关于干扰和接地技术 所有工控人都需要了解的常识 「接地电阻标准」

今天带来关于干扰和接地技术 所有工控人都需要了解的常识 「接地电阻标准」，关于关于干扰和接地技术 所有工控人都需要了解的常识 「接地电阻标准」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

一、接地的含义

大地；接大地的含义

以地球的电位为基准，并以大地为零电位，把电子设备的金属外壳、线路选定点等通过接地线、接地极等组成的装置与大地相连接

系统基准地：简称系统地

指信号回路的基准导体（电子设备通常以金属底座、机壳、屏蔽罩、或组铜线、铜带等作为基准导体），并设该基准导体为相对零电位，但不是大地零电位。

理想的基准导体是一个零电位、零阻抗的物理实体

理想的接地面可以为系统中的任何位置的信号提供公共的电位参考点（但不存在）

接地平面流过电流产生的等位线

地线电位示意图

传统定义：地线就是电路中的电位参考点，它为系统中的所有电路提供一个电位基准。

在从事电路设计的人员范围内，如果谁提出这样一个问题：什么是地线，地线起什么作用？马上会引起同事的嘲笑。因为电路接地实在是再自然不过的事情了。定义也在教科书中不知陈述过多少遍。

新定义：地线为信号流回源的低阻抗路径

如上所述，传统定义仅给出了地线应该具有的等电位状态，并没有反映真实地线的情况。因此用这个定义无法分析实际的电磁兼容问题。这个定义突出了电流的流动。当电流流过有限阻抗时，必然会导致电压降，因此这个定义反映了实际地线上的电位情况。

思考题：在分析、解决电磁兼容问题时，确定实际的地线电流路径十分重要。但你所设计的地线往往并不是实际的地线电流路径，也就是，并不是真正的地线，这是为什么？

二 接地目的

1：为了安全，安全地

左图：机箱通过杂散阻抗Z1而带电， 右图：机箱因绝缘击穿而带电

U1－－机箱上电压； U2－－电路中高压部件；

Z1－－高压部件与机箱间的杂散阻抗；Z2－－机箱与大地间的阻抗

1、若机箱没有接地，当电源线与机箱之间的绝缘良好（阻抗很大）时，尽管机箱上的感应电压可能很高，但是人触及机箱时也不会发生危险，因为流过人体的电流很小。

2、如果电源线与机箱之间的绝缘层损坏，使绝缘电阻降低，当人触及机箱时，则会导致较大的电流流过人体，造成人身伤害。最坏的情况是电源线与机箱之间短路，这时全部电流流过人体。

3、若机箱接地，当电源线与机箱短路时，会烧断保险或导致漏电保护动作。

4、接地还能为雷击电流提供一条泄放路径，当设施或设备中装有浪涌抑制器时，接地是必要的，否则无法泄放浪涌能量。这时，不仅要接地，而且还要“接好地”，也就是，接地的阻抗还必须很低。

对于许多静电敏感的场合，接地还是泄放电荷的主要手段。

安全接地是指接大地(Earthing)，也就是将电气设备的外壳以低阻抗导体连接大地，当人员意外触及时不易遭受电击。

2：信号地

为信号电压提一个稳定零电位参考点，称为信号地或系统地；信号接地除提供参考点之外，同时还可以大量消除杂讯的干扰。

定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径

基本的接地方式

单点接地：串联单点接地、并联单点接地

多点接地：设备中的个接地垫就近直接接到最近的接地平面上

浮 地：指设备地线系统在电气上与大地绝缘，这样可以减小地电流引起的电磁干扰

三 地线引发干扰问题的原因

1、地线不是等电位体：地线的导体都是有一定阻抗的，设计不当的地线的阻抗相当大。

当地线电流流过地线时，就会在地线上产生电压。公共地线上的电流成份很多，电压也很杂乱，这就是地线噪声电压。

2、地线噪声电压的严重性：地线噪声意味着地线并不是我们做设计时假设的：可以作为电位参考点的等电位体，实际的地线上各点的电位是不相同的。假设（前提）就被破坏，电路就不能正常工作了。这就是地线造成电磁干扰现象的实质。

3、地线电流路径不确定：地线电流遵守电流的一般规律，走阻抗最小的路径。

对于频率较低的电流，这条路径比较容易确定，就是电阻最小的路径，电阻与导体的截面积、长度有关。

但对于频率较高的电流，确定地线电流的路径并不容易，实际的地线电流往往并不流过你所设计的地线。电流失去控制，就会产生一些莫名其妙的问题。

4、地线设计的核心：减小地线的阻抗

四 地线问题 地环路

地环路干扰：

是一种较常见的干扰现象,常常发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间。其产生的内在原因是地环路电流的存在。

由于地环路干扰是由地环路电流导致的，因此在实践中，有时会发现，当将一个设备的安全接地线断开时，干扰现象消失，这是因为地线断开时，切断了地环路。这种现象往往发生在干扰频率较低的场合，当干扰频率高时，断开地线与否关系不大。

地环路干扰形成的原因1：

两个设备的地电位不同，形成地电压，在这个的驱动下，设备1 — 互联电缆 —设备2 — 地 形成的环路 之间有电流流动。由于电路的不平衡性，每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成干扰。地线上的电压是由于其它功率较大的设备也用这段地线，在地线中引起较强电流，而地线又有较大阻抗产生的。

地环路干扰形成的原因2：

由于互联设备处在较强的电磁场中，电磁场在设备1 — 互联电缆 —设备2 — 地 形成的环路中感应出环路电流，与原因1的过程一样导致干扰。

解决地环路干扰的基本思路有两个：

1、减小地线的阻抗，从而减小干扰电压。

2、增加地环路的阻抗，从而减小地环路电流。

当阻抗无限大时，实际是将地环路切断，即消除了地环路。例如将一端的设备浮地、或将线路板与机箱断开等是直接的方法。

但出于静电防护或安全的考虑，这种直接的方法在实践中往往是不允许的。

思考题：当将一端的设备与地线断开时，干扰现象消失，往往说明有地环路干扰问题，但是为什么不能反过来说：“当有地环路干扰时，只要将一端电路与地线之间的联线断开，就可以解决问题。”？

解决地环路干扰的措施

1隔离变压器

2光耦合

3共模扼流圈

4平衡电路

地线电压实际是一种共模电压，在这个电压的驱动下，电缆中流过的电流是共模电流。因此可以采用在电缆上安装共模扼流圈的方法来抑制地环路电流。

共模扼流圈：将变压器以纵向扼流圈形式接入信号传输线中，称为中和变压器，或共模扼流圈，结构特点：

两个绕组匝数、绕向均相同

工作特点：

信号电流在两个绕组中流动，是差模电流，产生的磁场相互抵消，信号几乎无损通过；

地线干扰电流在两个绕组中流动是共模电流，产生的磁场同相相叠加，故共模扼流圈对干扰电流呈现较大阻抗，较好地抑制了地环路干扰。

五 典型接地方式及种类

由于干扰杂讯本身的特性，考虑接地时有不同的处理方法：

1、 单点接地：系统或装备上仅有一点接地，适用于低频电路

串联单点接地

若系统各线路或装备所产生或需要的能量变化太大，则不适用串联单点接地，因为高能量的线路或装备所产生大量的地电位会严重地影响低能量线路或装备的正常运作。

并联单点接地

并联单点接地最大的缺点是耗时费料，由于接地线太多太长，以至增加各地阻抗，尤其在高频范围中更加严重。

2、多点接地：适用于高频电路

在频率低于10MHz时，较适于单点接地。若在高频(>10MHz)情况下，由于接地线的长度以及接地电路的影响，故单点接地无法达到去除干扰的效果，此时就得使用多点接地。此时接地线的长度亦应尽量缩短。下图各接地点可视为机壳或接地板：

3、混合接地：复合式接地

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联法，可同时兼顾降低杂讯以及减化施工与节省用料。

六 接地小结和注意事项

接地小结

由于频率的关系，无论何种接地方法均应尽量缩短接地线，否则其非但增加阻抗，同时更会产生辐射杂讯，因其作用有如天线，接地线的长度 L< λ/20。

不论何种接地法，最大的困扰均起自于地电流的产生，因此去除接地环路就成了设计者的考验。

注意之一

接地线愈短愈好；

电缆屏蔽层终接时应环接；

电子线路中及低频使用时应规划不同的接地系统以配合不同之回路（Return ）,如信号、屏蔽、电源、机壳或组架。唯这些回路最后可接在一起，然后以单点接地；

接地面应具有高传导性（Conductivity）；

线路中之元件若经常产生大量的急变电流，则该线路应备有单独的接地系统，或至少应备有单独之回路，以免影响其它线路。

低能量信号之接地应与其它接地隔离；

切忌双股电缆分开安装；

注意之二

低频宜采用单点接地系统，高频应采用多点接地系统；

良好的接地系统；

减少由共同导体所引入的杂讯电压，尽量避免产生接地环路；

已接地的放大器接于未接地之电源，其输入导线之屏蔽应接于放大器之接地点。若未接地之放大器接于接地之电源，则输入导线之屏蔽应于电源端接地。高增益放大器之屏蔽应接于放大器之接地点；

若信号线路两端接地，则所产生的接地环路易受磁场及地电位差的干扰；

去除接地环路的方法有使用隔离变压器、光电耦合器、差动放大器、扼流圈。

串联单点、并联单点混合接地实例