什麼是地?對於電氣設備怎麼進行接地?接地有哪些注意事項呢?

2020-12-06 硬體十萬個為什麼解說

什麼是地呢？

古漢語解釋為「與天相對，本意為物質，後逐漸引申為土地、大地、地表等。」

那對於電氣設備行業工程師來說？他們眼中的「地」是什麼呢？

電工說：「地是大地，即地球。」

硬體工程師說：「地是電路的基準電壓，是其他點電勢的參考點。」

結構工程師說：「地是電氣設備的金屬外殼。」

……

沒錯，他們站在自己行業角色的立場所表達的觀點都是符合「地」的定義的！

地的類型有哪些呢？

有「安全地」，即我們常說的大地，地球。

大地

2.有「系統地」，即信號迴路的電位參考點，也稱「工作地」。

3.有「模擬地」，即模擬信號的地，連接模擬元器件接地引出端形成的地線。

4.有「數字地」，即數位訊號的地，連接數字元器件接地引出端形成的地線。

5.有「電源地」，即給電源供電的地，連接電源負極的引線形成的地線。

知道了地的基本含義與種類以後，那我們為什麼接地呢？

為什麼接地？

接地的根本目的有三點：

建立零電位參考點，即基準參考點，主要用於電路迴路；保護接地，保證人們的人身安全，即不被觸電；防雷接地，保證設備的正常運轉，以及安全可靠；我們需要注意實際的地一般不是等電位的，會有微小區別，另外電路中的電流永遠走最小路徑最小迴路阻抗路線！

實際地平面電位分布

介紹完為什麼接地以後，那我們怎麼接地呢？

接地技術

接地有哪些關鍵點呢？

總的原則是接地阻抗越小越好，接地環路越小越好！

怎麼做到接地阻抗越小越好呢？

首先阻抗與哪些因素有關呢？

阻抗與導線的長度，橫截面積，導線介電常數有關，公式為：

R=ρ*L/S（其中ρ是介電常數，L是導線長度，S是橫截面積）

即導線阻抗與橫截面積成反比，與長度成正比，因此我們的地線需要「短而粗」！

怎麼保證地環路面積越小越好呢？

根據面積公式S=L*D（其中S表示長方形面積，L表示長方形長度，D表示寬度），

可知我們要保證L與D都越小越好！

為什麼需要接地阻抗越小越好呢？

因為阻抗越小同流越順暢，越迅速，並且損耗也越小！

為什麼需要接地環路面積越小越好呢？

主要是防止EMI幹擾問題！

特別是對於高頻迴路，變化的電場會產生磁場，變化的磁場產生電場，然後電場磁場相互激發，形成電磁輻射！並且迴路面積越大，電路工作時對外產生的電磁騷擾越大，迴路面積越大，電路工作時抗電磁幹擾的能力越小。

減小地環路有哪些對策呢？

1.改變接地方式：

單點接地變為混合接地

2.採用隔離變壓器：

3.採用光耦合器：

4.採用共模扼流圈：

上面講了基本接地技術以後，我們再聊一下地的拓撲結構！

地的拓撲結構：

一般地的拓撲結構有：

浮地：即電路的地與大地無導體連接。其優點是電路不受大地電性能的影響。浮地可使功率地(強電地)和信號地(弱電地)之間的隔離電阻很大,所以能阻止共地阻抗電路性耦合產生的電磁幹擾。其缺點是電路易受寄生電容的影響,而使電路的地電位變動和增加了對模擬電路的感應幹擾。

浮地

2. 單點接地：所有電路的地線接到公共地線的同一點，進一步可分為串聯單點接地和並聯單點接地。最大的好處就是沒有地環路，相對簡單，但是地線往往過長，導致地線阻抗過大。

其中單點接地又分為串聯接地與並聯接地兩種。

對於串聯單點接地優點是簡單，但是存在共阻抗耦合。

對於並聯單點接地優點是共阻抗耦合，但是線路複雜。

單點接地
並聯單點接地

3.多點接地：所有電路的地線就近接地，地線很短，適合高頻接地。缺點是存在地環路。

多點接地

4.混合接地：在地線系統內使用電感、電容連接，利用電感、電容器件在不同頻率下有不同阻抗的特性，使地線系統在不同的頻率具有不同的接地結構。因此採用混合接地方式，充分利用各種接地的優點，將電路按照信號特性分組，相互不會產生幹擾的電路放在一組，一組內的電路採用串聯單點接地，不同組的電路採用並聯單點接地。

混合接地

最後我們舉例幾種生活中遇到的幾種接地情況，如下圖示：

通常，在電路設計中，我們會把模擬地與數字地分開，功率地和信號地分開。因此可以採用不同的接地方式。

掌握了基本的接地技術，相信對大家的電路設計會十分有幫助。

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