接地技术是电磁兼容试验中不可或缺的

1.引言

电磁兼容中，接地技术最早应用于强电系统（电力系统、输变电设备、电气设备）。为了设备和人身安全，接地线直接连接到地面上。由于地面的电容非常大，地面的电位通常可以被视为零电位。后来，接地技术扩展到弱电系统。对于电力电子设备，当电流通过参考电位时，将接地线直接连接到地面或作为参考电位的导体上。但由于接地不合理，会引起电磁干扰，如共地线干扰、地环干扰等，导致电力电子设备工作异常。可以看出，接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一，有必要详细讨论接地技术。

2.接地的类型和目的：

电力电子设备一般为以下目的接地：

◆安全接地

安全接地即将接地。一是防止外壳积聚电荷，产生静电放电，危及设备和人身安全；二是当设备绝缘损坏，外壳充电时，促进电源保护，切断电源，保护人员安全。

◆工作接地

工作接地是为电路正常工作提供的基准电位。基准电位可设置为电路系统中的某一点、某一段或某一块。当基准电位不与地面连接时，视为相对零电位。这种相对零电位会随着外部电磁场的变化而变化，导致电路系统工作不稳定。当基准电位与地面连接时，基准电位视为地面的零电位，不会随着外部电磁场的变化而变化。但不正确的工作接地会增加干扰。如地线干扰、地环干扰等。为了防止各种电路在工作中相互干扰，使其能够相互兼容地工作。根据电路的性质，工作接地交流、数字、模拟、信号、功率、电源等不同类型。应分别设置上述不同的接地。

1.信号地

信号地是各种物理量的传感器和信号源零电位的公共基准地线。由于信号一般较弱，容易干扰，对信号地的要求较高。

2.模拟地

模拟地是模拟电路零电位的公共基准地线。由于模拟电路不仅承担小信号的放大，而且承担大信号的功率放大；低频放大和高频放大；因此，模拟电路易于接受干扰和干扰。因此，应充分考虑模拟地点的选择和接地线的敷设。

3.数字地

数字地面是数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路在脉冲状态下工作，特别是当脉冲的前后边缘陡峭或频率较高时，很容易干扰模拟电路。因此，也应充分考虑数字地面的接地点选择和接地线的敷设。

4.电源地

电源地是电源零电位的公共基准地线。由于电源通常同时供电到系统中的每个单元，每个单元所需的电源性质和参数可能非常不同，因此不仅要确保电源稳定可靠的工作，而且要确保其他单元的稳定可靠的工作。

5.功率地

功率地是负载电路或功率驱动电路零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路电流强，电压高，功率地线干扰大。因此，必须与其他弱电地设置功率地，以确保整个系统的稳定可靠运行。

◆防雷接地

当电力电子设备遇到雷击时，无论是直接雷击还是感应雷击，电力电子设备都会受到很大的损坏。设置避雷针，防止雷击危及设备和人身安全。

以上两种接地主要是为了安全，都应直接连接到地面上。

◆屏蔽接地

屏蔽和接地应配合使用，以达到屏蔽效果。

例如，静电屏蔽。当带正电导体被完整的金属屏蔽体包围时，与带电导体相同的负电荷将在屏蔽体内部感应，与带电导体相同的正电荷将出现在外部，因此外部仍有电场。如果金属屏蔽体接地，外部正电荷将流入地球，外部将没有电场，即带正电导体的电场将被金属屏蔽体屏蔽。

另一个例子是交变电场屏蔽。为了降低交变电场对敏感电路的耦合干扰电压，可以在干扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体，并接地金属屏蔽体。只要金属屏蔽体接地良好，交变电场对敏感电路的耦合干扰电压就很小。

以上两种接地主要考虑电磁兼容性。

3.接地方式：

按工作频率采用以下接地方法：

一.单点接地：

工作频率低（1MHz）采用单点接地式，即将整个电路系统中的一个结构点视为接地参考点，所有接地连接均接到此点，并设置安全接地螺栓），防止两点接地产生共地阻抗的电路耦合。多个电路的单点接地方式分为串联和并联。由于串联接地产生共地阻抗的电路耦合，低频电路最好采用并联单点接地。

为防止工作频率和其他杂散电流干扰信号接地线，信号接地线应与功率接地线和外壳接地线绝缘。仅在功率接地、外壳接地线和接地线安全接地螺栓上连接（浮地式除外）。

地线长度与截面的关系如下：

S>0.83L(1)

类型:L-地线长度，m；

S-地线截面，mm2。

二.多点接地：

高工作频率（>30mHz）采用多点接地（即在电路系统中，用接地板代替电路各部分的接地电路）。由于接地引线的感应阻抗与频率和长度成正比，当工作频率较高时，会增加共地阻抗，从而增加共地阻抗产生的电磁干扰，因此接地线的长度应尽可能短。当使用多点接地时，尽量找到最接近的低电阻接地。

三.混合接地：

工作频率为1~30mHz的电路采用混合接地式。当接地线长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地式，否则采用多点接地式。

四.浮地

浮地式是指电路的地面与地面无导体连接。其优点是电路不受地面电气性能的影响；缺点是电路易受寄生电容器的影响，改变地面电位，增加模拟电路的感应干扰；由于电路与地面无导体连接，静电放电容易产生静电积累，可能导致静电击穿或强烈干扰。因此，浮地的效果不仅取决于绝缘电阻的大小，还取决于寄生电容器的大小和信号的频率。

4.2降低接地电阻的方法：

接地电阻由接地电阻、接触电阻和接地电阻组成。有三种方法可以降低接地电阻：

• 降低接地线电阻，选择总截面大、长度短的多股细导线。

• 降低接触电阻，使接地线与接地螺栓紧密牢固地连接，增加接地极与土壤的接触面积和紧密度。

• 降低地电阻，增加接地极的表面积和土壤的导电性（如在土壤中注入盐水）。

5.屏蔽地:

1.电路的屏蔽接地,屏蔽罩应设置在容易受到电磁辐射干扰的电路中，如各种信号源和放大器。由于信号电路与屏蔽之间存在寄生电容，信号电路的接地线端应与屏蔽盖连接，以消除寄生电容的影响，屏蔽盖应接地，以消除共模干扰。

2.低频电路电缆的屏蔽层应采用点接地，屏蔽层的接地点应与电路的接地点一致。对于多层屏蔽电缆，每个屏蔽层应在一个点接地，每个屏蔽层应相互绝缘。

3.高频电路电缆的屏蔽层应采用多点接地。当电缆长度大于工作信号波长0.15倍时，采用工作信号波长0.15倍的间隔多点接地类型。如果无法实现，至少在屏蔽层的两端接地。

4.当整个系统需要抵抗外部电磁干扰或防止系统对外部世界产生电磁干扰时，整个系统应被屏蔽，屏蔽体应连接到系统地面。

6.设备地

为了满足设计要求，设备通常包含多种电路，如低电平信号电路（如高频电路、数字电路、模拟电路等）、高电平电源电路（如电源电路、继电器电路等）。为了安装电路板和其他部件，设备需要具有一定的机械强度和屏蔽效率，以抵抗外部电磁干扰。典型设备的接地情况如图1所示。

图1.设备接地

设备接地时应注意以下几点：

-50Hz电源零线应连接到安全接地螺栓，对于独立的设备，在设备金属外壳上设置安全接地螺栓，并有良好的电连接；

-为防止机壳带电，危及人身安全，不允许使用电源零线代替机壳地线；

-为了防止高压、大电流和强功率电路（如供电电路、继电器电路）干扰低电平电路（如高频电路、数字电路、模拟电路等），将其接地分开。前者为功率接地（强电接地），后者为信号接地（弱电接地），信号接地分为数字接地和模拟接地，信号接地线应与功率接地线和外壳接地线绝缘；

-对于信号接地线，可以设置另一个信号接地螺栓（与设备外壳绝缘）。信号接地螺栓与安全接地螺栓的连接方式有三种方式（取决于接地效果）：一是不连接而成为浮地式；二是直接连接，成为单点接地式；第三，通过3μF电容器连接，成为直流浮地式和交流接地式。其他接地最终聚集在安全接地螺栓上（该点应位于交流电源的进线处），然后通过接地线将接地极埋在土壤中。

7.系统地

当一个系统由多个设备组成时，系统的接地如图2所示。

图2.接地系统

系统接地应注意以下几点：

-参考设备接地注意事项；

-设备外壳采用设备外壳地线与机柜外壳连接；

-机柜外壳与机柜外壳地线和系统外壳连接；

-对于系统，系统金属外壳上设置安全接地螺栓，并有良好的电连接；

-当系统中的机柜和设备过多时，会导致数字接地线、模拟接地线、电源接地线和机柜外壳接地线过多。在这方面，可以考虑铺设两条半环形接地母线，它们相互平行，并与系统外壳绝缘，一条是信号接地母线，另一条是屏蔽接地和机柜外壳接地母线；系统中的每个信号接近信号接地母线，系统中的每个屏蔽接地和机柜外壳接近屏蔽接地和机柜外壳接地母线；两条半环形接地母线中部靠近安全接地螺栓，屏蔽接地和机柜外壳接地母线接安全接地螺栓；信号接地母线接信号接地螺栓；

-当系统使用三相电源供电时，由于各负荷用电量和用电时间的不同，不可避免地导致三相不平衡，导致三相电源中心点电位偏移。因此，电源零线连接到安全接地螺栓，迫使三相电源中心点电位保持零电位，防止三相电源中心点电位偏移引起的干扰；

-镀锌钢管用于接地极，其外径不小于50mm，长度不小于2.0m；埋设时，将接地极打入地面一定深度，倒入盐水。一般要求接地电阻小于4Ω，对于移动设备，接地电阻小于10Ω。

8结语

电磁兼容试验时，必须研究接地技术，以确保设备和人员的安全，以及电力电子设备的正常和可靠的工作。接地可以直接连接到地面或连接到作为参考电位的导体上。不合理的接地会引入电磁干扰，导致电力电子设备工作异常。因此，接地技术是电磁兼容性的重要技术之一，应充分重视对接地技术的研究。