電子類艙車系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)

周淑蓉

中國(guó)電子科技集團(tuán)第十研究所，四川 成都 610036

電子類艙車系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)

周淑蓉

中國(guó)電子科技集團(tuán)第十研究所，四川 成都 610036

本文就電子設(shè)備機(jī)柜、艙車等產(chǎn)品的接地,包括接地線分類、電線電纜的分類及布局、接地方法及要求等方面作一些闡述。

接地;搭接;接大地

1.概述

在電子設(shè)備中，接地是抑制電磁噪聲和防止干擾的重要方法，系統(tǒng)或設(shè)備必須有良好的接地措施。

將電路、單元與用作信號(hào)電位公共參考點(diǎn)的接地面施行低阻抗連接，稱為接地。

對(duì)大地進(jìn)行電氣連接的過程稱為接大地，實(shí)際上是借助埋入地下的金屬棒、電線、管道或其他金屬結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)對(duì)大地的電氣接觸。

電子艙車接地的目的在于泄放靜電感應(yīng)在艙車內(nèi)部機(jī)柜、操作臺(tái)、設(shè)備上積累的電荷，同時(shí)通過合理的接地分類來消除信號(hào)的相互干擾，提高艙車系統(tǒng)設(shè)備工作的穩(wěn)定性，為操作人員和設(shè)備的安全提供保障。電子艙車接地是抑制電磁噪聲和防止干擾的重要方法之一，是保證電子艙車系統(tǒng)安全與可靠工作的重要措施。

從功能上分，電子艙車系統(tǒng)接地分類包括電源地、信號(hào)地、機(jī)殼地、避雷地等。

2.電源配電系統(tǒng)接地

電源配電系統(tǒng)，系統(tǒng)接地形式可分為TN（TN－C、TN－S、TN－C－S）、TT、IT三種，各有不同的安全技術(shù)要求。

TN配電系統(tǒng)：

電源中性點(diǎn)(N)直接接地，設(shè)備保護(hù)接地線(PE)與該點(diǎn)聯(lián)接，按中線與保護(hù)接地的配置方式分類有TN－C 、TN－S、TNC－S三種方式。見圖1。

TN系統(tǒng)發(fā)生碰殼故障時(shí)，屬金屬性短路，故障電流大，電源過電流保護(hù)裝置可迅速切斷電源。

TT配電系統(tǒng)：

具有一個(gè)直接接地點(diǎn)的配電系統(tǒng)，設(shè)備接地電極與配電系統(tǒng)接地電極無(wú)電氣連接。見圖2。

TT系統(tǒng)發(fā)生碰殼故障時(shí)，對(duì)人有電擊的危險(xiǎn)，因故障電流不足于使電源保護(hù)裝置迅速切斷電源，故需用漏電保護(hù)器作附加保護(hù)，它適用于對(duì)接地要求較高的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和電子設(shè)備的供電。

圖1 TN系統(tǒng)

IT配電系統(tǒng)：

不直接接地的配電系統(tǒng)。見圖2。

圖2 TT系統(tǒng)與IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)發(fā)生碰殼故障時(shí)，屬電容性短路，故障電流小，對(duì)人電擊危險(xiǎn)性小，一般無(wú)需切斷故障回路只需及時(shí)消除故障，適用于對(duì)供電不間斷要求較高的電器裝置。

我國(guó)城市公用低壓電網(wǎng)均采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（TN、TT配電系統(tǒng)），三項(xiàng)移動(dòng)電站均采用中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)（IT系統(tǒng)），農(nóng)電網(wǎng)則上述系統(tǒng)均有使用。

3.大地電極系統(tǒng)設(shè)計(jì)

接大地電極的有效性以該電極對(duì)大地的電阻值來度量，電極對(duì)大地的電阻是指接地連接點(diǎn)和大地中很遠(yuǎn)點(diǎn)之間的電阻。大地電極系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性意味著獲得一個(gè)很低的電阻所必需的費(fèi)用與滿足系統(tǒng)最低要求之間進(jìn)行綜合分析與折中。

對(duì)通信電子設(shè)備來說，對(duì)成本與防雷電、防電源故障防電磁脈沖保護(hù)之間的關(guān)系綜合權(quán)衡的結(jié)果，確定大地電極以10Ω為設(shè)計(jì)目標(biāo)。凡由于土壤電阻率高，或遇到巖層結(jié)構(gòu)或其他地層結(jié)構(gòu)等原因，不能獲得10Ω接地地阻的時(shí)候，應(yīng)考慮降低電阻的其他方法。

對(duì)含有計(jì)算機(jī)的電子系統(tǒng)與設(shè)備來講，接地地阻要求一般要求為4Ω。

對(duì)于雷電保護(hù)來說，很難建立一個(gè)為確保人身安全所必須得接地電阻。實(shí)踐證明，10Ω的接地地阻，可對(duì)建筑物、變壓器、輸電線、桿塔和其他外露結(jié)構(gòu)物以相當(dāng)可靠的雷電保護(hù)。電阻越低，保護(hù)效果越好，因此，應(yīng)努力將接地電阻降至最低的實(shí)際可行值。

4.電子設(shè)備（或系統(tǒng)）的接地類型

接地類型有懸浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地以及單點(diǎn)與多點(diǎn)接地的組合。

懸浮地：

有意將電子設(shè)備中電路單元的信號(hào)地與設(shè)備外殼絕緣，以防止設(shè)備外殼上的干擾電流直接耦合到信號(hào)電路，此時(shí)信號(hào)地即為懸浮地。

懸浮地設(shè)備容易產(chǎn)生靜電積累，當(dāng)電荷達(dá)到一定程度后，會(huì)產(chǎn)生靜電放電。

單點(diǎn)接地：

將設(shè)備的信號(hào)電路先參考于一點(diǎn)，然后把該點(diǎn)接至設(shè)施的接大地系統(tǒng)為單點(diǎn)接地。一般適用于低頻段，應(yīng)用頻率范圍為30KHz～300KHz，有些場(chǎng)合也可用在3MHz以下。

多點(diǎn)接地：

電子設(shè)備中電路單元采用了許多條導(dǎo)電通路的接地形式。多點(diǎn)接地主要運(yùn)用于含有高頻信號(hào)電路的單元，應(yīng)用頻率范圍為30KHz～300KHz以上。

混合接地：

在某些電子設(shè)備中既有高頻電路又有低頻電路，這時(shí)在在高頻電路部分宜采用多點(diǎn)接地，在低頻電路部分宜采用單點(diǎn)接地，這種方式就是設(shè)備的混合接地方式?；旌辖拥匕藛吸c(diǎn)和多點(diǎn)接地的使用頻率范圍。

各種接地方式的使用頻率范圍不是很嚴(yán)格的，要根據(jù)設(shè)備或系統(tǒng)的具體情況來選擇。

設(shè)備機(jī)柜的接地：

每個(gè)獨(dú)立設(shè)備、單元的信號(hào)地線應(yīng)搭接到機(jī)柜或機(jī)架，而機(jī)柜或機(jī)架應(yīng)就近搭接到等電位面上（信號(hào)地線）。也可將作為信號(hào)地的設(shè)備底板或外殼搭接到等電位面的最近點(diǎn)（信號(hào)地線）。

下面介紹一種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的接地結(jié)構(gòu)：在機(jī)柜兩側(cè)面設(shè)置自下而上的接地銅條，銅條與機(jī)柜絕緣，各設(shè)備機(jī)殼地使用接地線就近連接到接地銅條上；機(jī)框底部焊接有銅制螺母，用M10的黃銅螺釘將自制銅制十字焊片聯(lián)接到機(jī)框上，接地線（屏蔽網(wǎng)套）一端焊接在十字焊片上，一端焊接到機(jī)房（艙、車）信號(hào)地線上。一種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的接地詳圖見圖3。

圖3 一種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的接地詳圖

5.按地線性質(zhì)分類敷設(shè)的復(fù)雜電子設(shè)備的接地

電子設(shè)備中往往同時(shí)包含有多種低頻和高頻電路，按照信號(hào)相互不干擾或最小影響的原則，將電路的電氣特性進(jìn)行分類，地線根據(jù)分類進(jìn)行分組敷設(shè)，一般分為強(qiáng)信號(hào)地線、弱信號(hào)地線、噪聲地線和設(shè)備外殼（金屬件）地線等。如圖4所示：

圖4 地線的分類敷設(shè)圖

先將電子設(shè)備按其電路的電氣特性進(jìn)行分類，再根據(jù)分類分別敷設(shè)地線，可以有效解決地線相互干擾問題。

例：某方艙內(nèi)放置發(fā)射、接收設(shè)備柜，為避免發(fā)射機(jī)的強(qiáng)信號(hào)地對(duì)接收機(jī)的弱信號(hào)地形成干擾，將發(fā)射機(jī)柜后部的接地銅條直接聯(lián)接到對(duì)應(yīng)方艙壁上的接地口上，并使用接地樁直接引入大地。見下圖5。

圖5 某方艙內(nèi)發(fā)射機(jī)接地口

6.布線設(shè)計(jì)

布線設(shè)計(jì)時(shí)，拉開各類線束的間距是解決線間電磁耦合最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法。

主電源配電線路要求與其他各類保持150mm間距；極其敏感的或發(fā)射很強(qiáng)的電線或電纜，要求各自單獨(dú)敷設(shè)，不得與其他任何互聯(lián)電纜一起捆扎或一起走線，本類線之間以及它們和其他類的電線電纜至少要保持75mm距離；交流基準(zhǔn)電路和音頻干擾電路或交流電源電路編組時(shí)必須慎重，只有在證明相互沒有干擾后，才能捆扎或敷設(shè)在一起。

7.艙、車布線、接地設(shè)計(jì)

對(duì)于接地措施來講，要注意實(shí)行“一點(diǎn)接地”的原則，將信號(hào)地、外殼保護(hù)地和交流地集中于一點(diǎn)接地構(gòu)成系統(tǒng)。在設(shè)備內(nèi)部系統(tǒng)地與保護(hù)地分開。最后從艙、車引出時(shí)會(huì)集為一點(diǎn)。

精心考慮艙、車配電箱、電源線、信號(hào)線、接地線的布線與設(shè)計(jì)。

配電箱：

在艙、車配電箱前端安裝電源引入裝置，安裝三相（單相）保護(hù)器、電源濾波器等，以防雷擊、消除外界干擾信號(hào)。配電箱設(shè)計(jì)考慮供電平衡（三相），同時(shí)具有控制、指示、保護(hù)功能。

控制功能：

配電箱上設(shè)有輸出總開關(guān)及各分路輸出（照明、設(shè)備、備用、空調(diào)等）開關(guān)，開關(guān)具有過流、短路保護(hù)功能。

指示功能：

配電箱上設(shè)有輸入三相（單相）電壓指示，輸入三相（單相）及各分路輸出燈光指示。

保護(hù)功能：

1)過流保護(hù)：輸入總開關(guān)及各分路輸出控制開關(guān)均帶有過流功能，當(dāng)線路發(fā)生過流或短路時(shí)，可自動(dòng)切斷輸出。

2)不接地保護(hù)：當(dāng)艙、車工作時(shí)，如未接地或接地不良，配電箱能發(fā)出聲光報(bào)警。

3)漏電保護(hù)：當(dāng)艙、車帶電，對(duì)地漏電電壓大于36V(允許誤差±4V)時(shí)，配電箱能發(fā)出聲光報(bào)警，并自動(dòng)切斷供電電源。

電源布線：

艙、車頂燈、壁燈、軸流風(fēng)機(jī)、空調(diào)、備用插座等供電線纜均在艙頂部預(yù)埋走線，設(shè)計(jì)為暗線的鋪設(shè)方式，增加艙內(nèi)的美觀性。

其余的電源、信號(hào)走線用金屬走線槽分別布設(shè)，信號(hào)線、電源線布設(shè)在艙、車體底部或頂部獨(dú)立的線槽內(nèi)走線。線槽采用鋼板折彎或鋁型材結(jié)構(gòu)，可兼起屏蔽的作用。

信號(hào)布線：

艙、車信號(hào)壁盒采用金屬走線槽沿方艙、車體底部或頂部布設(shè)到各設(shè)備。

接地線：

艙、車采用信號(hào)地、外殼保護(hù)地和交流地三套接地系統(tǒng)。外殼保護(hù)地采用紫銅帶沿車廂骨架布設(shè)的形式；信號(hào)地為“懸浮地”，采用紫銅帶（外套絕緣套管）沿走線槽布設(shè)的形式，交流地則采用電纜的形式。外殼保護(hù)地和交流地最后匯集于交流接口窗，通過接地柱一點(diǎn)接地；信號(hào)地則通過信號(hào)接口窗的接地柱接地。

8.結(jié)語(yǔ)

接地技術(shù)是還包括合理設(shè)置印制板電路信號(hào)間的地線、采用阻隔地環(huán)流等措施減少干擾等方法，同時(shí)還需精心考慮電磁屏蔽設(shè)計(jì)，才能滿足設(shè)備正常、高可靠性工作的要求，這需要電路、結(jié)構(gòu)、工藝人員的共同努力。

[1]王健石.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2000.

[2]江蘇南京工學(xué)院.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].南京: 江蘇科技技術(shù)出版社,1981

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.056

周淑蓉（1965-）,女，四川廣漢人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，主要從事電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。