关于电子设备需要接地的注意事项（一）

一、电子设备为什么要接地

        很多人都知道，贵重仪器设备使用的时候，外壳都要接地，如采用三心电源插头等。但为什么要接地，这个原因就很少人知道了。下面我们以三相发电机输送线路的工作原理，来说明设备接地的重要性。

       通过对图1的观察，你很快就会明白，地线的作用主要是干什么的，即：地线的作用主要是用来防雷的。

       在图1中，红线A、B、C表示高压输送线路，高压输送线路一般都用铁塔空架支撑，用以对几十万伏的交流电进行远距离传送，这样，其经常受雷击是不可避免的；为了避免雷击，一般都在高压线路的上方平行架设一条地线，这条地线一般称为避雷地线。所谓的地线就是与大地相连的导线，当打雷的时候，雷电首先会打到避雷地线上，避雷地线可把雷电引入地球，避免高压输送线路被几亿伏，乃至十几亿伏的雷电把发电机或变压器的线圈与外壳击穿，以及把与线路连接的其它电器设备遭受瞬间高压冲击而损坏。因此，图1中的避雷地线与一般电子线路中的地线完全是两回事。

       除了避雷地线之外，发电机和变压器的外壳也要接地，这种接地叫防护接地。防护地线与避雷地线两者是不同的，防护地线与避雷地线的*大区别是，防护地的地线一般没有电流通过，而避雷地的地线在打雷时有非常大的电流通过，电流可大于数十万安培。避雷地的主要作用是把雷电高压引入地球，以降低雷电高压对电子设备的冲击；而防护接地则是让设备外壳的电位与地球相同，避免设备内部电路在强电场之下感应带电产生位移电流，以及人体触摸电子设备外壳时不会触电。因此，两者的作用是完全不同的。

       三相发电机的中线接地，也属于防护接地，其作用是把发电机中线圈被感应的静电高压引入地球。当负载完全平衡时，三相发电机的中线与地连接的地线是没有电流通过的。但三相变压器的中线接地不属于防护接地，而属于避雷接地，因为三相变压器中线在与火线并排向用户供电的同时，还担当避雷的作用。当打雷时，中线通过接地可以把雷电的大部分能量引入地球，仅有少部分能量*后成为差模信号与输送电压混合在一起被传送到用户终端。

      目前，人们对雷电的产生以及其所引起的灾害认识并不很深。

       我们知道，由于地球与电离层之间存在很强的电场，云朵在天空中首先要被极化带电，然后在风力的作用下，极化带电的云朵很容易就会分离成两个（或多个）部分，使之成为带电体，一个带正电（一般是下层），另一个带负电（一般是上层）。所以，同一高度已经带电的云朵（即带电性质相同的云朵），在风力的作用下很容易产生互相组合，使云体带电的能量越来越大，即电位越来越高。当两个带异性电荷的云朵互相靠近的时候，或者带电云体靠近地表面的时候，就会放电，即打雷。因此，只要有云和风的存在，打雷的现象就会经常出现，首先被雷击的多数为高层建筑物。

根据统计：

         地球平均每一秒钟有100多次闪电，每次闪电产生的能量可供一个100瓦的灯泡点亮3个月；在雨季，平均每6分钟就有一个人被雷电击中，每年有成千上万的人因雷电击中而丧伤；上海电视台平均每年要遭受33次大的雷击，*近遭受雷击的时间是2010年4月13日，每次雷击都会使电子设备遭受不同程度的损坏；1992年6月22日，北京国家气象中心多台计算机接口因感应雷击被毁，损失二仟多万元。

       随着电子技术的不断发展，电子设备的功能越来越强大，电子线路的密度也不断提高，使得电子器件的耐压不断降低，因此，电子设备遭受雷击后更容易损坏，每年全世界有数千万个电器设备因雷电原因被损坏，并造成数千亿元的经济损失。现在，防雷技术已成为一门科学技术并且越来越受人们重视。

       对电子设备进行避雷防护是降低电子设备遭受雷击损坏的*好方法。在安置电子设备的场所安装避雷针，即避雷地线，把雷电引向地球，与此同时，把设备的外壳接地，使设备的外壳与大地的电位基本相同，以降低设备内部电路在强电场之下感应带电，并产生位移电流，就可以大大降低电子设备遭受雷击损坏的概率。

       如果不安装避雷针，当一座建筑物被雷击中的时候，整座建筑物就会处于几万伏/米，甚至十几万伏/米的强电场之中，在强电场中的所有物体，无论是导体或绝缘体，全部被感应带电（极化带电），并在导体或电子线路中产生位移电流，如果电子设备的外壳不接地，由于位移电流的存在，就会使那些连接线路较长且导体面积较大（即线路体电容较大）的电子器件击穿，特别是耐压较低的电子器件首先被击穿。因为位移电流的产生就等同于电容被充放电，电容越大，充放电的电流就越大，而电子设备中的线路就相当于分布电容，线路越长或导体的面积越大，分布电容就越大；在电场中感应的时候，产生的位移电流也越大。

      如果电子设备的外壳接地，由于外壳与大地等电位或电位差非常小，在外壳内部电场强度基本上处处相等，没有电位差或电位差很小，电子设备中的电子线路就不会感应带电，也不会产生位移电流；因此，外壳接地的电子设备，其内部的电子器件不会因打雷放电而被击穿。或者说，电子设备的外壳接地对雷电有屏蔽作用，可以避免仪器设备中的线路或电子器件被雷电击穿损坏。

      如果设备的外壳不接地，外壳与大地就不可能等电位，并且两者的电位差很大，这样，设备作为一个孤立电容与地球作为另一个孤立电容，两个电容之间就会进行串联充、放电（即静电感应），在其充、放电过程中很容易把电子元器件损坏。

      任何带电物体对于无限远处，都可以看成是一个孤立电容，当两个孤立电容互相靠近时，就会互相感应，其结果相当于两个电容被串联充、放电，其中一个为充电，另一个就是放电。

      另外，电子设备外壳接地还可以降低电磁干扰（EMI），提高电子设备的电磁兼容（EMC）指标。不过对于EMI和EMC方面的技术知识，这里我不准备进行详细分析，以后我会向读者陆续介绍这方面的技术知识。

二、地线接地不佳或接错地方，也会造成电子设备损坏

        在图1中，由于大地有电阻，所以避雷地和防护地的地线是不能乱接的，它们之间离得越远越好，因为，打雷的时候避雷地也会带电，并且有非常大的电流从避雷地线中流过，如果两者靠得很近，流过避雷地线的大电流会通过防护地线对电子设备进行反击，在正常情况下，防护地线一般是没有电流通过的，因此两者应该离得越远越好。如果把防护地线与避雷地线连接在一起，电子设备不但起不到避雷保护的作用，反而会把雷电引来，使电子设备收到更大的雷电打击。

        因为，当避雷针遭到雷击时，避雷针与地面的接触处也会产生非常高的电压（因大地有电阻），如果把防护地线与避雷地线连接在一起，在防护地线上产生的几十万伏电压就会突然加到设备的外壳上，就会在电子设备内部电路中瞬间感应产生很高的静电电压，并且会在电路中产生很多的位移电流，致使电子设备内部电路过压，过流损坏。

       这里特别指出，尽管很多高层建筑物都安装有避雷针，但由于大地有电阻，当避雷针被雷电击中的时候，在建筑物的周围，地表面还会产生非常高的电位梯度（单位长度的电位差）。一般在离打雷中心30米之内，地表面的电位梯度*高达3万伏/米以上。因此，把避雷针做成树根结构，并且埋得很深，对降低地表面的电位梯度是有好处的。

       目前国内很多大楼的避雷地线都没有按标准严格安装，大多数人也不知道避雷地线的标准是什么东西，不是引线用得很细，就是地线埋入地层的深度不够，甚至还有人把防护地与避雷地公用一根地线，因此，每逢雨季到来，都有非常多的家电设备，特别是电视机、电脑、冰箱以及仪器设备被雷电打坏。因此，每逢雨季都是电器修理门市部*繁忙的季节。