地鐵車站綜合接地系統(tǒng)設(shè)計探討

王 娟

(中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司)

1 引 言

地鐵車站作為一個大型交通類建筑，機電設(shè)備系統(tǒng)眾多，大致可以分為強電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)。地鐵車站接地要能夠同時滿足強、弱電設(shè)備接地，保護接地的要求。針對地下車站(地下全明挖、或地網(wǎng)范圍全明挖車站、全暗挖車站)，探討地鐵車站(地下站)綜合接地系統(tǒng)的設(shè)計。

2 綜合接地網(wǎng)設(shè)計

2.1 綜合接地系統(tǒng)介紹

地鐵車站綜合接地主要包括牽引變電所及降壓變電所的工作接地，通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等弱電設(shè)備的接地及非電氣金屬管道接地等多種接地。多種接地合用一個接地網(wǎng)，稱之為綜合接地系統(tǒng)。根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ16－2008 的規(guī)定，接地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)符合其中設(shè)備最小值的要求。參照國內(nèi)目前已建以及在建地鐵項目，綜合接地網(wǎng)接地電阻不大于0.5 Ω 設(shè)計，困難情況下不大于1 Ω。

地下車站綜合接地系統(tǒng)概念圖如圖所示，圖中車站設(shè)置牽引降壓混合變電所。

圖1 地下車站綜合接地系統(tǒng)概念圖

(1)接地引出端子。

地下車站設(shè)變電所設(shè)備接地引出線及弱電設(shè)備接地引出線。每組引上線包括三個引出端子，其中一個備用。接地引上線分為強電接地引上線(P1，P2，P3)，弱電接地引上線(P4，P5，P6)。通過電纜將接地引上線分別與強電接地母排(PCE)，弱電接地母排(WCE)連結(jié)。

(2)強電接地母排(PCE)。

強電接地母排設(shè)在變電所內(nèi)，方便變電所設(shè)備接地，縮短供電距離，減少電纜長度。

(3)弱電設(shè)備接地母排(WCE)。

一般設(shè)在站臺板下電纜井附近，弱電設(shè)備母排應(yīng)盡可能靠近P4～P6。

(4)金屬管線接地母排(PSCE)。

主要是將進出車站的金屬管線與其連接，包括給/排水管，電纜橋架等。車站金屬管線接地母排通過電纜與車站強電接地母排(PCE)連結(jié)。

區(qū)間強弱電電纜支架上敷設(shè)有通常接地扁鋼，強電電纜支架接地扁鋼與PCE 連結(jié)，弱電電纜支架與弱電接地母排(WCE)連結(jié)。區(qū)間弱電設(shè)備連結(jié)至弱電電纜支架接地扁鋼;鋼軌、接觸網(wǎng)架空地線等與強電接地母排(PCE)連結(jié)。

2.2 土建接地

(1)接地網(wǎng)規(guī)模。

接地網(wǎng)的規(guī)模依照各車站地質(zhì)條件、巖土電阻率及車站結(jié)構(gòu)形式等具體情況確定。

接地網(wǎng)由水平接地體，垂直接地體、均壓帶、接地引上線及綜合接地體等組成。接地引上線及水平接地體采用50 ×5 mm 銅排;垂直接地體采用長度為2.5 m 的Φ50 ×5 銅管。

①環(huán)形接地網(wǎng)。

人工接地網(wǎng)采用外緣閉合的環(huán)形接地網(wǎng)，目的是使地面的電位分布均勻，以降低接觸電勢和跨步電勢。外緣各角做成圓弧形，圓弧的半徑不應(yīng)小于均壓帶間距的一半。均壓帶間距為6 ～8 m，取外緣圓弧半徑為5 m。

②接地網(wǎng)埋設(shè)深度。

接地網(wǎng)應(yīng)靠近變電所并與車站結(jié)構(gòu)底板平行布置，敷設(shè)深度為車站結(jié)構(gòu)底板墊層下不小于0.8 m。若底板標高有變化，接地網(wǎng)與底板間應(yīng)保持不小于0.8 m 的相對位置關(guān)系。

③垂直接地極個數(shù)的確定。

根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》中的規(guī)定，當接地裝置由較多水平接地極或垂直接地極組成時，垂直接地極的間距不應(yīng)小于其長度的2 倍;水平接地極的間距不宜小于5 m。地鐵項目中目前所選垂直接地極采用長度為2.5 m 的Φ50 ×5 紫銅管，所以垂直接地極的間距不應(yīng)小于5 m。

由于垂直接地極個數(shù)在一定范圍內(nèi)對接地網(wǎng)接地電阻值影響比較大，超過此數(shù)值，將對整個接地網(wǎng)接地電阻影響較小。所以要合理確定垂直接地極的個數(shù)。垂直接地極個數(shù)的確定可參照一下公式計算

其中RE(1)為單根垂直管形接地體的接地電阻;ρ 為土壤電阻率(Ω·m);l 為接地體長度(m)。

其中n 為接地極個數(shù);RE為接地網(wǎng)接地電阻;RE(1)為單根垂直管形接地體的接地電阻;ηE為接地體利用系數(shù)(可從相關(guān)設(shè)計手冊上查得)。

按照以上公式計算的接地極個數(shù)是一個設(shè)計參考值，設(shè)計者應(yīng)該根據(jù)工程經(jīng)驗加以修正。

④接觸電勢和跨步電勢的實測校核。

接地網(wǎng)需進行接觸電勢和跨步電勢的實測校核。接觸電勢和跨步電勢的實測方法參照《接地裝置工頻特性參數(shù)的測量導則》DL/T 475－2006。

(2)接地電阻的計算。

環(huán)形接地網(wǎng)的接地電阻可按下式近似計算

式中:ρ 為土壤電阻率(Ω·m);S 為環(huán)網(wǎng)所包圍的面積(m2)。

2.3 設(shè)備接地

(1)各室的弱電接地母排。

在通風空調(diào)電控室、氣瓶室、銀行、公安通信設(shè)備室、車站控制室、綜合監(jiān)控設(shè)備室、AFC 設(shè)備室、民用通信設(shè)備室、信號設(shè)備室、屏蔽門控制室、通信設(shè)備室等設(shè)備用房設(shè)置弱電接地母排。將各室的弱電設(shè)備接地母排通過電纜首尾連結(jié)，并將首端與尾端接地母排通過電纜與弱電接地母排(WCE)連結(jié)，組成一個弱電接地的環(huán)網(wǎng)。

(2)局部等電位連接。

在泵房、通風空調(diào)機房、冷水機房、照明配電室、盥洗室、回排風室、垂直電梯等處設(shè)置局部等電位連接箱。局部等電位連接的做法主要通過在車站結(jié)構(gòu)柱或者結(jié)構(gòu)板內(nèi)預埋鋼板，鋼板與結(jié)構(gòu)柱(板)內(nèi)主鋼筋緊密連接。局部接地母排與預埋鋼板連接，再將設(shè)備金屬外殼通過扁鋼或者電纜與局部接地母排相連。

3 案例分析

以西安地鐵一號線漢城路站為例，說明綜合接地方案的設(shè)計。車站單獨設(shè)置一個綜合接地網(wǎng)，接地網(wǎng)平面布置示意圖如圖2 所示。接地網(wǎng)面積為3 218.5 m2，根據(jù)該站的地質(zhì)資料，底板下巖土電阻率的平均值為46 Ω·m;經(jīng)計算，垂直接地極取為44 個，接地電阻R=0.32 Ω，滿足R ＜0.5 Ω 的要求。此電阻值為理論計算值，若實測接地電阻值不滿足設(shè)計要求，應(yīng)采取添加降阻劑、增大接地網(wǎng)面積，深打接地極等措施。

圖2 接地網(wǎng)平面布置示意圖

［1］中華人民共和國建設(shè)部.民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范(JGJ16－2008)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］中華人民共和國國家標準. 交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范(GB/T50065－2011)［S］.北京:中國計劃出版社，2012.

［3］劉介才.供配電技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2012:246－247.

［4］上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院.西安市地鐵一號線漢城路站低壓配電與照明施工圖設(shè)計，2009.

［5］蔡明忠，劉昌林.地鐵車站接地與安全設(shè)計中綜合接地裝置的應(yīng)用［J］.隧道建設(shè)，2009，(1):65－67.

［6］周超，曹明淑，劉強.地鐵車站接地設(shè)計探討［J］.機電工程，2009，(5):87－90.