一、電子設(shè)備為什么要接地

        很多人都知道，貴重儀器設(shè)備使用的時候，外殼都要接地，如采用三心電源插頭等。但為什么要接地，這個原因就很少人知道了。下面我們以三相發(fā)電機(jī)輸送線路的工作原理，來說明設(shè)備接地的重要性。

       通過對圖1的觀察，你很快就會明白，地線的作用主要是干什么的，即：地線的作用主要是用來防雷的。

       在圖1中，紅線A、B、C表示高壓輸送線路，高壓輸送線路一般都用鐵塔空架支撐，用以對幾十萬伏的交流電進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，這樣，其經(jīng)常受雷擊是不可避免的；為了避免雷擊，一般都在高壓線路的上方平行架設(shè)一條地線，這條地線一般稱為避雷地線。所謂的地線就是與大地相連的導(dǎo)線，當(dāng)打雷的時候，雷電首先會打到避雷地線上，避雷地線可把雷電引入地球，避免高壓輸送線路被幾億伏，乃至十幾億伏的雷電把發(fā)電機(jī)或變壓器的線圈與外殼擊穿，以及把與線路連接的其它電器設(shè)備遭受瞬間高壓沖擊而損壞。因此，圖1中的避雷地線與一般電子線路中的地線完全是兩回事。

       除了避雷地線之外，發(fā)電機(jī)和變壓器的外殼也要接地，這種接地叫防護(hù)接地。防護(hù)地線與避雷地線兩者是不同的，防護(hù)地線與避雷地線的*大區(qū)別是，防護(hù)地的地線一般沒有電流通過，而避雷地的地線在打雷時有非常大的電流通過，電流可大于數(shù)十萬安培。避雷地的主要作用是把雷電高壓引入地球，以降低雷電高壓對電子設(shè)備的沖擊；而防護(hù)接地則是讓設(shè)備外殼的電位與地球相同，避免設(shè)備內(nèi)部電路在強(qiáng)電場之下感應(yīng)帶電產(chǎn)生位移電流，以及人體觸摸電子設(shè)備外殼時不會觸電。因此，兩者的作用是完全不同的。

       三相發(fā)電機(jī)的中線接地，也屬于防護(hù)接地，其作用是把發(fā)電機(jī)中線圈被感應(yīng)的靜電高壓引入地球。當(dāng)負(fù)載完全平衡時，三相發(fā)電機(jī)的中線與地連接的地線是沒有電流通過的。但三相變壓器的中線接地不屬于防護(hù)接地，而屬于避雷接地，因為三相變壓器中線在與火線并排向用戶供電的同時，還擔(dān)當(dāng)避雷的作用。當(dāng)打雷時，中線通過接地可以把雷電的大部分能量引入地球，僅有少部分能量*后成為差模信號與輸送電壓混合在一起被傳送到用戶終端。

      目前，人們對雷電的產(chǎn)生以及其所引起的災(zāi)害認(rèn)識并不很深。

       我們知道，由于地球與電離層之間存在很強(qiáng)的電場，云朵在天空中首先要被極化帶電，然后在風(fēng)力的作用下，極化帶電的云朵很容易就會分離成兩個（或多個）部分，使之成為帶電體，一個帶正電（一般是下層），另一個帶負(fù)電（一般是上層）。所以，同一高度已經(jīng)帶電的云朵（即帶電性質(zhì)相同的云朵），在風(fēng)力的作用下很容易產(chǎn)生互相組合，使云體帶電的能量越來越大，即電位越來越高。當(dāng)兩個帶異性電荷的云朵互相靠近的時候，或者帶電云體靠近地表面的時候，就會放電，即打雷。因此，只要有云和風(fēng)的存在，打雷的現(xiàn)象就會經(jīng)常出現(xiàn)，首先被雷擊的多數(shù)為高層建筑物。

根據(jù)統(tǒng)計：

         地球平均每一秒鐘有100多次閃電，每次閃電產(chǎn)生的能量可供一個100瓦的燈泡點亮3個月；在雨季，平均每6分鐘就有一個人被雷電擊中，每年有成千上萬的人因雷電擊中而喪傷；上海電視臺平均每年要遭受33次大的雷擊，*近遭受雷擊的時間是2010年4月13日，每次雷擊都會使電子設(shè)備遭受不同程度的損壞；1992年6月22日，北京國家氣象中心多臺計算機(jī)接口因感應(yīng)雷擊被毀，損失二仟多萬元。

       隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的功能越來越強(qiáng)大，電子線路的密度也不斷提高，使得電子器件的耐壓不斷降低，因此，電子設(shè)備遭受雷擊后更容易損壞，每年全世界有數(shù)千萬個電器設(shè)備因雷電原因被損壞，并造成數(shù)千億元的經(jīng)濟(jì)損失。現(xiàn)在，防雷技術(shù)已成為一門科學(xué)技術(shù)并且越來越受人們重視。

       對電子設(shè)備進(jìn)行避雷防護(hù)是降低電子設(shè)備遭受雷擊損壞的*好方法。在安置電子設(shè)備的場所安裝避雷針，即避雷地線，把雷電引向地球，與此同時，把設(shè)備的外殼接地，使設(shè)備的外殼與大地的電位基本相同，以降低設(shè)備內(nèi)部電路在強(qiáng)電場之下感應(yīng)帶電，并產(chǎn)生位移電流，就可以大大降低電子設(shè)備遭受雷擊損壞的概率。

       如果不安裝避雷針，當(dāng)一座建筑物被雷擊中的時候，整座建筑物就會處于幾萬伏/米，甚至十幾萬伏/米的強(qiáng)電場之中，在強(qiáng)電場中的所有物體，無論是導(dǎo)體或絕緣體，全部被感應(yīng)帶電（極化帶電），并在導(dǎo)體或電子線路中產(chǎn)生位移電流，如果電子設(shè)備的外殼不接地，由于位移電流的存在，就會使那些連接線路較長且導(dǎo)體面積較大（即線路體電容較大）的電子器件擊穿，特別是耐壓較低的電子器件首先被擊穿。因為位移電流的產(chǎn)生就等同于電容被充放電，電容越大，充放電的電流就越大，而電子設(shè)備中的線路就相當(dāng)于分布電容，線路越長或?qū)w的面積越大，分布電容就越大；在電場中感應(yīng)的時候，產(chǎn)生的位移電流也越大。

      如果電子設(shè)備的外殼接地，由于外殼與大地等電位或電位差非常小，在外殼內(nèi)部電場強(qiáng)度基本上處處相等，沒有電位差或電位差很小，電子設(shè)備中的電子線路就不會感應(yīng)帶電，也不會產(chǎn)生位移電流；因此，外殼接地的電子設(shè)備，其內(nèi)部的電子器件不會因打雷放電而被擊穿?；蛘哒f，電子設(shè)備的外殼接地對雷電有屏蔽作用，可以避免儀器設(shè)備中的線路或電子器件被雷電擊穿損壞。

      如果設(shè)備的外殼不接地，外殼與大地就不可能等電位，并且兩者的電位差很大，這樣，設(shè)備作為一個孤立電容與地球作為另一個孤立電容，兩個電容之間就會進(jìn)行串聯(lián)充、放電（即靜電感應(yīng)），在其充、放電過程中很容易把電子元器件損壞。

      任何帶電物體對于無限遠(yuǎn)處，都可以看成是一個孤立電容，當(dāng)兩個孤立電容互相靠近時，就會互相感應(yīng)，其結(jié)果相當(dāng)于兩個電容被串聯(lián)充、放電，其中一個為充電，另一個就是放電。

      另外，電子設(shè)備外殼接地還可以降低電磁干擾（EMI），提高電子設(shè)備的電磁兼容（EMC）指標(biāo)。不過對于EMI和EMC方面的技術(shù)知識，這里我不準(zhǔn)備進(jìn)行詳細(xì)分析，以后我會向讀者陸續(xù)介紹這方面的技術(shù)知識。

二、地線接地不佳或接錯地方，也會造成電子設(shè)備損壞

        在圖1中，由于大地有電阻，所以避雷地和防護(hù)地的地線是不能亂接的，它們之間離得越遠(yuǎn)越好，因為，打雷的時候避雷地也會帶電，并且有非常大的電流從避雷地線中流過，如果兩者靠得很近，流過避雷地線的大電流會通過防護(hù)地線對電子設(shè)備進(jìn)行反擊，在正常情況下，防護(hù)地線一般是沒有電流通過的，因此兩者應(yīng)該離得越遠(yuǎn)越好。如果把防護(hù)地線與避雷地線連接在一起，電子設(shè)備不但起不到避雷保護(hù)的作用，反而會把雷電引來，使電子設(shè)備收到更大的雷電打擊。

        因為，當(dāng)避雷針遭到雷擊時，避雷針與地面的接觸處也會產(chǎn)生非常高的電壓（因大地有電阻），如果把防護(hù)地線與避雷地線連接在一起，在防護(hù)地線上產(chǎn)生的幾十萬伏電壓就會突然加到設(shè)備的外殼上，就會在電子設(shè)備內(nèi)部電路中瞬間感應(yīng)產(chǎn)生很高的靜電電壓，并且會在電路中產(chǎn)生很多的位移電流，致使電子設(shè)備內(nèi)部電路過壓，過流損壞。

       這里特別指出，盡管很多高層建筑物都安裝有避雷針，但由于大地有電阻，當(dāng)避雷針被雷電擊中的時候，在建筑物的周圍，地表面還會產(chǎn)生非常高的電位梯度（單位長度的電位差）。一般在離打雷中心30米之內(nèi)，地表面的電位梯度*高達(dá)3萬伏/米以上。因此，把避雷針做成樹根結(jié)構(gòu)，并且埋得很深，對降低地表面的電位梯度是有好處的。

       目前國內(nèi)很多大樓的避雷地線都沒有按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格安裝，大多數(shù)人也不知道避雷地線的標(biāo)準(zhǔn)是什么東西，不是引線用得很細(xì)，就是地線埋入地層的深度不夠，甚至還有人把防護(hù)地與避雷地公用一根地線，因此，每逢雨季到來，都有非常多的家電設(shè)備，特別是電視機(jī)、電腦、冰箱以及儀器設(shè)備被雷電打壞。因此，每逢雨季都是電器修理門市部*繁忙的季節(jié)。