1.引言

電磁兼容中，接地技術(shù)最早應(yīng)用于強(qiáng)電系統(tǒng)（電力系統(tǒng)、輸變電設(shè)備、電氣設(shè)備）。為了設(shè)備和人身安全，接地線直接連接到地面上。由于地面的電容非常大，地面的電位通常可以被視為零電位。后來，接地技術(shù)擴(kuò)展到弱電系統(tǒng)。對于電力電子設(shè)備，當(dāng)電流通過參考電位時(shí)，將接地線直接連接到地面或作為參考電位的導(dǎo)體上。但由于接地不合理，會引起電磁干擾，如共地線干擾、地環(huán)干擾等，導(dǎo)致電力電子設(shè)備工作異常?？梢钥闯?，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，有必要詳細(xì)討論接地技術(shù)。

2.接地的類型和目的：

電力電子設(shè)備一般為以下目的接地：

◆安全接地

安全接地即將接地。一是防止外殼積聚電荷，產(chǎn)生靜電放電，危及設(shè)備和人身安全；二是當(dāng)設(shè)備絕緣損壞，外殼充電時(shí)，促進(jìn)電源保護(hù)，切斷電源，保護(hù)人員安全。

◆工作接地

工作接地是為電路正常工作提供的基準(zhǔn)電位?；鶞?zhǔn)電位可設(shè)置為電路系統(tǒng)中的某一點(diǎn)、某一段或某一塊。當(dāng)基準(zhǔn)電位不與地面連接時(shí)，視為相對零電位。這種相對零電位會隨著外部電磁場的變化而變化，導(dǎo)致電路系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。當(dāng)基準(zhǔn)電位與地面連接時(shí)，基準(zhǔn)電位視為地面的零電位，不會隨著外部電磁場的變化而變化。但不正確的工作接地會增加干擾。如地線干擾、地環(huán)干擾等。為了防止各種電路在工作中相互干擾，使其能夠相互兼容地工作。根據(jù)電路的性質(zhì)，工作接地交流、數(shù)字、模擬、信號、功率、電源等不同類型。應(yīng)分別設(shè)置上述不同的接地。

1.信號地

信號地是各種物理量的傳感器和信號源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于信號一般較弱，容易干擾，對信號地的要求較高。

2.模擬地

模擬地是模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于模擬電路不僅承擔(dān)小信號的放大，而且承擔(dān)大信號的功率放大；低頻放大和高頻放大；因此，模擬電路易于接受干擾和干擾。因此，應(yīng)充分考慮模擬地點(diǎn)的選擇和接地線的敷設(shè)。

3.數(shù)字地

數(shù)字地面是數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于數(shù)字電路在脈沖狀態(tài)下工作，特別是當(dāng)脈沖的前后邊緣陡峭或頻率較高時(shí)，很容易干擾模擬電路。因此，也應(yīng)充分考慮數(shù)字地面的接地點(diǎn)選擇和接地線的敷設(shè)。

4.電源地

電源地是電源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于電源通常同時(shí)供電到系統(tǒng)中的每個(gè)單元，每個(gè)單元所需的電源性質(zhì)和參數(shù)可能非常不同，因此不僅要確保電源穩(wěn)定可靠的工作，而且要確保其他單元的穩(wěn)定可靠的工作。

5.功率地

功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動電路電流強(qiáng)，電壓高，功率地線干擾大。因此，必須與其他弱電地設(shè)置功率地，以確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

◆防雷接地

當(dāng)電力電子設(shè)備遇到雷擊時(shí)，無論是直接雷擊還是感應(yīng)雷擊，電力電子設(shè)備都會受到很大的損壞。設(shè)置避雷針，防止雷擊危及設(shè)備和人身安全。

以上兩種接地主要是為了安全，都應(yīng)直接連接到地面上。

◆屏蔽接地

屏蔽和接地應(yīng)配合使用，以達(dá)到屏蔽效果。

例如，靜電屏蔽。當(dāng)帶正電導(dǎo)體被完整的金屬屏蔽體包圍時(shí)，與帶電導(dǎo)體相同的負(fù)電荷將在屏蔽體內(nèi)部感應(yīng)，與帶電導(dǎo)體相同的正電荷將出現(xiàn)在外部，因此外部仍有電場。如果金屬屏蔽體接地，外部正電荷將流入地球，外部將沒有電場，即帶正電導(dǎo)體的電場將被金屬屏蔽體屏蔽。

另一個(gè)例子是交變電場屏蔽。為了降低交變電場對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，并接地金屬屏蔽體。只要金屬屏蔽體接地良好，交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓就很小。

以上兩種接地主要考慮電磁兼容性。

3.接地方式：

按工作頻率采用以下接地方法：

一.單點(diǎn)接地：

工作頻率低（1MHz）采用單點(diǎn)接地式，即將整個(gè)電路系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)視為接地參考點(diǎn)，所有接地連接均接到此點(diǎn)，并設(shè)置安全接地螺栓），防止兩點(diǎn)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路耦合。多個(gè)電路的單點(diǎn)接地方式分為串聯(lián)和并聯(lián)。由于串聯(lián)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路耦合，低頻電路最好采用并聯(lián)單點(diǎn)接地。

為防止工作頻率和其他雜散電流干擾信號接地線，信號接地線應(yīng)與功率接地線和外殼接地線絕緣。僅在功率接地、外殼接地線和接地線安全接地螺栓上連接（浮地式除外）。

地線長度與截面的關(guān)系如下：

S>0.83L(1)

類型:L-地線長度，m；

S-地線截面，mm2。

二.多點(diǎn)接地：

高工作頻率（>30mHz）采用多點(diǎn)接地（即在電路系統(tǒng)中，用接地板代替電路各部分的接地電路）。由于接地引線的感應(yīng)阻抗與頻率和長度成正比，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，會增加共地阻抗，從而增加共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，因此接地線的長度應(yīng)盡可能短。當(dāng)使用多點(diǎn)接地時(shí)，盡量找到最接近的低電阻接地。

三.混合接地：

工作頻率為1~30mHz的電路采用混合接地式。當(dāng)接地線長度小于工作信號波長的1/20時(shí)，采用單點(diǎn)接地式，否則采用多點(diǎn)接地式。

四.浮地

浮地式是指電路的地面與地面無導(dǎo)體連接。其優(yōu)點(diǎn)是電路不受地面電氣性能的影響；缺點(diǎn)是電路易受寄生電容器的影響，改變地面電位，增加模擬電路的感應(yīng)干擾；由于電路與地面無導(dǎo)體連接，靜電放電容易產(chǎn)生靜電積累，可能導(dǎo)致靜電擊穿或強(qiáng)烈干擾。因此，浮地的效果不僅取決于絕緣電阻的大小，還取決于寄生電容器的大小和信號的頻率。

4.2降低接地電阻的方法：

接地電阻由接地電阻、接觸電阻和接地電阻組成。有三種方法可以降低接地電阻：

• 降低接地線電阻，選擇總截面大、長度短的多股細(xì)導(dǎo)線。

• 降低接觸電阻，使接地線與接地螺栓緊密牢固地連接，增加接地極與土壤的接觸面積和緊密度。

• 降低地電阻，增加接地極的表面積和土壤的導(dǎo)電性（如在土壤中注入鹽水）。

5.屏蔽地:

1.電路的屏蔽接地,屏蔽罩應(yīng)設(shè)置在容易受到電磁輻射干擾的電路中，如各種信號源和放大器。由于信號電路與屏蔽之間存在寄生電容，信號電路的接地線端應(yīng)與屏蔽蓋連接，以消除寄生電容的影響，屏蔽蓋應(yīng)接地，以消除共模干擾。

2.低頻電路電纜的屏蔽層應(yīng)采用點(diǎn)接地，屏蔽層的接地點(diǎn)應(yīng)與電路的接地點(diǎn)一致。對于多層屏蔽電纜，每個(gè)屏蔽層應(yīng)在一個(gè)點(diǎn)接地，每個(gè)屏蔽層應(yīng)相互絕緣。

3.高頻電路電纜的屏蔽層應(yīng)采用多點(diǎn)接地。當(dāng)電纜長度大于工作信號波長0.15倍時(shí)，采用工作信號波長0.15倍的間隔多點(diǎn)接地類型。如果無法實(shí)現(xiàn)，至少在屏蔽層的兩端接地。

4.當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)需要抵抗外部電磁干擾或防止系統(tǒng)對外部世界產(chǎn)生電磁干擾時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)被屏蔽，屏蔽體應(yīng)連接到系統(tǒng)地面。

6.設(shè)備地

為了滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)備通常包含多種電路，如低電平信號電路（如高頻電路、數(shù)字電路、模擬電路等）、高電平電源電路（如電源電路、繼電器電路等）。為了安裝電路板和其他部件，設(shè)備需要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和屏蔽效率，以抵抗外部電磁干擾。典型設(shè)備的接地情況如圖1所示。

圖1.設(shè)備接地

設(shè)備接地時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

-50Hz電源零線應(yīng)連接到安全接地螺栓，對于獨(dú)立的設(shè)備，在設(shè)備金屬外殼上設(shè)置安全接地螺栓，并有良好的電連接；

-為防止機(jī)殼帶電，危及人身安全，不允許使用電源零線代替機(jī)殼地線；

-為了防止高壓、大電流和強(qiáng)功率電路（如供電電路、繼電器電路）干擾低電平電路（如高頻電路、數(shù)字電路、模擬電路等），將其接地分開。前者為功率接地（強(qiáng)電接地），后者為信號接地（弱電接地），信號接地分為數(shù)字接地和模擬接地，信號接地線應(yīng)與功率接地線和外殼接地線絕緣；

-對于信號接地線，可以設(shè)置另一個(gè)信號接地螺栓（與設(shè)備外殼絕緣）。信號接地螺栓與安全接地螺栓的連接方式有三種方式（取決于接地效果）：一是不連接而成為浮地式；二是直接連接，成為單點(diǎn)接地式；第三，通過3μF電容器連接，成為直流浮地式和交流接地式。其他接地最終聚集在安全接地螺栓上（該點(diǎn)應(yīng)位于交流電源的進(jìn)線處），然后通過接地線將接地極埋在土壤中。

7.系統(tǒng)地

當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)設(shè)備組成時(shí)，系統(tǒng)的接地如圖2所示。

圖2.接地系統(tǒng)

系統(tǒng)接地應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

-參考設(shè)備接地注意事項(xiàng)；

-設(shè)備外殼采用設(shè)備外殼地線與機(jī)柜外殼連接；

-機(jī)柜外殼與機(jī)柜外殼地線和系統(tǒng)外殼連接；

-對于系統(tǒng)，系統(tǒng)金屬外殼上設(shè)置安全接地螺栓，并有良好的電連接；

-當(dāng)系統(tǒng)中的機(jī)柜和設(shè)備過多時(shí)，會導(dǎo)致數(shù)字接地線、模擬接地線、電源接地線和機(jī)柜外殼接地線過多。在這方面，可以考慮鋪設(shè)兩條半環(huán)形接地母線，它們相互平行，并與系統(tǒng)外殼絕緣，一條是信號接地母線，另一條是屏蔽接地和機(jī)柜外殼接地母線；系統(tǒng)中的每個(gè)信號接近信號接地母線，系統(tǒng)中的每個(gè)屏蔽接地和機(jī)柜外殼接近屏蔽接地和機(jī)柜外殼接地母線；兩條半環(huán)形接地母線中部靠近安全接地螺栓，屏蔽接地和機(jī)柜外殼接地母線接安全接地螺栓；信號接地母線接信號接地螺栓；

-當(dāng)系統(tǒng)使用三相電源供電時(shí)，由于各負(fù)荷用電量和用電時(shí)間的不同，不可避免地導(dǎo)致三相不平衡，導(dǎo)致三相電源中心點(diǎn)電位偏移。因此，電源零線連接到安全接地螺栓，迫使三相電源中心點(diǎn)電位保持零電位，防止三相電源中心點(diǎn)電位偏移引起的干擾；

-鍍鋅鋼管用于接地極，其外徑不小于50mm，長度不小于2.0m；埋設(shè)時(shí)，將接地極打入地面一定深度，倒入鹽水。一般要求接地電阻小于4Ω，對于移動設(shè)備，接地電阻小于10Ω。

8結(jié)語

電磁兼容試驗(yàn)時(shí)，必須研究接地技術(shù)，以確保設(shè)備和人員的安全，以及電力電子設(shè)備的正常和可靠的工作。接地可以直接連接到地面或連接到作為參考電位的導(dǎo)體上。不合理的接地會引入電磁干擾，導(dǎo)致電力電子設(shè)備工作異常。因此，接地技術(shù)是電磁兼容性的重要技術(shù)之一，應(yīng)充分重視對接地技術(shù)的研究。