接地

簡介

　　接地是為保證電工設備正常工作和人身安全而采取的一種用電安全措施，通過金屬導線與接地裝置連接來實現，常用的有保護接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防靜電接地等。接地裝置將電工設備和其他生產設備上可能產生的漏電流、靜電荷以及雷電電流等引入地下，從而避免人身觸電和可能發(fā)生的火災、爆炸等事故。

接地裝置

　　由接地體和接地線組成。直接與土壤接觸的金屬導體稱為接地體。電工設備需接地點與接地體連接的金屬導體稱為接地線。接地體可分為自然接地體和人工接地體兩類。自然接地體有：①埋在地下的自來水管及其他金屬管道（液體燃料和易燃、易爆氣體的管道除外）;②金屬井管;③建筑物和構筑物與大地接觸的或水下的金屬結構；④建筑物的鋼筋混凝土基礎等。人工接地體可用垂直埋置的角鋼、圓鋼或鋼管，以及水平埋置的圓鋼、扁鋼等。當土壤有強烈腐蝕性時，應將接地體表面鍍錫或熱鍍鋅，并適當加大截面。水平接地體一般可用直徑為8～10毫米的圓鋼。垂直接地體的鋼管長度一般為2～3米，鋼管外徑為35～50毫米，角鋼尺寸一般為40×40×4或50×50×4毫米。人工接地體的頂端應埋入地表面下0.5～1.5米處。這個深度以下，土壤電導率受季節(jié)影響變動較小，接地電阻穩(wěn)定，且不易遭受外力破壞。

接地電阻

　　一般指接地體上的工頻交流或直流電壓與通過接地體而流入地下的電流之比。散泄雷電沖擊電流時的接地電阻指電壓峰值與電流峰值之比，稱為沖擊接地電阻。接地電阻主要是電流在地下流散途徑中土壤的電阻。接地體與土壤接觸的電阻以及接地體本身的電阻小得可以忽略。電網中發(fā)生接地短路時，短路電流ID通過接地體向大地近似作半球形流散（接地體附近并非半球形，流散電流分布依接地體形狀而異）。圖中畫出了與電流垂直的等位線，越接近接地體的等位線其電位越高。因為球面積與半徑平方成正比，所以流散電流所通過的截面隨著遠離接地體而迅速增大。因電阻與電流通道的截面積成反比，故同半球形面積對應的土壤電阻隨著遠離接地體而迅速減小。一般情況下，接地裝置散泄電流時，離單個接地體20米處的電位實際上已接近零電位。

　　接地電阻值與土壤電導率、接地體形狀、尺寸和布置方式、電流頻率等因素有關。通常根據對接地電阻值的要求，確定應埋置的接地體形狀、尺寸、數量及其布置方式，對于土壤電阻率高的地區(qū)（如山區(qū)），為了節(jié)約金屬材料，可以采取改善土壤電導率的措施，在接地體周圍土壤中填充電導率高的物質或在接地體周圍填充一層降阻劑（含有水和強介質的固化樹脂）等，以降低接地電阻值。接地體流入雷電流時，由于雷電流幅值很大，接地體上的電位很高，在接地體周圍的土壤中會產生強烈的火花放電，土壤電導率相應增大，相當于降低了散流電阻。

種類簡介

　　常用的有保護接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防靜電接地等。

　　保護接地

　　防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應或線路引入）時，為防止造成損害的接地系統(tǒng)。常有信號（弱電）防雷地和電源（強電）防雷地之分，區(qū)分的原因不僅僅是因為要求接地電阻不同，而且在工程實踐中信號防雷地常附在信號獨立地上，和電源防雷地分開建設。

　　機殼

　　安全接地是將系統(tǒng)中平時不帶電的金屬部分（機柜外殼，操作臺外殼等)與地之間形成良好的導電連接，以保護設備和人身安全。原因是系統(tǒng)的供電是強電供電（380、220或11OV），通常情況下機殼等是不帶電的，當故障發(fā)生（如主機電源故障或其它故障）造成電源的供電火線與外殼等導電金屬部件短路時，這些金屬部件或外殼就形成了帶電體，如果沒有很好的接地，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，那么就會通過人身形成通路，產生危險。因此，必須將金屬外殼和地之間作很好的連接，使機殼和地等電位。此外，保護接地還可以防止靜電的積聚。

　　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行并保證測量和控制精度而設的接地。它分為機器邏輯地、信號回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系統(tǒng)中還有本安接地。

　　機器邏輯地，也叫主機電源地，是計算機內部的邏輯電平負端公共地，也是+5V等電源的輸出地。

　　信號回路接地，如各變送器的負端接地，開關量信號的負端接地等。

　　屏蔽接地（模擬信號的屏蔽層的接地）。

　　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)具有本質安全性質的措施之一。本安接地會因為采用的設備的本實措施不同而不同，下面以齊納式安全柵為例，說明其接地內容。

　　柵的作用是保護危險現場端永遠處于安全電源和安全電壓范圍之內。如果現場端短路，則由于負載電阻和安全柵電阻R的限流作用，會將導線上的電流限制在安全范圍內，使現場端不至于產生很高的溫度，引起燃燒。第二種情況，如果計算機一端產生故障，則高壓電信號加入了信號回路，則由于齊納二級的嵌位作用，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，使得信號回路上的電阻增大了許多，因此，在設計輸出回路的負載能力時，除了要考慮真正的負載要求以外，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，在很多場合下容易引起混亂的還有一個供電系統(tǒng)地，也叫交流電源工作地，它是電力系統(tǒng)中為了運行需要設的接地(如中性點接地）。

　　防雷接地

　　組成防雷措施的一部分。其作用是把雷電流引入大地。建筑物和電氣設備的防雷主要是用避雷器(包括避雷針、避雷帶、避雷網和消雷裝置等)。避雷器的一端與被保護設備相接，另一端連接地裝置。當發(fā)生直擊雷時，避雷器將雷電引向自身，雷電流經過其引下線和接地裝置進入大地。此外，由于雷電引起靜電感應副效應，為了防止造成間接損害，如房屋起火或觸電等，通常也要將建筑物內的金屬設備、金屬管道和鋼筋結構等接地；雷電波會沿著低壓架空線、電視天線侵入房屋，引起屋內電工設備的絕緣擊穿，從而造成火災或人身觸電傷亡事故，所以還要將線路上和進屋前的絕緣瓷瓶鐵腳接地。

　　屏蔽接地

　　是消除電磁場對人體危害的有效措施，也是防止電磁干擾的有效措施。高頻技術在電熱、醫(yī)療、無線電廣播、通信、電視臺和導航、雷達等方面得到了廣泛應用。人體在電磁場作用下，吸收的輻射能量將發(fā)生生物學作用，對人體造成傷害，如手指輕微顫抖、皮膚劃痕、視力減退等。對產生磁場的設備外殼設屏蔽裝置，并將屏蔽體接地，不僅可以降低屏蔽體以外的電磁場強度，達到減輕或消除電磁場對人體危害的目的，也可以保護屏蔽接地體內的設備免受外界電磁場的干擾影響。

　　防靜電接地

　　為防止靜電危害影響并將其泄放，是靜電防護最重要的一環(huán)。

方式簡介

　　現代化的電力系統(tǒng)其本身就是強烈的電磁干擾源，主要通過輻射方式干擾該頻段內的通信設備。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，現分別討論如下：

　　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、通訊設備的各類接地以及其他設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越大。當某一設施被雷擊中，容易形成地下反擊，損壞其他設備。

　　聯合接地方式

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

　　(1)整個大樓的接地系統(tǒng)組成一個籠式均壓體，對于直擊雷，樓內同一層各點位比較均勻；對于感應雷，籠式均壓體和大樓的框架式結構對外來電磁場干擾也可提供10－40dB的屏蔽效果；

　　(2)一般聯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串聯一個1兆歐的限流電阻,即通過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？

　　計算機接地是以接地電流易于流動為目標，要求接地電阻越小越好。計算中心的接地應盡量減少噪音引起的電位變動，同時應注意信號電路與電源電路、高電平電路與低電平電路不能使用同一共地回路。對傳輸帶寬要求較高的網絡布線，應采用隔離式屏蔽接地，以防止靜電感應產生干擾。在設計上力求簡單、經濟和實效接地如能和屏蔽有效地結合起來，將能更好地解決干擾，抑制噪音。

直流地簡介

　　計算機機房的直流地是系統(tǒng)中所有邏輯電路的共同參考點，設計直流地應考慮兩個方面：

　　·消除各電路電流流向一個公共地線阻抗時所產生的噪聲電壓；

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

　　接法分類

　　計算機系統(tǒng)的直流地是數字電路的基準電位，不一定是大地電位，如該地線經一低阻通路接至大地，則該地線的電位可認為是大地電位，被稱為接大地。在計算機術語中人們常常把計算機設備直流地的接地形式稱為計算機的接地。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，與地嚴格絕緣，要求對地電阻的大小一般在1MΩ以上。那么直流地為什么要懸空？因為如果數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電壓的干擾，為了防止這種干擾需要把交流地和直流地嚴格地分開。直流地懸浮的缺點是?由于交流電電網的中線一般接地（接大地）這就等于把數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備帶有瞬態(tài)電壓，通過相互間連線的電容耦合去干擾鄰近設備，萬一發(fā)生交流火線與機柜相碰現象，就

　　會使機柜帶有很高的交流電壓，如果機柜無安全地，大量的靜電荷無處可去，淤積到機柜外殼上，使靜電荷越積越多，影響機器的穩(wěn)定運行，遇雷雨季節(jié)而避雷設備又不完善時，會遭雷擊的危害。

　　(2)直流地接大地

　　直流地接大地就是將計算機機房中數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地絕緣不良而產生的串音等現象，一般接地電阻應<4Ω。直流地接大地方式克服了直流地懸空所帶來的問題，筆者建議在計算機局域網機房系統(tǒng)中采用直流地接大地的做法。由于直流地與機柜外殼是分開的，因此機柜外殼接大地為高頻干擾提供了低阻通路，對防止高頻干擾和防止靜電也起到一定的保護作用。

　　具體接法

　　在直流地的接法上可以分為3種類型：串聯接地、并聯接地和網狀接地。

　　(1)串聯接地

　　機房中設備直流地線以串聯的方式接在直流地的銅皮上，此種接法雖然個別處電位有差異，但由于電阻非常小，所以在簡單的接地系統(tǒng)中應用較多。其缺點是在要求較高配置時，從防止噪聲的角度來看，因串聯接地，各串聯的電阻使得各點電位產生偏差，容易產生噪聲。

　　(2)并聯接地

　　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，各點間的電位差較平衡，可獲得較好的低頻接地，因此應用得較多。由于計算機的直流電壓較低，各機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)網狀地

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

安全保護

　　交流工作地

　　在計算機系統(tǒng)中，除了使用直流電器設備外，還大量配備和使用交流電器設備。交流工作接地就是把計算機系統(tǒng)中使用交流電的設備做2次接地或經特殊設備與大地作金屬連接，其作用是確保人身和設備安全。交流工作接地的實施可分為計算機系統(tǒng)使用的交流設備和計算機系統(tǒng)配套的交流設備兩種情況，應各自獨立地按電器標準規(guī)定接地，以防止因絕緣損壞而發(fā)生觸電危險。

　　安全保護地

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

　　避雷地

　　防雷保護接地主要是用來向大地引泄雷電流的，目的在于保護人員和建筑物的安全。防雷保護接地與計算機中心建筑物采用的避雷措施有關，由于雷電流產生的電磁感應現象，造成巨大的電磁場，對計算機中心及相關設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備之間保持足夠的距離。因此防雷保護措施是不可忽視的。在1997年夏季的一次雷雨天氣，國航內蒙古分公司因未完善避雷裝置，致使網絡癱瘓、設備損壞，造成直接經濟損失。因此建筑物避雷設施必須嚴格遵循防雷設施的規(guī)定，按標準進行施工，每年至少要檢測一次避雷接地樁的良好程度。

　　各類設備接地之間的關系

　　計算機中心的各類設備接地之間的關系實際上就是直流地與其他地間的相互關系，計算機直流地的接地電阻的大小、接法及與諸地之間的相互關系是以不同的設計要求而定的。

　?。?）直流地懸浮時與接地的關系

　　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）直流地接大地時與諸地的關系

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

　　a）直流接地、安全接地、交流接地和避雷接地分別接入不同的地樁。此種接法看來似乎各地相互之間沒有關系，不產生任何影響，而且單個地樁的造價便宜，但實際上這種方法不但復雜、造價昂貴，而且諸地之間難以達到相對隔離的要求，因此易對直流系統(tǒng)產生沖擊，影響設備的可靠性。

　　b）直流接地、避雷接地各自接地，安全接地和交流接地共用一個地樁。情況基本同a）。

　　c）機房的直流接地、交流接地、安全接地均各成系統(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，這是很多計算機系統(tǒng)中采用的接地方法。

　　d）如所有地均接入避雷地，為了防止雷電壓的反擊，要求防雷接地裝置與所有電器設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構以鋼筋作為防雷網時，此距離實際上是無法保證的，在這種情況下應將諸地連在一起，采用共同接地方式。為了防止雷電沖擊時接地電位的升高，共同接地的電阻最好能限制在1Ω以下。

　　e）機房內諸設備的交流地、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極大的不安全，加之接地設施會因年久

　　失修致使接地電阻增加，從而給計算機的安全性、可靠性帶來極大的威脅。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。

　　處理地線要注意的問題

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

　?。?）為防止接地系統(tǒng)的相互干擾，確保對建筑物的絕緣，接地母線應使用帶有絕緣外皮的屏蔽線，屏蔽套的一端應進行接地。

　　（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，也應按照上述要求在其未接入同一地樁之前彼此應保持嚴格的絕緣。

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

　　9防護靜電靜電是引起計算機等電子設備故障的重要因素之一，主要體現在靜電聚積在計算機的機殼上，當電荷聚積的能量達到一定程度時，會給人以觸電的感覺；當靜電帶電體觸及計算機時形成對計算機的放電，有可能使邏輯元件送入錯誤信號、引起計算機運算錯誤，嚴重時還會造成程序紊亂，甚至燒毀設備。如何防止靜電帶來的危害，分析靜電對計算機設備的影響，找出靜電產生的根源，減少以致消除靜電是一個不可忽視的課題。

　　減少靜電對計算機設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，其中設備的外殼接地是最基本的防靜電措施，要求計算機本身具備一套合理的接地和屏蔽系統(tǒng)，這樣當靜電帶電體觸及計算機機殼放電時，靜電就能通過接地導線漏泄入地而不至于引起系統(tǒng)運行故障，通常靜電瞬間電勢過高很容易引起接地電位的波動。其次，要盡量切斷靜電噪聲侵入音頻通道，在跳接音頻和數字線時應盡量采用屏蔽線，屏蔽線的外絕緣皮應進行良好地接地，從而泄漏掉聚集在周圍的電荷。

　　鑒于接地系統(tǒng)是提高計算機網絡可靠性、抑制噪音、保證機房設備安全的重要手段，因此應對計算機設備的接地認真加以對待，如果重視不夠或接地系統(tǒng)處理不當，將會影響計算機的穩(wěn)定工作從而引發(fā)故障，甚至燒毀接口和器件，嚴重的還危及人身安全。

　　“地線”在計算機應用技術中要求越來越高，還需要我們在工作中不斷探索總結經驗。

相關術語

電路圖中常用的接地符號

　　1）地

　　任何一點的電位按慣例取為零的大地或導電物質。

　　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、艦船或運載工具金屬外殼等）。

　　3）（靜電）接地

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

　　4）接地

　　a、直接接地或通過一個低阻抗同地相連。

　　b、通過一個具有很小或幾乎為零電阻（阻抗）的導線或其他導體與地連接。

　　5）軟接地

　　通過足夠的阻抗接地，把電流限制在人身安全的電平（通常為5mA）之下。軟接地所需要的阻抗取決于靠近接地點的人員可能接觸的電壓電平。

　　6）直接接地

　　將金屬體與大地進行導電性連接的一種接地方式。

　　7）間接接地

　　為使金屬以外的物體進行靜電接地，將其表面的全部或局部與接地的金屬體緊密相接的一種接地方式。

　　8）靜電放電接地裝置

　　一個公共裝置，在靜電放電防護工作區(qū)內與該裝置連接的無器件被接地。

　　9）接地參考平面

　　一個平的導電表面，其電位被用作為公共參考電位。

　　10）靜電接地連接系統(tǒng)

　　帶電體上的電荷向大地泄漏、消散的外界導出通道。

　　11）人體接地

　　通過使用導電墊、導電地面、導電鞋或其他各種接地用具使人體與大地保持通導狀態(tài)的措施。

　　12）接地（電）極

　　埋入大地以便與大地良好接觸的導體或幾個導體的組合。

　　13）對地電壓

　　帶電體與大地之間的電位差（令大地電位為零）。

　　14）（靜電）連接

　　將彼此間沒有良好導電通路的物體導電性連接，使相互間大體上處于相同電位的措施。

　　15）搭接

　　a、使兩個物體之間具有導電性的任何固定結合。這種結合可以是兩個物體導電表面間的直接接觸，也可以是加裝在兩個物體之間牢固的電氣連接。

　　b、在電氣工程中，將各金屬部分連接在一起，使它們對直流電和低頻交流電電流呈現低電阻電氣接觸的一種方法。

　　16）單點接地

　　每個電路或屏蔽體對地僅有一個連接點的接地形式。理想的情況是一個分系統(tǒng)只接在同一個接地點，這種方法可防止結構中流過返回電流。

　　17）搭接線[條，片]

　　a、一種用于搭接的金屬編織線或金屬條[片]。

　　b、當部件和結構之間不能用其他方法保持足夠的電接觸時，一種在它們之間提供必要導電性的金屬編織線或金屬條[片]。

　　18）泄漏電阻

　　物體在不帶電的情況下，從被測點到接地連接系統(tǒng)間的等效電阻。

　　19）泄漏電流

　　指帶電體上的電荷通過各種泄漏途徑向大地泄漏的電流。

　　20）靜電泄漏通道

　　帶電區(qū)的靜電荷通過帶電體內部和表面而使之泄漏的途徑。

　　21)雜散電流

　　任何不按指定的通路流動的電流，這些非指定的通路可以是大地、與大地連接的管線和其它金屬物體或構筑物。