于平原，平原大于沙漠，陸地大于湖海。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中南、華東觀測(cè)，落雷密度是：山區(qū)0.02次/千米、平原0.01次/千米。在廣東觀測(cè)，雷電流幅值超過200kA的占2%，超過40kA占50%。

從時(shí)間看，雷暴高峰月都在7、8月份，活動(dòng)時(shí)間大都在14～22時(shí)，各地區(qū)雷暴的極大值和極小值都出現(xiàn)在相同的月份。

2.容易落雷的條件

一個(gè)地區(qū)有無雷暴，是由該地區(qū)的氣象條件決定的。但有了雷暴，具體會(huì)在哪一處落雷，則受外界條件影響。

從地質(zhì)方面考慮：土壤電阻率相對(duì)值小時(shí)，有利于電荷的很快積聚。大片土壤電阻率較大時(shí)，局部小的地方容易落雷；土壤電阻率突變的地方，最易受雷擊。如巖石與土壤、山坡與稻田的交界面；巖石與土壤電阻率較大的山坡，雷擊點(diǎn)多發(fā)生在山腳，山腰次之；土山或土壤電阻率較小的山坡，雷擊多發(fā)生在山頂，山腰次之；地下埋有導(dǎo)電礦藏（金屬礦、鹽礦）的地區(qū)容易落雷；地下水位高，礦泉、小河溝、地下水出口處容易落雷。從地形方面考慮：要利于雷雨云的形成與相遇。落雷幾率的分布是，山的東坡、南坡多于山的北坡、西坡，這是因?yàn)楹Ｑ蟪睗窨諝鈴臇|南進(jìn)入大陸后，經(jīng)暴曬悶熱，遇山抬升而出現(xiàn)雷雨；山中平地的落雷幾率大于峽谷，這是因?yàn)閸{谷較窄，不易日曬和對(duì)流，缺乏形成雷暴的條件；湖旁、海邊落雷幾率較少，但海濱如有山丘，則靠海一面山坡落雷幾率較多；雷暴走廊與風(fēng)向一致，風(fēng)口或順風(fēng)的河谷容易落雷。從地物方面考慮：要利于雷雨云與大地建立良好的放電通道。空曠地中的孤立建筑物，建筑群中的高聳建筑物易受雷擊；排出導(dǎo)電塵埃的廠房及廢氣管道容易落雷；屋頂為金屬結(jié)構(gòu)、地下埋有大量金屬管道、內(nèi)部存放大型金屬設(shè)備的廠房易受雷擊；建筑物中，個(gè)別特別潮濕的建筑，如牛馬棚、冰庫等易遭雷擊；尖屋頂及高聳建筑物易受雷擊，如水塔、煙囪、天窗、旗桿、消防梯等；屋旁大樹、接收天線、山區(qū)輸電線易受雷擊。

分析雷擊的可能性一定不能從單一因素考慮，應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境做全面的、綜合的分析。

3.建筑物易受雷擊的部位

不同屋頂坡度的建筑物受雷擊的部位不同,通常屋角與檐角的雷擊幾率最高。屋頂?shù)钠露仍酱?，屋脊的雷擊幾率也越大，?dāng)坡度大于40°時(shí)，屋檐一般不會(huì)再受雷擊；當(dāng)屋面坡度小于27°，寬度小于30米時(shí)，雷擊點(diǎn)多發(fā)生在山墻，而屋脊、屋檐一般不再遭受雷擊；雷擊屋面的幾率很小。

設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)易受雷擊的部位應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。

4.判斷第三類建筑物是否防雷的基本原則

建筑物按其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果的重輕程度，依次分為三類。第三類建筑物的房屋受直接雷擊的很少，感應(yīng)雷引起雷擊的卻占很大比重。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)防止高電位引入，特別是現(xiàn)代信息設(shè)備耐雷電電磁脈沖的過電壓能力極差，是現(xiàn)代防雷的重點(diǎn)，可以少考慮防止直擊雷。第三類建筑物是否裝置防雷設(shè)施，要從必要性和經(jīng)濟(jì)性來綜合考慮。防雷裝置不宜過多，判斷的基本原則是：運(yùn)用雷擊規(guī)律對(duì)環(huán)境作全面綜合的分析，了解本地的雷擊事例、地點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)資料；應(yīng)考慮建筑物的重要性，掌握合理的標(biāo)準(zhǔn)；考慮防止直擊雷時(shí)，可查閱雷電日和建筑高度的參考值。3.2.2雷電破壞作用的機(jī)理

雷電的破壞性作用很強(qiáng)，主要是因?yàn)樗牙子暝铺N(yùn)藏的能量在短短幾十微秒的時(shí)間內(nèi)釋放出來，瞬間功率極其巨大。

1.雷電流熱效應(yīng)的破壞作用

根據(jù)焦耳定律，一次閃擊的雷電流發(fā)出的熱量為（3.1）式中：Q為發(fā)熱量，單位為J；i為雷電流，單位為A；R為雷電流通道的電阻，單位為Ω；t為雷電流持續(xù)的時(shí)間，單位為s。如果雷電擊在樹木或建筑物構(gòu)件上，由于雷電流很大，通過的時(shí)間極短，被雷擊的物體瞬間將產(chǎn)生巨大熱量，又來不及散發(fā)，以致物體內(nèi)部的水分大量變成蒸汽，并迅速膨脹，產(chǎn)生巨大的爆炸力，造成破壞。如果金屬體的截面積不夠大，當(dāng)雷電流通過金屬體時(shí)，甚至可使其熔化，因?yàn)橥ǖ赖臏囟瓤筛哌_(dá)6000～10000℃，甚至更高。因此在雷電流通道上遇到易燃物質(zhì)可能會(huì)引起火災(zāi)。

2.雷電流沖擊波的破壞作用

雷電通道的溫度高達(dá)幾千度甚至幾萬度，空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴(kuò)散，其外圍附近的空氣被強(qiáng)烈壓縮，形成“激波”。被壓縮空氣層的外界稱為“激波波前”?！凹げúㄇ啊钡竭_(dá)的地方，空氣的密度、壓力和溫度都會(huì)突然增加?！凹げúㄇ啊边^去后，該區(qū)壓力下降，直到低于大氣壓力。這種“激波”在空氣中傳播，會(huì)使其附近的建筑物、人、畜受到破壞和傷亡。另一種沖擊形式是次聲波。龐大體積的積雨云因迅速放電而突然收縮，當(dāng)電應(yīng)力（典型值為100V/cm）突然解除時(shí)，一部分帶電積雨云中的流體壓力將減小到0.3mm汞柱的程度，這樣形成稀疏區(qū)和壓縮區(qū)，它們以零點(diǎn)幾赫茲到幾赫茲的頻率向外傳播，這就形成了次聲波。次聲波對(duì)人、畜都有傷害作用。

3.雷電流電動(dòng)力效應(yīng)的破壞作用

根據(jù)安培定律，當(dāng)A、B平行導(dǎo)體上分別通以電流i1、i2（kA），A、B的距離為d（m）時(shí)，每米導(dǎo)線所受的作用力按下式計(jì)算：（3.2）式中，平行導(dǎo)體的長度l0為1m。雷擊時(shí)，由于電動(dòng)力的作用，也有可能使導(dǎo)線折斷。

同樣，對(duì)拐彎的導(dǎo)體或金屬構(gòu)件，在拐彎部分也將受到電動(dòng)力的作用，它們之間的夾角越小，受到的電動(dòng)力越大。當(dāng)拐彎的夾角為銳角時(shí)，受到的作用力最大，而為鈍角時(shí)受到的作用力較小。所以接閃器及其引下線不應(yīng)出現(xiàn)銳角的拐彎，在不得已采用直角拐彎時(shí)應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)件的強(qiáng)度。

4.雷電的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)的破壞作用

1）靜電感應(yīng)

當(dāng)空間有帶電的積雨云出現(xiàn)時(shí)，積雨云下的地面和建筑物等由于靜電感應(yīng)的作用都帶上相反的電荷。從積雨云的出現(xiàn)到發(fā)生雷擊（主放電）所需要的時(shí)間比主放電過程的時(shí)間長得多，大地可以有充分的時(shí)間積累大量電荷。當(dāng)閃擊與地面的異種電荷迅速中和后，某些局部，例如架空導(dǎo)線上的感應(yīng)電荷，由于與大地間的電阻比較大，而不能在同樣短的時(shí)間內(nèi)相應(yīng)消失，這樣就會(huì)形成局部地區(qū)感應(yīng)高電壓,這種電壓從雷擊開始隨時(shí)間的推移而下降，它符合RC電路放電的規(guī)律。這樣形成的局部地區(qū)感應(yīng)高電壓在高壓架空線路可達(dá)300～400kV，一般低壓架空線路可達(dá)100kV。電信線路可達(dá)40～60kV，建筑物也可以產(chǎn)生相當(dāng)高的有危險(xiǎn)的電壓。這種由靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓對(duì)接地不良的電氣系統(tǒng)有破壞作用，對(duì)建筑物內(nèi)部的金屬構(gòu)架與接地不良的金屬器件之間容易產(chǎn)生火花，對(duì)存放易燃物品的建筑物，如汽油、瓦斯、火藥庫以及有大量可燃性微粒飛揚(yáng)的場(chǎng)所有引起爆炸的危險(xiǎn)。

2）電磁感應(yīng)

由于雷電流有極大的峰值和陡度，在它周圍的空間有變化的強(qiáng)大電磁場(chǎng)，處在此電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)。如果在雷電流引下線附近放置一個(gè)開口金屬環(huán)，環(huán)上的感應(yīng)電勢(shì)足以使開口氣隙間產(chǎn)生火花，這些火花可以引起易燃物品著火和易燃?xì)怏w爆炸。如果回路中有導(dǎo)體接觸不良，也會(huì)使回路過熱，引起易燃物品燃燒，釀成火災(zāi)。

5.雷電反擊和引入高電位

雷電反擊通常是指接受直擊雷的金屬體（包括接閃器、接地引線和接地體），在接閃瞬間與大地間存在很高的電壓。這一電壓對(duì)與大地連接的其他金屬物品發(fā)生閃擊（又叫閃絡(luò)）的現(xiàn)象稱為反擊。此外，當(dāng)雷擊到樹上時(shí)，樹木上的高電壓與它附近的房屋、金屬物品之間也會(huì)發(fā)生反擊。

為了防止反擊的發(fā)生，一般應(yīng)使防雷裝置與建筑物金屬體間隔一定距離，使它們之間間隙的閃擊電壓大于反擊電壓。

雷電引入高電位是指直擊雷或感應(yīng)雷從輸電線、通信電纜、天線等金屬的引入線引入到建筑物內(nèi)發(fā)生閃擊而造成的雷擊事故。高電位輸入造成的雷擊事故占雷擊事故的大多數(shù)，因此，凡是用上述裝置的地方都必須對(duì)高電位輸入加以防備。

6.雷電對(duì)人身的傷害

如果人直接被雷擊中，必然或至少在開始時(shí)，身體通過了全部雷電流，這種形式稱為直接雷擊。

如果有人在被直擊雷擊中的物體近旁，就有可能發(fā)生下列三種形式的雷擊。

（1）接觸電壓。當(dāng)閃電電流流經(jīng)建筑物的避雷針引下線、各種金屬管道、電線桿或大樹入地時(shí)，由于雷電流峰值很大，這些被直擊雷擊中的導(dǎo)體上便產(chǎn)生高達(dá)幾萬伏，甚至幾十萬伏的電壓。如果正好有人或畜接觸它們，就會(huì)發(fā)生觸電事故，這一對(duì)地電位差叫接觸電壓。（2）閃擊或側(cè)閃。當(dāng)人站在距被雷擊中的物體很近時(shí)，一旦人、物之間的空氣間隙被擊穿，就會(huì)對(duì)人體放電，這種放電叫閃擊。

如果人躲在一棵大樹下避雨，當(dāng)這棵樹被雷擊時(shí)，從地面到人頭頂這段高度的樹桿，它的電阻約有幾千歐，雷電流在這段樹桿上產(chǎn)生的電壓降，瞬間可達(dá)幾萬甚至幾十萬伏以上，這時(shí)避雨人的身體與地等電位，人頭頂與等高度的樹桿之間的電位差超過空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，雷電流通過這段空氣間隙向人體放電，人將被雷擊。（3）跨步電壓。當(dāng)雷電擊中地面物體時(shí)，雷電流泄入大地并在土壤中散流開，由于土壤電阻率有一定分布，雷電流在地面上各點(diǎn)就出現(xiàn)電位降，越靠近雷擊點(diǎn)，電流密度越大，電位降也就越大。如果有人在落雷點(diǎn)附近站立或行走，在兩腳間的電位降就足以使雷電流通過兩腿和軀干的下部，人就會(huì)被雷電擊傷，這一電位降叫跨步電壓。3.2.3雷電電磁脈沖及其防護(hù)

1.雷電電磁脈沖的物理現(xiàn)象和物理特性

1）雷電物理現(xiàn)象

從積雨云的密布到發(fā)生閃電會(huì)出現(xiàn)三種物理現(xiàn)象：

（1）云中靜止電荷產(chǎn)生的靜電場(chǎng)，產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，地面及各種導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷，呈現(xiàn)靜電場(chǎng)的作用，這種作用隨著距離的增大而迅速減小，與距離的三次方成反比。（2）積雨云中電荷的移動(dòng)（包括閃電）會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，若磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化就會(huì)出現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這就是感應(yīng)場(chǎng)產(chǎn)生的作用。這種作用隨著距離的增大而減小較快，與距離的平方成反比。

（3）閃電發(fā)生時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電磁波輻射。這種輻射場(chǎng)也隨距離增大而減小，但比較緩慢，它與距離的一次方成反比。

2）雷電物理特性

除了注意上述三種物理現(xiàn)象，更應(yīng)密切注意雷電流的變化特性，因?yàn)槔纂姷钠茐淖饔门c雷電流的峰值和波形密切相關(guān)?，F(xiàn)代防雷裝置正是根據(jù)雷電流的物理特性設(shè)計(jì)的，其主要的物理特性如下：

（1）峰值電流決定閃電的機(jī)械力和電力的作用大小以及雷災(zāi)的危害程度。

（2）到達(dá)峰值的時(shí)間，數(shù)值愈小，沖擊力愈大，在選用防雷元器件時(shí)應(yīng)考慮響應(yīng)速度。（3）最大電流變化率決定了閃電的電磁感應(yīng)強(qiáng)弱，是電子設(shè)備防雷技術(shù)中應(yīng)特別重視的參量，因?yàn)殡娮釉O(shè)備防雷技術(shù)中主要是對(duì)感應(yīng)雷的防護(hù)。

（4）半峰值時(shí)間或到達(dá)波尾中間的時(shí)間，是指回?fù)綦娏鳒p小到峰值一半時(shí)的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間越長，熱效應(yīng)越大，容易造成元器件的損壞，也容易引起火災(zāi)。超過100μs就屬于熱閃電。

2.雷電電磁脈沖的頻譜分析

雷電電磁脈沖的頻譜是研究避雷的重要依據(jù)，從頻譜結(jié)構(gòu)可以獲得雷電電磁脈沖電壓、電流的能量在各頻段的分布。根據(jù)這些資料可以估算通信設(shè)備或系統(tǒng)在其頻率范圍內(nèi)可能遭受到的雷電沖擊的幅度和能量大小，并以此作為確定避雷措施的參數(shù)。

1）雷電流峰值比率的頻率分析

雷電流峰值比率的頻率分布是指在雷電流的頻譜范圍內(nèi)，每一個(gè)頻率的電流峰值與雷電流峰值之比的頻率分布。雷電流主要分布在低頻部分，隨頻率升高迅速遞減。電波的波頭越陡，高次諧波越豐富，波尾越長，低頻部分越豐富。

2）電流峰值比率積累的頻率分布

雷電流的破壞作用主要表現(xiàn)在對(duì)設(shè)備的過電壓擊穿和沖擊能量過大的熱擊穿。

研究雷電過電壓比率集中的頻段，一旦設(shè)備對(duì)大地的阻抗測(cè)知后，便可轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^研究雷電流峰值比率集中的頻段來獲得。

通過研究可見，波頭越陡，受雷電影響的頻率范圍越寬。

3）雷電電磁脈沖能量比率積累的頻率分布

若負(fù)載為純電阻，那么在同一負(fù)載上，功率只與通過它的電流平方成正比。

雷電電磁脈沖能量比率積累的頻率分布表明，低頻部分增值快，頻率越高增值越慢。

90%以上的雷電能量都分布在十幾千赫茲以內(nèi)，因此對(duì)于通信網(wǎng)路，只要防止十幾千赫茲以內(nèi)的雷電電磁脈沖侵入，就可以把雷電電磁脈沖的90%能量抑制，即可以采用高通濾波器來實(shí)現(xiàn)。

3.雷電電磁脈沖的傳播途徑

雷電電磁脈沖傳播的途徑主要為傳導(dǎo)和輻射兩大類。

1）傳導(dǎo)耦合

（1）阻抗耦合。

當(dāng)雷電流流經(jīng)接地引下體時(shí)，因?yàn)橐麦w和接地線的裝置都具有電阻和電感，所以高幅值和快速變化的雷電流將在引下體上產(chǎn)生很高的電位降，可用下式表達(dá)：（3.3）

式中：R為引下體和接地體的電阻；L為引下體的電感；i為雷電流幅值；為雷電流的時(shí)間變化率。（2）靜電感應(yīng)耦合。

在雷電開始瞬間，由于靜電場(chǎng)作用，在輸電線和各類信號(hào)線上感應(yīng)帶電，感應(yīng)電荷迅速聚集到先導(dǎo)通道附近。在先導(dǎo)放電通道附近的各類金屬物體上也因靜電場(chǎng)作用而感應(yīng)帶電。主放電開始后，由于主放電發(fā)展速度很快，在主放電通道中正負(fù)電荷劇烈中和，附近金屬物上的感應(yīng)電荷不能以相應(yīng)的速度流散，于是也將產(chǎn)生很高的靜電感應(yīng)電壓。

導(dǎo)線上的感應(yīng)電荷向兩端流散，形成感應(yīng)過電壓波，沿著輸電線、信號(hào)線竄入配電設(shè)備和信號(hào)線終端設(shè)備，造成設(shè)備和系統(tǒng)的損壞。（3）電磁感應(yīng)耦合。

閃電放電時(shí)，由于閃電電流有很大的峰值和變化率，即陡度很大，在放電通道周圍將激發(fā)強(qiáng)磁場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)，使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。如果導(dǎo)體有開口或間隙，此處產(chǎn)生的感應(yīng)電壓足以使空氣擊穿放電，金屬物體上產(chǎn)生的感應(yīng)電流會(huì)使物體局部發(fā)熱。為了消除或減小感應(yīng)電壓，應(yīng)該將建筑物內(nèi)相互靠近的金屬物體進(jìn)行良好的等電位連接。

由電磁感應(yīng)引起的電壓極易超過電子設(shè)備內(nèi)的集成電路等元器件所允許的極限值。（4）電容耦合產(chǎn)生的電壓。

閃電放電之前，積雨云附近的地面物體所感應(yīng)的電荷增加速度較慢，接地導(dǎo)體上的電位變化不明顯。當(dāng)閃電擊中地面物時(shí)，接地物體上的電荷將重新分布，這將導(dǎo)致電流的流動(dòng)，在接地物體的電阻兩端產(chǎn)生電壓降。這樣在接地良好的物體上由電容感應(yīng)產(chǎn)生的電壓就會(huì)很小，否則就應(yīng)考慮它造成的影響。因此，在易燃物儲(chǔ)存場(chǎng)所內(nèi)，不允許長時(shí)間放置不接地的金屬物和導(dǎo)線。

2）輻射耦合

輻射耦合是指雷電電磁脈沖干擾能量以電磁場(chǎng)的形式通過空間耦合到接收器上。輻射的耦合方式主要包括空間電磁波至接收天線的耦合、空間電磁波對(duì)電纜的耦合、電纜對(duì)電纜的耦合等。

閃電放電時(shí)，先導(dǎo)放電階段將出現(xiàn)高頻和甚高頻的電磁輻射，而向上迎面留注過程，甚低頻輻射大大增加。所有這些輻射能量，有可能耦合到各類有大量集成電路的電氣和電子設(shè)備內(nèi)，當(dāng)設(shè)備用長電纜遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，輻射將造成與其他回路系統(tǒng)內(nèi)的耦合。因此對(duì)這類設(shè)備的屏蔽、接地等防雷措施尤為重要。

4.雷電電磁脈沖（LEMP）的防護(hù)

雷電是自然界中強(qiáng)大脈沖能量的放電過程，是最強(qiáng)大的干擾源，其傳播途徑包括傳導(dǎo)和輻射方式或兩者的組合。

根據(jù)雷電對(duì)地面電子設(shè)備和系統(tǒng)的危害方式不同，對(duì)雷電電磁脈沖可以采用不同的防護(hù)措施。

1）接閃

在防雷處理過程中，首先要設(shè)法攔截雷電或吸引閃電，這個(gè)裝置就是避雷針。避雷針其實(shí)是避雷裝置的接閃器。避雷裝置由接閃器、引下線和接地體三部分組成，通常把整個(gè)避雷裝置稱做避雷針。避雷針和由它發(fā)展的避雷帶和籠式避雷網(wǎng)已成為規(guī)范化的、國內(nèi)外普遍采用的主要防雷手段。避雷針攔截或吸引雷電的過程是：當(dāng)“梯級(jí)先導(dǎo)”接近大地時(shí)，地表上空電場(chǎng)強(qiáng)度大增，地面突出物的上端附近達(dá)到空氣臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)所產(chǎn)生的“向上迎面流注”，并趨向于與“下行先導(dǎo)”匯合。避雷裝置的接閃器高聳于被保護(hù)建筑物之上，將產(chǎn)生最強(qiáng)的向上迎面放電，最先與“先導(dǎo)流注”通道匯合，從而形成主放電，因此它“捕獲”了雷電。雷電流通過引下線和接地體安全地泄入大地。

2）屏蔽

屏蔽是防止任何形式電磁干擾的基本手段。屏蔽的目的是限制某一區(qū)域內(nèi)部的電磁能量向外傳播，以及防止或降低外界電磁輻射能量向被保護(hù)的空間傳播。通常采用金屬材料作為屏蔽材料，按屏蔽的要求不同，可分別采用屏蔽室、屏蔽盒、屏蔽管等完整的屏蔽體或金屬網(wǎng)編織帶、波導(dǎo)管及蜂窩結(jié)構(gòu)等的非完整屏蔽體屏蔽。

3）均壓（等電位）

均壓又稱等電位連接。等電位連接就是把導(dǎo)體做良好的導(dǎo)電性連接，使它們近似達(dá)到電位相等，為雷電流提供低阻抗的連續(xù)通道，以便使它迅速導(dǎo)入大地泄流。

對(duì)建筑物外的被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的金屬裝置要做等電位連接。當(dāng)避雷針接閃時(shí)，如果鄰近的電氣設(shè)備等與引下體之間的絕緣距離不夠，就會(huì)在最近距離處發(fā)生反擊。為有效防止反擊，必須保證引下體與金屬物之間保持最小安全距離。由于條件限制無法達(dá)到所規(guī)定的間距時(shí)，都應(yīng)把引下體與金屬構(gòu)件在室外與接地網(wǎng)等電位連接。對(duì)于建筑物內(nèi)部，由于建筑物開有門、窗等孔洞，電磁輻射仍要侵入保護(hù)區(qū)內(nèi)，雷電感應(yīng)電壓將破壞建筑物內(nèi)部的電氣和電子設(shè)備。當(dāng)雷電放電時(shí)，電磁輻射將在附近導(dǎo)體回路上產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，此電壓在導(dǎo)體開環(huán)處將引起空氣擊穿放電。因此，必須對(duì)所有金屬構(gòu)件做等電位連接，以消除在建筑物內(nèi)發(fā)生的反擊隱患。縱橫交錯(cuò)的各種信號(hào)傳輸線、發(fā)射天線、接收天線及其饋線等，極易因遭受雷電放電的感應(yīng)作用形成感應(yīng)過電壓波，造成電氣設(shè)備，特別是微電子設(shè)備的損壞。一般的屏蔽措施無法消除雷電過電壓的侵害，必須采取防護(hù)措施，將過電壓限制在安全的、設(shè)備能夠承受的范圍之內(nèi)。電力和通信部門都采取避雷器來限制雷電過電壓波，將雷電流分流入地。

4）接地

接地是分流和泄放直接雷擊和雷電電磁脈沖能量的最有效的手段。沒有接地裝置或者接地不良的避雷設(shè)施，很可能對(duì)落雷點(diǎn)附近的電氣和電子設(shè)備造成電感性、電容性等干擾耦合。因此，防雷接地的目的就是把雷電流通過低電阻的接地體向大地泄放，以保護(hù)建筑物、人員和設(shè)備的安全。（1）電氣地和邏輯地。

電力、電氣設(shè)備的接地裝置包括避雷接地、電氣安全接地、交流電流工作接地、通信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的邏輯接地等。

電氣地：大地的電阻非常低，電容量非常大，具有吸收無限電荷仍保持電位不變的能力，適合作為電氣系統(tǒng)中的參考電位體。

地電位：實(shí)驗(yàn)證明，在距單根接地極或距一組接地極20m外的地方，幾乎已沒有電阻存在，電位等于零的電氣地稱為地電位。邏輯地：電子設(shè)備中各級(jí)電路電流的傳輸、信號(hào)或極性的轉(zhuǎn)換要求有一個(gè)參考電位，用以防止外界電磁干擾信號(hào)的侵入，常稱這個(gè)電位為邏輯地，它可以是電子設(shè)備的金屬機(jī)殼、底座、印制電路板上的地線或建筑物內(nèi)的總接地端子、接地干線等。邏輯地可與大地接觸，也可以不接觸，而電氣地必須與大地接觸。

接地的作用主要是防止人身遭受電擊，設(shè)備和線路遭受破壞，預(yù)防火災(zāi)和防止雷擊，防止靜電損害，保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，保證電子設(shè)備正常工作。（2）保護(hù)接地和功能接地。

按接地的作用分類，接地可分為保護(hù)性接地和功能性接地兩種。

保護(hù)性接地包括防電擊接地、防雷接地和防靜電接地。防電擊接地是為了防止電氣設(shè)備的絕緣被損壞而導(dǎo)致?lián)舸┗虍a(chǎn)生漏電流，將設(shè)備的外露導(dǎo)電部分接地，也稱為保護(hù)接地。防雷接地是為了防止直擊雷、雷電感應(yīng)、靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)的雷電波侵入，用金屬導(dǎo)線（體）與埋在土壤中或混凝土基礎(chǔ)中的散流接地網(wǎng)連接的接地。防靜電接地是將靜電荷引入大地，防止由于靜電積累對(duì)人體和設(shè)備造成危害的接地。功能性接地包括工作接地、直流接地、屏蔽接地、信號(hào)接地。工作接地是系統(tǒng)運(yùn)行中為了防止系統(tǒng)振蕩和保證可靠運(yùn)行的接地。直流接地是為了確保穩(wěn)定的參考電位，將電子設(shè)備中的適當(dāng)金屬件作為邏輯地的接地。屏蔽接地是將電磁干擾源引入大地，抑制外來電磁干擾對(duì)電子設(shè)備影響的接地。信號(hào)接地是為保證信號(hào)具有穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位而設(shè)置的接地。（3）獨(dú)立接地和共享接地。

接地形式包括獨(dú)立接地和共享接地。獨(dú)立接地是將需要接地的系統(tǒng)均分別獨(dú)立地建立接地網(wǎng)，其優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)系統(tǒng)之間不存在相互干擾，但特別容易被雷擊，因?yàn)楦鳘?dú)立地之間的瞬間電位差過大。獨(dú)立接地已不適應(yīng)現(xiàn)代通信技術(shù)的需要，已逐漸被共享接地方式所取代。

通常所說的接地實(shí)際上就是指設(shè)備一點(diǎn)接地，是利用大地作為電位基準(zhǔn)。一點(diǎn)接地可以解決雷電流引起的不同接地點(diǎn)之間的很大電位差，還可消除公共（地）阻抗的耦合，對(duì)于干擾頻率小于1MHz頻段是有效的。當(dāng)電磁脈沖干擾或信號(hào)干擾的頻率增加時(shí)，一點(diǎn)接地存在分布電感、電阻和電容，接地的引線長度成為主要矛盾，必須采用最短的引線直接接至地面，使接地阻抗減至最小，形成多點(diǎn)接地方式。

但多點(diǎn)接地對(duì)低頻干擾是不利的，此時(shí)可以采用混合接地方式，即一臺(tái)電子設(shè)備內(nèi)的各種電路板，以最短導(dǎo)線與機(jī)殼連接，或者對(duì)干擾信號(hào)敏感的設(shè)備以最短的導(dǎo)線與同一金屬體連接，然后該金屬體與其他設(shè)備再分別用金屬導(dǎo)線接到地網(wǎng)的同一點(diǎn)上。另一種有效的接地方式是采用環(huán)形接地網(wǎng)，把接地體沿建筑物周圍形成一個(gè)閉合環(huán)，這個(gè)接地網(wǎng)可以使得界面內(nèi)的電場(chǎng)分布均勻，減少跨步電壓對(duì)人的危害，減少室內(nèi)在雷擊時(shí)由于地面梯度大而產(chǎn)生對(duì)設(shè)備高壓反擊的危險(xiǎn)。

3.3電子設(shè)備的靜電防護(hù)技術(shù)

3.3.1靜電的產(chǎn)生

1.靜電產(chǎn)生的機(jī)理

對(duì)于靜電產(chǎn)生的機(jī)理有多種解釋，其中主要包括雙電層和接觸電位差、靜電感應(yīng)等。

1）雙電層和接觸電位差

當(dāng)兩種不同物質(zhì)發(fā)生摩擦?xí)r會(huì)出現(xiàn)帶電現(xiàn)象，即產(chǎn)生了靜電。但摩擦不是產(chǎn)生靜電的唯一原因，兩種物質(zhì)緊密接觸后再分離、物質(zhì)受壓或受熱、物質(zhì)發(fā)生電解以及當(dāng)物質(zhì)受到其他帶電體的感應(yīng)等，均可能產(chǎn)生靜電。當(dāng)物質(zhì)的正電荷與負(fù)電荷達(dá)到平衡時(shí)，沒有帶電；當(dāng)電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，正負(fù)電荷出現(xiàn)了不平衡，物質(zhì)便成為帶電體。

當(dāng)兩種物質(zhì)相接觸時(shí)，由于某物質(zhì)的原子外層電子所處能級(jí)不同，會(huì)發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移，在接觸面的兩面會(huì)出現(xiàn)電荷量相等但電性不同的電荷，在界面上形成了兩層電荷，即雙電層，其間的電位差，就是接觸電位差。只有當(dāng)兩種物質(zhì)緊密接觸的間距小于2.5×10-8cm時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)雙電層和接觸電位差。按照兩個(gè)物質(zhì)接觸后的雙電層的解釋，雙電層兩邊電荷的極性，把帶正電的物質(zhì)排在前面，帶負(fù)電的排在后面，各種物質(zhì)可以排列起來，稱為靜電序列或靜電起電序列。如果純度、環(huán)境條件、接觸的壓力、摩擦和分離的速度、發(fā)生摩擦?xí)r的接觸面積不同，產(chǎn)生靜電的結(jié)果也不完全一致；即使同一種材料，將其兩片摩擦后分離，同樣可以產(chǎn)生靜電。

2）靜電感應(yīng)

導(dǎo)體在靜電場(chǎng)中，不帶電的導(dǎo)體在其表面不同部位可以感應(yīng)出不同的電荷，或者可以使原有的電荷重新分布，稱為靜電感應(yīng)。靜電感應(yīng)的強(qiáng)弱與電場(chǎng)的強(qiáng)弱及變化速度、被感應(yīng)導(dǎo)體的大小以及位置等因素有關(guān)。

2.靜電的產(chǎn)生方式

1）摩擦起電

兩種物質(zhì)接觸、分離或摩擦，從而產(chǎn)生靜態(tài)電荷的過程稱為摩擦起電。摩擦使接觸良好的表面產(chǎn)生了更多的電荷，增加了電荷的轉(zhuǎn)移。分離只是縮短電荷流動(dòng)的時(shí)間。

靜電通常是出現(xiàn)在物體的表面，而不是出現(xiàn)在物體的內(nèi)部，因此，絕緣體中的電荷僅保持在產(chǎn)生靜電的那些區(qū)域，而不會(huì)出現(xiàn)在整個(gè)表面。當(dāng)絕緣體接地時(shí)，只有接地點(diǎn)區(qū)域的電荷會(huì)消失，而充電導(dǎo)體接地便會(huì)失去自身電荷。

2）感應(yīng)起電

靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體在靜電場(chǎng)的作用下，表面不同部位感應(yīng)出不同電荷，或?qū)w原有電荷重新分布的現(xiàn)象稱為感應(yīng)起電。按此現(xiàn)象，可以使不帶電的導(dǎo)體感應(yīng)起電，變成帶電的導(dǎo)體。

由于靜電感應(yīng)和感應(yīng)起電，可能在導(dǎo)體或電子設(shè)備上產(chǎn)生很高的電壓，可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)火花放電的危害性。

3.靜電的屏蔽性

任意形狀的空腔導(dǎo)體放入靜電場(chǎng)時(shí)，在達(dá)到靜電平衡后，空腔導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。或者，如果空腔導(dǎo)體內(nèi)有電場(chǎng)，導(dǎo)體外表面不接地，由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體外部有電場(chǎng)；導(dǎo)體外表面接地，外表面感應(yīng)電荷因接地中和，電場(chǎng)只存在于導(dǎo)體空腔之內(nèi)，不能到達(dá)導(dǎo)體外部。3.3.2靜電的危害

1.引起爆炸和火災(zāi)

在帶有靜電的物體附近，若產(chǎn)生超過物體允許的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，則會(huì)發(fā)生靜電放電（ESD）。靜電放電可引發(fā)爆炸和火災(zāi)。

發(fā)生火災(zāi)的基本條件是：在工藝過程中產(chǎn)生并積累足夠多的靜電，以致局部電場(chǎng)強(qiáng)度超過電介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，發(fā)生靜電放電，產(chǎn)生火花；若現(xiàn)場(chǎng)有爆炸性混合物，且其濃度在該混合物爆炸極限之內(nèi)；靜電火花有一定大小，火花能量超過爆炸性混合物的最小引燃能量。當(dāng)這些發(fā)生爆炸和火災(zāi)的基本條件得到滿足時(shí)，就可能引起爆炸和火災(zāi)。

2.對(duì)人體造成傷害

當(dāng)人體帶電與接地導(dǎo)體之間發(fā)生放電，或帶電體與人體之間發(fā)生放電時(shí)，放電電量達(dá)到一定數(shù)值，人就有被電擊的感覺。當(dāng)靜電電壓為3kV左右時(shí)，人體就有明顯的電擊感。靜電電擊是由于帶靜電的人體發(fā)生放電，電流從人體流向地，或是帶電體向人體發(fā)生放電時(shí)電流流動(dòng)產(chǎn)生的。靜電電擊不是電流持續(xù)通過人體的電擊，是靜電放電造成的瞬間沖擊的電擊，電擊的嚴(yán)重程度決定于電流大小、通過時(shí)間和時(shí)刻、通電途徑以及人體特征、人體健康狀況和人體精神狀況等諸多因素。

通過人體靜電放電的能量在一定程度上取決于人體電容的大小，而人體電容與人體位置、人體姿勢(shì)、所穿的鞋、地面等情況有關(guān)。靜電電擊將對(duì)人體造成不同程度的傷害。

3.對(duì)生產(chǎn)的影響

在某些生產(chǎn)過程中，如不消除靜電，將會(huì)妨礙生產(chǎn)或降低產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)行業(yè)。靜電放電引起的失效，可造成集成電路的大量損壞，有些可能造成集成電路的軟擊穿，用于電子設(shè)備中時(shí)將影響到電子設(shè)備的工作穩(wěn)定性，影響生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量，甚至影響到生產(chǎn)廠家的聲譽(yù)。

由于靜電的作用，人體、服裝極易吸附塵埃，塵埃被帶到操作現(xiàn)場(chǎng)將影響成品率，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。因此，集成電路生產(chǎn)車間的操作工人都必須穿上潔凈的工作服。

4.對(duì)電子產(chǎn)品的影響

靜電放電會(huì)使電子線路失效，也會(huì)引起間斷失效或翻轉(zhuǎn)失效。翻轉(zhuǎn)失效可能是靠近設(shè)備的靜電放電火花引起的。靜電放電火花產(chǎn)生的電磁脈沖被儀器設(shè)備接收，將導(dǎo)致錯(cuò)誤翻轉(zhuǎn)。靜電放電通過電容或電感耦合，或通過某一信號(hào)通道直接放電，產(chǎn)生的干擾也會(huì)出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。如果設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)失效，也會(huì)隨時(shí)發(fā)生致命失效。某些致命的靜電放電失效在靜電放電作用后某一段時(shí)間內(nèi)，可能不會(huì)立刻出現(xiàn)，稱為潛在失效。這是由于有某種程度損壞的靜電放電敏感（ESDS）的器件，受工作應(yīng)力和時(shí)間的影響將進(jìn)一步引起性能降低，直至失效。某種類型的器件對(duì)這種潛在失效敏感，有些類型的器件則易被誤認(rèn)為翻轉(zhuǎn)失效。由靜電放電引起的損害將是一種潛在的故障，可能會(huì)降低設(shè)備或器件的工作壽命。

對(duì)靜電放電翻轉(zhuǎn)的敏感器件通常是一些邏輯電路系列，如NMOS、PMOS、CMOS和小功率TTL器件等。3.3.3靜電的測(cè)量

靜電測(cè)量大致包括三個(gè)方面內(nèi)容，即靜電特性、器件靜電放電敏感度以及電子設(shè)備靜電放電敏感度的測(cè)量。靜電特性包括靜電電量、靜電電壓、靜電電荷密度、靜電電流、靜電放電量和靜電放電時(shí)間常數(shù)等。

1.電子元器件靜電放電敏感度測(cè)量

軍工企業(yè)大部分引用國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GB548A—1996《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》中的方法3015—《靜電放電敏感度的分類》，該方法給出了器件的靜電放電敏感度的三個(gè)等級(jí)、試驗(yàn)波形和試驗(yàn)原理圖。（1）試驗(yàn)時(shí)，至少應(yīng)對(duì)一個(gè)試驗(yàn)樣品確定器件的靜電放電失效閾值。為得到精確的失效電壓值，可以自行確定采用更精細(xì)的電壓值，試驗(yàn)可從任何一個(gè)電壓開始。但是對(duì)于有恢復(fù)效應(yīng)的器件，包括有火花隙保護(hù)的器件，應(yīng)從最低的試驗(yàn)電壓開始，采用已有技術(shù)對(duì)輸入或輸出V/I損傷特性進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)（即采用圖示儀），或用其他簡(jiǎn)單的試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)來確認(rèn)失效值。

（2）選用一個(gè)新樣品，使其受到較低的電壓作用。

（3）器件樣品應(yīng)按要求進(jìn)行電測(cè)試（室溫直流參數(shù)和功能試驗(yàn)）。

（4）如果有一個(gè)或多個(gè)器件失效，應(yīng)該用較低的電壓重復(fù)上述的兩個(gè)步驟。

（5）如果沒有一個(gè)器件失效，則記錄上述第一步驟確定的失效閾值，記錄通過的最高的電壓。

2.電子設(shè)備靜電放電敏感度試驗(yàn)

對(duì)于小型電子產(chǎn)品，可采用間接（也稱非接觸法）或直接（也稱接觸法）靜電放電的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)時(shí)，把受試設(shè)備放在絕緣工作臺(tái)上，用0.5mm厚的絕緣墊，將受試產(chǎn)品及其電纜與水平耦合平板隔離。受試設(shè)備的安裝腳座應(yīng)保持在產(chǎn)品技術(shù)要求的規(guī)定位置上。

對(duì)于大型產(chǎn)品，用0.1m厚的絕緣底座將受試設(shè)備及電纜與接地平板隔離。受試設(shè)備的安裝腳座應(yīng)保持在產(chǎn)品技術(shù)要求的規(guī)定位置上。

3.靜電放電的實(shí)現(xiàn)方法

1）直接放電的實(shí)現(xiàn)

直接放電試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)選擇在產(chǎn)品正常使用期間（包括用戶的維護(hù)）人員所接觸的產(chǎn)品的表面和點(diǎn)上。試驗(yàn)應(yīng)從最小值逐漸增加到所選擇的試驗(yàn)電壓，以便確定任一靜電放電敏感度等級(jí)的失效閾值，最終試驗(yàn)電壓不應(yīng)超過產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定值。

試驗(yàn)采用單次放電方式進(jìn)行，在選定的試驗(yàn)點(diǎn)上施加不少于10次單次放電（在最敏感的極性上）；連續(xù)單次放電的間隔時(shí)間推薦用1s作為初始值，必要的較長時(shí)間間隔，由產(chǎn)品或系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障確定。靜電放電發(fā)生器的放電電極端頭，應(yīng)與施加放電的表面保持垂直，以提高試驗(yàn)效果的再現(xiàn)性。接觸放電時(shí)，放電開關(guān)開啟前，靜電放電發(fā)生器的放電電極端頭應(yīng)先與受試設(shè)備接觸。當(dāng)受試設(shè)備表面為油漆涂層覆蓋導(dǎo)電體時(shí)，一般涂層應(yīng)用靜電放電電極尖端穿透涂層，接觸到導(dǎo)電體后放電，若涂層用作絕緣時(shí)，應(yīng)采用空氣放電方式，不允許接觸放電。

除非生產(chǎn)方與使用方達(dá)成協(xié)議，不允許為了維修目的對(duì)受試設(shè)備任一點(diǎn)施加放電。

2）間接放電的實(shí)現(xiàn)

在水平與垂直方向進(jìn)行間接靜電放電試驗(yàn)時(shí)，電極均與受試設(shè)備相距0.1m，垂直靜電放電可通過一塊0.5m×0.5m的金屬板向受試設(shè)備放電，放電不少于10次，其他與直接放電相同?？諝夥烹姇r(shí)，靜電放電發(fā)生器圓形放電電極端頭應(yīng)盡快接近（不引起機(jī)械損傷）受試產(chǎn)品，每次放電后放電電極應(yīng)從受試產(chǎn)品處移開，然后再次接近，觸發(fā)一個(gè)新的單次放電，重復(fù)這個(gè)過程直至完成規(guī)定的放電次數(shù)?？諝夥烹娫囼?yàn)期間，放電開關(guān)應(yīng)處于接通狀態(tài)。3.3.4靜電放電的防護(hù)

電子設(shè)備生產(chǎn)、研制時(shí)，應(yīng)根據(jù)電子元器件的靜電放電敏感度的情況，進(jìn)行適當(dāng)防護(hù)。對(duì)電子元器件進(jìn)行靜電防護(hù)的基本思想是，在可能產(chǎn)生靜電的地方阻止靜電的積累或迅速可靠地泄放已存在的電荷。

對(duì)電子儀器或設(shè)備進(jìn)行靜電防護(hù)的措施，主要是通過兩條途徑來進(jìn)行：設(shè)計(jì)難以引起誤動(dòng)作以及元器件難以擊穿的邏輯回路，同時(shí)在儀器或設(shè)備的組裝上加以必要的考慮；從運(yùn)用的方面，將儀器或設(shè)備置于難以發(fā)生靜電的場(chǎng)所或者難以受到靜電影響的場(chǎng)所。

1.防護(hù)措施

1）基本要求

靜電效電的防護(hù)措的基本要求包括防止靜電的產(chǎn)生；防止靜電場(chǎng)，在可能產(chǎn)生靜電的地方阻止靜電的積累，迅速、可靠而又有控制地泄放已存在的電荷，要求靜電電位泄放至100V以下的時(shí)間小于1s；防止由帶電的人或帶電的物體接觸而引起的直接放電；絕緣體上靜電采用中和法；為保證靜電放電操作人員安全，整個(gè)防護(hù)系統(tǒng)的泄漏電流不允許超過5mA；運(yùn)動(dòng)或感應(yīng)帶電的設(shè)備，其導(dǎo)電部分必須接地，不包括安裝時(shí)的接地（如設(shè)備埋設(shè)在地下或安裝在接地樁上）；利用工具操作或修理有帶靜電危險(xiǎn)的設(shè)備時(shí)，工具應(yīng)接地；由于潤滑油是絕緣體，所以旋轉(zhuǎn)部分必須接地，必要時(shí)應(yīng)采用接觸電刷或?qū)щ姖櫥瑒┮员ＷC接地；在管道、設(shè)備的法蘭盤之間連接時(shí)，至少有兩個(gè)良導(dǎo)體的螺栓保證電傳導(dǎo)性，否則應(yīng)有專用的分路跨接線。

2）管理措施

操作人員應(yīng)經(jīng)靜電知識(shí)培訓(xùn)，考試合格后持證上崗，應(yīng)穿戴防靜電工作服、防靜電鞋，并戴好防靜電腕帶；在元器件的包裝盒上和組裝車間應(yīng)有明確的防靜電放電的標(biāo)志，有關(guān)部門應(yīng)制定靜電放電敏感器件的操作規(guī)則；應(yīng)設(shè)置防靜電工作區(qū)，并應(yīng)有明顯的標(biāo)志。

3）靜電防護(hù)材料的主要性能

靜電防護(hù)材料的主要性能包括：防止與帶電的人體或帶電的物體接觸引起直接放電；防止摩擦起電的產(chǎn)生；防止靜電場(chǎng)。用于靜電防護(hù)的材料，按其表面電阻率分為三類，即導(dǎo)電型、導(dǎo)靜電型和耗散型。

4）防靜電工作環(huán)境

防靜電操作系統(tǒng)由工作臺(tái)、限流電阻與臺(tái)墊等組成。臺(tái)墊的材料必須用靜電防護(hù)材料組成，不得用絕緣材料，臺(tái)墊接限流電阻至地（軟接地）。計(jì)算機(jī)和通信機(jī)房等大多使用防靜電地板，防靜電地板應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，并可靠接地。

5）濕度的考慮

濕度對(duì)靜電的積累和消散影響很大，濕度較低時(shí)，靜電電位高；濕度較高時(shí)，靜電電位低，這主要是因?yàn)闈穸容^高時(shí)，絕緣材料表面吸附了水分子（有時(shí)還有導(dǎo)電雜質(zhì)）而降低了絕緣，便于靜電泄漏。不同物質(zhì)受濕度的影響不同，吸濕性大的物質(zhì)，容易被水分潤濕，受濕度影響較大；吸濕性小的物質(zhì)，受濕度影響也小。

當(dāng)濕度增高時(shí)，空氣中離子的濃度有所增加，也能促進(jìn)靜電的中和與消散。從消除靜電危害的角度考慮，保持相對(duì)濕度在70%以上較為合適。如果相對(duì)濕度低于30%，產(chǎn)生的靜電放電是比較強(qiáng)烈的。

空氣的相對(duì)濕度在很大程度上受到溫度的影響。當(dāng)絕對(duì)濕度不變時(shí)，相對(duì)濕度隨溫度升高而降低。

6）采用靜電消除器

可以采用靜電消除器消除靜電干擾。靜電消除器包括感應(yīng)式靜電消除器、高