一、電子設備為什么要接地

　　很多人都知道，貴重儀器設備使用的時候，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。下面我們以三相發電機輸送線路的工作原理，來說明設備接地的重要性。

　　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行遠距離傳送，這樣，其經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線，當打雷的時候，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電機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。

　　地線的作用主要是用來防雷的

　　除了避雷地線之外，發電機和變壓器的外殼也要接地，這種接地叫防護接地。防護地線與避雷地線兩者是不同的，防護地線與避雷地線的最大區別是，防護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備的沖擊；而防護接地則是讓設備外殼的電位與地球相同，避免設備內部電路在強電場之下感應帶電產生位移電流，以及人體觸摸電子設備外殼時不會觸電。因此，兩者的作用是完全不同的。

　　三相發電機的中線接地，也屬于防護接地，其作用是把發電機中線圈被感應的靜電高壓引入地球。當負載完全平衡時，三相發電機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，還擔當避雷的作用。當打雷時，中線通過接地可以把雷電的大部分能量引入地球，僅有少部分能量最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，人們對雷電的產生以及其所引起的災害認識并不很深。

　　我們知道，由于地球與電離層之間存在很強的電場，云朵在天空中首先要被極化帶電，然后在風力的作用下，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），另一個帶負電（一般是上層）。所以，同一高度已經帶電的云朵（即帶電性質相同的云朵），在風力的作用下很容易產生互相組合，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，只要有云和風的存在，打雷的現象就會經常出現，首先被雷擊的多數為高層建筑物。

　　根據統計：

　　地球平均每一秒鐘有100多次閃電，每次閃電產生的能量可供一個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，最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接口因感應雷擊被毀，損失二仟多萬元。

　　隨著電子技術的不斷發展，電子設備的功能越來越強大，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，電子設備遭受雷擊后更容易損壞，每年全世界有數千萬個電器設備因雷電原因被損壞，并造成數千億元的經濟損失。現在，防雷技術已成為一門科學技術并且越來越受人們重視。

　　對電子設備進行避雷防護是降低電子設備遭受雷擊損壞的最好方法。在安置電子設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，把設備的外殼接地，使設備的外殼與大地的電位基本相同，以降低設備內部電路在強電場之下感應帶電，并產生位移電流，就可以大大降低電子設備遭受雷擊損壞的概率。

　　如果不安裝避雷針，當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/米的強電場之中，在強電場中的所有物體，無論是導體或絕緣體，全部被感應帶電（極化帶電），并在導體或電子線路中產生位移電流，如果電子設備的外殼不接地，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，而電子設備中的線路就相當于分布電容，線路越長或導體的面積越大，分布電容就越大；在電場中感應的時候，產生的位移電流也越大。

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

　　如果設備的外殼不接地，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行串聯充、放電（即靜電感應），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處，都可以看成是一個孤立電容，當兩個孤立電容互相靠近時，就會互相感應，其結果相當于兩個電容被串聯充、放電，其中一個為充電，另一個就是放電。

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