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(shí)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(gè)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(lái)說(shuō)明設(shè)備接地的重要性,。
通過(guò)對(duì)圖1的觀察,，你很快就會(huì)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(lái)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(duì)幾十萬(wàn)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(chēng)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(shí)候，雷電首先會(huì)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*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)地線與避雷地線的最大區(qū)別是，防護(hù)地的地線一般沒(méi)有電流通過(guò),，而避雷地的地線在打雷時(shí)有非常大的電流通過(guò),，電流可大于數(shù)十萬(wàn)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(duì)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(chǎng)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(shí)不會(huì)觸電,。因此,，兩者的作用是*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*平衡時(shí),，三相發(fā)電機(jī)的中線與地連接的地線是沒(méi)有電流通過(guò)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?yàn)槿嘧儔浩髦芯€在與火線并排向用戶供電的同時(shí),，還擔(dān)當(dāng)避雷的作用。當(dāng)打雷時(shí),，中線通過(guò)接地可以把雷電的大部分能量引入地球,，僅有少部分能量最后成為差模信號(hào)與輸送電壓混合在一起被傳送到用戶終端。
目前,，人們對(duì)雷電的產(chǎn)生以及其所引起的災(zāi)害認(rèn)識(shí)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(chǎng),，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(huì)分離成兩個(gè)（或多個(gè)）部分,，使之成為帶電體,，一個(gè)帶正電（一般是下層），另一個(gè)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(lái)越大，即電位越來(lái)越高,。當(dāng)兩個(gè)帶異性電荷的云朵互相靠近的時(shí)候,，或者帶電云體靠近地表面的時(shí)候，就會(huì)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(huì)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(jì)：
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(gè)100瓦的燈泡點(diǎn)亮3個(gè)月；在雨季,，平均每6分鐘就有一個(gè)人被雷電擊中，每年有成千上萬(wàn)的人因雷電擊中而喪傷,；上海電視臺(tái)平均每年要遭受33次大的雷擊,，最近遭受雷擊的時(shí)間是2010年4月13日,，每次雷擊都會(huì)使電子設(shè)備遭受不同程度的損壞；1992年6月22日,，北京國(guó)家氣象中心多臺(tái)計(jì)算機(jī)接口因感應(yīng)雷擊被毀,，損失二仟多萬(wàn)元,。
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的功能越來(lái)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，每年有數(shù)千萬(wàn)個(gè)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?，F(xiàn)在，防雷技術(shù)已成為一門(mén)科學(xué)技術(shù)并且越來(lái)越受人們重視,。
對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行避雷防護(hù)是降低電子設(shè)備遭受雷擊損壞的最好方法,。在安置電子設(shè)備的場(chǎng)所安裝避雷針,，即避雷地線,，把雷電引向地球，與此同時(shí),，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(chǎng)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(shí)候，整座建筑物就會(huì)處于幾萬(wàn)伏/米,，甚至十幾萬(wàn)伏/米的強(qiáng)電場(chǎng)之中,，在強(qiáng)電場(chǎng)中的所有物體，無(wú)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(huì)使那些連接線路較長(zhǎng)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?yàn)槲灰齐娏鞯漠a(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(zhǎng)或?qū)w的面積越大,，分布電容就越大,；在電場(chǎng)中感應(yīng)的時(shí)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(chǎng)強(qiáng)度基本上處處相等,，沒(méi)有電位差或電位差很小,，電子設(shè)備中的電子線路就不會(huì)感應(yīng)帶電,，也不會(huì)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(huì)因打雷放電而被擊穿,?；蛘哒f(shuō)，電子設(shè)備的外殼接地對(duì)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(gè)孤立電容與地球作為另一個(gè)孤立電容，兩個(gè)電容之間就會(huì)進(jìn)行串聯(lián)充,、放電（即靜電感應(yīng)），在其充,、放電過(guò)程中很容易把電子元器件損壞。
任何帶電物體對(duì)于無(wú)限遠(yuǎn)處,，都可以看成是一個(gè)孤立電容，當(dāng)兩個(gè)孤立電容互相靠近時(shí),，就會(huì)互相感應(yīng),，其結(jié)果相當(dāng)于兩個(gè)電容被串聯(lián)充、放電,，其中一個(gè)為充電,，另一個(gè)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(guò)對(duì)于EMI和EMC方面的技術(shù)知識(shí),，這里我不準(zhǔn)備進(jìn)行詳細(xì)分析,，以后我會(huì)向讀者陸續(xù)介紹這方面的技術(shù)知識(shí)。
二,、地線接地不良或接錯(cuò)地方,，也會(huì)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?yàn)?，打雷的時(shí)候避雷地也會(huì)帶電，并且有非常大的電流從避雷地線中流過(guò),，如果兩者靠得很近，流過(guò)避雷地線的大電流會(huì)通過(guò)防護(hù)地線對(duì)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(méi)有電流通過(guò)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(huì)把雷電引來(lái),，使電子設(shè)備收到更大的雷電打擊,。
因?yàn)?，?dāng)避雷針遭到雷擊時(shí)，避雷針與地面的接觸處也會(huì)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(wàn)伏電壓就會(huì)突然加到設(shè)備的外殼上,，就會(huì)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(huì)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(guò)壓,，過(guò)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(shí)候，在建筑物的周?chē)乇砻孢€會(huì)產(chǎn)生非常高的電位梯度（單位長(zhǎng)度的電位差）,。一般在離打雷中心30米之內(nèi)，地表面的電位梯度最高達(dá)3萬(wàn)伏/米以上,。因此，把避雷針做成樹(shù)根結(jié)構(gòu),，并且埋得很深，對(duì)降低地表面的電位梯度是有好處的,。
目前國(guó)內(nèi)很多大樓的避雷地線都沒(méi)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(lái),，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(mén)市部最繁忙的季節(jié),。
三、電源中線與地線接錯(cuò),，會(huì)引起電子設(shè)備起火
我們舉一個(gè)電視機(jī)為例,，圖2是一個(gè)LCD平板電視機(jī)與電網(wǎng)正確連接時(shí)的工作原理圖。正常工作的時(shí)候,，三相發(fā)電機(jī)（或三相變壓器）中的某一相220伏交流電壓通過(guò)火線（L）和中線（N）對(duì)LCD電視機(jī)進(jìn)行供電,。為了防雷，在發(fā)電機(jī)的一端,，中線（N）一般都要與大地連接,，由于火線（L）與中線（N）一般都是平行排列，當(dāng)打雷時(shí),，雷電會(huì)同時(shí)打到火線和中線上,，由于中線接地,，它會(huì)把雷電的大部分能量吸收引入地球，僅有少部分能量最后轉(zhuǎn)成差模信號(hào)與輸送電壓混合在一起被傳送到用戶端,。
火線（L）進(jìn)入家庭后一般都用紅色導(dǎo)線來(lái)表示,，中線（N）一般用藍(lán)線表示。為了用電安全,，在用電的一端,，即每個(gè)家庭中還要自己安裝一條地線（G），這條地線屬于防護(hù)地線,，用于與電器設(shè)備外殼連接,。其作用是讓設(shè)備外殼的電位與地球相同，避免設(shè)備絕緣不良時(shí),，機(jī)殼帶電,，人體觸摸到機(jī)殼時(shí)觸電。
地線（G）一般用綠黃顏色相間導(dǎo)線或黑線表示,。在正常情況下，地線與中線的電位相同是相同的,，其電位均為0,。真正的地線是不允許用來(lái)傳送功率的，因?yàn)榇蟮赜须娮?，?dāng)電流流過(guò)電阻時(shí)會(huì)損耗功率,，另外大地也不是一個(gè)純電阻，它同時(shí)具有電容,、電解,、電阻和整流二極管等眾多性質(zhì)，因此它的阻抗一般都是隨著電流增大而增大的,。
另外，圖2中,，LCD平板電視機(jī)外殼接地的另一個(gè)主要用途是防止電磁干擾（EMI）,，這個(gè)用途,，一般電視用戶是不清楚的。
目前,，中國(guó)大部分農(nóng)村或小城鎮(zhèn)家庭基本上都是采用雙線供電，他們根本就沒(méi)有安裝避雷地線或防護(hù)地線的概念，因此,，很多公司的LCD平板電視機(jī)采用三芯插頭供電，這對(duì)于他們來(lái)說(shuō)基本沒(méi)有用處,。
在一些小縣城,，部分居民已慢慢開(kāi)始知道有地線的概念，但在家庭電源插頭座安裝的時(shí)候,，一般人只知道電源線中的火線是帶電的,，而對(duì)中線和地線的性質(zhì)并不十分清楚,；因?yàn)椋麄冇秒姽P很容易就可以把火線檢測(cè)出來(lái),，而對(duì)另外兩條電線，他們無(wú)法識(shí)別,。因此,，中線和地線互相接錯(cuò)時(shí)有發(fā)生。
中線和地線互相接錯(cuò)對(duì)于小電器以及孤立電器來(lái)說(shuō)是不容易覺(jué)察的,。有些人為了,，還故意不接中線讓電表不轉(zhuǎn)。但如果中線和地線互相接錯(cuò),，對(duì)于使用三芯電源插頭的LCD平板電視機(jī)將產(chǎn)生非常大的危害或隱患,。當(dāng)中線和地線互相接錯(cuò)時(shí)，相當(dāng)于圖2中電視機(jī)的三芯插頭,、座的2號(hào)線與3號(hào)線互相交換了位置,。圖3就是電網(wǎng)輸電線的中線和地線互相接錯(cuò)時(shí)，會(huì)引起三芯電源插頭的LCD平板電視機(jī)發(fā)生起火故障的工作原理圖,。
在圖3中,，當(dāng)電源開(kāi)關(guān)合上的時(shí)候（很多用戶長(zhǎng)年都不關(guān)電視機(jī)），220伏交流電（電流I）將通過(guò)火線（L）經(jīng)電源開(kāi)關(guān)的1腳,，向開(kāi)關(guān)電源供電,。給開(kāi)關(guān)電源供電的另一端相當(dāng)于電流流出,，流出的電流為I1,，即電流I1是從電源開(kāi)關(guān)的2腳流出來(lái)的。
但電流I1沒(méi)有按圖2中的正常路線直接經(jīng)中線返回發(fā)電機(jī),，而是經(jīng)地線 流入大地,，然后電流I1在大地中被分成兩路I2和I5 ，I5直接通過(guò)大地 返回發(fā)電機(jī),；而I2則通過(guò)大地與電視機(jī)的其它地線 （比如有線電視信號(hào)線或與電視機(jī)連接的其它設(shè)備連線）流回到電視機(jī)的外殼一端,，I2電流經(jīng)過(guò)有線電視信號(hào)線接口（僅舉其中之一）后變?yōu)殡娏鱅3,；I3再經(jīng)電視機(jī)內(nèi)的地線 以及電視機(jī)的三芯插頭3號(hào)線接頭，從三芯插頭3號(hào)線接頭流出,，流出電流變成I4,，電流I4再經(jīng)中線 流回發(fā)電機(jī)。
在圖3中,，由于大地 的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大地 的距離,，即大地 的回路電阻大于大地 的回路電阻，因此電流I2將大于I5,；電流I2將通過(guò)有線電視信號(hào)線與電視機(jī)高頻頭插口構(gòu)成電源供電的主要回路,。當(dāng)電流I2通過(guò)高頻頭插口時(shí)，因接頭處接觸電阻比較大將會(huì)引起發(fā)熱,，或者當(dāng)接頭處接觸不良時(shí)將引起打火燃燒,。
圖4就是因中線和地線互相接錯(cuò)，當(dāng)電視機(jī)的高頻頭插座與有線電視信號(hào)線插頭接觸不良時(shí),，產(chǎn)生打火的情況,。
除了有線電視信號(hào)線可能會(huì)引起打火燃燒外，其它與大地有連接的設(shè)備（圖3中未畫(huà)出）,，如PC電腦的RGB信號(hào)線（電腦顯示器信號(hào)線）,，只要與電視機(jī)有連接，均會(huì)引起打火燃燒,。
實(shí)際上很多公司的LCD平板電視機(jī)外接信號(hào)線接口的地線,，都不是直接接到電視外殼的金屬板上，如高頻頭,、AV端口,、RGB接口等，都是先經(jīng)過(guò)接頭與 PCB板的銅皮連接,，然后再用引線或螺釘使PCB板的銅皮與電視外殼進(jìn)行電器接觸,。因此，所有與PCB板銅皮連接的連線以及接觸點(diǎn)都有可能因接觸不良或電流密度過(guò)大造成起火,，圖4這種起火情況只是眾多起火現(xiàn)象中的之一,。
另外，因中線和地線互相接錯(cuò),，引起電子設(shè)備打火的情況,，并不只限于LCD平板電視機(jī),，只是LCD平板電視機(jī)這種起火情況比較普遍。如果同一棟大樓有多個(gè)用戶同時(shí)把中線和地線互相接錯(cuò),，這種情況最嚴(yán)重,，它相當(dāng)于多臺(tái)電子設(shè)備的機(jī)內(nèi)地線互相串、并聯(lián)作為交流電源輸入端,，再通過(guò)大地與發(fā)電機(jī)或變壓器的中線連接,，誰(shuí)家電子設(shè)備的機(jī)內(nèi)地線接觸不良或?qū)Ь€的截面積過(guò)小，就首先過(guò)載起火,。
很多大樓起火都是由于中線和地線互相接錯(cuò)引起的,，所以這種情況應(yīng)該特別注意。也有人故意把地線當(dāng)成中線用的,，這種行為應(yīng)該嚴(yán)懲。
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