第二章 接地技术

1、第二章第二章 接地技术接地技术 接地技术是任何电子、电气设备或系统接地技术是任何电子、电气设备或系统正常工作时必须采取的重要技术，它不仅是正常工作时必须采取的重要技术，它不仅是保护设施和人身安全的必要手段，也是抑制保护设施和人身安全的必要手段，也是抑制电磁干扰、保障设备或系统电磁兼容性、提电磁干扰、保障设备或系统电磁兼容性、提高设备或系统可靠性的重要技术措施。高设备或系统可靠性的重要技术措施。电磁兼容技术电磁兼容技术-第二章第二章 接地技术接地技术 地：一般定义为电路或系统的零电位参考点。可以是大地、设备的外壳或其他金属板线。 接地：一个含义是为电路或系统提供一个零电位参考点，另一个含义是为电

2、路或系统与“地”之间建立低阻抗的通道。地的分类：构造 安全地安全地大地（地球）大地（地球）( (设备安全接地和防雷接地设备安全接地和防雷接地LGND)LGND) 系统地系统地(SE)(SE)信号回路的电位基准点信号回路的电位基准点, ,也称工作地也称工作地 模拟地模拟地(AGND)(AGND)连接模拟元器件接地引出端形成的地线连接模拟元器件接地引出端形成的地线 数字地数字地(GE)(GE)连接数字元器件接地引出端形成的地线连接数字元器件接地引出端形成的地线 保护地保护地(PE)(PE)连接保护元器件接地引出端形成的地线连接保护元器件接地引出端形成的地线 电子工程师：地是电路的基准电压电子工程师

3、：地是电路的基准电压结构工程师：地是设备的金属外壳结构工程师：地是设备的金属外壳电工：地是大地，即地球电工：地是大地，即地球接地的要求1.1.接地平面应该是零电位，它作为系统中各电路接地平面应该是零电位，它作为系统中各电路任何位置所有电信号的公共电位参考点。任何位置所有电信号的公共电位参考点。2.2.理想的接地体应该是零阻抗的实体，电流在接理想的接地体应该是零阻抗的实体，电流在接地面流过时不会产生电压降，即各接地点间没地面流过时不会产生电压降，即各接地点间没有电位差。有电位差。3.3.接地平面应使用低阻抗材料组成，并且与足够接地平面应使用低阻抗材料组成，并且与足够的长度、宽度和厚度，以保证在所

4、有频率上它的长度、宽度和厚度，以保证在所有频率上它的两边之间均呈现低阻抗。用于安装固定设备的两边之间均呈现低阻抗。用于安装固定设备的接地平面应由整块铜板或是铜网组成。的接地平面应由整块铜板或是铜网组成。接地的目的及分类n接地的目的一是防电击，一是去除干扰。可将接地分为两大类：n1.安全接地安全接地(Safety Grounds)-保护性接地保护性接地 (1.1 设备安全接地、设备安全接地、1.2 接零保护接地、接零保护接地、1.3 防雷接地防雷接地)n2.信号接地信号接地(Signal Grounds)-功能性接地功能性接地 （2.1 单点接地、单点接地、2.2 多点接地、多点接地、2.3 混

5、合混合接地、接地、2.4 悬浮接地）悬浮接地）安全接地的作用安全接地：安全接地：1.采用低阻抗的导体将设备外壳连接到采用低阻抗的导体将设备外壳连接到大地上，使操作人员不至于因为外壳大地上，使操作人员不至于因为外壳漏电而发生触电危险。漏电而发生触电危险。2.将建筑物或设备接大地，防止雷击的将建筑物或设备接大地，防止雷击的危险。危险。电流对人体的作用触电时，电流对人体会造成两种伤害：触电时，电流对人体会造成两种伤害：电击和电伤电击和电伤。是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。造成人体内部组织的破坏乃至死亡。是

6、指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。害，如烧伤、金属溅伤等。调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造成的。电击调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造成的。电击伤害的程度取决于通过人体电流的大小、持续时间、电流伤害的程度取决于通过人体电流的大小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的途径等。的频率以及电流通过人体的途径等。 人体电阻因人而异，通常为人体电阻因人而异，通常为 10K 100k ，当角质外层，当角质外层破坏时，则降到破坏时，则降到8001000 。 人体能摆脱的人体能摆脱的电流阈值电流阈值: 10mA ，

7、工频危险电流工频危险电流: 50mA 电流频率在电流频率在40Hz 60Hz对人体的伤害最大对人体的伤害最大。 高频电流不仅没有危害高频电流不仅没有危害,还可以用于医疗保健等。还可以用于医疗保健等。 电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。 从保护人身安全的角度来说，安全电压为人体持续接触而从保护人身安全的角度来说，安全电压为人体持续接触而 不会使人直接致死、致残的电压。不会使人直接致死、致残的电压。(36V)电流对人体的作用1.1 设备的安全接地n设备设备安全接地安全接地是指接大地，也就是将电气设备的外壳是指接大地，也就是将电气设备的外壳以低阻抗导体连接大地，

8、以避免当高电压直接接触设以低阻抗导体连接大地，以避免当高电压直接接触设备机壳，或者避免由于设备内部绝缘损坏造成漏电打备机壳，或者避免由于设备内部绝缘损坏造成漏电打火使机壳带电，人员意外接触遭受电击。火使机壳带电，人员意外接触遭受电击。U1Z1U2Z21.1 原理分析22112ZUUZZU1Z1U2Z21.1 电气设备安全接地举例：RCIbIe 当系统没有接地时：由于外壳带电当系统没有接地时：由于外壳带电 , , 当人触及外壳当人触及外壳, ,接地电流接地电流 I Ie e 将经过人体入地后将经过人体入地后, , 再经其它两相对地绝缘再经其它两相对地绝缘电阻电阻R R 及分布电容及分布电容C 回

9、到电源。当回到电源。当R 值较低、值较低、C 较较大时，大时，I Ib b 将达到或超过危险值。将达到或超过危险值。1.1 设备安全接地举例：R R C C R R0 0I Ib bI Ie eI I0 0电气设备外壳有保护接地时电气设备外壳有保护接地时b00ebRRRII 通过人体的电流：通过人体的电流： 利用接地利用接地装置的分流装置的分流作用来减少作用来减少通过人体的通过人体的电流。电流。 发电机、变压器、电动机等电器的绕组中以及串联电发电机、变压器、电动机等电器的绕组中以及串联电源回路中有一点，它与外部各接线端间的电压绝对值相源回路中有一点，它与外部各接线端间的电压绝对值相等，这一点就

10、成为等，这一点就成为。 当中性点接地时，该点则称为当中性点接地时，该点则称为零点。零点。由中性点引出的由中性点引出的导线，称为导线，称为；由零点引出的导线，则称为由零点引出的导线，则称为。1.2 接零保护接地1.2 接零保护接地n用电设备通常采用用电设备通常采用220V或或380V电源提供电力，电源提供电力，设备的金属外壳除了正常的接地之外，还应与设备的金属外壳除了正常的接地之外，还应与电网零线相连接，称之为接零保护。电网零线相连接，称之为接零保护。单相三线制供电线路双相四线制供电线路1.发生漏电时，因接地电阻远小于人体电阻，漏电流大部分从接地发生漏电时，因接地电阻远小于人体电阻，漏电流大部分

11、从接地线流过，但接地电阻与电网中性点接地的电阻相当，故接地线上线流过，但接地电阻与电网中性点接地的电阻相当，故接地线上的电压降几乎为相电压的一半，超过了人体能够承受的的电压降几乎为相电压的一半，超过了人体能够承受的安全电压安全电压，使接触设备外壳的人体上流过的电流超过安全限度，发生触电。使接触设备外壳的人体上流过的电流超过安全限度，发生触电。因此，即使外壳良好接地也不一定能保证安全，应该把金属外壳因此，即使外壳良好接地也不一定能保证安全，应该把金属外壳接到供电电网的零线上。接到供电电网的零线上。2.发生漏电时，火线与安全地线通过设备外壳直接导通，产生瞬时发生漏电时，火线与安全地线通过设备外壳直

12、接导通，产生瞬时大电流，促使保险丝熔断或电流断路器动作，从而起到保护作用。大电流，促使保险丝熔断或电流断路器动作，从而起到保护作用。1.2 接零保护接地1.3 防雷接地 将建筑物等设施和用电设备的外壳与大地将建筑物等设施和用电设备的外壳与大地相连，将雷电电流引入大地。从而保护设相连，将雷电电流引入大地。从而保护设施、设备和人身安全。使之避免雷击，同施、设备和人身安全。使之避免雷击，同时消除雷击电流窜入信号接地系统，避免时消除雷击电流窜入信号接地系统，避免影响用电设备的正常工作。影响用电设备的正常工作。1.3 防雷接地通常有两种防雷接地通常有两种防雷接地:1. 一种是为保护建筑物或天线不受雷击而

13、专设一种是为保护建筑物或天线不受雷击而专设的避雷针防雷接地装置，这是由建筑部门设计的避雷针防雷接地装置，这是由建筑部门设计安装的；安装的；2. 另一种是为了防止雷击过电压对通信设备或另一种是为了防止雷击过电压对通信设备或电源设备的破坏需安装避雷器而埋设的防雷接电源设备的破坏需安装避雷器而埋设的防雷接地装置。如高压避雷器的下接线端汇接后接到地装置。如高压避雷器的下接线端汇接后接到接地装置。接地装置。常用器件n压敏电阻：电压超过一定值时瞬变放电nTVS管：瞬变电压抑制二极管1.3 防雷接地：通信行业举例通信行业一般采用联合接地系统，由接地体、通信行业一般采用联合接地系统，由接地体、接地引入、接地汇

14、集线、接地线所组成。接地引入、接地汇集线、接地线所组成。所有接地体与接地引线组成的装置，称为接地装所有接地体与接地引线组成的装置，称为接地装置，把接地装置通过接地线与设备的接地端子连置，把接地装置通过接地线与设备的接地端子连接起来就构成了接地系统。接起来就构成了接地系统。接地体接地体 接地引线接地引线 接地线排接地线排接地线接地线 配电屏地线排配电屏地线排 去通信机房汇流排去通信机房汇流排 接地分支线接地分支线 设备接地端子设备接地端子1.3 防雷接地：通信行业举例 采用联合接地方式，在技术上使整个大楼内的所有接地系统联合组成低接地电阻值的均压网，具有下列优点： 地电位均衡，同层各地线系统电位

15、大体相等，消除危及设备的电位差。 公共接地母线为全局建立了基准零电位点。 消除了地线系统的干扰。 电磁兼容性能好。1.3 防雷接地：通信行业举例1.3 防雷接地：通信行业举例接地体地网接地母线：接地母线：在联合接地系统中，垂直接地总在联合接地系统中，垂直接地总汇集线贯穿于电信大楼各层的接地用主干线，汇集线贯穿于电信大楼各层的接地用主干线，也可在建筑物底层安装环形汇集线，然后垂也可在建筑物底层安装环形汇集线，然后垂直引到各机房水平接地汇集线上，这种垂直直引到各机房水平接地汇集线上，这种垂直接地总汇集线称为接地母线。接地总汇集线称为接地母线。 1.3 防雷接地：通信行业举例对通信大楼建筑与双层地面

16、的要求对通信大楼建筑与双层地面的要求1.3 防雷接地：通信行业举例要求建筑物混凝土内采用钢框架与钢要求建筑物混凝土内采用钢框架与钢筋互连，并连接联合地线焊接成法拉筋互连，并连接联合地线焊接成法拉弟弟“鼠笼罩鼠笼罩”状的封闭体，才能使封状的封闭体，才能使封闭导体的表面电位变化形成等位面闭导体的表面电位变化形成等位面（其内部场强为零），这样，各层接（其内部场强为零），这样，各层接地点电位同时进行升高或降低的变化，地点电位同时进行升高或降低的变化，使之不产生层间电位差，也避免了内使之不产生层间电位差，也避免了内部电磁场强度的变化。部电磁场强度的变化。接闪器是专门用来接收直击雷的金属物接闪器是专门用来

17、接收直击雷的金属物体，如：避雷针、避雷线、避雷带、避体，如：避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。雷网。 避雷器通常是指防护由于雷电过避雷器通常是指防护由于雷电过电压沿线路入侵损害被保护设备的防雷电压沿线路入侵损害被保护设备的防雷元件。元件。1.3 防雷接地1.3 防雷接地接地电流流入地下以后，就通接地电流流入地下以后，就通过接地体向大地作半球形散开，过接地体向大地作半球形散开，这一接地电流就叫做流散电流。这一接地电流就叫做流散电流。流散电流在土壤中遇到的全部流散电流在土壤中遇到的全部电阻叫做流散电阻电阻叫做流散电阻（与多种因（与多种因素有关）素有关）。 接地电阻是接地体的流散接地电阻是接地体的流散

18、电阻与接地线的电阻之和。接电阻与接地线的电阻之和。接地线电阻一般很小，可以忽略地线电阻一般很小，可以忽略不计。因此，可以认为流散电不计。因此，可以认为流散电阻就是接地电阻。阻就是接地电阻。2 信号接地n区别于安全接地，信号接地是为电流提供流回信号源的低阻抗路径。主要是为了保证设备工作状态的稳定及信号的完整性，并可起到抑制电磁干扰的作用。n工程中一般将数字地与模拟地，高频地与低频地等分开来设置，但实际的接地规则相同。2 信号接地信号电流流回信号源的低阻抗路径信号电流流回信号源的低阻抗路径2 信号接地的分类串联单点接地单点接地 并联单点接地混合式单点接地信号接地接地方式多点接地混合接地悬浮接地2.

19、1 单点接地：传输线效应2.1 单点接地：传输线效应2.1 单点接地：串联单点接地12311231232123123233ABCUIIIRUIIIRIIRUIIIRIIRIR2.1 单点接地：串联单点接地优点：优点：结构简单，将多个电路地线串联接到一起，结构简单，将多个电路地线串联接到一起， 可以节省很多的导线。可以节省很多的导线。缺点缺点:接地电压互相影响，对抑制干扰不利，同时接地电压互相影响，对抑制干扰不利，同时因地线过长，不适用于高频的系统。因地线过长，不适用于高频的系统。适用范围适用范围:常用于常用于低频低频设备机柜设备机柜中中的接地。因为低的接地。因为低频所以可防止传输线效应的产生，

20、设备机柜中由于频所以可防止传输线效应的产生，设备机柜中由于空间等限制要求接地线少而且结构简单、清楚。空间等限制要求接地线少而且结构简单、清楚。2.1单点接地：并联单点接地112233ABCUIRUIRUIR优点：优点：各电路的地电压仅与本电路地电流及地阻抗有关，不各电路的地电压仅与本电路地电流及地阻抗有关，不受其他电路的干扰。受其他电路的干扰。缺点缺点:1.各电路都与地点直接相连，需要多个导线，这样的结构费各电路都与地点直接相连，需要多个导线，这样的结构费料，比较笨重。料，比较笨重。2.地线间靠的太近，容易发生电场相互耦合，随着频率的升地线间靠的太近，容易发生电场相互耦合，随着频率的升高会更加

21、严重。高会更加严重。3.因为地线较长，不适用于高频情况。因为地线较长，不适用于高频情况。适用范围适用范围:低频系统的多个机柜低频系统的多个机柜间间的连接方式。的连接方式。2.1 单点接地：并联单点接地2.1 复合式单点接地复合式单点接地将线路或装备加以归类，而同时使用串联与并复合式单点接地将线路或装备加以归类，而同时使用串联与并联法，可同时兼顾降低干扰与节省用料。联法，可同时兼顾降低干扰与节省用料。2.1复合式单点接地典型通信机柜复合式接地结构典型通信机柜复合式接地结构背板背板背板背板背板工作地电源地保护地思考n以上接地方式均适用于低频系统，那么以上接地方式均适用于低频系统，那么对高频系统和高

22、、低频混搭系统，该如对高频系统和高、低频混搭系统，该如何设计接地系统呢？何设计接地系统呢？2.2 多点接地 多点接地多点接地是指一个系统中各个需要接地的电是指一个系统中各个需要接地的电路、设备都直接接到距它最近的接地平面（设路、设备都直接接到距它最近的接地平面（设备底座、系统接地线、设备的结构框架）上，备底座、系统接地线、设备的结构框架）上，以使接地线的长度最短。以使接地线的长度最短。111222333+ABCUIRj LUIRj LUIRj L2.2 多点接地由于集肤效应，高频电流只流经导体表面，为了降低由于集肤效应，高频电流只流经导体表面，为了降低高频时的地线阻抗，通常要将地线和公共地镀银

23、。高频时的地线阻抗，通常要将地线和公共地镀银。2.2 多点接地n优点：优点：地线较短，适用于高频情况。地线较短，适用于高频情况。n缺点缺点:形成了各种地线回路，造成地回环路干形成了各种地线回路，造成地回环路干扰，对设备内具有较低频率的电路造成不良影扰，对设备内具有较低频率的电路造成不良影响。响。n适用范围适用范围:适用于各线路均为适用于各线路均为10M以上高频的以上高频的系统。系统。2.3 混合接地电路的工作频带很宽，低频情况需采用单点接地，电路的工作频带很宽，低频情况需采用单点接地，高频情况需采用多点接地，此时，可以采用混合高频情况需采用多点接地，此时，可以采用混合接地。混合接地系统在不同的

24、频率呈现不同的接接地。混合接地系统在不同的频率呈现不同的接地结构。地结构。2.3 混合接地图图1示是低频时单点接地，高频时多点接地的接示是低频时单点接地，高频时多点接地的接地系统。主要用于抗高频干扰的传输低频信号的地系统。主要用于抗高频干扰的传输低频信号的屏蔽电缆上。屏蔽电缆上。2.4 悬浮接地1.为避免安全接地回路中的干扰电流影响信号接为避免安全接地回路中的干扰电流影响信号接地回路，将两接地系统隔离。地回路，将两接地系统隔离。2.一般仅适用于低频时，为防止结构地、安全地一般仅适用于低频时，为防止结构地、安全地中的干扰地电流骚扰信号接地系统。中的干扰地电流骚扰信号接地系统。3.悬浮接地的干扰耦

25、合取决于浮地接地系统与其悬浮接地的干扰耦合取决于浮地接地系统与其他接地系统的隔离程度，一般很难做到真正的他接地系统的隔离程度，一般很难做到真正的理想悬浮接地，高频情况下更是。理想悬浮接地，高频情况下更是。4.当悬浮接地系统靠近高压设备、线路时，可能当悬浮接地系统靠近高压设备、线路时，可能堆积静电电荷，引起静电放电，发生触电危险。堆积静电电荷，引起静电放电，发生触电危险。2.4 悬浮接地3. PCB接地设计q 梳形电源、地结构（双面板）梳形电源、地结构（双面板）适用于低速电路、适用于低速电路、PCBPCB上信号走向较单一、走线密度较低的情况上信号走向较单一、走线密度较低的情况 对较重要的信号加以

26、地保护，布线完成之后将空的地方都敷上地铜对较重要的信号加以地保护，布线完成之后将空的地方都敷上地铜皮，用多个过孔将两层的地连接在一起，可以改善回路面积大的问题皮，用多个过孔将两层的地连接在一起，可以改善回路面积大的问题3. PCB接地设计q 栅格形地结构（双面板）栅格形地结构（双面板）适用于低速的适用于低速的CMOSCMOS和普通的和普通的TTLTTL电路，但应该注意对较高速的信号加足电路，但应该注意对较高速的信号加足够的地保护够的地保护保护器件保护器件接地设计接地设计在印制版上，在印制版上，1000V1000V以上级别的雷击浪涌保护器件必须以上级别的雷击浪涌保护器件必须单独设立保护地。保护器

27、件应尽可能靠近插座或印制板单独设立保护地。保护器件应尽可能靠近插座或印制板的边缘，保护地线应尽可能粗、短且均匀。一般地，保的边缘，保护地线应尽可能粗、短且均匀。一般地，保护地除了与保护器件相连以外不能与其它元器件和其它护地除了与保护器件相连以外不能与其它元器件和其它地线相连，保护地与其它焊盘、走线应隔离足够距离。地线相连，保护地与其它焊盘、走线应隔离足够距离。保护地线应独立引出单板，接到后背板的保护地层上。保护地线应独立引出单板，接到后背板的保护地层上。3. PCB接地设计线缆接地设计线缆接地设计信号传输采用屏蔽双绞线时，其信号传输采用屏蔽双绞线时，其屏蔽屏蔽层收发两端均层收发两端均要接地。要接地。信号传输时采用同轴电缆时，同轴电缆的外导体收信号传输时采用同轴电缆时，同轴电缆的外导体收发两端均要接地。为了避免发两端均要接地。为了避免地电位差的不良影响，地电位差的不良影响，同轴电缆收端可通过一电容器（同轴电缆收端可通过一电容器