電子設備防雷指南

1、電子設備爲何要接地
不少人都知道，貴重儀器設備使用的時候，外殼都要接地，如採用三心電源插頭等。但爲何要接地，這個緣由就不多人知道了。下面咱們以三相發電機輸送線路的工做原理，來講明設備接地的重要性。

 

 

經過對圖1的觀察，你很快就會明白，地線的做用主要是幹什麼的，即：地線的做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，高壓輸送線路通常都用鐵塔空架支撐，用以對幾十萬伏的交流電進行遠距離傳送，這樣，其常常受雷擊是不可避免的；爲了不雷擊，通常都在高壓線路的上方平行架設一條地線，這條地線通常稱爲避雷地線。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，以及把與線路鏈接的其它電器設備遭受瞬間高壓衝擊而損壞。所以，圖1中的避雷地線與通常電子線路中的地線徹底是兩回事。
除了避雷地線以外，發電機和變壓器的外殼也要接地，這種接地叫防禦接地。防禦地線與避雷地線二者是不一樣的，防禦地線與避雷地線的最大區別是，防禦地的地線通常沒有電流經過，而避雷地的地線在打雷時有很是大的電流經過，電流可大於數十萬安培。避雷地的主要做用是把雷電高壓引入地球，以下降雷電高壓對電子設備的衝擊；而防禦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。所以，二者的做用是徹底不一樣的。
三相發電機的中線接地，也屬於防禦接地，其做用是把發電機中線圈被感應的靜電高壓引入地球。當負載徹底平衡時，三相發電機的中線與地鏈接的地線是沒有電流經過的。但三相變壓器的中線接地不屬於防禦接地，而屬於避雷接地，由於三相變壓器中線在與火線並排向用戶供電的同時，還擔當避雷的做用。當打雷時，中線經過接地能夠把雷電的大部分能量引入地球，僅有少部分能量最後成爲差模信號與輸送電壓混合在一塊兒被傳送到用戶終端。
目前，人們對雷電的產生以及其所引發的災害認識並不很深。
咱們知道，因爲地球與電離層之間存在很強的電場，雲朵在天空中首先要被極化帶電，而後在風力的做用下，極化帶電的雲朵很容易就會分離成兩個（或多個）部分，使之成爲帶電體，一個帶正電（通常是下層），另外一個帶負電（通常是上層）。因此，同一高度已經帶電的雲朵（即帶電性質相同的雲朵），在風力的做用下很容易產生互相組合，使雲體帶電的能量愈來愈大，即電位愈來愈高。當兩個帶異性電荷的雲朵互相靠近的時候，或者帶電雲體靠近地表面的時候，就會放電，即打雷。所以，只要有雲和風的存在，打雷的現象就會常常出現，首先被雷擊的多數爲高層建築物。
根據統計：
地球平均每一秒鐘有100屢次閃電，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分鐘就有一我的被雷電擊中，每一年有成千上萬的人因雷電擊中而喪傷；上海電視臺平均每一年要遭受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一樣程度的損壞；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。
隨着電子技術的不斷髮展，電子設備的功能愈來愈強大，電子線路的密度也不斷提升，使得電子器件的耐壓不斷下降，所以，電子設備遭受雷擊後更容易損壞，每一年全世界有數千萬個電器設備因雷電緣由被損壞，並形成數千億元的經濟損失。如今，防雷技術已成爲一門科學技術而且愈來愈受人們重視。
對電子設備進行避雷防禦是下降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，以下降設備內部電路在強電場之下感應帶電，併產生位移電流，就能夠大大下降電子設備遭受雷擊損壞的機率。
若是不安裝避雷針，當一座建築物被雷擊中的時候，整座建築物就會處於幾萬伏/米，甚至十幾萬伏/米的強電場之中，在強電場中的全部物體，不管是導體或絕緣體，所有被感應帶電（極化帶電），並在導體或電子線路中產生位移電流，若是電子設備的外殼不接地，因爲位移電流的存在，就會使那些鏈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。由於位移電流的產生就等同於電容被充放電，電容越大，充放電的電流就越大，而電子設備中的線路就至關於分佈電容，線路越長或導體的面積越大，分佈電容就越大；在電場中感應的時候，產生的位移電流也越大。
若是電子設備的外殼接地，因爲外殼與大地等電位或電位差很是小，在外殼內部電場強度基本上到處相等，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；所以，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做用，能夠避免儀器設備中的線路或電子器件被雷電擊穿損壞。

若是設備的外殼不接地，外殼與大地就不可能等電位，而且二者的電位差很大，這樣，設備做爲一個孤立電容與地球做爲另外一個孤立電容，兩個電容之間就會進行串聯充、放電（即靜電感應），在其充、放電過程當中很容易把電子元器件損壞。
任何帶電物體對於無限遠處，均可以當作是一個孤立電容，當兩個孤立電容互相靠近時，就會互相感應，其結果至關於兩個電容被串聯充、放電，其中一個爲充電，另外一個就是放電。
另外，電子設備外殼接地還能夠下降電磁干擾（EMI），提升電子設備的電磁兼容（EMC）指標。不過對於EMI和EMC方面的技術知識，這裏我不許備進行詳細分析，之後我會向讀者陸續介紹這方面的技術知識。

2、地線接地不良或接錯地方，也會形成電子設備損壞
因爲大地有電阻，因此避雷地和防禦地的地線是不能亂接的，它們之間離得越遠越好，由於，打雷的時候避雷地也會帶電，而且有很是大的電流從避雷地線中流過，若是二者靠得很近，流過避雷地線的大電流會經過防禦地線對電子設備進行反擊，在正常狀況下，防禦地線通常是沒有電流經過的，所以二者應該離得越遠越好。若是把防禦地線與避雷地線鏈接在一塊兒，電子設備不但起不到避雷保護的做用，反而會把雷電引來，使電子設備收到更大的雷電打擊。
由於，當避雷針遭到雷擊時，避雷針與地面的接觸處也會產生很是高的電壓（因大地有電阻），若是把防禦地線與避雷地線鏈接在一塊兒，在防禦地線上產生的幾十萬伏電壓就會忽然加到設備的外殼上，就會在電子設備內部電路中瞬間感應產生很高的靜電電壓，而且會在電路中產生不少的位移電流，導致電子設備內部電路過壓，過流損壞。
這裏特別指出，儘管不少高層建築物都安裝有避雷針，但因爲大地有電阻，當避雷針被雷電擊中的時候，在建築物的周圍，地表面還會產生很是高的電位梯度（單位長度的電位差）。通常在離打雷中心30米以內，地表面的電位梯度最高達3萬伏/米以上。所以，把避雷針作成樹根結構，而且埋得很深，對下降地表面的電位梯度是有好處的。
目前國內不少大樓的避雷地線都沒有按標準嚴格安裝，大多數人也不知道避雷地線的標準是什麼東西，不是引線用得很細，就是地線埋入地層的深度不夠，甚至還有人把防禦地與避雷地公用一根地線，所以，每逢雨季到來，都有很是多的家電設備，特別是電視機、電腦、冰箱以及儀器設備被雷電打壞。所以，每逢雨季都是電器修理門市部最繁忙的季節。

3、電源中線與地線接錯，會引發電子設備起火

咱們舉一個電視機爲例，圖2是一個LCD平板電視機與電網正確鏈接時的工做原理圖。正常工做的時候，三相發電機（或三相變壓器）中的某一相220伏交流電壓經過火線（L）和中線（N）對LCD電視機進行供電。爲了防雷，在發電機的一端，中線（N）通常都要與大地鏈接，因爲火線（L）與中線（N）通常都是平行排列，當打雷時，雷電會同時打到火線和中線上，因爲中線接地，它會把雷電的大部分能量吸取引入地球，僅有少部分能量最後轉成差模信號與輸送電壓混合在一塊兒被傳送到用戶端。
火線（L）進入家庭後通常都用紅色導線來表示，中線（N）通常用藍線表示。爲了用電安全，在用電的一端，即每一個家庭中還要本身安裝一條地線（G），這條地線屬於防禦地線，用於與電器設備外殼鏈接。其做用是讓設備外殼的電位與地球相同，避免設備絕緣不良時，機殼帶電，人體觸摸到機殼時觸電。
地線（G）通常用綠黃顏色相間導線或黑線表示。在正常狀況下，地線與中線的電位相同是相同的，其電位均爲0。真正的地線是不容許用來傳送功率的，由於大地有電阻，當電流流過電阻時會損耗功率，另外大地也不是一個純電阻，它同時具備電容、電解、電阻和整流二極管等衆多性質，所以它的阻抗通常都是隨着電流增大而增大的。
另外，圖2中，LCD平板電視機外殼接地的另外一個主要用途是防止電磁干擾（EMI），這個用途，通常電視用戶是不清楚的。

 

 

目前，中國大部分農村或小城鎮家庭基本上都是採用雙線供電，他們根本就沒有安裝避雷地線或防禦地線的概念，所以，不少公司的LCD平板電視機採用三芯插頭供電，這對於他們來講基本沒有用處。
在一些小縣城，部分居民已慢慢開始知道有地線的概念，但在家庭電源插頭座安裝的時候，通常人只知道電源線中的火線是帶電的，而對中線和地線的性質並不十分清楚；由於，他們用電筆很容易就能夠把火線檢測出來，而對另外兩條電線，他們沒法識別。所以，中線和地線互相接錯時有發生。
中線和地線互相接錯對於小電器以及孤立電器來講是不容易覺察的。有些人爲了偷電，還故意不接中線讓電錶不轉。但若是中線和地線互相接錯，對於使用三芯電源插頭的LCD平板電視機將產生很是大的危害或隱患。
當中線和地線互相接錯時，至關於圖2中電視機的三芯插頭、座的2號線與3號線互相交換了位置。圖3就是電網輸電線的中線和地線互相接錯時，會引發三芯電源插頭的LCD平板電視機發生起火故障的工做原理圖。

 

 

在圖3中，當電源開關合上的時候（不少用戶終年都不關電視機），220伏交流電（電流I）將經過火線（L）經電源開關的1腳，向開關電源供電。給開關電源供電的另外一端至關於電流流出，流出的電流爲I1，即電流I1是從電源開關的2腳流出來的。
但電流I1沒有按圖2中的正常路線直接經中線返回發電機，而是經地線 流入大地，而後電流I1在大地中被分紅兩路I2和I5 ，I5直接經過大地 返回發電機；而I2則經過大地與電視機的其它地線 （好比有線電視信號線或與電視機鏈接的其它設備連線）流回到電視機的外殼一端，I2電流通過有線電視信號線接口（僅舉其中之一）後變爲電流I3；I3再經電視機內的地線 以及電視機的三芯插頭3號線接頭，從三芯插頭3號線接頭流出，流出電流變成I4，電流I4再經中線 流回發電機。
在圖3中，因爲大地 的距離遠遠大於大地 的距離，即大地 的迴路電阻大於大地 的迴路電阻，所以電流I2將大於I5；電流I2將經過有線電視信號線與電視機高頻頭插口構成電源供電的主要回路。當電流I2經過高頻頭插口時，因接頭處接觸電阻比較大將會引發發熱，或者當接頭處接觸不良時將引發打火燃燒。

除了有線電視信號線可能會引發打火燃燒外，其它與大地有鏈接的設備（圖3中未畫出），如PC電腦的RGB信號線（電腦顯示器信號線），只要與電視機有鏈接，均會引發打火燃燒。
實際上不少公司的LCD平板電視機外接信號線接口的地線，都不是直接接到電視外殼的金屬板上，如高頻頭、文明用語端口、RGB接口等，都是先通過接頭與PCB板的銅皮鏈接，而後再用引線或螺釘使PCB板的銅皮與電視外殼進行電器接觸。所以，全部與PCB板銅皮鏈接的連線以及接觸點都有可能因接觸不良或電流密度過大形成起火，圖4這種起火狀況只是衆多起火現象中的之一。

另外，因中線和地線互相接錯，引發電子設備打火的狀況，並不僅限於LCD平板電視機，只是LCD平板電視機這種起火狀況比較廣泛。若是同一棟大樓有多個用戶同時把中線和地線互相接錯，這種狀況最嚴重，它至關於多臺電子設備的機內地線互相串、並聯做爲交流電源輸入端，再經過大地與發電機或變壓器的中線鏈接，誰家電子設備的機內地線接觸不良或導線的截面積太小，就首先過載起火。
不少大樓起火都是因爲中線和地線互相接錯引發的，因此這種狀況應該特別注意。也有人故意把地線當成中線用的，這種偷電行爲且不談讓電力局那些人少收了多少錢，它對同棟大樓其它用戶的人身財產安全都埋下了隱患！應該嚴懲。