电磁兼容系统中的接地分析吴智昌

电磁兼容系统中的接地分析吴智昌

吴智昌王文君

（中国海诚工程科技股份有限公司上海市200031）

摘要：在整个电磁兼容系统中，接地系统起着不可替代的作用，它可以科学有效地降低因为电磁干扰造成的故障问题。文章介绍了电磁兼容和接地的概念，及典型的用于电磁兼容系统的接地方式，深入分析了电磁兼容系统中的接地技术，以便于科研人员采用正确的接地方式来解决电磁干扰问题。

关键词：电磁兼容系统；接地技术；分析

1引言

随着科学技术的不断发展，电子系统的集成化程度逐渐提高，电磁兼容技术也逐渐引起人们的关注。电子系统集成之中也出现了由于电磁干扰而引起的很多故障。这些故障的发生，充分说明电磁方面的干扰已经很大程度上影响着系统的安全性以及二次设备的正常运行。因此，相关人员应该充分重视电磁兼容系统中各种抑制干扰技术，包括合适的接地，良好的搭接，合理的布线、屏蔽、滤波和限幅等技术，而接地技术是实现设备电磁兼容性的重要环节，针对接地技术中出现的问题具体分析，最大限度地降低电磁干扰，减少相关故障的发生概率。

2电磁兼容与接地技术概述

2.1电磁兼容概述

电磁兼容（ElectricalMagneticCompatibility，即EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁骚扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁骚扰（ElectricalMagneticDisturbance，即EMD）不能超过一定的限值；另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁骚扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性（ElectricalMagneticSusceptibility，即EMS）。电磁兼容的设计其实就是，如何利用合理的设计，减少电子设备的电磁干扰，让其符合不同地区设定的电脑兼容的标准。也就是说，电子设备或是整个系统运行时，产生的电磁量在预定的标准内，并且不会对周围的人或事物造成干扰，具有抗干扰能力。

2.2接地技术概述

理想地线是一个在各种情况下都为零阻抗和零电位的物理实体，它不仅是电路中所有信号电平的参考点，而且当有电流通过时也不产生压降。而实际上，“地”是零电位平面的概念只在直流或是低频情况下适用，在较高频时却不正确，因为导线具有较显著的阻抗，流经这些阻抗的高频电流会使接地面上的各点具有不同的高频电位。一般情况下存在两种接地类型：安全地和信号地。安全地一般与设备外壳相连，它除了防止电击以外，还为静电放电的电荷和电流提供了远离受害电子设备的泄流通路。信号地是信号电流返回信号源的通路。在电路板设计中会涉及信号地，应该注意的是信号地只是信号电路的返回路径而不是等电位的导体。由于大的环路面积会使通过这个环路的信号电流产生的辐射发射增加，因此在电路板设计时一定要在信号输出路径附近设置信号回路（即信号地），来避免辐射发射干扰的增加。

3接地方式

（1）树叉型接地系统

这种接地方式本质上讲是比较灵活的运用单点接地的方式，把电路根据相应的信号特征来进行分组，把不会出现干扰的一些信号分在一个组内，同一个组内的电路使用串联的单点接地，不同的各组内使用并联的单点接地方式。这就是导致接地系统不会形成共地阻抗，同时还不会发生地环路，有效解决电磁干扰方面的问题。

（2）地支线

地支线是树叉地线系统的一部分，有很大的优势。一方面，可以有效地保证多级并联一点接地的树叉结构形成；另一方面，可以最大程度地减少地线数量，保证充足的空间，并且减少相互之间的干扰。对于一些比较复杂的产品，可以将地支线分为四条或三条，而对于那些相对简单的产品，则可分为两条。

（3）地母线

地母线通常可以看作是汇流条，在地支线的端点进行连接，用来建立同种类型不一样的电路公共电位，并与地支线进行沟通。

4电磁兼容中用到的接地方式

4.1单点接地方式

单点接地指的是系统中只有一点被定义为接地点，其他需要接地的信号接地线都直接接在该点上。使用单点接地的目的一是为了防止两个不同子系统中的电流使用相同的回路返回而产生共阻抗耦合；二是为了防止形成地回路，避免通过地回路的电流相互影响，防止引入地环路干扰。如果单点接地的连接线较长，可能会有很大的阻抗，而且这些连接线上的电流有可能向其他接地导线进行辐射，并在子系统之间产生耦合，产生辐射发射问题。因此，单点接地适合应用在低频子系统。这种接地方式的优点在于结构比较简单，各系统的接地线较短、阻抗较小。

4.2多点接地方式

多点接地指的是将一个大的接地导体（接地平面）作为接地系统中信号的回路，然后各子系统的地分别与该接地导体在不同点相连。多点接地方式使各子系统就近接地，从而可以使各子系统的接地引线长度做到尽可能的短。因为较短的地线可以降低各子系统的地电位，而且当地线长度与工作波长λ相近时，地线上的电流和电压呈驻波分布，这样地线就变成了辐射天线。在使用多点接地时需要注意的是：各子系统地与接地平面的连接点在所考虑的频率段上任意两点之间的阻抗都非常低。否则这种多点接地方式就与串联单点接地方式没有什么区别了。

从电磁兼容的理论和分析经验来考虑，一般系统的工作频率在1MHz以下时，可以使用单点接地；10MHz以上时，可以用多点接地；在1MHz和10MHz之间时，如果最长的接地线不超过波长的1/20，可以用单点接地，否则用多点接地。在实际的工程系统中，情况比较复杂，很难只采用一种接地方式就能达到很好的电磁兼容效果，而是常常采用串联和并联及单点和多点接地组合的混合接地方式，特别是在同时包含低频和高频混合电路的电子设备或系统中应用较多。

5装置和屏柜的接地布局

5.1单台装置的接地

对于单台装置的接地，如果要实现其应具备的设计要求，通常包含了很多不同种类的电路，比如，低电平的信号电路、高电平的功率电路。除此之外，为了保障电磁兼容系统的正常运行，还应该注意保障人身财产安全，并且将机壳接安全地以防止机壳带电。

5.2屏柜的接地

当屏柜进行接地的时候应该特别注意下面几个问题：（1）屏柜当中的各个装置的信号地线都应该和地壳地线以及功率地线进行互相绝缘。同时，信号地线应该运用绝缘的电缆或者铜绞线，不能运用裸铜线。同时还不能和其他的接地线进行混用。（2）将各个装置的信号地线分别接到屏柜之内的那个总结地的铜排。（3）屏柜的壳体和总结地的铜排应该保证绝缘。

5.3系统的接地

当多个屏柜组装在一起形成一个系统时，如果屏柜太多，就会使地线过多。针对这种问题，可以采取将两条互相并行的半环形接地母线：一条为信号地母线；另一条为屏蔽地及机柜外壳地母线。除此之外，在系统接地时还应该注意接地母线与接地体之间的连接应采用焊接的方式。

6结语

随着我国的变电站的自动化、小型化和各个设备紧凑程度的逐渐提高，电磁干扰方面存在的问题也会表现的更加的突出。同时，电磁系统的电磁兼容方面的问题应该从设计山进行根源性的控制，比如，运用接地、隔离、屏蔽或者利用科学合理的平面布置等各种措施，不然会导致非常严重的后果。所以，应该充分重视接地技术的研究。

参考文献：

[1]电子设备的电磁兼容研究[J].黄文宇.电脑迷.2017（05）

[2]产品设计中“接地”对EMC影响的研究[J].徐成焱，耿士华，冯妮.信息技术与信息化.2015（05）

[3]接地技术在广播电视工程的应用[J].王晓峰.科技传播.2015（08）

[4]离子接地技术在110kV变电站接地网改造中的应用[J].王存党.中国高新区.2017（09）