接地工程

概述

不同的行業，不同的地域使用的接地材料也不盡相同，目前市場上使用率最高的接地材料還是金屬材料，主要有銅板、角鋼和扁鋼等；但是由於接地環境的不同和用戶需求也不盡相同。在有些環境和情況下是不適合使用金屬接地材料的，例如在高腐蝕土壤中金屬接地材料在很短的時間就被腐蝕而喪失接地的功能。不同的接地材料有著不同的特點，根據其特點結合環境使用是接地工程前期應該考慮的問題。

接地材料的種類

1、金屬接地材料

從80年代末到現在佔領接地材料榜首的仍然是金屬接地材料（這裡主要指銅材和鋼材），由於其具備良好的導電性和經濟性是接地工程中最重要的材料之一，但是由於金屬材料存在腐蝕問題，對接地電阻的影響也比較大，是安全生產中的一個大的隱患，這個問題一直困擾著用戶。一般在電信系統中早期的地網每四年就重新改造一次，起主要原因就是因為金屬材料的 腐蝕問題，而在鹽鹼地區往往一兩年就要重新改造。而近年生產資料價格猛漲造成接地成本增加，使得金屬接地材料的缺點逐漸突顯；

2、非金屬接地材料

非金屬接地材料是目前行業里新生的一種金屬接地體的替換產品，由於其特有的抗腐蝕性能和良好的導電性和較高的性價比被廣大用戶所接受。目前非金屬接地產品主要是以石墨為主要材料，根據製作工藝不同主要有壓制和燒制兩種；第一種是普通壓制產品是石墨粉與導電水泥按照一定比例混合后，經過壓力壓縮定型后加少量水來達到整體固化，導電水泥起到增加整體強度的作用；這種工藝一般採用金屬通心的連接方式，即把金屬直接貫穿到兩端作為接地體的連接電極，同時也起到骨架的作用，這樣主要是利用金屬的高通流能力。壓制非金屬接地的產品存在著很大的問題，其一是石墨體與金屬電極的連接問題，由於壓制后的石墨整體與金屬材料之間的結合性不是很好，出現石墨整體與金屬材料互相分離的現象，這對故障電流通過接地體擴散到土壤當中起著阻礙作用；第二，壓制的產品整體強度性差，在施工的過程當中很容易破碎，在運輸過程中更得小心謹慎。所以在施工運輸應特別注意，壓制產品吸水性較好，但是由於是少量導電水泥的作用時間長后（放到地下后）很快就粉蝕了，接地提體的整體性可想而知，第三，壓制石墨體與金屬電極之間的體電阻一般都不不低於3-5歐姆，如果石墨體與金屬電極之間因為某種原因分離的話，其石墨體與金屬電極之間電阻更是不可想象，但壓制石墨接地體的生產工藝非常簡單，在者其材料成本比較低廉，但不能因為其價格的因素而忽略了其性能和使用壽命，所以一般環境下不建議用壓制的非金屬接地體；第二種是燒制的膨脹石墨非金屬接地體是採用純度在99%以上的鱗片石墨，經水洗、酸洗、烘乾等數道工序后，經高溫使其膨脹自身體積50倍以上的石墨蠕蟲，這時石墨經氧化插層、高溫膨脹，而使層間裂解形成具有發達孔結構的膨脹石墨蠕蟲體，其表面及內部孔結構非常發達，表面積可達50～200m2/g。它發達的網狀孔結構，經分析結果表明，膨脹石墨蠕蟲體表面形成了豐富的多邊形網狀孔結構，其孔徑大小不等，主要分佈範圍為1～3μm。，在經高壓定型製成膨脹石墨非金屬接地體毛坯，這時的石墨體由於其發達的網狀孔結構，經高壓使每個蠕蟲相互進入其自身非常發達的網狀孔中，其相互已經為分子間的聯接，所以膨脹石墨非金屬接地體不需要用粘接劑來使用使石墨粘在一起的，每個石墨蠕蟲聯接的表面積已是最大化，石墨經膨脹后，不僅保留了天然鱗片石墨材料所固有的耐高、低溫，耐酸、鹼 腐蝕，導熱，導電，自潤滑和抗輻射等諸多優點，而且其特殊的網路狀孔結構，還賦予它良好的壓縮性、回彈性、低應力高鬆弛率、高吸水、吸油性，以及熱、電導能力的高度異向性等許多獨特的功能，其導電性也過到最大化，電阻率可達16.465*10-6Ω.m，產品長度直流電阻為50 mΩ（相當於銅的導電性），在通過不低於1000度的高溫，不少於150小時的焙燒，去掉膨脹石墨體中最後剩餘殘存少量雜質，同時其結合更加牢固，其搞壓強度不低於5.8Mpa，大減低產品在運輸和施工過程中的難度。它特有的內部網狀孔結構，使它有著很好的吸水和保濕性能，還有石墨本身良好的穩定性、抗腐蝕性、導電性、抗老化性、自身低電阻特性更是其它材料無法替代的，由於其本身對環境敏感度非常低，幾乎不受外界因素的影響，所以接地電阻值能夠在相當長的時間內保持不變的，這是傳統接地材料無法比擬的，這對地網每年維護的好處是不言面喻的，石墨基本結構就是碳，它對環境沒有任何污染，所以這種原料的產品屬於環保型產品。

高山地區的地網製作工藝

一般高山地區都是地網製作的難點，本文採用的是造井接地的方法；（主要針對岩石層面）高山一般多岩石，在岩石上做地網並不是不可能的事情。在地表土層下採用鑽孔方式打孔φ200*2000-3000mm（視環境而定），底部採用爆破方式搗碎地層岩石形成縫隙，澆注填充劑垂直放入非金屬接地體（燒結型），之後加入高分子降阻劑后適當加水，在加水下沉3-4小時后加入無水狀態的高分子降阻劑和適量填充劑后在距地表土層800mm處夯實，至此垂直接地體敷設完畢，開始敷設水平接地網；水平地網採用35平方以上銅纜撥皮后適當塗刷導電膠並在距地表500毫米處做水平地網線槽，線槽寬為200毫米，在線槽上施放無水狀態高分子降阻劑和適量填充劑將刷好導電膠的電纜按照網格形狀敷設好后埋土夯實；接地網的接地距離可以按照1.5*1.5/3.0*3.0m的距離敷設，每個十字型交叉點作為一個垂直接地體的連接點，最後把地網表層用細土填埋。

鹽鹼風化石等地質條件下的地網製作

鹽鹼地區的土壤中含有較高的腐蝕性物質，所以在一般這種環境下是不採用金屬材料作為接地體的，非金屬材料非常適合在這裡使用，這裡介紹膨脹石墨體在鹽鹼風化石地質的埋植方法。風化石類的地質條件一類主要是由完全是風化石，另一類是由風化石和巨大花崗石混合物組成，土榱電阻率都在2000歐米以上，在這樣的條件下製作地網是非常困難的，工人施工難度陡然增大，有很多同行對此望而卻步。在這裡我給大家介紹改善施工難度的方法，在施工前把要開挖澆灌充足的水，由於風化石組織結構較疏鬆，水分能滲透風化石內部當中，最好讓其泡12小時以上，這時風化石強度只相當於沙子被壓實的狀態，很容易施工的，這時在挖深1.2米寬0.2米的溝槽，如遇到巨大花崗石可繞過其安裝，這時在安裝膨脹石墨接地體水平放置，外面包裹填充劑，接地體之間用扁鋼連接，節點防腐處理，只需十數塊膨脹石墨接地體就可達到技術要求。注意回填土最好使用細黑土，如無條件也可使用挖出來的風化石，但一定要注意在剛回填的時候不要用大塊的風化石，盡量用細小的風化石土，一定要分層夯實。還有一類情況是土壤表面為10厘米厚的黑土，而在黑土下面完全是顆粒差不多的大小的鐵板砂，這是製作地網非常頭痛的事，把表層的黑土去掉，挖開下面的鐵板砂，每個接地極挖1.5米深的坑，這時每個坑由於鐵板砂的鬆散性很容易塌方的，如有擋板擋住周圍的鐵板砂最好，若無有擋板把坑挖的大一些即可，這時在坑的底部垂直於地面打一根長1.5-2米直徑φ30毫米的鍍鋅鐵管，在鬆散的鐵板砂上施工是很容易的，在在安裝好的鐵管上垂直連接膨脹石墨接地體，在距地表0.5米處作橫向扁鐵連接，十字交叉點想互連接，節點防腐處理，直接回填鐵板砂即可，接電阻值都可滿足使用要求。

特殊環境下的接地體製作

在一些海邊會一些特殊的接地需要，這是可以採用非金屬接地棒製作活動的接地裝置，由於非金屬接地體具有較高的抗腐蝕性所以非常適合在海邊使用，在青島某海軍的使用效果看，膨脹形非金屬石墨體在浸入海水完全吸水后，比角鋼放置海水中的效果高7倍。一隻角鋼放置海水中20m的電阻是7-8Ω，膨脹石墨的接地電阻達到0.6-1.0Ω；經過半年多的使用，反饋效果良好。

小結

因地制宜的設計方案通常，防雷接地的接地電阻是10 Ω，實際上有弱電設備的感應防雷都要求4 Ω 或1 Ω 的接地電阻。需要特別指出的是：土壤電阻率是隨季節變化的，規範所要求的接地電阻只是接地電阻的最大許可值，而實際地網的接地電阻應該是：

R = Rmax/ ω式中： Rmax 為接地電阻最大值，即前述的10 Ω、4 Ω或1 Ω； ω是季節因數，根據地區和工程性質取值，常用值為1. 45。因此，對應前述的10 Ω、4 Ω、1 Ω，接地電阻實際應是6. 9 Ω、2. 75 Ω、0. 65 Ω。按此電阻施工的地網才是合乎規範要求的，在土壤電阻率最高時（常為冬季）也能滿足設計要求。接地工程本身的特點決定了周圍環境對工程效果有決定性的影響，脫離了工程所在地的具體情況設計接地工程是不可行的，設計的優劣取決於對當地土壤環境的諸多因素的綜合考慮。土壤電阻率、土層結構、含水情況、季節因數、氣候和可施工面積等因素都會影響接地網的形狀、大小、工藝材料的選擇。

接地網的防腐處理是直接影響地網接地效果和有效接地壽命的關鍵，接地網的防腐主要取決於以下幾個因素：1）接地體材料選擇2）地質條件因素3）採用的防腐措施

不同的接地材料有效的抗腐蝕能力也不同，從理論上講，多數有色金屬如銅、鋁、鉛、鋅都具有較好的抗腐蝕能力，其中銅和鉛在接地材料中用得較多。但是直接用有色金屬作接地體也有不足之處。其一價格昂貴，成本提高；其二鋼性不夠，施工困難。解決剛性不夠的唯一方法又得增大截面積。據計算，接地體的直徑增加30%，截面積可增大70%；直徑增加50%，截面積可增加125%，也就是要多耗70%～125%的有色金屬。這無疑又使一次性投入成本成倍地增加。有資料報道，美國等地大都採用銅作接地體，雖然使用壽命提高了1－2倍，但成本卻增加了5－6倍。（主要使用銅包鋼接地棒）所以在一般環境下非金屬接地材料是最好的金屬材料替代品。銅包鋼這種新型產品有很多生產商說其產品防腐等性能優良，我有一些疑問。其一是防腐的問題，在銅包鋼施工的過程中，產品是垂直於地面打進土壤中的，大家都知道銅是較軟的，而土壤中的情況又千差萬別的，銅包鋼進入土壤中，表面的銅很容易被划傷的，划傷后的產品會露出內部的鋼鐵的，二種不同的金屬在土壤中會加速其腐蝕的，不知道這個問題如何解決。其二是銅包鋼接地電阻值的問題，銅包鋼是一節一節相互連接的，每節之間的連接用的是連接器，連接器的直徑要比銅包鋼產品直徑大，這時第一節打入地面后，打入第二節由於連接器的直徑比銅包鋼產品直徑大，第二節以上的產品是不會與土壤接觸的，至少不會完全接觸的，接觸的是連接器，這對接地電阻值是有影響的。其三是銅包鋼本身電阻的問題，國內銅包鋼的生產廠家是採用鋼桿穿入銅管中，然後拉長銅管，讓其管徑縮小使其附在鋼桿上，為了讓鋼桿順利地穿入銅管當中，生產過程中會在鋼桿的外壁和銅管的內壁塗抹大量的潤滑油，拉伸銅管后大部分潤滑油被擠出。但是還是有少量的潤滑油殘存在裡面的，而這點殘存會在鋼桿與銅管之間形成很薄的油膜，這層油膜是絕緣的同時油也會分解成酸性物質從內部腐蝕鋼棒，所以既影響本身的電阻又影響故障電流順利地通過它散流到土壤中。

地質條件決定所選用的接地材料：離子接地棒適合在城市不具備施工空間的地方使用，例如城市建築群等；而對於山地條件則比較適合使用非金屬接地棒，由於在山野離子棒自身的吸水性並不能滿足自身穩定接地電阻的需要常常需要增加鹽類，而岩石環境又是失水環境，所以這種環境下就應該選用吸水性好的有具有較高強度的非金屬接地棒作為接地體，同時在野外也要考慮使用離子接地棒的可能的丟失問題；在一般土壤環境比較適合使用壓制的非金屬接地體，和金屬接地體，所以根據環境不同採用不同的材料作為接地體也是延長有效接地壽命的方法；

採用不同的接地保護方法也是關鍵的問題，對於金屬材料的地網往往採用犧牲陽極陰極保護法是一種電化學保護方法，就是將被保護金屬和一種可以提供陰極保護電流的金屬或合金（即陽極）相連，使被保護體極化以降低腐蝕速率的方法。在被保護金屬與犧牲陽級所形成的大地電池中，被保護金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負於被保護金屬體的電位值，在保護電池中是陽極，被腐蝕消耗，故稱之為“犧牲”陽極，從而達到對陰極（被保護金屬體）保護的目的。這裡所常用的“犧牲陽極”的材料通常是高純鎂及鎂合金、高純鋅及鋅合金、鋁合金等。

犧牲陽極陰極保護法，在中國常用於長距離的地下輸油管道的防腐技術中，近幾年也有引進用於變電站的接地網的防腐技術中。由於此種方法需要每隔數年開挖檢查，對“犧牲”的陽極要進行更換，故在電力系統中的推廣存在著一定的局限性。是將電位更負的金屬與被保護金屬連接，並處於同一電解質中，使該金屬上的電子轉移到被保護金屬上去，使整個被保護金屬處於一個較負的相同的電位下。

把接地作好是很關鍵的一件事，這也是複雜的系統工程，在不同的條件下選用適合該地區的接地材料，在的限的的資金情況下，作好一個合格的地網不僅要考慮資金的因素更要考慮性能因素，比如使用金屬材料的傳統接地，在工程造價上可能不會太高的，但是它的使用壽命短，使用非金屬接地體要比金屬材料的傳統接地高一些，但其使用壽命要比傳統接地的壽命高出好幾倍，根據其壽命傳統接地平均每年造價不低於3-4千元，而非金屬接地體根據其壽命平均每年造價不高於3-4百元，這還不包括因地網不合格改造的的工程費用，這些都是應該在選擇接地材料時加以考慮的。在現代隨著微電子技術的迅猛發展，它對環境要求也越來越高，有一個很小的流涌就可以使設備損壞，人們對接地系統的重視程度也逐步提高，接地作的好與壞直接關係到設備能否正常運行，是否有安全隱患的大問題.

接地的概念

《美國國家電氣法規》NEC第100節對“接地”一詞定義如下：電氣迴路或設備與大地，或與代替大地的導體之間的導電的連接，可以是有意的連接，也可以是無意的連接。

在配電迴路或分支迴路里，所有的迴路和設備都通過導電連接來互相連通，從而減少它們之間的電位差，或將電位差限制到最小值。

在上述定義里，術語“地”是個關鍵。接地的主要目的就是保證電氣安全。在電擊防護和為接地故障電流提供返回電源通路方面接地是很重要的。這兩個問題都可將迴路和地之間加以連接來解決。

通常將一接地棒打入地內就算與大地相連接了。對於一個建築物的配電系統，可在靠近電源進線處打一接地棒來接地。

將迴路導線與地連接（Ground)或將設備接地（Grounding)可起到如下作用：

(1) 提供設備與近處金屬物體間的低阻抗連接，以減少人身電擊危險；

(2) 給接地故障電流提供返回電源的低阻抗通路，使熔斷器或斷路器得以動作；

(3) 給雷電感應電流提供低阻抗的對地泄放通路；

(4) 給靜電電荷提供對地泄放通路，以防產生電火花或電弧。

地網簡介

接地是避雷技術最重要的環節，不管是直擊雷，感應雷或其它形式的雷，都將通過接地裝置導入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置，就不能有效地防雷。從避雷的角度講，把接閃器與大地做良好的電氣連接的裝置稱為接地裝置。接地裝置的作用是把雷電對接閃器閃擊的電荷儘快地泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和。

目前，國際國內防雷理論和工程界比較流行共用接地和等電位連接：

(1) 共用接地就是把同一建築物內的許多不同性質的接地裝置如防雷地、電氣安全接地、交流電源工作地、通信及計算機直流地統統地連接在一起，使之成為一個等電位體；

(2) 等電位連接是把建築物內及附近的所有金屬物，如混凝土內的鋼筋，自來水管

、煤氣管及其它金屬管道、電力系統的零線等用電氣連接的方法連接起來（焊接或者可靠的電氣連接），使整座建築物成為一個良好的等電位體。當雷電來襲時，由於建築物內部及其附近基本上做到等電位，因而不會發生建築物內部的設備被高電位反擊和人被雷擊的事故。

由於採用了等電位連接，對建築物接地電阻的要求可以放寬。這一點對乾旱、沙漠等土壤電阻率高的地區尤為重要。

所以，在地網設計時應遵循以下原則：

(1) 盡量採用建築物地基的鋼筋和自然金屬接地物統一連接地來作為接地網；

(2) 盡量以自然接地物為基礎，輔以人工接地體補充，外形儘可能採用閉合環形；

(3) 應採用統一接地網，用一點接地的方式接地。

土壤電阻率和接地電阻

地網的效果取決於地網與大地之間的電阻。實踐表明，土壤含水量增加時，電阻率急劇下降。當土壤含水量增加到20～25%時，土壤電阻率將保持穩定。土壤電阻率與土壤的結構（如黑土、粘土和沙土等）、土質的緊密度、濕度、溫度等，以及土壤中含有可溶性的電解質有關。影響土壤電阻率的最重要因素是濕度。另外土壤電阻率也受溫度的影響。

計算防雷接地裝置時，應取雷雨季節中無雨水時最大的土壤電阻率，一般按下式計算：

ρ=ρ0ф

R=R0ф

式中：

ρ——土壤電阻率

ρ0——雨季中無雨時所測的的土壤電阻率

ф——考慮土壤乾燥所取得季節係數

R——接地裝置的接地電阻

接地電阻又稱散流電阻，它與接地體的形狀、尺寸、安裝方法和土壤電阻率有關。在一定範圍內，接地體的長度越長，它的接地電阻越小。工程上垂直接地體多選用1.5～

3米，並常採用下式作為接地電阻的簡易計算公式：

垂直式：R=0.3ρ

單根水平式：R=0.03ρ

式中ρ為土壤電阻率

接地系統的施工

4.1 埋設接地體的要求

埋設接地體的地點應選擇在潮濕、土壤電阻率較低的地方，這樣比較容易滿足接地電阻要求。從安全的角度考慮，應盡量放在人們走不到的地方，避免跨步電壓的危害。同時還應注意使接地體與金屬物或電纜之間保持一定距離，以免發生擊穿事故。

4.2 接地電阻的測試

接地裝置的電阻由下面四部分組成：

(1) 接地體與接閃器間的連線電阻；

(2) 接地體本身的電阻；

(3) 接地體與土壤的接觸電阻；

(4) 當電流流入土壤后，土壤的電阻。

其中第四項為主要部分。當電流從接地體流向土壤並向各方面擴散時，離接地體越近，則電流密度越大，電流梯度越大。

測量接地電阻的方法不一，但大致可分為：

(1)電流表－電壓表法；

(2)接地電阻測量儀測量法；

(3)電流表電力表法；

(4)電橋法。

測量時應當注意：

(1) 被測接地體、電壓輔助地極、電流輔助地極之間的距離應符合相關要求；

(2) 所用的連接線的截面積一般不小於1.5mm2，在應用各種專用儀器時，與被測接地體相聯的導線電阻不應大於接地體接地電阻的3%。各種引線應與地絕緣；? (3) 儀器的電壓輔助地極引線與電流輔助地極引線之間的距離不應少於1m，以免自身發生干擾； (4) 應反覆在不同的方向測量3～4次，取其平均值。

防雷接地裝置的驗收和維護

為了使建築物的防雷裝置具有可靠的保護作用，不僅要有合理的設計和正確的施工

，還要有明確和合理的驗收和維護制度。因為防雷接地裝置如果不符合前述規定的條件

，它不僅不能起到防雷保護作用，有時還會使建築物及內部的電子設備處於危險的境地。

工程竣工后，應組織業主單位、設計單位、施工單位共同進行驗收。

驗收前需提交下列文件：所有原設計施工圖紙、施工階段的修改圖紙、隱蔽工程的驗收記錄、接地裝置的接地電阻測量記錄，然後按照下述項目進行驗收：

檢查總的導電系統是否按照圖紙要求施工。

(1) 根據國家工程質量檢驗評定標準，避雷及接地裝置驗收標準規定；

(2) 接地電阻必須符合國家標準。驗收時要求逐組檢查，測試並做好記錄；

(3) 接地線安裝：

接地線應平直、牢固，不應有高低起伏，非拐彎處不應有彎曲現象。沿建築物或構築物的距離應一致。跨越伸縮縫和沉降縫應有補償器。

檢查數量：抽查3～5處。

檢查方法：用手扳動和觀察檢查。

(4) 接地線連接：

檢查數量：抽查3～5處。

檢查內容：焊接連接的焊縫平整、不應有裂紋、氣孔等缺陷。螺栓連接應緊密牢固。

檢驗方法：用放大鏡、手扳動和觀察檢查。

(5) 接地體安裝：

質量要求：應牢固，位置正確。

檢查數量：全部檢查。

檢查方法：檢查隱蔽工程並做驗收記錄。

經上述檢查后應作出明確驗收鑒定記錄。