淺談接地線

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淺談接地線

　　接地

　　目錄簡(jiǎn)介作用相關(guān)信息

　　簡(jiǎn)介

　　接地 jiēdì

　　(1) [earthing;grounding;ground connection] [電]∶為防止觸電或保護(hù)設(shè)備的安全,把電力電訊等設(shè)備的金屬底盤或外殼接上地線

　　(2) [touchdown;ground contact]∶利用大地作電流回路

　　接地線

　　以美國(guó)的電源系統(tǒng)而言，除了火線 ( Hot Line ) 與零線 ( Neutral Line ) 外，中間圓頭的插 Pin 即是所謂的接地 Pin ，其接地的功用除了將一些無(wú)用的電流或是噪聲干擾導(dǎo)入大地外，最大功用為保護(hù)使用者不被電擊，以 UPS 而言，有些 UPS 會(huì)將零線與地線間的電壓標(biāo)示出來(lái)，確保產(chǎn)品不會(huì)造成對(duì)人體的電擊傷害。

　　作用

　　在電力系統(tǒng)中，將設(shè)備和用電裝置的中性點(diǎn)、外殼或支架與接地裝置用導(dǎo)體作良好的電氣連接叫做接地。

　　接地的作用總的步說(shuō)可以分為有兩個(gè)：保護(hù)人員和設(shè)備不受損害叫保護(hù)接地；保障設(shè)備的正常運(yùn)行的叫工作接地。這里的分類是指接地工程設(shè)計(jì)施工中考慮的各種要求，并不表示每種“地”都需要獨(dú)立開來(lái)。相反，除了有地電信號(hào)抗干擾、設(shè)備本身專門要求等特殊原因之外，我們提倡盡量采用聯(lián)合接地的方案。

　　1、保護(hù)接地

　　防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應(yīng)或線路引入）時(shí)，為防止造成損害的接地系統(tǒng)。常有信號(hào)（弱電）防雷地和電源（強(qiáng)電）防雷地之分，區(qū)分的原因不僅僅是因?yàn)橐蠼拥仉娮璨煌�，而且在工程�?shí)踐中信號(hào)防雷地常附在信號(hào)獨(dú)立地上，和電源防雷地分開建設(shè)。

　　機(jī)殼安全接地是將系統(tǒng)中平時(shí)不帶電的金屬部分（機(jī)柜外殼，操作臺(tái)外殼等)與地之間形成良好的導(dǎo)電連接，以保護(hù)設(shè)備和人身安全。原因是系統(tǒng)的供電是強(qiáng)電供電（380、220或11OV），通常情況下機(jī)殼等是不帶電的，當(dāng)故障發(fā)生（如主機(jī)電源故障或其它故障）造成電源的供電火線與外殼等導(dǎo)電金屬部件短路時(shí)，這些金屬部件或外殼就形成了帶電體，如果沒(méi)有很好的接地，那么這帶電體和地之間就有很高的電位差，如果人不小心觸到這些帶電體，那么就會(huì)通過(guò)人身形成通路，產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此，必須將金屬外殼和地之間作很好的連接，使機(jī)殼和地等電位。此外，保護(hù)接地還可以防止靜電的積聚。

　　2、工作接地

　　工作接地是為了使系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測(cè)量和控制精度而設(shè)的接地。它分為機(jī)器邏輯地、信號(hào)回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系統(tǒng)中還有本安接地。

　　機(jī)器邏輯地，也叫主機(jī)電源地，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是+5V等電源的輸出地。

　　信號(hào)回路接地，如各變送器的負(fù)端接地，開關(guān)量信號(hào)的負(fù)端接地等。屏蔽接地（模人信號(hào)的屏蔽層的接地）。

　　本安接地，是本安儀表或安全柵的接地。這種接地除了抑制干擾外，還有使儀表和

　　系統(tǒng)具有本質(zhì)安全性質(zhì)的措施之一。本安接地會(huì)因?yàn)椴捎玫脑O(shè)備的本實(shí)措施不同而不同，下面以齊納式安全柵為例，說(shuō)明其接地內(nèi)容。

　　安全柵的作用是保護(hù)危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)端永遠(yuǎn)處于安全電源和安全電壓范圍之內(nèi)。如果現(xiàn)場(chǎng)端短路，則由于負(fù)載電阻和安全柵電阻R的限流作用，會(huì)將導(dǎo)線上的電流限制在安全范圍內(nèi)，使現(xiàn)場(chǎng)端不至于產(chǎn)生很高的溫度，引起燃燒。第二種情況，如果計(jì)算機(jī)一端產(chǎn)生故障，則高壓電信號(hào)加入了信號(hào)回路，則由于齊納二級(jí)的嵌位作用，也使電壓位于安全范圍。

　　值得提醒的是，由于齊納安全柵的引入，使得信號(hào)回路上的電阻增大了許多，因此，在設(shè)計(jì)輸出回路的負(fù)載能力時(shí)，除了要考慮真正的負(fù)載要求以外，還要充分考慮安全柵的電阻，留有余地。

　　除了上述幾種接地外，在很多場(chǎng)合下容易引起混亂的還有一個(gè)供電系統(tǒng)地，也叫交流電源工作地，它是電力系統(tǒng)中為了運(yùn)行需要設(shè)的接地(如中性點(diǎn)接地）。

　　現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)其本身就是強(qiáng)烈的電磁干擾源，主要通過(guò)輻射方式干擾該頻段內(nèi)的通信設(shè)備。為抑制外部高壓輸電線路的干擾影響，采用接地措施，常用的接地方式有兩種，現(xiàn)分別討論如下：

　　2.2.1 分散接地方式

　　分散接地就是將通信大樓的防雷接地、電源系統(tǒng)接地、通訊設(shè)備的各類接地以及其他設(shè)備的接地分別接入相互分離的接地系統(tǒng)，由于地線系統(tǒng)不斷增多，地線間潛在的耦合影響往往難以避免，分散接地反而容易引起干擾。同時(shí)主體建筑物的高度不斷增加，其接地方式所帶的不安全因素也越來(lái)越大。當(dāng)某一設(shè)施被雷擊中，容易形成地下反擊，損壞其他設(shè)備。

　　2.2.2 聯(lián)合接地方式

　　聯(lián)合接地方式也稱單點(diǎn)接地方式，即所有接地系統(tǒng)共用一個(gè)共同的“地”。聯(lián)合接地有以下一些特點(diǎn)：

　　(1)整個(gè)大樓的接地系統(tǒng)組成一個(gè)籠式均壓體，對(duì)于直擊雷，樓內(nèi)同一層各點(diǎn)位比較均勻；對(duì)于感應(yīng)雷，籠式均壓體和大樓的框架式結(jié)構(gòu)對(duì)外來(lái)電磁場(chǎng)干擾也可提供10－40dB的屏蔽效果；

　　(2)一般聯(lián)合接地方式接地電阻非常小，不存在各種接地體之間的耦合影響，有利于減少干擾；

　　(3)可以節(jié)省金屬材料，占地少。

　　由上不難看出，采用聯(lián)合接地方式可以有效抑制外部高壓輸電線路的干擾。防靜電接地的接地線應(yīng)串聯(lián)一個(gè)1兆歐的限流電阻,即通過(guò)限流電阻與接地裝置相連。接地電阻不是越小越好嗎？為何還要串電阻？

　　計(jì)算機(jī)接地是以接地電流易于流動(dòng)為目標(biāo)，要求接地電阻越小越好。計(jì)算中心的接地應(yīng)盡量減少噪音引起的電位變動(dòng)，同時(shí)應(yīng)注意信號(hào)電路與電源電路、高電平電路與低電平電路不能使用同一共地回路。對(duì)傳輸帶寬要求較高的網(wǎng)絡(luò)布線，應(yīng)采用隔離式屏蔽接地，以防止靜電感應(yīng)產(chǎn)生干擾。在設(shè)計(jì)上力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和實(shí)效接地如能和屏蔽有效地結(jié)合起來(lái)，將能更好地解決干擾，抑制噪音。

　　1 直流地

　　計(jì)算機(jī)機(jī)房的直流地是系統(tǒng)中所有邏輯電路的共同參考點(diǎn)，設(shè)計(jì)直流地應(yīng)考慮兩個(gè)方面：

　　消除各電路電流流向一個(gè)公共地線阻抗時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓；

　　避免受磁場(chǎng)和地電位差的影響，不讓其形成回路；如果接地方式或接法不妥當(dāng)將會(huì)形成噪聲耦合。

　　1.1 直流地接法分類

　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的直流地是數(shù)字電路的基準(zhǔn)電位，不一定是大地電位，如該地線經(jīng)一低阻通路接至大地，則該地線的電位可認(rèn)為是大地電位，被稱為接大地。在計(jì)算機(jī)術(shù)語(yǔ)中人們常常把計(jì)算機(jī)設(shè)備直流地的接地形式稱為計(jì)算機(jī)的接地。從目前的接法及形式看，與大地的接法不外乎兩種：一是直流地懸��；二是直流地接大地。

　　(1)直流地懸浮

　　直流地懸浮就是直流地不接大地，與地嚴(yán)格絕緣，要求對(duì)地電阻的大小一般在1ＭΩ以上。那么直流地為什么要懸空？因?yàn)槿绻麛?shù)字電路的直流地與交流地接在一起，有可能引入交流電力網(wǎng)電壓的干擾，為了防止這種干擾需要把交流地和直流地嚴(yán)格地分開。直流地懸浮的缺點(diǎn)是由于交流電電網(wǎng)的中線一般接地（接大地）這就等于把數(shù)字電路的直流地也接大地，這樣容易形成漏電，使交流與直流兩者之間形成電流回流，還可能因直流地懸浮使這些設(shè)備帶有瞬態(tài)電壓，通過(guò)相互間連線的電容耦合去干擾鄰近設(shè)備，萬(wàn)一發(fā)生交流火線與機(jī)柜相碰現(xiàn)象，就

　　會(huì)使機(jī)柜帶有很高的交流電壓，如果機(jī)柜無(wú)安全地，大量的靜電荷無(wú)處可去，淤積到機(jī)柜外殼上，使靜電荷越積越多，影響機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)行，遇雷雨季節(jié)而避雷設(shè)備又不完善時(shí)，會(huì)遭雷擊的危害。

　　(2)直流地接大地

　　直流地接大地就是將計(jì)算機(jī)機(jī)房中數(shù)字電路的等位地與大地相接，為了取得一定的公共電位，以減少電路的耦合，降低干擾影響，減少電氣元件的電腐蝕和因線路對(duì)地絕緣不良而產(chǎn)生的串音等現(xiàn)象，一般接地電阻應(yīng)＜4Ω。直流地接大地方式克服了直流地懸空所帶來(lái)的問(wèn)題，筆者建議在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)機(jī)房系統(tǒng)中采用直流地接大地的做法。由于直流地與機(jī)柜外殼是分開的，因此機(jī)柜外殼接大地為高頻干擾提供了低阻通路，對(duì)防止高頻干擾和防止靜電也起到一定的保護(hù)作用。

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　　1.2 直流地的具體接法

　　在直流地的接法上可以分為3種類型：串聯(lián)接地、并聯(lián)接地和網(wǎng)狀接地。

　　(1)串聯(lián)接地

　　機(jī)房中設(shè)備直流地線以串聯(lián)的方式接在直流地的銅皮上，此種接法雖然個(gè)別處電位有差異，但由于電阻非常小，所以在簡(jiǎn)單的接地系統(tǒng)中應(yīng)用較多。其缺點(diǎn)是在要求較高配置時(shí)，從防止噪聲的角度來(lái)看，因串聯(lián)接地，各串聯(lián)的電阻使得各點(diǎn)電位產(chǎn)生偏差，容易產(chǎn)生噪聲。

　　(2)并聯(lián)接地

　　此方法中各電路的地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，各點(diǎn)間的電位差較平衡，可獲得較好的低頻接地，因此應(yīng)用得較多。由于計(jì)算機(jī)的直流電壓較低，各機(jī)架之間的地電流不容易形成耦合，但這種連接方式需要很多根地線，布線較繁雜。

　　(3)網(wǎng)狀地

　　在大型機(jī)房中，對(duì)地要求相對(duì)嚴(yán)格，目前廣泛使用網(wǎng)狀地線作為直流地，稱為網(wǎng)狀地。直流網(wǎng)狀地是用一定截面積的銅帶在活動(dòng)地板下面交叉排列成600ｍｍ×600ｍｍ的方格，其交叉點(diǎn)與活動(dòng)地板支撐點(diǎn)的位置交錯(cuò)排列，腳點(diǎn)處用錫焊焊接或壓接在一起。為了使直流網(wǎng)狀地和大地絕緣，在銅帶下面應(yīng)墊2～3ｍｍ厚的絕緣膠皮或聚氯乙烯板等絕緣材料，要求對(duì)地電阻在10ＭΩ以上。直流網(wǎng)狀地系統(tǒng)不僅有助于更好地保證邏輯電路電位參考點(diǎn)的一致，而且大大提高了機(jī)器內(nèi)部和外部抗干擾能力。但是網(wǎng)狀地系統(tǒng)比較龐大，施工復(fù)雜，且費(fèi)用較高，因而只適用在大型計(jì)算機(jī)機(jī)房中應(yīng)用。

　　2 交流工作地、安全保護(hù)地和避雷地

　　（1）交流工作地

　　在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，除了使用直流電器設(shè)備外，還大量配備和使用交流電器設(shè)備。交流工作接地就是把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用交流電的設(shè)備做2次接地或經(jīng)特殊設(shè)備與大地作金屬連接，其作用是確保人身和設(shè)備安全。交流工作地的實(shí)施可分為計(jì)

　　算機(jī)系統(tǒng)使用的交流設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配套的交流設(shè)備兩種情況，應(yīng)各自獨(dú)立地按電器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接地，以防止因絕緣損壞而發(fā)生觸電危險(xiǎn)。

　　（2）安全保護(hù)地

　　把與電器設(shè)備帶電部分相絕緣的金屬外殼或機(jī)架同地之間做良好的接地稱為安全保護(hù)地。若機(jī)殼不接地則機(jī)殼帶有較高電位，人體接觸后就有觸電的危險(xiǎn)，當(dāng)絕緣被擊穿時(shí)，接地短路電流將沿著接地線和人體兩條通路同時(shí)流入大地。通常計(jì)算機(jī)機(jī)房使用的交流設(shè)備的機(jī)殼（如：空調(diào)機(jī)、穩(wěn)頻穩(wěn)壓裝置、變壓器、ＵＰＳ備份電源等設(shè)備的外殼）也應(yīng)按有關(guān)電器規(guī)范進(jìn)行接地處理。

　　（3）避雷地

　　防雷保護(hù)地主要是用來(lái)向大地引泄雷電流的，目的在于保護(hù)人員和建筑物的安全。防雷保護(hù)地與計(jì)算機(jī)中心建筑物采用的避雷措施有關(guān)，由于雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，造成巨大的電磁場(chǎng)，對(duì)計(jì)算機(jī)中心及相關(guān)設(shè)備具有極大的破壞作用，要求防雷地線裝置與所有其他電器設(shè)備之間保持足夠的距離。因此防雷保護(hù)措施是不可忽視的。在1997年夏季的一次雷雨天氣，國(guó)航內(nèi)蒙古分公司因未完善避雷裝置，致使網(wǎng)絡(luò)癱瘓、設(shè)備損壞，造成直接經(jīng)濟(jì)損失。因此建筑物避雷設(shè)施必須嚴(yán)格遵循防雷設(shè)施的規(guī)定，按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，每年至少要檢測(cè)一次避雷接地樁的良好程度。

　　3 計(jì)算機(jī)中心的各類設(shè)備接地之間的關(guān)系

　　計(jì)算機(jī)中心的各類設(shè)備接地之間的關(guān)系實(shí)際上就是直流地與其他地間的相互關(guān)系，計(jì)算機(jī)直流地的接地電阻的大小、接法及與諸地之間的相互關(guān)系是以不同的設(shè)計(jì)要求而定的。

　　（1）直流地懸浮時(shí)與諸地的關(guān)系

　　在直流地懸浮的系統(tǒng)中，其他諸地可以分別接地，也可接在一起。

　　（2）直流地接大地時(shí)與諸地的關(guān)系

　　在直流地接大地系統(tǒng)中，由于各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求不同，因此其直流地與其他諸地的關(guān)系有很大的不同，大體上有以下幾種接法。

　　ａ）直流地、安全地、交流地和避雷地分別接入不同的地樁。此種接法看來(lái)似乎各地相互之間沒(méi)有關(guān)系，不產(chǎn)生任何影響，而且單個(gè)地樁的造價(jià)便宜，但實(shí)際上這種方法不但復(fù)雜、造價(jià)昂貴，而且諸地之間難以達(dá)到相對(duì)隔離的要求，因此易對(duì)直流系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，影響設(shè)備的可靠性。

　�。猓┲绷鞯�、避雷地各自接地，安全地和交流地共用一個(gè)地樁。情況基本同ａ）。

　�。悖C(jī)房的直流地、交流地、安全地均各成系統(tǒng)，各用一根接地母線接入配電柜的中線，這種方法施工方便，可以與避雷地保持要求的距離，這是很多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用的接地方法。

　�。洌┤缢械鼐尤氡芾椎�，為了防止雷電壓的反擊，要求防雷接地裝置與所有電器設(shè)備之間保持足夠的距離。但是要保證滿足這一條件是困難的，特別是利用鋼筋混凝土建筑的結(jié)構(gòu)以鋼筋作為防雷網(wǎng)時(shí)，此距離實(shí)際上是無(wú)法保證的，在這種情況下應(yīng)將諸地連在一起，采用共同接地方式。為了防止雷電沖擊時(shí)接地電位的升高，共同接地的電阻最好能限制在1Ω以下。

　�。澹C(jī)房?jī)?nèi)諸設(shè)備的交流地、直流地和安全地共用同一地樁。把諸地特別是直流地與避雷地共用同一地樁給人們帶來(lái)極大的不安全，加之接地設(shè)施會(huì)因年久

　　失修致使接地電阻增加，從而給計(jì)算機(jī)的安全性、可靠性帶來(lái)極大的威脅。因此筆者建議不采用這種接地方法，而是采用直流地、交流地和安全地連在一起后接入同一地樁的處理方法。

　　4 在處理共地的地線時(shí)需要注意的問(wèn)題

　　（1）接地電阻——共用接地地樁的接地電阻應(yīng)滿足各種接地中最小接地電阻的要求。

　�。�2）為防止接地系統(tǒng)的相互干擾，確保對(duì)建筑物的絕緣，接地母線應(yīng)使用帶有絕緣外皮的屏蔽線，屏蔽套的一端應(yīng)進(jìn)行接地。

　�。�3）直流地、交流地和安全地雖然最后都接在地樁上，但并不意味著各種地之間可以隨意連接，也應(yīng)按照上述要求在其未接入同一地樁之前彼此應(yīng)保持嚴(yán)格的絕緣。

　�。�4）在直流地與機(jī)殼安全地分開接地的計(jì)算機(jī)設(shè)備中，因其直流地與機(jī)架嚴(yán)格絕緣，各自分別接系統(tǒng)地樁，但有些計(jì)算機(jī)的機(jī)殼與直流地在電器上是接在一起的，其交流設(shè)備的工作地與機(jī)殼是嚴(yán)格絕緣的。

　　5 防護(hù)靜電的有效措施——接地與屏蔽

　　靜電是引起計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備故障的重要因素之一，主要體現(xiàn)在靜電聚積在計(jì)算機(jī)的機(jī)殼上，當(dāng)電荷聚積的能量達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)給人以觸電的感覺(jué)；當(dāng)靜電帶電體觸及計(jì)算機(jī)時(shí)形成對(duì)計(jì)算機(jī)的放電，有可能使邏輯元件送入錯(cuò)誤信號(hào)、引起計(jì)算機(jī)運(yùn)算錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成程序紊亂，甚至燒毀設(shè)備。如何防止靜電帶來(lái)的危害，分析靜電對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的影響，找出靜電產(chǎn)生的根源，減少以致消除靜電是一個(gè)不可忽視的課題。

　　減少靜電對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的影響除采用防靜電地板和隔離墻外，一般多采用接地屏蔽的方法，其中設(shè)備的外殼接地是最基本的防靜電措施，要求計(jì)算機(jī)本身具備一套合理的接地和屏蔽系統(tǒng)，這樣當(dāng)靜電帶電體觸及計(jì)算機(jī)機(jī)殼放電時(shí)，靜電就能通過(guò)接地導(dǎo)線漏泄入地而不至于引起系統(tǒng)運(yùn)行故障，通常靜電瞬間電勢(shì)過(guò)高很容易引起接地電位的波動(dòng)。其次，要盡量切斷靜電噪聲侵入音頻通道，在跳接音頻和數(shù)字線時(shí)應(yīng)盡量采用屏蔽線，屏蔽線的外絕緣皮應(yīng)進(jìn)行良好地接地，從而泄漏掉聚集在周圍的電荷。

　　鑒于接地系統(tǒng)是提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性、抑制噪音、保證機(jī)房設(shè)備安全的重要手段，因此應(yīng)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的接地認(rèn)真加以對(duì)待，如果重視不夠或接地系統(tǒng)處理不當(dāng)，將會(huì)影響計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定工作從而引發(fā)故障，甚至燒毀接口和器件，嚴(yán)重的還危及人身安全。

　　“地線”在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)中要求越來(lái)越高，還需要我們?cè)诠ぷ髦胁粩嗵剿骺偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)

　　21種靜電接地相關(guān)術(shù)語(yǔ)

　　1) 地

　　任何一點(diǎn)的電位按慣例取為零的大地或?qū)щ娢镔|(zhì)。

　　2)接地

　　電氣連接到能提供或接受大量電荷的物體上（如在地、艦船或運(yùn)載工具金屬外殼等）。

　　3）（靜電）接地

　　將金屬導(dǎo)體（通過(guò)接地極）與大地進(jìn)行電氣上的連接，使金屬導(dǎo)體的電位接近大地電位的措施。

　　3)接地

　　a、直接接地或通過(guò)一個(gè)低阻抗同地相連。

　　b、通過(guò)一個(gè)具有很小或幾乎為零電阻（阻抗）的導(dǎo)線或其他導(dǎo)體與地連接。

　　5) 軟接地