電磁兼容中的接地技術(shù)，包括接地的種類和目的、接地方式、接地電阻的計算以及設(shè)備和系統(tǒng)的接地等。其主要目的在于提高電力電子設(shè)備的電磁兼容能力
1. 接地技術(shù)zui早是應(yīng)用在強電系統(tǒng)（電力系統(tǒng)、輸變電設(shè)備、電氣設(shè)備）中，為了設(shè)備和人身的安全，將接地線直接接在大地上。由于大地的電容非常大，一般情況下可以將大地的電位視為零電位。后來，接地技術(shù)延伸應(yīng)用到弱電系統(tǒng)中。對于電力電子設(shè)備將接地線直接接在大地上或者接在一個作為參考電位的導體上，當電流通過該參考電位時，不應(yīng)產(chǎn)生電壓降。然而由于不合理的接地，反而會引入了電磁干擾，比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等，從而導致電力電子設(shè)備工作不正常?？梢姡拥丶夹g(shù)是電力電子設(shè)備電磁兼容技術(shù)的重要內(nèi)容之一， 接地的種類和目的
電力電子設(shè)備一般是為以下幾種目的而接地：
2.1 安全接地
安全接地即將機殼接大地。一是防止機殼上積累電荷，產(chǎn)生靜電放電而危及設(shè)備和人身安全；二是當設(shè)備的絕緣損壞而使機殼帶電時，促使電源的保護動作而切斷電源，以便保護工作人員的安全。
2.2 防雷接地
當電力電子設(shè)備遇雷擊時，不論是直接雷擊還是感應(yīng)雷擊，電力電子設(shè)備都將受到極大傷害。為防止雷擊而設(shè)置避雷針，以防雷擊時危及設(shè)備和人身安全。
上述兩種接地主要為安全考慮，均要直接接在大地上。
2.3 工作接地
工作接地是為電路正常工作而提供的一個基準電位。該基準電位可以設(shè)為電路系統(tǒng)中的某一點、某一段或某一塊等。當該基準電位不與大地連接時，視為相對的零電位。這種相對的零電位會隨著外界電磁場的變化而變化，從而導致電路系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。當該基準電位與大地連接時，基準電位視為大地的零電位，而不會隨著外界電磁場的變化而變化。但是不正確的工作接地反而會增加干擾。比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等。
為防止各種電路在工作中產(chǎn)生互相干擾，使之能相互兼容地工作。根據(jù)電路的性質(zhì)，將工作接地分為不同的種類，比如直流地、交流地、數(shù)字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。上述不同的接地應(yīng)當分別設(shè)置。
2.3.1 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地線。由于信號一般都較弱，易受干擾，因此對信號地的要求較高。
2.3.2 模擬地
模擬地是模擬電路零電位的公共基準地線。由于模擬電路既承擔小信號的放大，又承擔大信號的功率放大；既有低頻的放大，又有高頻放大；因此模擬電路既易接受干擾，又可能產(chǎn)生干擾。所以對模擬地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)更要充分考慮。
2.3.3 數(shù)字地
數(shù)字地是數(shù)字電路零電位的公共基準地線。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài)，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時，易對模擬電路產(chǎn)生干擾。所以對數(shù)字地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)也要充分考慮。
2.3.4 電源地
電源地是電源零電位的公共基準地線。由于電源往往同時供電給系統(tǒng)中的各個單元，而各個單元要求的供電性質(zhì)和參數(shù)可能有很大差別，因此既要保證電源穩(wěn)定可靠的工作，又要保證其它單元穩(wěn)定可靠的工作。
2.3.5 功率地
功率地是負載電路或功率驅(qū)動電路的零電位的公共基準地線。由于負載電路或功率驅(qū)動電路的電流較強、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設(shè)置，以保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。
2.4 屏蔽接地
屏蔽與接地應(yīng)當配合使用，才能起到屏蔽的效果。
比如靜電屏蔽。當用完整的金屬屏蔽體將帶正電導體包圍起來，在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出與帶電導體等量的負電荷，外側(cè)出現(xiàn)與帶電導體等量的正電荷，因此外側(cè)仍有電場存在。如果將金屬屏蔽體接地，外側(cè)的正電荷將流入大地，外側(cè)將不會有電場存在，即帶正電導體的電場被屏蔽在金屬屏蔽體內(nèi)。
再比如交變電場屏蔽。為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)置導電性好的金屬屏蔽體，并將金屬屏蔽體接。只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。
上述兩種接地主要為電磁兼容性考慮。
3 接地方式
工作接地按工作頻率而采用以下幾種接地方式：
3.1 單點接地
工作頻率低（<1MHz）的采用單點接地式（即把整個電路系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)點看作接地參考點，所有對地連接都接到這一點上，并設(shè)置一個安全接地螺栓），以防兩點接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。多個電路的單點接地方式又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種，由于串聯(lián)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合，所以低頻電路采用并聯(lián)的單點接地式。
為防止工頻和其它雜散電流在信號地線上產(chǎn)生干擾，信號地線應(yīng)與功率地線和機殼地線相絕緣。且只在功率地、機殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連（浮地式除外）。
地線的長度與截面的關(guān)系為：
S>0.83L （1）
式中：L——地線的長度，m；
S——地線的截面,mm2。
3.2 多點接地
工作頻率高（>30MHz）的采用多點接地式（即在該電路系統(tǒng)中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路）。因為接地引線的感抗與頻率和長度成正比，工作頻率高時將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所以要求地線的長度盡量短。采用多點接地時，盡量找zui接近的低阻值接地面接地。
3.3 混合接地
工作頻率介于1～30MHz的電路采用混合接地式。當接地線的長度小于工作信號波長的1/20時，采用單點接地式，否則采用多點接地式。
3.4 浮地
浮地式即該電路的地與大地無導體連接。其優(yōu)點是該電路不受大地電性能的影響；其缺點是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動和增加了對模擬電路的感應(yīng)干擾；由于該電路的地與大地無導體連接，易產(chǎn)生靜電積累而導致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強烈的干擾。因此，浮地的效果不僅取決于浮地的絕緣電阻的大小，而且取決于浮地的寄生電容的大小和信號的頻率。
4 屏蔽地
4.1 電路的屏蔽罩接地
各種信號源和放大器等易受電磁輻射干擾的電路應(yīng)設(shè)置屏蔽罩。由于信號電路與屏蔽罩之間存在寄生電容，因此要將信號電路地線末端與屏蔽罩相連，以消除寄生電容的影響，并將屏蔽罩接地，以消除共模干擾。
4.2 電纜的屏蔽層接地
4.2.1 低頻電路電纜的屏蔽層接地
低頻電路電纜的屏蔽層接地應(yīng)采用一點接地的方式，而且屏蔽層接地點應(yīng)當與電路的接地點一致。對于多層屏蔽電纜，每個屏蔽層應(yīng)在一點接地，各屏蔽層應(yīng)相互絕緣。
4.2.2 高頻電路電纜的屏蔽層接地
高頻電路電纜的屏蔽層接地應(yīng)采用多點接地的方式。當電纜長度大于工作信號波長的0.15倍時，采用工作信號波長的0.15倍的間隔多點接地式。如果不能實現(xiàn)，則至少將屏蔽層兩端接地。
4.3 系統(tǒng)的屏蔽體接地
當整個系統(tǒng)需要抵抗外界電磁干擾，或需要防止系統(tǒng)對外界產(chǎn)生電磁干擾時，應(yīng)將整個系統(tǒng)屏蔽起來，并將屏蔽體接到系統(tǒng)地上。
5 設(shè)備地
一臺設(shè)備要實現(xiàn)設(shè)計要求，往往含有多種電路，比如低電平的信號電路（如高頻電路、數(shù)字電路、模擬電路等）、高電平的功率電路（如供電電路、繼電器電路等）。為了安裝電路板和其它元器件、為了抵抗外界電磁干擾而需要設(shè)備具有一定機械強度和屏蔽效能的外殼。典型設(shè)備的接地 設(shè)備的接地應(yīng)當注意以下幾點：
——50Hz電源零線應(yīng)接到安全接地螺栓處，對于獨立的設(shè)備，安全接地螺栓設(shè)在設(shè)備金屬外殼上，并有良好電連接；
——為防止機殼帶電，危及人身安全，不許用電源零線作地線代替機殼地線；
——為防止高電壓、大電流和強功率電路（如供電電路、繼電器電路）對低電平電路（如高頻電路、數(shù)字電路、模擬電路等）的干擾，將它們的接地分開。前者為功率地（強電地），后者為信號地（弱電地），而信號地又分為數(shù)字地和模擬地，信號地線應(yīng)與功率地線和機殼地線相絕緣；
——對于信號地線可另設(shè)一信號地螺栓（和設(shè)備外殼相絕緣），該信號地螺栓與安全接地螺栓的連接有三種方法（取決于接地的效果）：一是不連接，而成為浮地式；二是直接連接，而成為單點接地式；三是通過一3μF電容器連接，而成為直流浮地式，交流接地式。其它的接地zui后匯聚在安全接地螺栓上（該點應(yīng)位于交流電源的進線處），然后通過接地線將接地極埋在土壤中。
6 系統(tǒng)
當多個設(shè)備組成一個系統(tǒng)時，系統(tǒng)的接地 系統(tǒng)的接地應(yīng)當注意以下幾點：
——參照設(shè)備的接地注意事項；
——設(shè)備外殼用設(shè)備外殼地線和機柜外殼相連；
——機柜外殼用機柜外殼地線和系統(tǒng)外殼相連；
——對于系統(tǒng)，安全接地螺栓設(shè)在系統(tǒng)金屬外殼上，并有良好電連接；
——當系統(tǒng)內(nèi)機柜、設(shè)備過多時，將導致數(shù)字地線、模擬地線、功率地線和機柜外殼地線過多。對此，可以考慮鋪設(shè)兩條互相并行并和系統(tǒng)外殼絕緣的半環(huán)形接地母線，一條為信號地母線，一條為屏蔽地及機柜外殼地母線；系統(tǒng)內(nèi)各信號地就近接到信號地母線上，系統(tǒng)內(nèi)各屏蔽地及機柜外殼地就近接到屏蔽地及機柜外殼地母線上；兩條半環(huán)形接地母線的中部靠近安全接地螺栓，屏蔽地及機柜外殼地母線接到安全接地螺栓上；信號地母線接到信號地螺栓上；
——當系統(tǒng)用三相電源供電時，由于各負載用電量和用電的不同時性，必然導致三相不平衡，造成三相電源中心點電位偏移，為此將電源零線接到安全接地螺栓上，迫使三相電源中心點電位保持零電位，從而防止三相電源中心點電位偏移所產(chǎn)生的干擾；
——接地極用鍍鋅鋼管，其外直徑不小于50mm，長度不小于2.0m；埋設(shè)時，將接地極打入地表層一定深度、并倒入鹽水，一般要求接地電阻小于4Ω，對于移動設(shè)備，接地電阻可小于10Ω。
7 結(jié)語
為了設(shè)備和人身的安全以及電力電子設(shè)備正常可靠的工作必須研究接地技術(shù)。接地可直接接在大地上或者接在一個作為參考電位的導體上。不合理的接地反而會引入電磁干擾，導致電力電子設(shè)備工作不正常。因此，接地技術(shù)是電磁兼容中的重要技術(shù)之一，應(yīng)當充分重視對接地技術(shù)的研究。 |
