浅谈光缆交接箱接地体的设置

［丁为民 施华俊 王雪］

1 引言

按照GB 51158-2015《通信线路工程设计规范》（以下简称“规范”），光缆交接箱（以下简称“光交”）的接地电阻不得大于10 Ω。若满足这一要求，通常需采用多根垂直接地体和水平接地体焊接在一起接地，实施难度大，必要性却不高，在实际工程中也未得以很好地执行。由于规范中并未明确接地体的具体设置方法，现网中光交接地体设置的差异很大。而光交接地是工程质量检查的重点，光交接地体设置的不规范，也给工程质量的检查带来了不小的困扰。因此，有必要对光交接地体的设置进行探讨，明确光交接地体的设置方案。

2 接地体接地电阻的计算

光交接地体的设置主要包括：单根垂直接地体、单根水平接地体、两根接地体并联、综合接地体4 种型式。

2.1 单根垂直接地体接地电阻

单根垂直接地体主要采用单根地线棒或单根角钢，接地体垂直于地面，L>>d，如图1 所示。

图1 垂直接地体的示意

接地电阻可通过式1 计算。

公式1 中：

Rv：单根垂直接地体的接地电阻（Ω）

ρ：土壤电阻率（Ω•m）

L：垂直接地体的单根长度（m）

d：接地体的直径或等效直径（m），当接地体截面为等边角钢时，d=0.84 b（b 为角钢宽度：m）

根据式1，可计算出单根垂直接地体在不同土壤电阻率时的接地电阻（Ω），如表1 所示。

表1 单根垂直接地体的接地电阻（Ω）

2.2 水平接地体的接地电阻

水平接地体通常通常采用40 mm×4 mm 扁钢，水平接地体的接地电阻可通过式2 计算。

公式（2）中：

ρ：土壤电阻率（Ω•m）；

L：水平接地体的总长度（m）；

h：水平接地体的埋设深度（m）；

d：接地体的等效直径（m），当接地体为扁钢时，d=0.5 b（b为扁钢宽度：m）；

A：水平接地极的形状系数，扁钢为-0.6，地线棒为0.48。

根据式2，可计算出单根接地体水平埋设在交接箱基座下时的接地电阻（Ω），如表2 所示。

表2 单根水平接地体的接地电阻（Ω）

2.3 接地体并联时的接地电阻

为减小接地装置的接地电阻，可采用接地体并联的方式。例如，可采用两根地线棒并联垂直接地（如图2 所示），或将40 mm×4 mm 扁钢折成“匚”型水平接地。

图2 两根地线棒并联接地的示意

接地体并联时的接地电阻按式3 计算。

公式（3）中：

Rs：单根接地体的接地电阻（Ω）；

Rd：两根接地体并联的接地电阻（Ω）；

η：利用系数；接地体间距离为接地体高度1 倍和2 倍时，利用系数分别为0.85 和0.9。

据此可计算出光交采用接地体并联接地时的接地电阻（Ω，η=0.85 时），如表3 所示。

表3 接地体并联接地时的接地电阻（Ω）

2.4 综合接地体的接地电阻计算

2.4.1 综合接地体的组成

综合接地体通常由多根垂直接地体和连接垂直接地体的水平接地体构成。根据GB 50689-2011《通信局（站）防雷与接地设计规范》的要求，综合接地体的垂直接地体可采用长度为2.5 m的50 mm×50 mm×5 mm热镀锌角钢，2 根角钢的间距不小于5 m；水平接地体可采用40 mm×4 mm 热镀锌扁钢；接地体的埋深应不小于0.7 m。由于综合接地体的建设成本高，实施难度大，光交不太可能采用较复杂的综合接地体，故本文仅测算由2 根垂直角钢和1根扁钢组成的综合接地体接地电阻。

由2 根垂直角钢和1 根扁钢组成的综合接地体如图3所示。

图3 光交采用综合接地体的示意

2.4.2 综合接地体的接地电阻

由2 根垂直接地体和1 根水平接地体组成的综合接地体接地电阻可通过式4 计算。

公式（4）中：

Rv：垂直接地体的接地电阻，如表1 所示；

Rh：水平接地体的接地电阻，可通过式2 计算；

ηh：垂直接地体的利用系数，当垂直接地体间距为其高度2 倍时，取0.9；

ηv：水平接地体的利用系数，当垂直接地体间距为其高度2 倍时，取0.93。

根据式4，可计算出图3 中综合接地体的接地电阻（Ω），如表4 所示。

表4 综合接地体的接地电阻（Ω）

3 光交接地体设置方案分析

3.1 光交接地电阻现状

分别在东部某省的城市C和城市H各选取了5个光交，测试了光交接地体的接地电阻，如表5 所示。

表5 部分光交的接地电阻

由于成端在光交的光缆并不都能做到对地绝缘，所以，即使光交未设置接地体，其接地电阻也不是无穷大。除城市C 的光交5 外，以上其它光交的接地体均为单根φ12×1 000 的地线棒，接地电阻的变化范围为：25.6 Ω～ 188.0 Ω 之间。

3.2 土质对接地电阻的影响

从表1～4 可看出，接地体的接地电阻与土壤电阻率成正比，不同土壤的电阻率变化范围如表6 所示。

表6 不同土壤的电阻率变化范围

由于土壤电阻率除了与土壤类别相关，还和地下金属管线分布等因素相关，所以，在同一城市的不同地点，相同接地体的接地电阻还是有很大区别。根据表1 可以看出，城市C 和城市H 的土壤电阻率的大致变动范围约为30 Ω·m～ 200 Ω·m。

但表6 的土质与通信建设工程中的土质划分并不对应。为便于操作，可笼统地将电信工程中的土质划分成“普通土、硬土”和“砂砾土、软石”两档，“普通土、硬土”对应表6 中电阻值近似值从10 Ω·m～ 200 Ω·m 的各种土质，“砂砾土、软石”对应表6 中电阻值近似值大于200 Ω·m 的各种土质。根据表5 中光交接地电阻的现状，接地体的接地电阻按尽量不超过200 Ω来考虑是合适的。

3.3 接地体设置的其他考虑因素

接地体的接地电阻还和敷设方式和截面形状有关。从表1 和表2 的结果可以看出，相同接地体在垂直接地时接地电阻更小，40 mm×4 mm 扁钢水平接地的电阻要小于相同长度的接地棒垂直接地。40 mm×4 mm 扁钢直接水平埋设于光交基座下，或采用接地棒垂直接地均容易实施，但因注意有些地线棒上没有与接地线的连接孔，不便于与接地线连接的问题。

4 总结与建议

从以上计算结果可以看出，要使光交的接地电阻满足规范的要求，通常需采用由多根长2.5 m 的垂直接地体和水平接地体组成的综合接地体进行接地，接地体的实施难度和造价相对于光交建设来说显然过大。从当前光交接地体接地电阻的现状来看，弱化光交接地体的接地电阻要求是可行的。为便于工程中光交接地体的实施，指导光交接地体的设置，对光交接地体的设置建议如下：

（1）接地体宜采用40 mm×4 mm镀锌扁钢水平埋设于交接箱基座下；当土质为普通土、硬土时，镀锌扁钢的长度宜为1.0 m；当土质为砂砾土、软石时，镀锌扁钢的长度宜为3.0 m，并折成“匚”字型；镀锌扁钢上应钻1～2 个φ10 的接地线连接孔。

（2）也可采用接地棒作为接地体，接地棒的长度应不小于1.0 m；当土质为普通土、硬土时采用1 根地线棒；当土质为砂砾土、软石时采用2 根地线棒，地线棒的间距应大于地线棒的长度。