關(guān)于電子設備需要接地的注意事項（一）

一、電子設備為什么要接地

        很多人都知道，貴重儀器設備使用的時(shí)候，外殼都要接地，如采用三心電源插頭等。但為什么要接地，這個(gè)原因就很少人知道了。下面我們以三相發(fā)電機輸送線(xiàn)路的工作原理，來(lái)說(shuō)明設備接地的重要性。

       通過(guò)對圖1的觀(guān)察，你很快就會(huì )明白，地線(xiàn)的作用主要是干什么的，即：地線(xiàn)的作用主要是用來(lái)防雷的。

       在圖1中，紅線(xiàn)A、B、C表示高壓輸送線(xiàn)路，高壓輸送線(xiàn)路一般都用鐵塔空架支撐，用以對幾十萬(wàn)伏的交流電進(jìn)行遠距離傳送，這樣，其經(jīng)常受雷擊是不可避免的；為了避免雷擊，一般都在高壓線(xiàn)路的上方平行架設一條地線(xiàn)，這條地線(xiàn)一般稱(chēng)為避雷地線(xiàn)。所謂的地線(xiàn)就是與大地相連的導線(xiàn)，當打雷的時(shí)候，雷電首先會(huì )打到避雷地線(xiàn)上，避雷地線(xiàn)可把雷電引入地球，避免高壓輸送線(xiàn)路被幾億伏，乃至十幾億伏的雷電把發(fā)電機或變壓器的線(xiàn)圈與外殼擊穿，以及把與線(xiàn)路連接的其它電器設備遭受瞬間高壓沖擊而損壞。因此，圖1中的避雷地線(xiàn)與一般電子線(xiàn)路中的地線(xiàn)完全是兩回事。

       除了避雷地線(xiàn)之外，發(fā)電機和變壓器的外殼也要接地，這種接地叫防護接地。防護地線(xiàn)與避雷地線(xiàn)兩者是不同的，防護地線(xiàn)與避雷地線(xiàn)的*大區別是，防護地的地線(xiàn)一般沒(méi)有電流通過(guò)，而避雷地的地線(xiàn)在打雷時(shí)有非常大的電流通過(guò)，電流可大于數十萬(wàn)安培。避雷地的主要作用是把雷電高壓引入地球，以降低雷電高壓對電子設備的沖擊；而防護接地則是讓設備外殼的電位與地球相同，避免設備內部電路在強電場(chǎng)之下感應帶電產(chǎn)生位移電流，以及人體觸摸電子設備外殼時(shí)不會(huì )觸電。因此，兩者的作用是完全不同的。

       三相發(fā)電機的中線(xiàn)接地，也屬于防護接地，其作用是把發(fā)電機中線(xiàn)圈被感應的靜電高壓引入地球。當負載完全平衡時(shí)，三相發(fā)電機的中線(xiàn)與地連接的地線(xiàn)是沒(méi)有電流通過(guò)的。但三相變壓器的中線(xiàn)接地不屬于防護接地，而屬于避雷接地，因為三相變壓器中線(xiàn)在與火線(xiàn)并排向用戶(hù)供電的同時(shí)，還擔當避雷的作用。當打雷時(shí)，中線(xiàn)通過(guò)接地可以把雷電的大部分能量引入地球，僅有少部分能量*后成為差模信號與輸送電壓混合在一起被傳送到用戶(hù)終端。

      目前，人們對雷電的產(chǎn)生以及其所引起的災害認識并不很深。

       我們知道，由于地球與電離層之間存在很強的電場(chǎng)，云朵在天空中首先要被極化帶電，然后在風(fēng)力的作用下，極化帶電的云朵很容易就會(huì )分離成兩個(gè)（或多個(gè)）部分，使之成為帶電體，一個(gè)帶正電（一般是下層），另一個(gè)帶負電（一般是上層）。所以，同一高度已經(jīng)帶電的云朵（即帶電性質(zhì)相同的云朵），在風(fēng)力的作用下很容易產(chǎn)生互相組合，使云體帶電的能量越來(lái)越大，即電位越來(lái)越高。當兩個(gè)帶異性電荷的云朵互相靠近的時(shí)候，或者帶電云體靠近地表面的時(shí)候，就會(huì )放電，即打雷。因此，只要有云和風(fēng)的存在，打雷的現象就會(huì )經(jīng)常出現，首先被雷擊的多數為高層建筑物。

根據統計：

         地球平均每一秒鐘有100多次閃電，每次閃電產(chǎn)生的能量可供一個(gè)100瓦的燈泡點(diǎn)亮3個(gè)月；在雨季，平均每6分鐘就有一個(gè)人被雷電擊中，每年有成千上萬(wàn)的人因雷電擊中而喪傷；上海電視臺平均每年要遭受33次大的雷擊，*近遭受雷擊的時(shí)間是2010年4月13日，每次雷擊都會(huì )使電子設備遭受不同程度的損壞；1992年6月22日，北京國家氣象中心多臺計算機接口因感應雷擊被毀，損失二仟多萬(wàn)元。

       隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設備的功能越來(lái)越強大，電子線(xiàn)路的密度也不斷提高，使得電子器件的耐壓不斷降低，因此，電子設備遭受雷擊后更容易損壞，每年全世界有數千萬(wàn)個(gè)電器設備因雷電原因被損壞，并造成數千億元的經(jīng)濟損失?，F在，防雷技術(shù)已成為一門(mén)科學(xué)技術(shù)并且越來(lái)越受人們重視。

       對電子設備進(jìn)行避雷防護是降低電子設備遭受雷擊損壞的*好方法。在安置電子設備的場(chǎng)所安裝避雷針，即避雷地線(xiàn)，把雷電引向地球，與此同時(shí)，把設備的外殼接地，使設備的外殼與大地的電位基本相同，以降低設備內部電路在強電場(chǎng)之下感應帶電，并產(chǎn)生位移電流，就可以大大降低電子設備遭受雷擊損壞的概率。

       如果不安裝避雷針，當一座建筑物被雷擊中的時(shí)候，整座建筑物就會(huì )處于幾萬(wàn)伏/米，甚至十幾萬(wàn)伏/米的強電場(chǎng)之中，在強電場(chǎng)中的所有物體，無(wú)論是導體或絕緣體，全部被感應帶電（極化帶電），并在導體或電子線(xiàn)路中產(chǎn)生位移電流，如果電子設備的外殼不接地，由于位移電流的存在，就會(huì )使那些連接線(xiàn)路較長(cháng)且導體面積較大（即線(xiàn)路體電容較大）的電子器件擊穿，特別是耐壓較低的電子器件首先被擊穿。因為位移電流的產(chǎn)生就等同于電容被充放電，電容越大，充放電的電流就越大，而電子設備中的線(xiàn)路就相當于分布電容，線(xiàn)路越長(cháng)或導體的面積越大，分布電容就越大；在電場(chǎng)中感應的時(shí)候，產(chǎn)生的位移電流也越大。

      如果電子設備的外殼接地，由于外殼與大地等電位或電位差非常小，在外殼內部電場(chǎng)強度基本上處處相等，沒(méi)有電位差或電位差很小，電子設備中的電子線(xiàn)路就不會(huì )感應帶電，也不會(huì )產(chǎn)生位移電流；因此，外殼接地的電子設備，其內部的電子器件不會(huì )因打雷放電而被擊穿?；蛘哒f(shuō)，電子設備的外殼接地對雷電有屏蔽作用，可以避免儀器設備中的線(xiàn)路或電子器件被雷電擊穿損壞。

      如果設備的外殼不接地，外殼與大地就不可能等電位，并且兩者的電位差很大，這樣，設備作為一個(gè)孤立電容與地球作為另一個(gè)孤立電容，兩個(gè)電容之間就會(huì )進(jìn)行串聯(lián)充、放電（即靜電感應），在其充、放電過(guò)程中很容易把電子元器件損壞。

      任何帶電物體對于無(wú)限遠處，都可以看成是一個(gè)孤立電容，當兩個(gè)孤立電容互相靠近時(shí)，就會(huì )互相感應，其結果相當于兩個(gè)電容被串聯(lián)充、放電，其中一個(gè)為充電，另一個(gè)就是放電。

      另外，電子設備外殼接地還可以降低電磁干擾（EMI），提高電子設備的電磁兼容（EMC）指標。不過(guò)對于EMI和EMC方面的技術(shù)知識，這里我不準備進(jìn)行詳細分析，以后我會(huì )向讀者陸續介紹這方面的技術(shù)知識。

二、地線(xiàn)接地不佳或接錯地方，也會(huì )造成電子設備損壞

        在圖1中，由于大地有電阻，所以避雷地和防護地的地線(xiàn)是不能亂接的，它們之間離得越遠越好，因為，打雷的時(shí)候避雷地也會(huì )帶電，并且有非常大的電流從避雷地線(xiàn)中流過(guò)，如果兩者靠得很近，流過(guò)避雷地線(xiàn)的大電流會(huì )通過(guò)防護地線(xiàn)對電子設備進(jìn)行反擊，在正常情況下，防護地線(xiàn)一般是沒(méi)有電流通過(guò)的，因此兩者應該離得越遠越好。如果把防護地線(xiàn)與避雷地線(xiàn)連接在一起，電子設備不但起不到避雷保護的作用，反而會(huì )把雷電引來(lái)，使電子設備收到更大的雷電打擊。

        因為，當避雷針遭到雷擊時(shí)，避雷針與地面的接觸處也會(huì )產(chǎn)生非常高的電壓（因大地有電阻），如果把防護地線(xiàn)與避雷地線(xiàn)連接在一起，在防護地線(xiàn)上產(chǎn)生的幾十萬(wàn)伏電壓就會(huì )突然加到設備的外殼上，就會(huì )在電子設備內部電路中瞬間感應產(chǎn)生很高的靜電電壓，并且會(huì )在電路中產(chǎn)生很多的位移電流，致使電子設備內部電路過(guò)壓，過(guò)流損壞。

       這里特別指出，盡管很多高層建筑物都安裝有避雷針，但由于大地有電阻，當避雷針被雷電擊中的時(shí)候，在建筑物的周?chē)?，地表面還會(huì )產(chǎn)生非常高的電位梯度（單位長(cháng)度的電位差）。一般在離打雷中心30米之內，地表面的電位梯度*高達3萬(wàn)伏/米以上。因此，把避雷針做成樹(shù)根結構，并且埋得很深，對降低地表面的電位梯度是有好處的。

       目前國內很多大樓的避雷地線(xiàn)都沒(méi)有按標準嚴格安裝，大多數人也不知道避雷地線(xiàn)的標準是什么東西，不是引線(xiàn)用得很細，就是地線(xiàn)埋入地層的深度不夠，甚至還有人把防護地與避雷地公用一根地線(xiàn)，因此，每逢雨季到來(lái)，都有非常多的家電設備，特別是電視機、電腦、冰箱以及儀器設備被雷電打壞。因此，每逢雨季都是電器修理門(mén)市部*繁忙的季節。