电磁兼容培训教材之地线干扰与接地技术

关于干扰和接地技术，所有工控人都需要了解的常识！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。

抗干扰和接地技术的详解一、接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）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、接地分类电力系统交流电气装置的接地按其功能可分为基本的三类：工作接地、防雷接地和保护接地。

1．工作接地交流电力系统根据中性点是否接地而分为中性点有效接地系统和中性点非有效接地系统（包括中性点绝缘系统、中性点通过电阻或电感接地的系统）。

我国在110 kV及以上的电力系统中均采用中性点有效接地的运行方式，其目的是为了降低电气设备的绝缘水平，这种接地方式称为工作接地。

采用中性点有效接地方式后，正常情况下作用在电气设备（如电力变压器）绝缘上的电压为相电压。

如果采用中性点绝缘的工作方式，则在发生单相接地故障，且又不跳闸时，作用在设备绝缘上的电压为线电压，二者相差1.732倍。

电磁兼容中的接地技术范本电磁兼容（EMC）是指电子设备在正常使用过程中，能够在相互干扰的电磁环境下，保持其正常工作和互不干扰的能力。

而接地技术是电磁兼容中非常重要的一部分，它对于保障设备的正常工作具有重要的意义。

本文将基于电磁兼容的实际需求，介绍一些接地技术的范本，包括单点接地、多点接地和隔离接地等。

接地是电磁兼容技术中最基本、最常用的手段之一，通过合理的接地设计和布线，可以有效减少或排除设备之间的共模干扰和接地回路的回流干扰。

单点接地是一种常用的接地技术，它是将所有设备的接地线连接在一个点上，通过该点与地之间建立低阻抗的连接，形成一个共同的参考电势。

在实际应用中，可以选择设备箱体或设备电源的负极作为单点接地的位置，通过将所有设备连接到该负极上，实现接地的有效集中，从而减少干扰的传导和辐射。

多点接地是另一种常用的接地技术，它与单点接地相比，可以更好地解决长距离设备之间的接地问题。

在实际应用中，设备通常会分布在不同的位置，通过将每个设备的接地线分别连接到地线阵列上，构成一个新的地面点，可以有效降低设备之间的接地电位差，进而减少干扰的传导和辐射。

隔离接地是一种常用的应对电磁干扰的技术，它通过在设备与地之间设置隔离体，将设备与地之间的电气连接割断，实现设备与环境之间的电气隔离。

在实际应用中，可以使用绝缘胶垫、绝缘导线等隔离材料或隔离器件来实现电气隔离。

隔离接地在一些对地线干扰要求较高的场合，如医疗设备、高精度测量设备等方面有较为广泛的应用。

除了以上介绍的接地技术范本，还有一些其他的接地技术在特定的应用场景中也得到了广泛应用。

比如，在一些对地线电阻要求较高的场合，可以使用大面积的接地网格或接地板来降低接地电阻，提高接地效果；在一些对地线电感要求较高的场合，可以使用平行的接地导线，通过电感的互感效应降低互相干扰的程度；在一些防雷接地的场合，可以采用地下埋深较深的接地棒或接地钉，减少雷击对设备的影响。

综上所述，接地技术在电磁兼容中具有重要的作用，它可以有效降低设备之间的干扰，保障设备的正常工作。

一文弄懂电磁兼容中的接地技术电磁兼容中的接地技术，包括接地的种类和目的、接地方式、接地电阻的计算以及设备和系统的接地等。

其主要目的在于提高电力电子设备的电磁兼容能力。

01背景接地技术最早是应用在强电系统（电力系统、输变电设备、电气设备）中，为了设备和人身的安全，将接地线直接接在大地上。

由于大地的电容非常大，一般情况下可以将大地的电位视为零电位。

后来，接地技术延伸应用到弱电系统中。

对于电力电子设备将接地线直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考电位时，不应产生电压降。

然而由于不合理的接地，反而会引入了电磁干扰，比如共地线干扰、地环路干扰等，从而导致电力电子设备工作不正常。

可见，接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一。

02接地的种类和目的电力电子设备一般是为以下几种目的而接地：2.1 安全接地安全接地即将机壳接大地。

一是防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全；二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。

2.2 防雷接地当电力电子设备遇雷击时，不论是直接雷击还是感应雷击，电力电子设备都将受到极大伤害。

为防止雷击而设置避雷针，以防雷击时危及设备和人身安全。

上述两种接地主要为安全考虑，均要直接接在大地上。

2.3 工作接地工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。

该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。

当该基准电位不与大地连接时，视为相对的零电位。

这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化，从而导致电路系统工作的不稳定。

当该基准电位与大地连接时，基准电位视为大地的零电位，而不会随着外界电磁场的变化而变化。

但是不正确的工作接地反而会增加干扰。

比如共地线干扰、地环路干扰等。

为防止各种电路在工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地工作。

根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类，比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。

电磁兼容中接地技术详解接地是电路或系统正常工作的基本技术要求之一，也是EMC性能高低之关键因素。

在电子设备中，合理地应用接地技术，能抑制电磁噪声，大大提高系统的抗干扰能力，减少EMI。

并且良好的接地对电磁场有很好的屏蔽作用，能释放设备机壳上积累的大量的电荷，从而避免产生静电放电效应。

在设计一个产品时，在设计期间就考虑到接地是最经济的方法。

一个设计良好的接地系统，不仅从PCB，而且能从系统的角度防止辐射和进行系敏感度的防护。

有关接地系统所关心的重要领域包括：①通过对高频元件的仔细布局，减小电流环路的面积或使其极小化。

②对PCB或系统分区时，使高带宽的高频电路与低频电路分开。

③设计PCB或系统时，使干扰电流不通过公共的接地回路影响其他电路。

④仔细选择接地点以使环路电流，接地阻抗及电路的转移阻抗最小。

⑤把通过接地系统的电流考虑为注入或从电路中流出的噪声。

⑥把非常敏感的（低噪声容限）的电路连接到一稳定的接地参考源上。

首先了解一下接地的分类及相关定义，根据接地的作用不同，将设备的“地”分成以下3大类：工作地工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。

该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。

当该基准电位不与大地连接时,视为相对的零电位。

这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化,从而导致电路系统工作的不稳定。

当该基准电位与大地连接时,基准电位视为大地的零电位而不会随着外界电磁场的变化而变化。

根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类，比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。

上述不同的接地应当分别设置。

这里重点介绍信号地和功率地：信号地是各种物理量的传感器和信号源零电位的公共基准地线。

信号地的较好定义是信号流回源的一个低阻抗路径。

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。

功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。

地线干扰与地线设计地线设计是电磁兼容设计中大家都很注意，却又不知道应该怎样去做的一个问题。

了解了地线造成干扰问题的机理之后，在设计和实施地线时就有了一个明确的思路。

本期从介绍地线造成干扰的原理入手，使读者了解设计地线的关键和原则。

1 什么是地线？地线有安全地和信号地两种。

前者是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线，后者是为了保证电路正确工作所设置的地线。

造成电路干扰现象的主要是信号地，因此这里仅讨论信号地的问题。

信号地的一般定义是：电路的电位参考点。

更恰当地说，这个定义是我们设计电路时的一个假设。

从这个定义是无法分析和理解一些地线干扰问题的。

从现在开始，我们在分析电磁兼容问题时，使用下面的定义。

地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。

既然地线是电流的一个路径，那么根据欧姆定律，地线上是有电压的；既然地线上有电压，说明地线不是一个等电位体。

这样，我们在设计电路时，关于地线电位一定的假设就不再成立，因此电路会出现各种错误。

这就是地线干扰的实质。

2 地线的阻抗有多大？一个难以理解的问题是，我们在设计地线时，都使地线的电阻很小，那么地线上的电位差怎么会大到导致电路出错的程度。

理解这个问题，要理解地线阻抗的组成。

地线的阻抗Z由电阻部分和感抗部分两部分组成，即：Z = RAC + jωL。

电阻成分：导体的电阻分为直流电阻RDC和交流电阻RAC。

对于交流电流，由于趋肤效应，电流集中在导体的表面，导致实际电流截面减小，电阻增加，直流电阻和交流电阻的关系如下：RAC= 0.076rf1/2RDC式中：r=导线的半径，单位cm，f=流过导线的电流频率，单位Hz，RDC= 导线的直流电阻，单位Ω。

电感成分：任何导体都有内电感（这区别于通常讲的外电感，外电感是导体所包围的面积的函数），内电感与导体所包围的面积无关。

对于圆截面导体如下：L=0.2S[ln(4.5/d) -1] （μH）式中S=导体长度(m)，d=导体直径(m)表1说明了直流电阻与交流阻抗的巨大差异。