电子类舱车系统接地设计

周淑蓉

中国电子科技集团第十研究所，四川 成都 610036

电子类舱车系统接地设计

周淑蓉

中国电子科技集团第十研究所，四川 成都 610036

本文就电子设备机柜、舱车等产品的接地,包括接地线分类、电线电缆的分类及布局、接地方法及要求等方面作一些阐述。

接地;搭接;接大地

1.概述

在电子设备中，接地是抑制电磁噪声和防止干扰的重要方法，系统或设备必须有良好的接地措施。

将电路、单元与用作信号电位公共参考点的接地面施行低阻抗连接，称为接地。

对大地进行电气连接的过程称为接大地，实际上是借助埋入地下的金属棒、电线、管道或其他金属结构件实现对大地的电气接触。

电子舱车接地的目的在于泄放静电感应在舱车内部机柜、操作台、设备上积累的电荷，同时通过合理的接地分类来消除信号的相互干扰，提高舱车系统设备工作的稳定性，为操作人员和设备的安全提供保障。电子舱车接地是抑制电磁噪声和防止干扰的重要方法之一，是保证电子舱车系统安全与可靠工作的重要措施。

从功能上分，电子舱车系统接地分类包括电源地、信号地、机壳地、避雷地等。

2.电源配电系统接地

电源配电系统，系统接地形式可分为TN（TN－C、TN－S、TN－C－S）、TT、IT三种，各有不同的安全技术要求。

TN配电系统：

电源中性点(N)直接接地，设备保护接地线(PE)与该点联接，按中线与保护接地的配置方式分类有TN－C 、TN－S、TNC－S三种方式。见图1。

TN系统发生碰壳故障时，属金属性短路，故障电流大，电源过电流保护装置可迅速切断电源。

TT配电系统：

具有一个直接接地点的配电系统，设备接地电极与配电系统接地电极无电气连接。见图2。

TT系统发生碰壳故障时，对人有电击的危险，因故障电流不足于使电源保护装置迅速切断电源，故需用漏电保护器作附加保护，它适用于对接地要求较高的数据处理设备和电子设备的供电。

图1 TN系统

IT配电系统：

不直接接地的配电系统。见图2。

图2 TT系统与IT系统

IT系统发生碰壳故障时，属电容性短路，故障电流小，对人电击危险性小，一般无需切断故障回路只需及时消除故障，适用于对供电不间断要求较高的电器装置。

我国城市公用低压电网均采用中性点直接接地系统（TN、TT配电系统），三项移动电站均采用中性点绝缘系统（IT系统），农电网则上述系统均有使用。

3.大地电极系统设计

接大地电极的有效性以该电极对大地的电阻值来度量，电极对大地的电阻是指接地连接点和大地中很远点之间的电阻。大地电极系统设计的经济性意味着获得一个很低的电阻所必需的费用与满足系统最低要求之间进行综合分析与折中。

对通信电子设备来说，对成本与防雷电、防电源故障防电磁脉冲保护之间的关系综合权衡的结果，确定大地电极以10Ω为设计目标。凡由于土壤电阻率高，或遇到岩层结构或其他地层结构等原因，不能获得10Ω接地地阻的时候，应考虑降低电阻的其他方法。

对含有计算机的电子系统与设备来讲，接地地阻要求一般要求为4Ω。

对于雷电保护来说，很难建立一个为确保人身安全所必须得接地电阻。实践证明，10Ω的接地地阻，可对建筑物、变压器、输电线、杆塔和其他外露结构物以相当可靠的雷电保护。电阻越低，保护效果越好，因此，应努力将接地电阻降至最低的实际可行值。

4.电子设备（或系统）的接地类型

接地类型有悬浮地、单点接地、多点接地以及单点与多点接地的组合。

悬浮地：

有意将电子设备中电路单元的信号地与设备外壳绝缘，以防止设备外壳上的干扰电流直接耦合到信号电路，此时信号地即为悬浮地。

悬浮地设备容易产生静电积累，当电荷达到一定程度后，会产生静电放电。

单点接地：

将设备的信号电路先参考于一点，然后把该点接至设施的接大地系统为单点接地。一般适用于低频段，应用频率范围为30KHz～300KHz，有些场合也可用在3MHz以下。

多点接地：

电子设备中电路单元采用了许多条导电通路的接地形式。多点接地主要运用于含有高频信号电路的单元，应用频率范围为30KHz～300KHz以上。

混合接地：

在某些电子设备中既有高频电路又有低频电路，这时在在高频电路部分宜采用多点接地，在低频电路部分宜采用单点接地，这种方式就是设备的混合接地方式。混合接地包括了单点和多点接地的使用频率范围。

各种接地方式的使用频率范围不是很严格的，要根据设备或系统的具体情况来选择。

设备机柜的接地：

每个独立设备、单元的信号地线应搭接到机柜或机架，而机柜或机架应就近搭接到等电位面上（信号地线）。也可将作为信号地的设备底板或外壳搭接到等电位面的最近点（信号地线）。

下面介绍一种标准机柜的接地结构：在机柜两侧面设置自下而上的接地铜条，铜条与机柜绝缘，各设备机壳地使用接地线就近连接到接地铜条上；机框底部焊接有铜制螺母，用M10的黄铜螺钉将自制铜制十字焊片联接到机框上，接地线（屏蔽网套）一端焊接在十字焊片上，一端焊接到机房（舱、车）信号地线上。一种标准机柜的接地详图见图3。

图3 一种标准机柜的接地详图

5.按地线性质分类敷设的复杂电子设备的接地

电子设备中往往同时包含有多种低频和高频电路，按照信号相互不干扰或最小影响的原则，将电路的电气特性进行分类，地线根据分类进行分组敷设，一般分为强信号地线、弱信号地线、噪声地线和设备外壳（金属件）地线等。如图4所示：

图4 地线的分类敷设图

先将电子设备按其电路的电气特性进行分类，再根据分类分别敷设地线，可以有效解决地线相互干扰问题。

例：某方舱内放置发射、接收设备柜，为避免发射机的强信号地对接收机的弱信号地形成干扰，将发射机柜后部的接地铜条直接联接到对应方舱壁上的接地口上，并使用接地桩直接引入大地。见下图5。

图5 某方舱内发射机接地口

6.布线设计

布线设计时，拉开各类线束的间距是解决线间电磁耦合最有效、最经济的方法。

主电源配电线路要求与其他各类保持150mm间距；极其敏感的或发射很强的电线或电缆，要求各自单独敷设，不得与其他任何互联电缆一起捆扎或一起走线，本类线之间以及它们和其他类的电线电缆至少要保持75mm距离；交流基准电路和音频干扰电路或交流电源电路编组时必须慎重，只有在证明相互没有干扰后，才能捆扎或敷设在一起。

7.舱、车布线、接地设计

对于接地措施来讲，要注意实行“一点接地”的原则，将信号地、外壳保护地和交流地集中于一点接地构成系统。在设备内部系统地与保护地分开。最后从舱、车引出时会集为一点。

精心考虑舱、车配电箱、电源线、信号线、接地线的布线与设计。

配电箱：

在舱、车配电箱前端安装电源引入装置，安装三相（单相）保护器、电源滤波器等，以防雷击、消除外界干扰信号。配电箱设计考虑供电平衡（三相），同时具有控制、指示、保护功能。

控制功能：

配电箱上设有输出总开关及各分路输出（照明、设备、备用、空调等）开关，开关具有过流、短路保护功能。

指示功能：

配电箱上设有输入三相（单相）电压指示，输入三相（单相）及各分路输出灯光指示。

保护功能：

1)过流保护：输入总开关及各分路输出控制开关均带有过流功能，当线路发生过流或短路时，可自动切断输出。

2)不接地保护：当舱、车工作时，如未接地或接地不良，配电箱能发出声光报警。

3)漏电保护：当舱、车带电，对地漏电电压大于36V(允许误差±4V)时，配电箱能发出声光报警，并自动切断供电电源。

电源布线：

舱、车顶灯、壁灯、轴流风机、空调、备用插座等供电线缆均在舱顶部预埋走线，设计为暗线的铺设方式，增加舱内的美观性。

其余的电源、信号走线用金属走线槽分别布设，信号线、电源线布设在舱、车体底部或顶部独立的线槽内走线。线槽采用钢板折弯或铝型材结构，可兼起屏蔽的作用。

信号布线：

舱、车信号壁盒采用金属走线槽沿方舱、车体底部或顶部布设到各设备。

接地线：

舱、车采用信号地、外壳保护地和交流地三套接地系统。外壳保护地采用紫铜带沿车厢骨架布设的形式；信号地为“悬浮地”，采用紫铜带（外套绝缘套管）沿走线槽布设的形式，交流地则采用电缆的形式。外壳保护地和交流地最后汇集于交流接口窗，通过接地柱一点接地；信号地则通过信号接口窗的接地柱接地。

8.结语

接地技术是还包括合理设置印制板电路信号间的地线、采用阻隔地环流等措施减少干扰等方法，同时还需精心考虑电磁屏蔽设计，才能满足设备正常、高可靠性工作的要求，这需要电路、结构、工艺人员的共同努力。

[1]王健石.电子设备结构设计手册[M].北京:电子工业出版社, 2000.

[2]江苏南京工学院.电子设备结构设计原理[M].南京: 江苏科技技术出版社,1981

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.056

周淑蓉（1965-）,女，四川广汉人，大学本科，高级工程师，主要从事电子产品的结构设计。