电子科技大学：《电磁兼容原理与应用 Principle and Application of Electromagnetic Compatibility》课程教学资源（实验课件）实验五 安全接地实验

实验五安全接地实验 一、预习内容 1、电气设备的机壳如何接地？ 2、常用220V电源插座的三根线分别代表什么作用？ 3、防静电接地与安全接地有何区别？ 二、实验目的 1、掌握电子电气设备接地的方法： 2、了解仪器接地的原理和方法： 3、掌握接地电阻对接地效果的影响。 三、实验原理 1、设备接地原理 仪器设备和系统的接地按作用不同主要分为工作接地和保护接地两类。所谓工作接地是 根据仪器设备和系统运行的需要，人为地将电力系统的中性点（例如发电机和变压器的中性 点)及仪器设备和系统的某一部份直接与大地进行金属性连接，或者通过特殊装置（例如消 弧线圈、电阻、保护间隙等)与大地间接相连。其目的是使仪器设备和系统在正常工作或事 故情况下，保证仪器设备和系统可靠运行，降低人体的接触电压以及有利于快速切断故障设 备等。 保护接地主要指仪器设备的绝缘程度下降时，有可能使设备的金属外壳带电，为防止这 种电压危及人身安全，而人为地将仪器设备的金属外壳与大地进行金属性连接。例如使用 220V电源的仪器设备，正常情况下，其金属外壳与内部高压部件之间存在杂散阻抗，机箱 与大地之间也存在杂散阻抗，如图1所示，其中的分压关系为 机箱 U: 图1机箱带电原理

实验五 安全接地实验 一、预习内容 1、电气设备的机壳如何接地？ 2、常用 220V 电源插座的三根线分别代表什么作用？ 3、防静电接地与安全接地有何区别？ 二、实验目的 1、掌握电子电气设备接地的方法； 2、了解仪器接地的原理和方法； 3、掌握接地电阻对接地效果的影响。 三、实验原理 1、设备接地原理 仪器设备和系统的接地按作用不同主要分为工作接地和保护接地两类。所谓工作接地是 根据仪器设备和系统运行的需要，人为地将电力系统的中性点（例如发电机和变压器的中性 点）及仪器设备和系统的某一部份直接与大地进行金属性连接，或者通过特殊装置（例如消 弧线圈、电阻、保护间隙等）与大地间接相连。其目的是使仪器设备和系统在正常工作或事 故情况下，保证仪器设备和系统可靠运行，降低人体的接触电压以及有利于快速切断故障设 备等。 保护接地主要指仪器设备的绝缘程度下降时，有可能使设备的金属外壳带电，为防止这 种电压危及人身安全，而人为地将仪器设备的金属外壳与大地进行金属性连接。例如使用 220V 电源的仪器设备，正常情况下，其金属外壳与内部高压部件之间存在杂散阻抗，机箱 与大地之间也存在杂散阻抗，如图 1 所示，其中的分压关系为 U1 U2 Z2 Z1 机箱 图 1 机箱带电原理

U2= (1) Z +Z 为了用电安全，220V电源插座被设计为三线制，如图2所示，除火线和零线形成回路 提供电源外，增加一根地线，使用电设备的机壳接地。由于地线的阻值接近欧姆，即使上 式的Z,尽量小，机箱壳体分得电压尽量低，避免人体触电。特殊情况下，如果设备内部的 绝缘出现损坏，即Z,变得很小，高压通过地线形成了放电回路，线路将因电流过大导致保 险断开，也可避免发生触电事故。 地线 图2民用220V供电原理 当电源线的导线插头通过插座接地时，由于导线本身存在电阻，以及插接件金属之间 存在接触电阻，一起共同形成地线回路的接地电阻，一般不能看作理想接地。接地电阻越大， 保护接地效果也越差。通过增大搭接金属的接触面积、加粗接地金属导线直径、以及使用导 电性更好的金属，可以减小接地电阻，提高保护接地效果。 2、防静电接地 保护接地在提供操作人员安全的同时，还可以防止静电的积聚，从而保护电子设备。在 高频电路实验、CMOS电路焊接操作、特别是那些用手组装发生的地方，需要防止器件因 静电感应而烧毁。接地对于减少在导体上产生的静电荷是非常重要的，人体是导体，并且是 主要静电产生发源地。因此，必须减少在接触敏感防静电元件或组件的人身上产生的静电荷。 预防在人体上产生静电的方法，是通过人体接地。在工业应用中，防静电手腕带是最常用的 个人接地装置。通过手腕带上的导线连到一个公共点上进行接地，手腕带将安全且有效地排 走人身体上的静电荷。当然，手腕带必须良好地接触皮肤才能发挥最好的作用，导电的鞋类 或脚接地可以补充手腕带的不足。 四、实验内容及步骤

2 2 1 1 2 Z U U Z Z   （1） 为了用电安全，220V 电源插座被设计为三线制，如图 2 所示，除火线和零线形成回路 提供电源外，增加一根地线，使用电设备的机壳接地。由于地线的阻值接近零欧姆，即使上 式的 Z2 尽量小，机箱壳体分得电压尽量低，避免人体触电。特殊情况下，如果设备内部的 绝缘出现损坏，即 Z1 变得很小，高压通过地线形成了放电回路，线路将因电流过大导致保 险断开，也可避免发生触电事故。 图 2 民用 220V 供电原理 当电源线的导线插头通过插座接地时，由于导线本身存在电阻，以及插接件金属之间 存在接触电阻，一起共同形成地线回路的接地电阻，一般不能看作理想接地。接地电阻越大， 保护接地效果也越差。通过增大搭接金属的接触面积、加粗接地金属导线直径、以及使用导 电性更好的金属，可以减小接地电阻，提高保护接地效果。 2、防静电接地 保护接地在提供操作人员安全的同时，还可以防止静电的积聚，从而保护电子设备。在 高频电路实验、CMOS 电路焊接操作、特别是那些用手组装发生的地方，需要防止器件因 静电感应而烧毁。接地对于减少在导体上产生的静电荷是非常重要的，人体是导体，并且是 主要静电产生发源地。因此，必须减少在接触敏感防静电元件或组件的人身上产生的静电荷。 预防在人体上产生静电的方法，是通过人体接地。在工业应用中，防静电手腕带是最常用的 个人接地装置。通过手腕带上的导线连到一个公共点上进行接地，手腕带将安全且有效地排 走人身体上的静电荷。当然，手腕带必须良好地接触皮肤才能发挥最好的作用，导电的鞋类 或脚接地可以补充手腕带的不足。 四、实验内容及步骤

220V 220V 导线 仪器1 仪器2 图3安全接地实验框图 实验框图如图3所示，具体步骤如下： 1、准备两根220V交流电源线，断开电源线中的接地线，用这两根线连接两台金属外 壳的电气设备，如实验仪器、电脑机箱等等。 2、再准备一台数字万用表，设置为交流200V档，一个表笔接触其中一台仪器的金属 外壳，另一个表笔接另一台仪器的金属机壳，观察万用表读数，对电源线的火线和零线进行 交换，继续观察万用表读数，选取读数较大的情况开始下一步实验。 3、用中间接有一个电位器的导线制作的模拟地线，调节模拟地线上电位器的电阻值， 用万用表电阻档测量电阻值，将模拟地线连接两台仪器的机壳，并用万用表交流档测量两台 仪器之间的电压差，记录数据入表1中。 表1接地电阻与仪器电压差测量数据 次数 1 3 4 6 7 8 9 10 R(Q) 电压差 4、用万用表测量人体与仪器之间的电压差，一个表笔接触仪器的金属外壳，用手的拇 指和食指捏住另一个表笔的金属探头，观察并记录万用表读数。 5、用防静电手腕带将人体与仪器表面连接，重复第4步，观察并记录万用表读数。 6、根据记录的数据，在坐标纸上分别画出模拟地线不同电阻情况下，仪器间电压差曲 线，并分析其中的规律。 五、注意事项 1、使用接地导线连接电气设备表面时，可以选择螺钉、金属突起、金属把手、金属插 座等方便接线的地方。 2、实验过程中应注意用电安全，断开电源线中的地线时，防止火线和零线金属裸漏， 避免触电事故发生

R 导线 仪器2 220V 仪器1 220V 图 3 安全接地实验框图 实验框图如图 3 所示，具体步骤如下： 1、准备两根 220V 交流电源线，断开电源线中的接地线，用这两根线连接两台金属外 壳的电气设备，如实验仪器、电脑机箱等等。 2、再准备一台数字万用表，设置为交流 200V 档，一个表笔接触其中一台仪器的金属 外壳，另一个表笔接另一台仪器的金属机壳，观察万用表读数，对电源线的火线和零线进行 交换，继续观察万用表读数，选取读数较大的情况开始下一步实验。 3、用中间接有一个电位器的导线制作的模拟地线，调节模拟地线上电位器的电阻值， 用万用表电阻档测量电阻值，将模拟地线连接两台仪器的机壳，并用万用表交流档测量两台 仪器之间的电压差，记录数据入表 1 中。 表 1 接地电阻与仪器电压差测量数据 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R（Ω） 电压差 4、用万用表测量人体与仪器之间的电压差，一个表笔接触仪器的金属外壳，用手的拇 指和食指捏住另一个表笔的金属探头，观察并记录万用表读数。 5、用防静电手腕带将人体与仪器表面连接，重复第 4 步，观察并记录万用表读数。 6、根据记录的数据，在坐标纸上分别画出模拟地线不同电阻情况下，仪器间电压差曲 线，并分析其中的规律。 五、注意事项 1、使用接地导线连接电气设备表面时，可以选择螺钉、金属突起、金属把手、金属插 座等方便接线的地方。 2、实验过程中应注意用电安全，断开电源线中的地线时，防止火线和零线金属裸漏， 避免触电事故发生

3、为方便在电阻测量和电压测量之间转换，可以将带有电位器的导线一端换成鳄鱼夹， 使之与其中一台仪器可以快速断开和连接。 六、实验报告要求 1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告： 2、完成数据运算及整理，并绘制曲线： 3、对实验中的现象进行分析

3、为方便在电阻测量和电压测量之间转换，可以将带有电位器的导线一端换成鳄鱼夹， 使之与其中一台仪器可以快速断开和连接。 六、实验报告要求 1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告； 2、完成数据运算及整理，并绘制曲线； 3、对实验中的现象进行分析