浅析电气设计中降低接地电阻的方法

［摘要］文章简述电气设计中接地电阻的的种类和要求，介绍降低接地电阻的不同方法，提供如何根据现场具体情况，合理选择接地方法，达到降低接地电阻的目的。做好防雷设计，首先就要做好接地设计，充分合理地采用先进的接地技术，就能达到事半功倍的目的。

［关键词］接地；防雷；接地电阻；接地体；接地装置

［作者简介］高明，中国有色集团（广西）平桂飞碟股份有限公司、贺州市平桂设计院有限责任公司，广西贺州，542601

［中图分类号］ TM645 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-7723（2012）04-0054-0003 在建筑电气设计中，低压配电系统接地型式有三种，在选择系统接地型式时，应根据系统安全保护所具备的条件，并结合工程实际情况，确定其中的一种。

在不同的场合就要用不同的接地措施来保障设备的正常工作和维护人员及设备的安全。

特别是在防直击雷接地设计方面，应该因地制宜地采取防雷措施，根据防雷的分类等级，设计好防雷接地措施。而接地的妥当与否,直接关系到人身和财产安全，因此，做到安全可靠、技术先进、经济合理，符合规范规定的要求，是每一个设计人员设计的首要保证。

接地装置是指接地体以及由接地体引到电气及电子设备上的连接导线统称。

接地电阻是接地装置技术要求中最基本的技术指标。在民用建筑设计上，不同的建筑物对接地有不同的要求，在一般住宅的设计中，联合接地电阻值不大于4欧姆，大型的公共建筑并具有信息等接地要求的，则接地电阻值的要求不大于1欧姆。因此，要做好接地电阻的设计，首先就要了解接地电阻的组成，接地电阻是由以下几部分电阻之和：（1）土壤电阻；（2）土壤和接地体之间的接触电阻，接地体本身的电阻；（3）接地体引线的电阻等。接地电阻主要由土壤电阻率及接地装置的结构来决定。

一、降低接地网电阻的方法

（一）加大接地网面积

当接地网面积增大1倍时，接地电阻减小29.3%。工频接地电阻经验计算公式如下：

R＝■+■≈■

式中Ｌ——接地体的总长度（包括水平与垂直长度）m

P——土壤电阻率?赘.m

S——接地网的面积m2

上式的0.443ρ／■是面积为S的铁板置于地面的接地电阻，ρ／L是考虑到实际地网不是铁板而引入的修正项，它比前一项小得多。可见当土壤电阻率ρ一定时，接地网的接地电阻基本上由接地网的面积决定，接地网面积增大时，接地电阻就会减小。但是，在高电阻率地区及接地网建设面积受限制的工程中，工程设计就不宜采用此种方法。

（二）利用自然接地体

在民用建筑的结构设计工程中，特别是框架结构的地梁或框架柱一般都理在比较深的地下，充分利用混凝土结构中的柱、钢筋网、金属构造以及金属管道等做联合自然接地体，就可以减小接地电阻，降低成本，达到均衡电位接地的目的。自然接地体，对减小接地电阻起到了良好的作用，但也有不足之处：当雷电流流过钢筋时因发热而使钢筋温度升高，致使水泥和钢筋的结合力显著减少，从而降低了钢筋混凝土的强度。因此，利用基础结构钢筋做接地时要进行强度和形变验算，接地面积要符合《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010相关条款的要求。

（三）敷设人工接地体

在山丘地区，设计所需接地电阻值要求较小而在原地又达不到时，如果附近有水源或者电阻系数低的土壤，就可以利用该处制作接地极或敷设水下接地网，然后再利用接地线（如热镀锌扁钢或热镀锌圆钢）引接过来作为外引式接地。但应注意，外引长度不应大于有效长度；外引接地装置最好要避开人行通道，如果不能避开人行通道，则水平接地体局部应包绝缘物，可采用50～80mm厚的沥青层，以防跨步电压触电；穿过公路时，外引连接线的埋深应大于等于0.8m。如果是在建筑物的四周，还必须离开建筑物散水3m的地方，来敷设引外接地体。这样就能达到减小接地电阻的目的。

（四）深理接地体

在土壤电阻系数较高或多石的岩盘地区，可以深理接地体，减小接地电阻。采用的垂直接地体长度，视地质条件，一般为5~10m，再长时则效果不明显且给施工也带来困难。不同直径的圆钢对接地电阻值的影响很小，接地体通常采用Φ20~75mm的圆钢。这种方法适用于建筑物拥挤或敷设接地网的区域狭窄等场合，区域狭窄场或建筑物拥挤的地方，采用传统方法很难找到埋设接地极的适当位置，且安全距离无法保证。虽可通过在接地体上覆盖沥青绝缘层等措施来保证安全，但增加了施工工作量和装设成本。深埋法对含砂土壤最为有效，因其含砂层大都处在3m以内的表面层，而地层深处的土壤电阻系数较低。施工时，可采用Φ50mm及以上的小型人工螺旋钻或钻机打孔。在打出的孔穴中埋设Φ20~75mm圆钢接地体，再灌入碳粉浆（用碳纤维拌水浆）或泥浆。最后将同样处理的数个接地体并联，就组合成一个完整的接地体。采用这种方法施工，受季节影响较小，接地体可获得稳定的接地电阻值。同时，由于接地体深埋，使跨步电压显著减小，保障了人身的安全。并且，该方法施工方便，成本不高，效果显著。

（五）利用降阻剂减少接地电阻

在大地电阻率较大的砂质、岩盘等土壤中，为了满足低接地电阻的要求，常采用由多个接地体并联组成的接地网。那么需要用的钢铁材料就多，而且接地面积甚大，要达到所要求的接地电阻就会有一定的困难。虽然降低接地电阻的方法有很多，以前常用的如：将食盐埋入接地网的土地中，此法虽能降阻，但不能长效，因为食盐极易溶于水，会随地下水或雨水流失：换土法，即用电阻率较低的土壤（如粘土、黑土等）替换限值较高的土壤；或采用化学处理的方法，用炉渣、木炭、氮肥渣、石灰、电石渣等埋入接地体周围来降低接地电阻，以达到节约钢材的目的。但化学物具有腐蚀性，易流失、阻值不稳定，效果不理想。现在，在大地电阻率较大的砂质、岩盘等土壤中，设计常采用的是长效降阻剂，它是高分子材料、电介质和适量的水合成，粘度低，流动性大，渗透力强，凝固后与接地极成为一体并与土壤紧密连接，在地中形成树枝状导电胶体而产生“树枝效应”。它具有导电性能好、不腐蚀电极，不易流失，接地电阻值随降阻剂半径的增大而减小。使用长效降阻剂，具有现场动土少、施工简单、占地小、省钢材、投资低、见效快、效果显著（可降阻40%~60%）等优点。

二、降低接地电阻不同方法在设计实际当中的应用举例

（一）等电位均压接地网接地

在西南地区，山石突兀，大多数是寸草不生的岩石，在做贺州市联通基站设计时，就发现基站建立在突兀的山顶上，既无水也少土，接地电阻值要小于1欧姆，况且，这些地方属于多雷地区。针对这种情况，在设计中，采用建立等电位均压接地网接地，填入民生一富兰克林降阻剂来降低地网电阻值。实际做法是，先计算出它的地网面积，再利用山上的岩石缝做沟槽，掏出沟槽内的泥土，不够宽深的部位可以人工修整，在沟槽内放入不小于12的热镀锌圆钢，填入民生一富兰克林降阻剂，再把掏出的泥土填实在里面，表面用混凝土封好。整个接地网施工完成后经测试，接地电阻达到0.8欧，满足了设计规范要求。

（二）CT机设备接地

该设备接地为独立接地网，要求接地电阻值为0.8欧姆。

要求接地电阻达到设备厂方的接地要求；接地电阻稳定可靠，不受天气干燥或季节的变化影响；地网使用年限在30年以上。

为使接地降阻效果明显，接地电阻稳定可靠，真正达到设计使用要求的寿命年限，采用Fluxion电解离子接地极作为接地施工主要材料，水平连线及引上线、等电位连线均采用95mm2铜包钢绞线，所有的连接点采用TECHWELL放热焊接方式连接。

设计方案：

1.地网施工

在施工区域选取8个点，每个点相距20m，破开水泥面钻直径为160mm深度为61.5m的8个孔；每个孔放入20套电极，孔之间挖深0.8m，0.4m宽的小沟道以便连接电极，形成地网回路，连接线采用铜包钢绞线（引出线可以采用95mm铜包钢绞线。电极、引出线采用太科火泥熔接焊粉及其专用模具焊接牢固）。

（1）钻深井

在楼下空地中钻井，井中植入安装Fluxion电解离子接地电极，井深16.5m，距离15m，井直径16cm。

（2）植入接地极

1）拆开接地电极两端密封离子释放孔的密封带（切勿忘记！）；

2）将接地极接拨好后植入沟槽中，接好引出线；

3）多根电极组网，需要将电极与水平连接线焊接牢固，并测量确认无误；

4）灌注专用离子填充料。将专用离子填充料与水按照规定比例1∶0.7进行混合，搅拌至糊状。将填充剂灌注在深井中的接地极周围，注意在灌注时一定要灌注密实，不允许有空气或缝隙存在孔洞中。

5）挖沟槽

在深井之间横向挖宽400mm，上宽下窄，深度不少于70cm的沟槽。

2.植入接地极

（1）深井之间的连线焊接。将深井之间的电极采用95mm2铜包钢绞线及放热焊接方式连接。

（2）水平连线周围施放降阻剂。在焊接好的水平连线周围施放降阻剂，每米施放20kg。

（3）回填土壤。检查地网各处是否已经焊接好，引出线等是否引出，如果各项工作均已确认无误，将原来挖出的土壤回填回去。回填时，土壤中有石块、木棍等不良导体要清除，封土时，回填土要夯实。

（4）实际测量接地电阻为0.28欧姆，满足设备厂家的要求。

接地工程示意图：

实践证明，电气设计人员掌握好不同的降低接地电阻值的方法，在工作中就能灵活地运用一种或多种降低接地电阻值的方法，设计出实用、简洁、合理并能满足于规范要求的图纸，为人员和人民的生命财产提供了安全保证，就能更好地为社会主义现代化建设服务。

［参考文献］

［1］建筑物防雷设计规范GB 50057-2010［S］.

［2］电气装置安装工程接地装置施工及设计规范. GB50169－92［S］.

［3］电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南.GJB/Z25-91［S］.

［4］民用建筑电气设计规范JGJ16-2008［S］.