建筑物基礎(chǔ)作為接地裝置及接地電阻值探討

摘要：首先，對(duì)利用建筑物基礎(chǔ)作為接地裝置的常見做法進(jìn)行了總結(jié)和分類，對(duì)于某些不能利用基礎(chǔ)做接地裝置的情況作了分析，并提出了相應(yīng)的解決方案;然后，對(duì)共用接地裝置的接地電阻設(shè)計(jì)值進(jìn)行了探討，列舉了國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)各接地系統(tǒng)及共用接地系統(tǒng)電阻值的規(guī)定，并進(jìn)行了歸納和分類;最后，根據(jù)建筑物使用性質(zhì)和項(xiàng)目地的地勘環(huán)境，針對(duì)接地設(shè)計(jì)和共用接地電阻設(shè)計(jì)值因地制宜地提出了合理建議，對(duì)建筑物的接地設(shè)計(jì)具有良好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：接地裝置;基礎(chǔ)接地;共用接地;接地電阻

中圖分類號(hào)：TU856? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）01-0022-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.01.006

0? ? 引言

在建筑電氣工程的接地設(shè)計(jì)中，利用建筑物基礎(chǔ)作為接地裝置，已成為建筑物接地設(shè)計(jì)的普遍做法。但在實(shí)際的項(xiàng)目實(shí)施過程中，常常會(huì)遇到某些不能利用建筑物基礎(chǔ)作為接地裝置的情況。另外，國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)接地電阻設(shè)計(jì)值大小的規(guī)定也不一致，給設(shè)計(jì)人員造成了一定的困惑。鑒于此，筆者根據(jù)對(duì)相關(guān)規(guī)范的理解，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，探討了如何把握接地裝置的設(shè)計(jì)以及接地電阻設(shè)計(jì)值的選取。

1? ? 利用建筑物基礎(chǔ)作為接地裝置

建筑物基礎(chǔ)作為接地裝置，由于其具有使用壽命長、電氣性能好（接地阻抗小、容易實(shí)現(xiàn)等電位）、節(jié)省投資、施工方便省力等特點(diǎn)，成為新建建筑接地設(shè)計(jì)的首選方式。由于建筑物基礎(chǔ)屬于結(jié)構(gòu)專業(yè)的范圍，其亦有不同的做法，電氣設(shè)計(jì)人員在做接地設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分了解并根據(jù)基礎(chǔ)類型設(shè)計(jì)相應(yīng)的接地裝置，并與結(jié)構(gòu)人員做好溝通。

1.1? ? 淺基礎(chǔ)

淺基礎(chǔ)分為獨(dú)立基礎(chǔ)和聯(lián)合基礎(chǔ)。

獨(dú)立基礎(chǔ)常見于結(jié)構(gòu)柱底部的方形基礎(chǔ)或承臺(tái)，現(xiàn)行接地設(shè)計(jì)的普遍做法是電氣專業(yè)給結(jié)構(gòu)專業(yè)提條件，要求獨(dú)立基礎(chǔ)內(nèi)的主鋼筋通長焊接，再敷設(shè)40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼將各獨(dú)立基礎(chǔ)的主筋焊接連通成環(huán)形電氣通路。

對(duì)于聯(lián)合基礎(chǔ)，電氣專業(yè)通常要求結(jié)構(gòu)專業(yè)將基礎(chǔ)底梁上的上下兩層鋼筋中的兩根主筋通長焊接，并將主軸線上基礎(chǔ)底梁中的上下兩層主筋相互焊接連通，形成一個(gè)自然接地體。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的是，應(yīng)在建筑物基礎(chǔ)的適當(dāng)位置讓結(jié)構(gòu)專業(yè)配合預(yù)埋接地鋼板，并與基礎(chǔ)內(nèi)主鋼筋可靠焊接。設(shè)置于地下的接地鋼板作用是便于各基礎(chǔ)間接地裝置相連，或在接地電阻達(dá)不到要求時(shí)，將其與增打的接地極連接;室內(nèi)地上的接地鋼板作用是便于后期設(shè)備接地或做等電位連接;室外地上的接地板作用是便于測試接地電阻。

對(duì)于某些鋼筋混凝土基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)人員可能不允許在地下設(shè)置接地預(yù)埋件，例如在某些具有酸堿腐蝕性的土壤環(huán)境中，導(dǎo)體很容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，即與土壤接觸的接地線和基礎(chǔ)鋼筋有不同的電位，兩者會(huì)形成一個(gè)電池，土壤和水泥形成的電解質(zhì)成為電池的內(nèi)電路，接地線與基礎(chǔ)鋼筋的連接成為電池的外電路，結(jié)果電位較負(fù)的將先被腐蝕，進(jìn)而腐蝕到結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋網(wǎng)，影響結(jié)構(gòu)安全[1]。此時(shí)，電氣專業(yè)可取消預(yù)埋于地下的接地板，使用耐腐蝕材料與基礎(chǔ)內(nèi)的主筋焊接，直接引出與其他接地裝置相連。

耐腐蝕材料通常包括銅材、鍍銅扁鋼、銅包鋼、不銹鋼等在土壤內(nèi)的電位較接近基礎(chǔ)內(nèi)鋼材的材料，而不能使用熱鍍鋅扁鋼，因?yàn)殇\是這些材料中最容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)的。在腐蝕性的土壤環(huán)境中，與土壤相接觸的導(dǎo)體也可采用水泥砂漿包裹起來，水泥砂漿保護(hù)厚度應(yīng)不小于50 mm，以免土壤的化學(xué)腐蝕，達(dá)到接地裝置與建筑物具有相同使用壽命的目的[1]。

對(duì)于某些預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)人員也可能不允許利用其作為接地裝置，此時(shí)最好、最有效的辦法不是打人工接地極，而是在建筑物基礎(chǔ)的混凝土層內(nèi)預(yù)置扁鋼或圓鋼，形成網(wǎng)眼不大于20 m×20 m的網(wǎng)格做水平接地體，這樣既可以節(jié)省大量的土石方開挖工作量，又可以兼起接地和地面等電位的作用[1]。

1.2? ? 樁基基礎(chǔ)

樁基基礎(chǔ)分為承臺(tái)基礎(chǔ)、閥板基礎(chǔ)、箱式基礎(chǔ)等，是結(jié)構(gòu)專業(yè)先將鋼筋混凝土柱子打入地中，樁基上部再澆筑鋼筋混凝土承臺(tái)和地梁，使其與樁基連成一體，承臺(tái)上面是建筑的剪力墻和柱子。

樁基基礎(chǔ)接地體的一般做法是，利用樁基內(nèi)的主鋼筋作為垂直接地體，樁基主鋼筋在其頂部與承臺(tái)和地梁主筋焊接，利用承臺(tái)、地梁內(nèi)主鋼筋作為水平接地體，承臺(tái)的主筋再與上面作為引下線的柱（或剪力墻）中鋼筋焊接。

預(yù)制樁基的接地一般是待預(yù)制樁基就位后，在頂端鑿掉一定長度的混凝土，將鑿出外露的鋼筋與承臺(tái)和地梁中的鋼筋焊接，焊接應(yīng)采用搭接焊，搭接焊有效長度>100 mm[2]。

筆者在實(shí)際項(xiàng)目中遇到過結(jié)構(gòu)專業(yè)不同意鑿掉預(yù)制樁頂部混凝土的情況，特別是預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁，結(jié)構(gòu)專業(yè)認(rèn)為，此類型的管樁為高強(qiáng)度混凝土樁，一方面鑿樁難度較大，另一方面，由于結(jié)構(gòu)對(duì)單樁的豎向承載力要求很高，對(duì)管樁頂部的破壞有可能極大地降低其承載力，留下安全隱患。這種情況下，電氣專業(yè)可放棄利用樁基內(nèi)的鋼筋，在接地電阻達(dá)不到要求時(shí)，在承臺(tái)邊上預(yù)埋接地鋼板將基礎(chǔ)內(nèi)的主鋼筋引出，在附近增設(shè)人工接地裝置。

2? ? 接地裝置接地電阻設(shè)計(jì)值

建筑物基礎(chǔ)作為接地裝置，通常為防雷接地、工作接地、保護(hù)接地、電子設(shè)備接地、各專用設(shè)備接地的聯(lián)合接地體，即各接地系統(tǒng)共用接地裝置。對(duì)于共用接地裝置接地電阻的大小，不同的規(guī)范要求并不一致。

2.1? ? 國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)接地裝置接地電阻的規(guī)定

《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）[3]第4.3.6條：共用接地裝置的接地電阻應(yīng)按50 Hz電氣裝置的接地電阻確定，不應(yīng)大于按人身安全所確定的接地電阻值。

《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51348—2019）[4]第12.5.11條：建筑物各電氣系統(tǒng)的接地，除另有規(guī)定外，應(yīng)采用同一接地裝置，接地裝置的接地電阻應(yīng)符合其中最小值的要求。各系統(tǒng)不能確定接地電阻值時(shí)，接地電阻不應(yīng)大于l Ω。

《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50198—2011）[5]第3.5.4條：采用專用接地裝置時(shí)，其接地電阻值不得大于4 Ω。采用綜合接地網(wǎng)時(shí)，其接地電阻不得大于1 Ω。

《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50074—2014）[6]第14.2.13條：接閃桿（網(wǎng)、帶）的接地電阻，不宜大于10 Ω。第14.3.16條：防靜電接地裝置的接地電阻，不宜大于100 Ω。

《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50156—2021）[7]第13.2.2條：汽車加油加氣加氫站的防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地及信息系統(tǒng)的接地等宜共用接地裝置，接地電阻不應(yīng)大于4 Ω。第13.2.15條：防靜電接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于100 Ω。

《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50065—2011）[8]第7.2.11條：建筑物處的低壓系統(tǒng)電源中性點(diǎn)、電氣裝置外露導(dǎo)電部分的保護(hù)接地、保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)的接地極等，可與建筑物的雷電保護(hù)接地共用同一接地裝置。共用接地裝置的接地電阻，不應(yīng)大于各要求值中的最小值。

《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50174—2017）[9]第8.4.2條：保護(hù)性接地和功能性接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻應(yīng)按其中最小值確定。

2.2? ? 對(duì)不同規(guī)范中接地電阻規(guī)定值的分析

上面列舉的規(guī)范涉及民用建筑、閉路監(jiān)視電視、電子計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通信、石油庫加油站等行業(yè)，可以看出，所有國標(biāo)中，對(duì)單一接地系統(tǒng)接地電阻的要求最嚴(yán)格的是不應(yīng)大于4 Ω。而對(duì)于共用接地系統(tǒng)的接地電阻，有的規(guī)范要求不大于1 Ω;有的規(guī)范要求不大于4 Ω;有的規(guī)范僅提出了共用接地電阻應(yīng)達(dá)到的要求，而沒有要求具體數(shù)值。

GB 51348—2019和GB 50198—2011對(duì)共用接地裝置的接地電阻要求相對(duì)較高，主要是考慮到民用建筑中有較多的電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)及閉路監(jiān)視電視等對(duì)過電壓及信號(hào)干擾比較敏感的弱電系統(tǒng)，故要求其接地電阻小一些。而對(duì)于工廠中的大部分建筑物，并沒有很重要的電子設(shè)備，加上很多地區(qū)由于土壤電阻率高，若要求過低的接地電阻值，往往會(huì)造成施工難度加大，工程費(fèi)用提高，甚至某些地區(qū)即便采取了增打接地極、換土降阻等多項(xiàng)措施后，仍難以滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)共用接地裝置接地電阻值究竟應(yīng)要求多少，GB 50057—2010作為我國最具權(quán)威的防雷接地設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)接地電阻做了詳細(xì)的要求，并在條文說明中做了解釋。條文說明第4.2.4條第5款：“關(guān)于共用接地裝置……一般來說，接地電阻越低，防雷得到的改善越多。但是，不能由于要達(dá)到某一很低的接地電阻而花費(fèi)過大……考慮到已采取嚴(yán)格的各種金屬物與防雷裝置之間的連接和均壓措施，故不必要求很低的接地電阻?！钡?款：“為了將雷電流散入大地而不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，接地裝置的布置比接地裝置的特定值更重要……”

關(guān)于電子系統(tǒng)接地，GB 50057—2010第6.3.4條第5款：“電子系統(tǒng)的所有外露導(dǎo)電物應(yīng)與建筑物的等電位連接網(wǎng)絡(luò)做功能性等電位連接……”條文說明第4.2.4條第6款：“現(xiàn)代電子系統(tǒng)絕大多數(shù)為數(shù)字化，其怕干擾的頻率為數(shù)十乃至數(shù)百兆赫茲……所以，功能性接地要求很低的直流至工頻的接地電阻（如0.5～1 Ω）是毫無意義的?！?/p>

根據(jù)GB 50057—2010的這些條文可以看出，為保證人身安全及電子設(shè)備的安全運(yùn)行，做好等電位連接比做到更小的接地電阻更為簡單有效。

另外，受傳統(tǒng)觀念和做法的影響，對(duì)于有的業(yè)主或電子設(shè)備供貨商要求儀表控制系統(tǒng)或某些弱電系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的接地裝置的做法，GB 50057—2010第6.3.4條第5款也明確規(guī)定：電子系統(tǒng)不應(yīng)設(shè)獨(dú)立的接地裝置。

2.3? ? 工程設(shè)計(jì)中對(duì)接地電阻值的確定

接地電阻值的確定必須從實(shí)際出發(fā)、因地制宜，不能一概而論，應(yīng)根據(jù)建筑物的使用性質(zhì)以及不同地區(qū)的土壤環(huán)境區(qū)別對(duì)待。

對(duì)于工業(yè)建筑來說，工廠中的主控室、機(jī)柜間、IT機(jī)房這些電子設(shè)備較多、對(duì)干擾比較敏感的建筑，接地電阻應(yīng)要求小一些;對(duì)于大部分工廠中的倉庫、壓縮機(jī)房、生產(chǎn)裝置等采用共用接地裝置時(shí)，其接地電阻不大于4 Ω即可，在部分土壤電阻率較高的地區(qū)，難以做到4 Ω時(shí)，可適當(dāng)放寬一些，并采取其他等電位連接的措施。

而對(duì)于民用建筑，不像工廠一般都配備有專業(yè)電氣維護(hù)人員和絕緣靴、橡膠手套等專業(yè)設(shè)備，用戶大多為不熟悉電氣安全的普通老百姓，在利用建筑物基礎(chǔ)作為接地裝置時(shí)，由于基礎(chǔ)體積大、鋼筋多，樁基也較深，而且位于地下的量大面廣的水泥也是導(dǎo)電的，容易實(shí)現(xiàn)較小的電阻接地，設(shè)計(jì)時(shí)可直接要求其共用接地電阻不大于l Ω。

3? ? 結(jié)語

工欲善其事，必先利其器。建筑電氣的接地設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及與電信、結(jié)構(gòu)、工藝等專業(yè)間的配合，電氣專業(yè)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分了解相關(guān)專業(yè)的需求及結(jié)構(gòu)的地基構(gòu)造，結(jié)合項(xiàng)目所在地的地勘情況，因地制宜，綜合考慮，使設(shè)計(jì)方案既符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，又滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性要求，從而確保各設(shè)備的長期正常可靠運(yùn)行及用電安全。

[參考文獻(xiàn)]

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[6] 石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50074—2014[S].

[7] 汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50156—2021[S].

[8] 交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T 50065—2011[S].

[9] 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50174—2017[S].

收稿日期：2021-10-18

作者簡介：劉吉松（1983—），男，河南人，工程師，主要從事建筑及化工領(lǐng)域電氣設(shè)計(jì)工作。