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      關于電子設備需要接地的注意事項(一)

      日期:2022-06-24 22:25
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      摘要: 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,這個原因就很少人知道了。下面我們以三相發電機輸送線路的工作原理,來說明設備接地的重要性。 通過對圖1的觀察,你很快就會明白,地線的作用主要是干什么的,即:地線的作用主要是用來防雷的。 在圖1中,紅線A、B、C表示高壓輸送線路,高壓輸送線路一般都用鐵塔空架支撐,用以對幾十萬伏的交流電進行遠距離傳送,這樣,其經常受雷擊是不可避免的;為了避免雷擊,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,這個原因就很少人知道了。下面我們以三相發電機輸送線路的工作原理,來說明設備接地的重要性。

             通過對圖1的觀察,你很快就會明白,地線的作用主要是干什么的,即:地線的作用主要是用來防雷的。

             在圖1中,紅線A、B、C表示高壓輸送線路,高壓輸送線路一般都用鐵塔空架支撐,用以對幾十萬伏的交流電進行遠距離傳送,這樣,其經常受雷擊是不可避免的;為了避免雷擊,一般都在高壓線路的上方平行架設一條地線,這條地線一般稱為避雷地線。所謂的地線就是與大地相連的導線,當打雷的時候,雷電首先會打到避雷地線上,避雷地線可把雷電引入地球,避免高壓輸送線路被幾億伏,乃至十幾億伏的雷電把發電機或變壓器的線圈與外殼擊穿,以及把與線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中的避雷地線與一般電子線路中的地線完全是兩回事。

             除了避雷地線之外,發電機和變壓器的外殼也要接地,這種接地叫防護接地。防護地線與避雷地線兩者是不同的,防護地線與避雷地線的*大區別是,防護地的地線一般沒有電流通過,而避雷地的地線在打雷時有非常大的電流通過,電流可大于數十萬安培。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之下感應帶電產生位移電流,以及人體觸摸電子設備外殼時不會觸電。因此,兩者的作用是完全不同的。

             三相發電機的中線接地,也屬于防護接地,其作用是把發電機中線圈被感應的靜電高壓引入地球。當負載完全平衡時,三相發電機的中線與地連接的地線是沒有電流通過的。但三相變壓器的中線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在與火線并排向用戶供電的同時,還擔當避雷的作用。當打雷時,中線通過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終端。

            目前,人們對雷電的產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,云朵在天空中首先要被極化帶電,然后在風力的作用下,極化帶電的云朵很容易就會分離成兩個(或多個)部分,使之成為帶電體,一個帶正電(一般是下層),另一個帶負電(一般是上層)。所以,同一高度已經帶電的云朵(即帶電性質相同的云朵),在風力的作用下很容易產生互相組合,使云體帶電的能量越來越大,即電位越來越高。當兩個帶異性電荷的云朵互相靠近的時候,或者帶電云體靠近地表面的時候,就會放電,即打雷。因此,只要有云和風的存在,打雷的現象就會經常出現,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,每次閃電產生的能量可供一個100瓦的燈泡點亮3個月;在雨季,平均每6分鐘就有一個人被雷電擊中,每年有成千上萬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,*近遭受雷擊的時間是2010年4月13日,每次雷擊都會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,損失二仟多萬元。

             隨著電子技術的不斷發展,電子設備的功能越來越強大,電子線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個電器設備因雷電原因被損壞,并造成數千億元的經濟損失?,F在,防雷技術已成為一門科學技術并且越來越受人們重視。

             對電子設備進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所安裝避雷針,即避雷地線,把雷電引向地球,與此同時,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之下感應帶電,并產生位移電流,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候,整座建筑物就會處于幾萬伏/米,甚至十幾萬伏/米的強電場之中,在強電場中的所有物體,無論是導體或絕緣體,全部被感應帶電(極化帶電),并在導體或電子線路中產生位移電流,如果電子設備的外殼不接地,由于位移電流的存在,就會使那些連接線路較長且導體面積較大(即線路體電容較大)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,而電子設備中的線路就相當于分布電容,線路越長或導體的面積越大,分布電容就越大;在電場中感應的時候,產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,在外殼內部電場強度基本上處處相等,沒有電位差或電位差很小,電子設備中的電子線路就不會感應帶電,也不會產生位移電流;因此,外殼接地的電子設備,其內部的電子器件不會因打雷放電而被擊穿?;蛘哒f,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,設備作為一個孤立電容與地球作為另一個孤立電容,兩個電容之間就會進行串聯充、放電(即靜電感應),在其充、放電過程中很容易把電子元器件損壞。

            任何帶電物體對于無限遠處,都可以看成是一個孤立電容,當兩個孤立電容互相靠近時,就會互相感應,其結果相當于兩個電容被串聯充、放電,其中一個為充電,另一個就是放電。

            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。不過對于EMI和EMC方面的技術知識,這里我不準備進行詳細分析,以后我會向讀者陸續介紹這方面的技術知識。

      二、地線接地不佳或接錯地方,也會造成電子設備損壞

              在圖1中,由于大地有電阻,所以避雷地和防護地的地線是不能亂接的,它們之間離得越遠越好,因為,打雷的時候避雷地也會帶電,并且有非常大的電流從避雷地線中流過,如果兩者靠得很近,流過避雷地線的大電流會通過防護地線對電子設備進行反擊,在正常情況下,防護地線一般是沒有電流通過的,因此兩者應該離得越遠越好。如果把防護地線與避雷地線連接在一起,電子設備不但起不到避雷保護的作用,反而會把雷電引來,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,避雷針與地面的接觸處也會產生非常高的電壓(因大地有電阻),如果把防護地線與避雷地線連接在一起,在防護地線上產生的幾十萬伏電壓就會突然加到設備的外殼上,就會在電子設備內部電路中瞬間感應產生很高的靜電電壓,并且會在電路中產生很多的位移電流,致使電子設備內部電路過壓,過流損壞。

             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候,在建筑物的周圍,地表面還會產生非常高的電位梯度(單位長度的電位差)。一般在離打雷中心30米之內,地表面的電位梯度*高達3萬伏/米以上。因此,把避雷針做成樹根結構,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都沒有按標準嚴格安裝,大多數人也不知道避雷地線的標準是什么東西,不是引線用得很細,就是地線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,因此,每逢雨季到來,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市部*繁忙的季節。


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