電子類艙車系統接地設計

周淑蓉

中國電子科技集團第十研究所，四川 成都 610036

電子類艙車系統接地設計

周淑蓉

中國電子科技集團第十研究所，四川 成都 610036

本文就電子設備機柜、艙車等產品的接地,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

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

將電路、單元與用作信號電位公共參考點的接地面施行低阻抗連接，稱為接地。

對大地進行電氣連接的過程稱為接大地，實際上是借助埋入地下的金屬棒、電線、管道或其他金屬結構件實現對大地的電氣接觸。

電子艙車接地的目的在于泄放靜電感應在艙車內部機柜、操作臺、設備上積累的電荷，同時通過合理的接地分類來消除信號的相互干擾，提高艙車系統設備工作的穩定性，為操作人員和設備的安全提供保障。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安全與可靠工作的重要措施。

從功能上分，電子艙車系統接地分類包括電源地、信號地、機殼地、避雷地等。

2.電源配電系統接地

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

TN配電系統：

電源中性點(N)直接接地，設備保護接地線(PE)與該點聯接，按中線與保護接地的配置方式分類有TN－C 、TN－S、TNC－S三種方式。見圖1。

TN系統發生碰殼故障時，屬金屬性短路，故障電流大，電源過電流保護裝置可迅速切斷電源。

TT配電系統：

具有一個直接接地點的配電系統，設備接地電極與配電系統接地電極無電氣連接。見圖2。

TT系統發生碰殼故障時，對人有電擊的危險，因故障電流不足于使電源保護裝置迅速切斷電源，故需用漏電保護器作附加保護，它適用于對接地要求較高的數據處理設備和電子設備的供電。

圖1 TN系統

IT配電系統：

不直接接地的配電系統。見圖2。

圖2 TT系統與IT系統

IT系統發生碰殼故障時，屬電容性短路，故障電流小，對人電擊危險性小，一般無需切斷故障回路只需及時消除故障，適用于對供電不間斷要求較高的電器裝置。

我國城市公用低壓電網均采用中性點直接接地系統（TN、TT配電系統），三項移動電站均采用中性點絕緣系統（IT系統），農電網則上述系統均有使用。

3.大地電極系統設計

接大地電極的有效性以該電極對大地的電阻值來度量，電極對大地的電阻是指接地連接點和大地中很遠點之間的電阻。大地電極系統設計的經濟性意味著獲得一個很低的電阻所必需的費用與滿足系統最低要求之間進行綜合分析與折中。

對通信電子設備來說，對成本與防雷電、防電源故障防電磁脈沖保護之間的關系綜合權衡的結果，確定大地電極以10Ω為設計目標。凡由于土壤電阻率高，或遇到巖層結構或其他地層結構等原因，不能獲得10Ω接地地阻的時候，應考慮降低電阻的其他方法。

對含有計算機的電子系統與設備來講，接地地阻要求一般要求為4Ω。

對于雷電保護來說，很難建立一個為確保人身安全所必須得接地電阻。實踐證明，10Ω的接地地阻，可對建筑物、變壓器、輸電線、桿塔和其他外露結構物以相當可靠的雷電保護。電阻越低，保護效果越好，因此，應努力將接地電阻降至最低的實際可行值。

4.電子設備（或系統）的接地類型

接地類型有懸浮地、單點接地、多點接地以及單點與多點接地的組合。

懸浮地：

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

懸浮地設備容易產生靜電積累，當電荷達到一定程度后，會產生靜電放電。

單點接地：

將設備的信號電路先參考于一點，然后把該點接至設施的接大地系統為單點接地。一般適用于低頻段，應用頻率范圍為30KHz～300KHz，有些場合也可用在3MHz以下。

多點接地：

電子設備中電路單元采用了許多條導電通路的接地形式。多點接地主要運用于含有高頻信號電路的單元，應用頻率范圍為30KHz～300KHz以上。

混合接地：

在某些電子設備中既有高頻電路又有低頻電路，這時在在高頻電路部分宜采用多點接地，在低頻電路部分宜采用單點接地，這種方式就是設備的混合接地方式?；旌辖拥匕藛吸c和多點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格的，要根據設備或系統的具體情況來選擇。

設備機柜的接地：

每個獨立設備、單元的信號地線應搭接到機柜或機架，而機柜或機架應就近搭接到等電位面上（信號地線）。也可將作為信號地的設備底板或外殼搭接到等電位面的最近點（信號地線）。

下面介紹一種標準機柜的接地結構：在機柜兩側面設置自下而上的接地銅條，銅條與機柜絕緣，各設備機殼地使用接地線就近連接到接地銅條上；機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接到機框上，接地線（屏蔽網套）一端焊接在十字焊片上，一端焊接到機房（艙、車）信號地線上。一種標準機柜的接地詳圖見圖3。

圖3 一種標準機柜的接地詳圖

5.按地線性質分類敷設的復雜電子設備的接地

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

圖4 地線的分類敷設圖

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

例：某方艙內放置發射、接收設備柜，為避免發射機的強信號地對接收機的弱信號地形成干擾，將發射機柜后部的接地銅條直接聯接到對應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 某方艙內發射機接地口

6.布線設計

布線設計時，拉開各類線束的間距是解決線間電磁耦合最有效、最經濟的方法。

主電源配電線路要求與其他各類保持150mm間距；極其敏感的或發射很強的電線或電纜，要求各自單獨敷設，不得與其他任何互聯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；交流基準電路和音頻干擾電路或交流電源電路編組時必須慎重，只有在證明相互沒有干擾后，才能捆扎或敷設在一起。

7.艙、車布線、接地設計

對于接地措施來講，要注意實行“一點接地”的原則，將信號地、外殼保護地和交流地集中于一點接地構成系統。在設備內部系統地與保護地分開。最后從艙、車引出時會集為一點。

精心考慮艙、車配電箱、電源線、信號線、接地線的布線與設計。

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）保護器、電源濾波器等，以防雷擊、消除外界干擾信號。配電箱設計考慮供電平衡（三相），同時具有控制、指示、保護功能。

控制功能：

配電箱上設有輸出總開關及各分路輸出（照明、設備、備用、空調等）開關，開關具有過流、短路保護功能。

指示功能：

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

保護功能：

1)過流保護：輸入總開關及各分路輸出控制開關均帶有過流功能，當線路發生過流或短路時，可自動切斷輸出。

2)不接地保護：當艙、車工作時，如未接地或接地不良，配電箱能發出聲光報警。

3)漏電保護：當艙、車帶電，對地漏電電壓大于36V(允許誤差±4V)時，配電箱能發出聲光報警，并自動切斷供電電源。

電源布線：

艙、車頂燈、壁燈、軸流風機、空調、備用插座等供電線纜均在艙頂部預埋走線，設計為暗線的鋪設方式，增加艙內的美觀性。

其余的電源、信號走線用金屬走線槽分別布設，信號線、電源線布設在艙、車體底部或頂部獨立的線槽內走線。線槽采用鋼板折彎或鋁型材結構，可兼起屏蔽的作用。

信號布線：

艙、車信號壁盒采用金屬走線槽沿方艙、車體底部或頂部布設到各設備。

接地線：

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

8.結語

接地技術是還包括合理設置印制板電路信號間的地線、采用阻隔地環流等措施減少干擾等方法，同時還需精心考慮電磁屏蔽設計，才能滿足設備正常、高可靠性工作的要求，這需要電路、結構、工藝人員的共同努力。

[1]王健石.電子設備結構設計手冊[M].北京:電子工業出版社, 2000.

[2]江蘇南京工學院.電子設備結構設計原理[M].南京: 江蘇科技技術出版社,1981

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.056

周淑蓉（1965-）,女，四川廣漢人，大學本科，高級工程師，主要從事電子產品的結構設計。