探討儀器接地的考量

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〝接地〞〔Grounding〕這個名詞相信大

部份的人都聽過，但是恐怕一般人並沒有

完全瞭解其意義，就連有經驗的電氣技術

人員在處理接地問題時，態度上普遍也相

當馬虎。所以，小者在使用電氣設備或儀

器時受到雜訊干擾，或有振盪、Hum聲現

象；大者感受到機殼漏電，危及人身安

全，或造成儀器的輸出入電路毀損。接地

工程是一個非常實際的問題，對於需要經

常操作電器儀表者，更應該充份了解接地

的理論與應用，才能說是一流的技術人

員。

十七世紀富蘭克林作了有名的風箏實驗，

觀察到天空中的雷電被導引到大地。因

此，開始推廣裝置避雷針，有效地防制雷

災。藉此，人們逐漸瞭解到我們腳下的大

地是一大片導體。雖然它不是最好的導

體，但依然是一個良好的導體。它的截面

積非常寬，長度又長，能承載的電流無與

倫比。因此，大地被視為零電位。法規要

求將電氣設備的所有非帶電金屬部份保持

在零或大地電位。

接地有多種目的，有為求安全的，有為求

電路穩定的，例如：

1. 電力系統接地：〔如圖1〕為防當電源

二次側受到一次側高壓破壞時，能達到

接地導流保護人體安全。

2.設備接地：將設備或機殼接地，保護人

體在設備內有漏電的情形下不遭受觸電

傷害。

3.電路訊號接地：建立一個零電壓基準點

或一個回流路徑給整合在一起的各訊

號，以達成正常動作或量測之目的。

4. 屏蔽效果之接地：為防靜電累積而接

地。為防雜訊、電磁干擾而作接地隔離

或排導，遮蔽室〔Shielding Room〕接

地，電纜、通訊線接地，儀器Guard端

子之接地，變壓器、濾波器接地。

變壓器

一次側(高壓或特高壓)

二次側(低壓)

接地線大地

接地電極

圖1

2

儀器接地的型式

(1)一般常見的儀器輸入端及電源接地，

如圖2。在此例中，因為輸入訊號接地

點〔Signal Ground〕是與電源接地

〔Power Ground〕連結在一起的，所

以，當我們在量測時，輸入端的訊號

接地點不得與和大地有電壓差的點直

接短路接上。這種情況常會發生在量

測廉價的商用電路時遇到。因為商品

成本的考量，往往這些電路沒有採用

電源隔離變壓器，而直接將交流電源

引進到電路，所以此一商品電路本身

與大地形成迴路，與地之間形成某個

電位。如果它的電源插座又反插，或

中性線與大地間原本就存有高的電位

差，那麼組合後的結果就會變得更難

預期。因此要接上輸入點量測前不能

不慎重判斷。

(2)有些儀表為了避免上述效應，提供了

浮接〔floating〕的輸入端〔如圖3〕。

其任一輸入端與大地是浮懸的。理想

上，只要輸入兩端間的電壓差在可接

受的範圍內，則它們的任一輸入端可

以跨在任何電壓上。

(3)常見的儀器輸出端，如圖4(a)及4(b)。

一般直流〔DC〕或低頻輸出器採4(a)

型式；而高頻〔RF〕產生器則設計成

4(b)型式。所以，在高頻量測時要特別

注意可能會有前項〔1〕的問題發生，

需避免造成不同電位相沖而損壞儀器

的輸出、入電路。

Instrument Case

Powertransformer AC

plugSensing

electronicsand display

Signalground

Input

圖2

Instrument Case

Powertransformer AC

plugSensing

electronicsand display

Shieldground

Input

+

-

圖3

Instrument Case

Powertransformer AC

plugOutput

Conditioningelectronics

Shieldground

Output

+

-

(a) (b)

Instrument Case

Powertransformer AC

plugGeneratingelectronics

Caseground

Output

圖4

3

儀器系統接地的原則

接地方式是有通則，但沒有固定的接法。

實務上也難以滿足每項原則，需視環境與

應用來決定。例如，量測人員須評估是否

應採浮接方式量測。一般原則是 :

(1)處理各種不同之接地時，例如屏蔽

〔Shield〕接地、電源〔Power〕接地

及信號〔Signal〕接地，三者要避免彼

此間有交互作用，要引導它們各走各

該走的路徑。

(2)接地線的阻抗要低，路徑宜短。

(3)避免有多重的地迴路，讓電流亂串

流。

(4)將流量大的地電流迴路與小信號迴路

分開。

以圖5為例，一個設計良好的電源供應

器，照理其輸出端A、B間的漣波很小。

但是，如果一旦意圖某種方便而放棄D點

為地，改以C點作為訊號地參考點時，由

於對電容作充放整流的瞬間電流一般不

小，所以C點與D點間即使只有很小的電

阻，依然會出現可觀的突波電壓降

〔Pulse Voltage〕，它就夾雜在電路上輸

出！這樣往往在開機時，會瞬間中傷被連

結上的電路或儀器。

常見不良接地的狀況

(1)交流電源插座〔例如110V〕端，根本

沒有提供接地線〔綠色〕，參考圖6。

一般電源插頭的接地插梢最長，以使

它在插入過程中能最先完整接到地。

(2)實際接地的阻抗過高，不符合電工法

規要求〔詳請參閱台電屋內線路裝置

規則〕。以第三種接地為例，對地電

壓300V以上時要求施工的接地電阻值

在10歐姆以下。若對地電壓在150V以

下，則接地電阻要在100歐姆以內。

(3)誤把中性線當接地線使用，在插座端

將它們短路。正常狀況下，電源插座

上之中性線與地線間的電壓必需在1.0

伏特內，但不是靠短路取巧的方式來

達成。

(4)任意將火線與中性線對調使用。以圖

7為例，設備A送出信號，設備B接收

信號。假設設備A與B電源插座均沒有

接地線，且其中一台的火線與中性線

對調。由於設備A與B中，裝有防止雜

訊專用的濾波電容器，結果反而偶然

形成了一個110V伏特交流迴路，即使

目前設備A與B的開關並沒有接上！

圖5

圖中各點所代表之極性如下：

L: 火線(Line, Hot or Active Conductor)

N: 中性線(Neutral or Identified Conductor)

G:接地線(Ground or Earth)

5-15R

圖6

N L

G

C

A

B

D

Voltageregulator

4

圖7

A

B

設備

設備

大地

總結

(1)在大樓施工及安裝設備儀器時，務必

請電工或機電人員確認接地電阻狀況

及接地裝置是否符合電工法規標準。

儀器接地線徑至少為8AWG號線。

(2)儀器電源插座採三插孔式，火線與中

性線極性必需正確〔如圖6〕。中性線

與地線間的電壓需小於1伏特。電源插

座中性線與接地線間阻抗低於1歐姆。

(3)儀器的輸出、輸入端要判斷是否應接

地或採浮接作量測。

(4)檢查交流電源是否穩定〔在120伏特

+5%，-10%內〕，有無不特定的突波

脈沖串入，它會導致量測不正常，甚

至造成破壞。一般瞬間變動電壓，不

得超過120伏特(15%，且必需在0.5秒

內恢復至120伏特。總諧波成分不得高

於5%。

(5)注意各設備或待測物的接地是否確實

徹底。彼此間原先若存在不該有的電

位差時，一旦接上，就會對沖。或是

設備可能在接上電源時，會瞬間傳遞

出去脈沖，導致損害到較脆弱的模

組。如果有上述之可能時，則各設備

與待測物需在上電之前先分離其間的

連結，俟各別開機穩定後，方才一一

連接上，如此可降低損壞的機率。不

過，這必竟不是根治的方式，也影響

工作效率。應該找出禍源，予以根

除。

(6)對於靜電、干擾、雜訊等不想要的，

均需以良好接地的處置方式，將其排

解匯出。

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5

問題：儀器接地為什麼很重要？

問題：AC電源的極性及接地為什麼很重要？

問題：待測物上的AC電源對儀器形成什麼威脅？

+ HI

- LO

GND

120V AC

Hot Line

Neutral Line

Vg2.Ig

儀器2訊號接收器

Vg3.

120V AC

待測物

附錄一：重創來自錯誤的AC 3-Wire極地及接地

圖2：當待測物是主動元件或電路時，

有時候其電源也是取自120V AC（而

不是靠乾電池提供電源的），但往往

在考量成本及商用環境因素下，這些

待測體的電源僅用兩線（火線及中性

線），並沒有接地。甚至電路裡也沒

有隔離變壓器。因此被測試點對地而

言，可能存在一個意外的Vg3電壓，這

類情形，常見於LNB，CATV Amplifier

測試應用中，一不小心Ig就會造成傷

害。

圖1：假設我們只用到AC 120 伏特的火線

及中性線，而沒有確實接上“接地線”，

由於電源線上的接地線或變壓器初級端與

中性線間仍存有雜散電容，或抑制雜訊的

旁路電容，所以接地線（及機殼）與大地

間是存在電壓的！如圖為Vg1或Vg2，它

可能高達20V~60V！如果其中一台儀器的

火線與中性線又發生有錯誤的反接情況

時，Vg1≠Vg2，只要當這兩個不等電位

的東西接在一起時，想想看會怎麼樣？

圖1：當Vg1, Vg2存在時，儀器1送出的信

號（對地而言）不再是小v1而已，而是

(v1+Vg1)，這個信號強度就足以嚴重損害

儀器2的輸入電路。信號迴路不再只是在

儀器1及儀器2的輸出∕輸入端上行進，Ig

會竄流在不等位的接地線上，過強的迴流

圖2

HI +

LO -

+ HI

- LO

GND GND

v1

Neutral Line

Hot Line120V AC 120V AC

Hot Line

Neutral Line

Vg1. Vg2.Ig

儀器1訊號產生源

儀器2訊號接收器

問題：火線與中性線反接

問題：電源中有雜訊，諧波、突波、電壓上下起伏過大。

問題：沒有接地

問題：接地電阻過大，接地效果不佳。

圖1

就會造成永久性的損壞！所以，解決之道

只有徹底要求做到等電位的接地，

Vg1=Vg2= Vg3=0 ，使Ig=0。

GND Line

GND Line

6

■步驟一：

確定電源插座有3孔，即火線、中性線及接

地線，沒有三孔就不插上。

（如圖1）

■步驟二：

確定三孔電源插座(圖1)的極性正確：可用圖2

(a)：電源極性測試器，經由紅、白、黃三個燈

之組合來判別極性正確否。

(b)：三用電錶，並參考步驟三之量測。

■步驟三：

用電錶測試火線與中性線間的電壓在108~126伏特

間，瞬間變動電壓不能超過120伏特±15%，中性

線與接地線間電壓小於1.0伏特，同時，無論儀器

是否啟用，其變化量亦不超過1.0伏特。

（如圖3）。

N

G

L

L：火線

N：中性線

G：接地線

（面對牆壁插座）

108~126伏特

<1.0伏特

(b)

再一次提醒您，當您使用儀器前，請務必

先檢查AC交流電（以120伏特為例）及接

地狀況，如果沒有達到以下的基本要求，

請千萬不要接上電源，否則儀器極易受

損，甚或造成人體危險。

（面對電源線插孔）

圖1

圖2

圖3

(a)

附錄二：測電說明

7

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本文於2002年元月發表於電子時報「安捷倫電子

科技短波」專欄，作者為台灣安捷倫科技電子儀

器事業群副總經理郭彥良。

中文版 5988-8513 ZHA

版權 © 2002 安捷倫科技股份有限公司

Printed in Taiwan 08/2002

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