淺析電氣設(shè)計中降低接地電阻的方法

［摘要］文章簡述電氣設(shè)計中接地電阻的的種類和要求，介紹降低接地電阻的不同方法，提供如何根據(jù)現(xiàn)場具體情況，合理選擇接地方法，達到降低接地電阻的目的。做好防雷設(shè)計，首先就要做好接地設(shè)計，充分合理地采用先進的接地技術(shù)，就能達到事半功倍的目的。

［關(guān)鍵詞］接地；防雷；接地電阻；接地體；接地裝置

［作者簡介］高明，中國有色集團（廣西）平桂飛碟股份有限公司、賀州市平桂設(shè)計院有限責(zé)任公司，廣西賀州，542601

［中圖分類號］ TM645 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2012）04-0054-0003 在建筑電氣設(shè)計中，低壓配電系統(tǒng)接地型式有三種，在選擇系統(tǒng)接地型式時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)安全保護所具備的條件，并結(jié)合工程實際情況，確定其中的一種。

在不同的場合就要用不同的接地措施來保障設(shè)備的正常工作和維護人員及設(shè)備的安全。

特別是在防直擊雷接地設(shè)計方面，應(yīng)該因地制宜地采取防雷措施，根據(jù)防雷的分類等級，設(shè)計好防雷接地措施。而接地的妥當(dāng)與否,直接關(guān)系到人身和財產(chǎn)安全，因此，做到安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理，符合規(guī)范規(guī)定的要求，是每一個設(shè)計人員設(shè)計的首要保證。

接地裝置是指接地體以及由接地體引到電氣及電子設(shè)備上的連接導(dǎo)線統(tǒng)稱。

接地電阻是接地裝置技術(shù)要求中最基本的技術(shù)指標(biāo)。在民用建筑設(shè)計上，不同的建筑物對接地有不同的要求，在一般住宅的設(shè)計中，聯(lián)合接地電阻值不大于4歐姆，大型的公共建筑并具有信息等接地要求的，則接地電阻值的要求不大于1歐姆。因此，要做好接地電阻的設(shè)計，首先就要了解接地電阻的組成，接地電阻是由以下幾部分電阻之和：（1）土壤電阻；（2）土壤和接地體之間的接觸電阻，接地體本身的電阻；（3）接地體引線的電阻等。接地電阻主要由土壤電阻率及接地裝置的結(jié)構(gòu)來決定。

一、降低接地網(wǎng)電阻的方法

（一）加大接地網(wǎng)面積

當(dāng)接地網(wǎng)面積增大1倍時，接地電阻減小29.3%。工頻接地電阻經(jīng)驗計算公式如下：

R＝■+■≈■

式中Ｌ——接地體的總長度（包括水平與垂直長度）m

P——土壤電阻率?贅.m

S——接地網(wǎng)的面積m2

上式的0.443ρ／■是面積為S的鐵板置于地面的接地電阻，ρ／L是考慮到實際地網(wǎng)不是鐵板而引入的修正項，它比前一項小得多?？梢姰?dāng)土壤電阻率ρ一定時，接地網(wǎng)的接地電阻基本上由接地網(wǎng)的面積決定，接地網(wǎng)面積增大時，接地電阻就會減小。但是，在高電阻率地區(qū)及接地網(wǎng)建設(shè)面積受限制的工程中，工程設(shè)計就不宜采用此種方法。

（二）利用自然接地體

在民用建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計工程中，特別是框架結(jié)構(gòu)的地梁或框架柱一般都理在比較深的地下，充分利用混凝土結(jié)構(gòu)中的柱、鋼筋網(wǎng)、金屬構(gòu)造以及金屬管道等做聯(lián)合自然接地體，就可以減小接地電阻，降低成本，達到均衡電位接地的目的。自然接地體，對減小接地電阻起到了良好的作用，但也有不足之處：當(dāng)雷電流流過鋼筋時因發(fā)熱而使鋼筋溫度升高，致使水泥和鋼筋的結(jié)合力顯著減少，從而降低了鋼筋混凝土的強度。因此，利用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼筋做接地時要進行強度和形變驗算，接地面積要符合《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB 50057-2010相關(guān)條款的要求。

（三）敷設(shè)人工接地體

在山丘地區(qū)，設(shè)計所需接地電阻值要求較小而在原地又達不到時，如果附近有水源或者電阻系數(shù)低的土壤，就可以利用該處制作接地極或敷設(shè)水下接地網(wǎng)，然后再利用接地線（如熱鍍鋅扁鋼或熱鍍鋅圓鋼）引接過來作為外引式接地。但應(yīng)注意，外引長度不應(yīng)大于有效長度；外引接地裝置最好要避開人行通道，如果不能避開人行通道，則水平接地體局部應(yīng)包絕緣物，可采用50～80mm厚的瀝青層，以防跨步電壓觸電；穿過公路時，外引連接線的埋深應(yīng)大于等于0.8m。如果是在建筑物的四周，還必須離開建筑物散水3m的地方，來敷設(shè)引外接地體。這樣就能達到減小接地電阻的目的。

（四）深理接地體

在土壤電阻系數(shù)較高或多石的巖盤地區(qū)，可以深理接地體，減小接地電阻。采用的垂直接地體長度，視地質(zhì)條件，一般為5~10m，再長時則效果不明顯且給施工也帶來困難。不同直徑的圓鋼對接地電阻值的影響很小，接地體通常采用Φ20~75mm的圓鋼。這種方法適用于建筑物擁擠或敷設(shè)接地網(wǎng)的區(qū)域狹窄等場合，區(qū)域狹窄場或建筑物擁擠的地方，采用傳統(tǒng)方法很難找到埋設(shè)接地極的適當(dāng)位置，且安全距離無法保證。雖可通過在接地體上覆蓋瀝青絕緣層等措施來保證安全，但增加了施工工作量和裝設(shè)成本。深埋法對含砂土壤最為有效，因其含砂層大都處在3m以內(nèi)的表面層，而地層深處的土壤電阻系數(shù)較低。施工時，可采用Φ50mm及以上的小型人工螺旋鉆或鉆機打孔。在打出的孔穴中埋設(shè)Φ20~75mm圓鋼接地體，再灌入碳粉漿（用碳纖維拌水漿）或泥漿。最后將同樣處理的數(shù)個接地體并聯(lián)，就組合成一個完整的接地體。采用這種方法施工，受季節(jié)影響較小，接地體可獲得穩(wěn)定的接地電阻值。同時，由于接地體深埋，使跨步電壓顯著減小，保障了人身的安全。并且，該方法施工方便，成本不高，效果顯著。

（五）利用降阻劑減少接地電阻

在大地電阻率較大的砂質(zhì)、巖盤等土壤中，為了滿足低接地電阻的要求，常采用由多個接地體并聯(lián)組成的接地網(wǎng)。那么需要用的鋼鐵材料就多，而且接地面積甚大，要達到所要求的接地電阻就會有一定的困難。雖然降低接地電阻的方法有很多，以前常用的如：將食鹽埋入接地網(wǎng)的土地中，此法雖能降阻，但不能長效，因為食鹽極易溶于水，會隨地下水或雨水流失：換土法，即用電阻率較低的土壤（如粘土、黑土等）替換限值較高的土壤；或采用化學(xué)處理的方法，用爐渣、木炭、氮肥渣、石灰、電石渣等埋入接地體周圍來降低接地電阻，以達到節(jié)約鋼材的目的。但化學(xué)物具有腐蝕性，易流失、阻值不穩(wěn)定，效果不理想。現(xiàn)在，在大地電阻率較大的砂質(zhì)、巖盤等土壤中，設(shè)計常采用的是長效降阻劑，它是高分子材料、電介質(zhì)和適量的水合成，粘度低，流動性大，滲透力強，凝固后與接地極成為一體并與土壤緊密連接，在地中形成樹枝狀導(dǎo)電膠體而產(chǎn)生“樹枝效應(yīng)”。它具有導(dǎo)電性能好、不腐蝕電極，不易流失，接地電阻值隨降阻劑半徑的增大而減小。使用長效降阻劑，具有現(xiàn)場動土少、施工簡單、占地小、省鋼材、投資低、見效快、效果顯著（可降阻40%~60%）等優(yōu)點。

二、降低接地電阻不同方法在設(shè)計實際當(dāng)中的應(yīng)用舉例

（一）等電位均壓接地網(wǎng)接地

在西南地區(qū)，山石突兀，大多數(shù)是寸草不生的巖石，在做賀州市聯(lián)通基站設(shè)計時，就發(fā)現(xiàn)基站建立在突兀的山頂上，既無水也少土，接地電阻值要小于1歐姆，況且，這些地方屬于多雷地區(qū)。針對這種情況，在設(shè)計中，采用建立等電位均壓接地網(wǎng)接地，填入民生一富蘭克林降阻劑來降低地網(wǎng)電阻值。實際做法是，先計算出它的地網(wǎng)面積，再利用山上的巖石縫做溝槽，掏出溝槽內(nèi)的泥土，不夠?qū)捝畹牟课豢梢匀斯ば拚?，在溝槽?nèi)放入不小于12的熱鍍鋅圓鋼，填入民生一富蘭克林降阻劑，再把掏出的泥土填實在里面，表面用混凝土封好。整個接地網(wǎng)施工完成后經(jīng)測試，接地電阻達到0.8歐，滿足了設(shè)計規(guī)范要求。

（二）CT機設(shè)備接地

該設(shè)備接地為獨立接地網(wǎng)，要求接地電阻值為0.8歐姆。

要求接地電阻達到設(shè)備廠方的接地要求；接地電阻穩(wěn)定可靠，不受天氣干燥或季節(jié)的變化影響；地網(wǎng)使用年限在30年以上。

為使接地降阻效果明顯，接地電阻穩(wěn)定可靠，真正達到設(shè)計使用要求的壽命年限，采用Fluxion電解離子接地極作為接地施工主要材料，水平連線及引上線、等電位連線均采用95mm2銅包鋼絞線，所有的連接點采用TECHWELL放熱焊接方式連接。

設(shè)計方案：

1.地網(wǎng)施工

在施工區(qū)域選取8個點，每個點相距20m，破開水泥面鉆直徑為160mm深度為61.5m的8個孔；每個孔放入20套電極，孔之間挖深0.8m，0.4m寬的小溝道以便連接電極，形成地網(wǎng)回路，連接線采用銅包鋼絞線（引出線可以采用95mm銅包鋼絞線。電極、引出線采用太科火泥熔接焊粉及其專用模具焊接牢固）。

（1）鉆深井

在樓下空地中鉆井，井中植入安裝Fluxion電解離子接地電極，井深16.5m，距離15m，井直徑16cm。

（2）植入接地極

1）拆開接地電極兩端密封離子釋放孔的密封帶（切勿忘記?。?；

2）將接地極接撥好后植入溝槽中，接好引出線；

3）多根電極組網(wǎng)，需要將電極與水平連接線焊接牢固，并測量確認(rèn)無誤；

4）灌注專用離子填充料。將專用離子填充料與水按照規(guī)定比例1∶0.7進行混合，攪拌至糊狀。將填充劑灌注在深井中的接地極周圍，注意在灌注時一定要灌注密實，不允許有空氣或縫隙存在孔洞中。

5）挖溝槽

在深井之間橫向挖寬400mm，上寬下窄，深度不少于70cm的溝槽。

2.植入接地極

（1）深井之間的連線焊接。將深井之間的電極采用95mm2銅包鋼絞線及放熱焊接方式連接。

（2）水平連線周圍施放降阻劑。在焊接好的水平連線周圍施放降阻劑，每米施放20kg。

（3）回填土壤。檢查地網(wǎng)各處是否已經(jīng)焊接好，引出線等是否引出，如果各項工作均已確認(rèn)無誤，將原來挖出的土壤回填回去?；靥顣r，土壤中有石塊、木棍等不良導(dǎo)體要清除，封土?xí)r，回填土要夯實。

（4）實際測量接地電阻為0.28歐姆，滿足設(shè)備廠家的要求。

接地工程示意圖：

實踐證明，電氣設(shè)計人員掌握好不同的降低接地電阻值的方法，在工作中就能靈活地運用一種或多種降低接地電阻值的方法，設(shè)計出實用、簡潔、合理并能滿足于規(guī)范要求的圖紙，為人員和人民的生命財產(chǎn)提供了安全保證，就能更好地為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。

［參考文獻］

［1］建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB 50057-2010［S］.

［2］電氣裝置安裝工程接地裝置施工及設(shè)計規(guī)范. GB50169－92［S］.

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［4］民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范JGJ16-2008［S］.