.PAGE.接地參考資料第一章、接地歷史和接地分類21.1、接地歷史21.2、接地的分類31.3、聯(lián)合接地方式6第二章、接地裝置72.1、接地裝置工作原理72.2、接地裝置結(jié)構(gòu)82.3、等電位連接與共用接地裝置112.4、接地裝置的使用須知12第三章、土壤電阻率和接地電阻143.1、土壤電阻率143.2、接地電阻173.3、接地電阻的計(jì)算193.4、高電阻率土壤的改良24第四章、接地材料的選擇及其應(yīng)用284.1、接地材料294.2、接地材料應(yīng)用304.3、綜述31第五章：實(shí)際接地應(yīng)用32..第一章、接地歷史和接地分類防雷工程的一個(gè)重要的方面是接地以及引下線路的布線工程,整個(gè)工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取決于此,接地接不好,避雷裝置就會(huì)成為引雷裝置,不但不能保護(hù)建筑物和設(shè)備,反而會(huì)造成建筑物和設(shè)備的損壞,更有可能威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全.我們一定要重視接地這個(gè)問(wèn)題.所以應(yīng)該認(rèn)真的系統(tǒng)的研究。1.1、接地歷史接地是指在電氣設(shè)備和大地之間實(shí)現(xiàn)確實(shí)的電氣連接。一看似乎這是簡(jiǎn)單的技術(shù),實(shí)際是非常不容易的事。如深入探研接地,可知它是非常深?yuàn)W的技術(shù)。接地的歷史可從避雷針開(kāi)始。接地問(wèn)題是18世紀(jì)富蘭克林為避雷針?lè)览滋岢龅摹８惶m克林發(fā)明的最初的避雷針,如圖1.1,即把鐵棒結(jié)合并立在建筑物上,其下端埋入地中,恰好相當(dāng)于現(xiàn)在的所謂接地電極。因?yàn)楸芾揍樖前牙纂姷哪芰堪踩尫湃氪蟮氐脑O(shè)備,它的足部與大地確保被短接是必要的,這樣就產(chǎn)生接地技術(shù)。圖1.1富蘭克林的避雷針和世界上最早的接地1876年,貝爾研究成功了電話,立刻,電話用的架空線網(wǎng)在廣泛的大地上覆蓋起來(lái)。當(dāng)然,這些線路更加會(huì)受到雷的直接或間接的攻擊,向線路直接落雷的場(chǎng)合不用說(shuō),即使在線路附近落雷的場(chǎng)合,線路亦受到影響,被稱為雷電沖擊電壓的陡波前沖擊波在線上疾走。最壞的場(chǎng)合,這雷電沖擊的電壓要到達(dá)住宅內(nèi)的電話機(jī),帶來(lái)各式各樣的災(zāi)害。所以在電話網(wǎng)就有避雷器登場(chǎng),圖1.2是現(xiàn)在的電話保安器。現(xiàn)在用二個(gè)避雷器與保險(xiǎn)絲接在一起,因?yàn)殡娫捑€已不采用大地歸路,必須對(duì)各線路接入避雷器。圖1.2可是,避雷器亦與避雷針一樣是為了把雷電能量釋放入大地的設(shè)備,所以,一定要把各避雷器的一端接地。這樣,只從電話機(jī)開(kāi)始就可知是進(jìn)入了接地要求的時(shí)代。可見(jiàn),電話的接地,比其后發(fā)達(dá)起來(lái)的電力用的接地的歷史更早。電話技術(shù)工作者對(duì)接地的關(guān)心因稱作電力線——通信線間的感應(yīng)干擾的新的問(wèn)題的發(fā)生而加深,如有名的貝爾電話研究所進(jìn)行了接地體系的研究。電力、電子設(shè)備的接地,是保障設(shè)備安全、操作人員安全和設(shè)備正常運(yùn)行的必要措施。可以認(rèn)為,凡是與電網(wǎng)連接的所有儀器設(shè)備都應(yīng)當(dāng)接地；凡是電力需要到達(dá)的地方,就是接地工程需要作到的地方。由此可以我們知道,接地工程的廣泛性和重要性。1.2、接地的分類接地主要有以下幾種:工作接地、安全保護(hù)接地、屏蔽接地、防靜電接地、防蝕接地和防雷接地。工作接地:在電子設(shè)備中電子線路工作時(shí)的接地,它分為交流工作接地和直流工作接地。按接地參考點(diǎn)考慮又分為懸浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、以及混合接地等四種。電子學(xué)中的接地并不總是指接到大地的接地,當(dāng)電子電路接地被定義為零伏電位的基準(zhǔn)點(diǎn)、線或平面上時(shí),則就夠成了電子線路的工作接地。接地基準(zhǔn)點(diǎn)、線或平面可是一臺(tái)設(shè)備的外殼,也可以選用一大段導(dǎo)電體作為接地基準(zhǔn)安全保護(hù)接地：它是室內(nèi)用電設(shè)備的,由于用電設(shè)備使用了交流電源,它必須符合電力部門(mén)的有關(guān)規(guī)定,如果用電設(shè)備使用的還有直流電源,而且使用情況又與大地有直接關(guān)系,則設(shè)備接地尚應(yīng)同時(shí)滿足設(shè)備使用直流電源接地要求,交流電源系統(tǒng)的接地常常和電源配電線路系統(tǒng)有關(guān),根據(jù)供電結(jié)線方式的不同特點(diǎn),室內(nèi)用電設(shè)備的安全保護(hù)接地分為T(mén)N－C,TN－S,TN－C－S,TT,IT系統(tǒng)。我國(guó)目前多采用TN－C系統(tǒng)和TT系統(tǒng)。TN－C系統(tǒng)中,保護(hù)線〔PE線與中性線<N線>合而為一,即為PEN線,該線通過(guò)正常負(fù)荷電流,用電設(shè)備外殼帶電位,所以不適合給數(shù)據(jù)處理和精密電子儀器設(shè)備等供電。而TT系統(tǒng)則需要采取單獨(dú)的接地裝置接地,并用漏電保護(hù)器作接地故障保護(hù),所以它適合用來(lái)對(duì)接地要求較高的數(shù)據(jù)處理和精密的電子儀器設(shè)備供電。直流電源接地有兩種,即利用大地作導(dǎo)電回路而采取的接地和利用大地做參考電位而采取的接地。前者已逐步淘汰,目前多數(shù)情況屬于后者。這樣就要求參考電位最好是不變的,至少要保證使用同一接地系統(tǒng)的各設(shè)備間相對(duì)的參考電位沒(méi)有差別。防雷接地：當(dāng)雷電流沿著避雷裝置的引下線流到接地裝置時(shí),由于雷電流是一個(gè)頻率極為豐富的,等值頻率大約為10kHz的脈沖電流,因此引下線和接地體在雷電脈沖電流的沖擊作用下,表現(xiàn)出來(lái)既具有電阻又具有電感。為了盡可能地減少沿引下線的電感壓降,防止引下線對(duì)周圍物體發(fā)生閃絡(luò),一般接閃裝置均采用多根引下線。這樣既可降低每根引下線上的雷電流幅值,又可減少電感壓降,所以對(duì)于建筑物避雷接地裝置而言,它要求的是多點(diǎn)接地方式,而且接地線〔引下線應(yīng)以最短路徑接地。在下面幾章里面,我們將著重討論防雷接地問(wèn)題。而屏蔽接地和防靜電接地是用于各種儀器儀表,目的是使儀器和儀表測(cè)量的更精準(zhǔn)些。還有的是防蝕接地,主要是犧牲陽(yáng)極保護(hù),避免設(shè)備電化腐蝕。總而言之,電力系統(tǒng)的電源與大地有無(wú)直接接地和室內(nèi)用電設(shè)備需要怎么樣的接地,完全取決于實(shí)際情況。一般情況下,應(yīng)根據(jù)電源系統(tǒng)是否接地來(lái)選取一個(gè)主要的接地系統(tǒng),再輔以必要的接地作為補(bǔ)充。同時(shí)力爭(zhēng)把儀器儀表的屏蔽接地,防靜電接地相互兼容,從而構(gòu)成整個(gè)接地系統(tǒng),以滿足各種接地要求。通信設(shè)備中的直流電源多采用正極接地,如果把它與犧牲陽(yáng)極保護(hù)的防蝕接地合用一組地線,則當(dāng)防蝕設(shè)備不工作時(shí),其地電位升高將會(huì)加速用電設(shè)備的電化腐蝕,所以它們不能兼容。圖1.3和圖1.4具體的電子設(shè)備接地方式,圖1.3：接地方式〔一圖1.4：接地方式〔二1.3、聯(lián)合接地方式聯(lián)合接地方式是嚴(yán)格的單點(diǎn)接地方式,它是將接地系統(tǒng)分為地線〔地線網(wǎng)絡(luò)和接地裝置兩部分來(lái)考慮的。地線〔地線網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)各設(shè)備接地要求來(lái)做的,不同地線之間不構(gòu)成閉合回路,各種地線只在公共接地母線處一點(diǎn)接地。這樣在某一地線上偶爾出現(xiàn)信號(hào)或干擾電流時(shí),也不會(huì)互相串混產(chǎn)生干擾。而公共接地母線是低阻抗的,它不會(huì)引起共模干擾。公共接地是該接地系統(tǒng)的基準(zhǔn)地電位點(diǎn),它必須十分接近大地電位,這樣便可以消除可能出現(xiàn)的反擊等問(wèn)題。至于接地裝置,由于是各種接地線共用的,故它應(yīng)該按照接地系統(tǒng)中最高要求的接地電阻來(lái)做。這樣,滿足了不同解得的需要。圖1.5是聯(lián)合接地接線方式示意圖。從圖中可以看出電源系統(tǒng)有直接接地點(diǎn),用電設(shè)備的外露導(dǎo)電部分通過(guò)保護(hù)接地線接至與電源系統(tǒng)接地點(diǎn)有直接關(guān)系的接地極。聯(lián)合接地中,零〔N線到用電設(shè)備不再進(jìn)行重復(fù)接地而采用嚴(yán)格的絕緣措施,并且用電設(shè)備所在的建筑物的主鋼筋,進(jìn)出建筑物的管線和建筑物防雷引下線,都接到聯(lián)合接地裝置。連通電源系統(tǒng)的地線和用電設(shè)備的地線平時(shí)都沒(méi)有多大的電流入地,故稱之為無(wú)流零線。用電設(shè)備的外露導(dǎo)電部分也接到用電部分的聯(lián)合地線上。當(dāng)發(fā)生碰殼時(shí),通過(guò)無(wú)流零線造成短路跳閘；若零線斷裂,斷裂點(diǎn)后面發(fā)生碰殼時(shí)仍能促成短路跳閘,故起到與接零同時(shí)采用重復(fù)接地同樣的保護(hù)作用。由于通信設(shè)備用電集中,且其他接地電阻要求嚴(yán)格,故采用聯(lián)合接地不論在接地部位上還是接地電阻值上都能滿足電力系統(tǒng)的要求。圖1.5：聯(lián)合接地線方式示意圖聯(lián)合接地由于有避雷引下線接入,當(dāng)雷電流通過(guò)聯(lián)合接地裝置時(shí)會(huì)引起地電位的變化。但由于建筑物的主鋼筋與聯(lián)合接地裝置焊成籠形,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,封閉導(dǎo)體的表面變化形成等位面,其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零,故各接地點(diǎn)電位要升高,其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零,故各接地電位要升高同時(shí)一起升高,要降低同時(shí)一起降低,故不會(huì)造成什么差異或干擾。第二章、接地裝置接地是避雷技術(shù)比較重要的環(huán)節(jié),不管是直擊雷、感應(yīng)雷或是其他形式的雷,最終都是把雷電送入大地,因此,沒(méi)有合理而良好的接地裝置是不能可靠的避雷的。2.1、接地裝置工作原理根據(jù)接地電阻原理可知,雷電流由接地體流入大地的電流是以接地體為中心向大地作半球漫散狀流動(dòng)散開(kāi)。〔見(jiàn)圖2.1故靠近接地體周圍土壤中的電流密度最大,離接地越遠(yuǎn),則電流密度越小。實(shí)驗(yàn)證明,在中等土壤電阻情況下。一般離接地體20米處只有所加電壓的2%〔如圖2.2,實(shí)際上工程應(yīng)用上認(rèn)為是零電位點(diǎn)。當(dāng)然,土壤電阻率越小,零電位距接地體的距離也越小。反之,這個(gè)距離越大,甚至可以達(dá)到50-100散流電場(chǎng)圖2.1:雷電流在大地的散流電場(chǎng)示意圖圖2.2:接地電阻的原理示意圖在假定土壤電阻率ρ是均勻的,并且將土壤劃分為一個(gè)等厚度的同心球體,其接地極的接地電阻R的計(jì)算為:R=ρ/<2*π*r>,r為接地極周圍同心球體的半徑<M>,ρ為土壤電阻率<歐姆*M>2.2、接地裝置結(jié)構(gòu)在接地裝置中有兩個(gè)重要參數(shù)：1、接地電阻值；2、接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)。過(guò)去討論接地的時(shí)候,總是把討論的焦點(diǎn)放在要求接地電阻小于多少歐姆上,長(zhǎng)期以來(lái),人們有一個(gè)錯(cuò)覺(jué),認(rèn)為接地電阻越好,被保護(hù)的對(duì)象就越安全。當(dāng)然避雷接地電阻值有一定要求,因?yàn)榻拥仉娮柙叫∩⒘髟娇?被雷擊物體高電位保持時(shí)間越短,危險(xiǎn)性越低,其跨步電壓、接觸電壓也就越小。但是,近十幾年來(lái)理論和實(shí)踐證明,與其說(shuō)接地網(wǎng)接地電阻值重要不如說(shuō)接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更重要。1、獨(dú)立接地和共用接地的概念現(xiàn)代的建筑物,往往是一座建筑物內(nèi)有許多不同性質(zhì)的電氣設(shè)備,需要多少個(gè)接地裝置、如避雷接地、電氣安全接地、交流電源工作接地、通信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接地〔也叫直流接地,在數(shù)字邏輯系統(tǒng)中叫邏輯接地等這么多系統(tǒng),這么多系統(tǒng)的接地究竟是要采用共用接地好還是每個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立接地好呢？圖2.3表示各種接地形式,圖中的小"o"為需要接地的裝置或設(shè)備。圖2.3:接地的形式a圖為每個(gè)需要接地的裝置或設(shè)備自己設(shè)獨(dú)立接地裝置或設(shè)備自己設(shè)獨(dú)立地裝置。b圖為在a圖基礎(chǔ)上,用連接線將各獨(dú)立接地裝置連接起來(lái)。c圖為所有需要接地的裝置或設(shè)備共同合用一組接地裝置。d圖為利用建筑物的金屬體〔包括鋼構(gòu)架和鋼筋做接地引線和接地裝置。a圖稱為獨(dú)立接地,b、c、d圖稱為共用接地所謂獨(dú)立接地是指上面所談的需要接地的系統(tǒng)分別獨(dú)立的建立接地網(wǎng),在本世紀(jì)六七十年代以前比較多用。他的好處是各系統(tǒng)之間不會(huì)造成互相干擾,這點(diǎn)對(duì)通信系統(tǒng)尤其重要,但今年發(fā)現(xiàn)這種獨(dú)立的接地方式在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)和有線電視網(wǎng)絡(luò)中特別容易被雷擊。故除在特別危險(xiǎn)的有防爆炸要求的環(huán)境必須采用獨(dú)立的避雷針〔線、網(wǎng)的地方外,一般不主張采用獨(dú)立接地方式而被共用接地所取代。圖b、c、d都叫做共用接地,或叫統(tǒng)一接地。它是把需接地的各系統(tǒng)統(tǒng)一接到一個(gè)地網(wǎng)上,或者把各系統(tǒng)原來(lái)的接地網(wǎng)通過(guò)地下或者地上用金屬連接起來(lái),使他們之間成為電氣相通的統(tǒng)一接地網(wǎng)。2、獨(dú)立接地存在什么問(wèn)題呢？它為什么會(huì)被共用接地網(wǎng)取代？a、因?yàn)楦魍ㄐ畔到y(tǒng)和交流電源系統(tǒng)的接地是為了獲得一個(gè)零電位點(diǎn),又稱為信號(hào)參考電位,如果在信號(hào)部分使用懸空地不易消除靜電,容易受電磁場(chǎng)干擾使參考電位變動(dòng),造成事故。如果各系統(tǒng)分別接地,當(dāng)發(fā)生雷擊的時(shí)候各系統(tǒng)的接地點(diǎn)的電位可能相差很大,如圖中的1、2、3三個(gè)接地網(wǎng)之間瞬間電位差大,假定其中"1”為交流電源工作接地,"2”為計(jì)算機(jī)邏輯接地,"3”為機(jī)殼安全保護(hù)接地,?又假定雷電沖擊波從其中一條路"1”即交流電源送進(jìn)來(lái),由于雷電的瞬時(shí)電壓往往是幾萬(wàn)V乃至幾十萬(wàn)V,那么在同一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)電路板上分別與電源、通信或和外殼相接的各部分就承擔(dān)各地網(wǎng)之間的高電壓而被擊穿,對(duì)于微機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)講,一般是調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)卡首先被擊穿。b、獨(dú)立接地不利于過(guò)電壓保護(hù)以往采用電子設(shè)備的獨(dú)立接地在實(shí)踐中已消除了連接的低頻噪聲。但有突然發(fā)生的大災(zāi)難事件。分析這些事件得出,由于采用獨(dú)立接地所以在雷雨天氣條件下會(huì)有很高的電壓加在計(jì)算機(jī)等信息設(shè)備上,而產(chǎn)生高電壓的原因包含了直接雷擊、雷電波線路侵入和雷電感應(yīng)。當(dāng)雷電直擊建筑物時(shí),建筑物接地裝置和與之相連接的金屬構(gòu)件電迅速抬高,相對(duì)而言,由于電子設(shè)備采用了獨(dú)立接地,其電位未明顯抬高,這樣存在電位差和設(shè)備與建筑物金屬框架之間所存在的電容,使設(shè)備元器件上感應(yīng)的電壓高于其擊穿電壓。在雷云電荷的感應(yīng)下,有時(shí)并不發(fā)生雷擊也會(huì)由于建筑物的感應(yīng)電壓通過(guò)上述形式影響到設(shè)備的元件。如果采用共用接地系統(tǒng),電位差的問(wèn)題就可以得到解決。據(jù)我們了解,在微機(jī)通信網(wǎng)中,電源、邏輯、安全保護(hù)和避雷各獨(dú)立接地的系統(tǒng)被雷擊損壞的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于公用接地的情況。c、其次,在一座樓房要分別做幾個(gè)互相沒(méi)有電氣聯(lián)系的地網(wǎng)是很困難的,尤其是在現(xiàn)代的大城市更是如此。因?yàn)橐蟾鞯鼐W(wǎng)之間最小要有幾M乃至20M的距離,同時(shí)又要與各種地下金屬管道、電纜金屬屏蔽層、各大金屬構(gòu)件都要有足夠距離就不易做到,即使在新建接地系統(tǒng)時(shí)做到了,但在日后維修工作中,由于接手人不了解情況容易破壞以上的要求。基于上面兩個(gè)原因,所以獨(dú)立接地系統(tǒng)已不適應(yīng)現(xiàn)代通信技術(shù)迅猛發(fā)展的形勢(shì)。如果采用共用接地,雷電流I在沖擊接地電阻上產(chǎn)生的高電壓,將同時(shí)存在各系統(tǒng)的接地線上,如圖中各系統(tǒng)接地線之間不存在上面講到的高電位差,也不存在同一臺(tái)設(shè)備的各接地系統(tǒng)之間的擊穿問(wèn)題。3、一點(diǎn)接地前面提到采用獨(dú)立接地體的一個(gè)經(jīng)常提到的理由是要避免信號(hào)干擾和消除"噪音"。為了分析這一問(wèn)題,首先需要了解以下一些基本概念。二三十年以前,干擾被稱為無(wú)線電頻率干擾〔RadioFrequencyInterference,縮寫(xiě)為RFI,因?yàn)榻^大多數(shù)的噪音和干擾信號(hào)出自于無(wú)線電頻率。現(xiàn)今,隨著日漸大量采用電子計(jì)算機(jī)、數(shù)字技術(shù)、邏輯電路,現(xiàn)在的干擾被稱為電磁干擾〔ElectroMagneticInterference,縮寫(xiě)為EMI。電磁干擾包含導(dǎo)電性電磁干擾,和輻射性電磁干擾。導(dǎo)電性電磁干擾,其干擾能量通過(guò)導(dǎo)線或電纜從一電路傳送到另一電路。減少導(dǎo)電性電磁干擾是通過(guò)電路的合理設(shè)計(jì)、采用濾波器和電路的合理接地；輻射性電磁干擾,其能量是通過(guò)空氣中的電磁場(chǎng)傳送的。在設(shè)計(jì)外殼和箱體時(shí),通過(guò)選用合理的屏蔽材料、構(gòu)造技術(shù)和設(shè)備布置以及采用合理的接地技術(shù)等來(lái)減少輻射性電磁干擾。其中處理好接地是防電磁干擾最重要的技術(shù)措施。低頻干擾絕大部分是通過(guò)線路互相耦合而來(lái)的,即所謂共阻抗耦合。當(dāng)兩個(gè)電路電流流經(jīng)同一個(gè)公共阻抗時(shí),一個(gè)電路上的電流在這個(gè)阻抗上形成的電壓就會(huì)影響到另一個(gè)電路,這就是共阻抗耦合。如果一個(gè)公用的接地網(wǎng),在不同的地方分別接上連線〔如圖2.4,由于共阻抗耦合關(guān)系,各連線之間將有Vg1,,Vg2…電壓,各連線的接地點(diǎn)電位不完全一樣。而Vg1,,Vg2…就是干擾電壓,經(jīng)放大后就可能直接影響通信和控制信號(hào)。圖2.4表示出一個(gè)系統(tǒng)的三臺(tái)內(nèi)部有連接的設(shè)備,用多點(diǎn)接地方式接至一接地平面或接地母線上。由于各種干擾源感應(yīng)的電流Ig在接地平面內(nèi)流動(dòng),并在A、B點(diǎn)和B、C之間產(chǎn)生感應(yīng)電壓Vg1和Vg2。因此,Ａ、Ｂ、C三點(diǎn)不可能處于同一電位,這就出現(xiàn)干擾源,圖2.4是與圖2.5同樣的設(shè)備,但三臺(tái)設(shè)備的地線全部接于點(diǎn)B,因此避免了由電流Ig引發(fā)的公共阻抗耦合效應(yīng)。當(dāng)頻率低時(shí),A`、B`和C`點(diǎn)的電位基本上與B點(diǎn)的一樣。圖2.4：多點(diǎn)接地圖2.5：一點(diǎn)接地如圖2.5那樣把各系統(tǒng)的接地線接到接地母線同一點(diǎn)或同一金屬平面上,這樣的連接方法叫"一點(diǎn)接地法"。一點(diǎn)接地法由于解決了各系統(tǒng)的接地線的等電位問(wèn)題,所以各系統(tǒng)之間的干擾問(wèn)題初步得到了解決,尤其是50HZ工頻信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的干擾基本消除,所以一點(diǎn)接地法在工程上得到廣泛應(yīng)用。一點(diǎn)接地消除了公共阻抗耦合和低平接地環(huán)路引起的干擾。一點(diǎn)接地能很好地工作于1MHZ以及以下的頻率,并且當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)地尺寸較小時(shí)〔最大尺寸小于λ/20,λ為干擾信號(hào)的波長(zhǎng)甚至可以應(yīng)用到10MHZ。當(dāng)電磁干擾和信號(hào)地頻率增加時(shí),圖2.5在電氣上地等效電路更像圖2.6那樣有分布電感、分布電容及引線電阻,而引發(fā)諧振效應(yīng)。在高頻下,圖2.5中的A`、B`和C`點(diǎn)的電位和B點(diǎn)不同,每點(diǎn)對(duì)B點(diǎn)來(lái)說(shuō)通常總有某些不確定的電壓。圖2.6：高頻下一點(diǎn)接地的等效電路當(dāng)信號(hào)或電磁干擾的頻率相當(dāng)高或采用快速邏輯時(shí),電容耦合效應(yīng)應(yīng)將會(huì)產(chǎn)生某種干擾耦合,如圖2.6所示,這時(shí)引線長(zhǎng)度成為主要矛盾,必須采用多點(diǎn)短連線接地方式,以最短連接線連接到地平面〔零伏基準(zhǔn)電位面上,使串聯(lián)阻抗減至最小,并將駐波減至最少。接地平面可以是設(shè)備地機(jī)殼或遍布整個(gè)系統(tǒng)的接地線〔網(wǎng)。可能時(shí),選用一大的導(dǎo)電體作為接地平面。多點(diǎn)接地方式應(yīng)用于高頻電路〔f>10MHZ。多點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)允許存在許多接地環(huán)路,這可能對(duì)同時(shí)使用較低頻率的電路是有害的,在這種情況下,可以采用混合接地的方法所謂混和接地,是在一部設(shè)備內(nèi)的各電路板,以最短的導(dǎo)線與機(jī)殼連接,或者信號(hào)電路相關(guān)的幾部設(shè)備以最短的導(dǎo)線與同一個(gè)金屬體連接接地,然后多臺(tái)設(shè)備分別引金屬線接到地網(wǎng)的同一點(diǎn)上。在工程上最簡(jiǎn)單、最有效、又最經(jīng)濟(jì)的辦法是在交流電源送進(jìn)房屋的總開(kāi)關(guān)處,把零線重復(fù)接地〔或把零線接到房屋的結(jié)構(gòu)主鋼筋上,然后在電源零線處引出一條PE線連接所以應(yīng)該接地的點(diǎn)。高頻接地的接地線需要多長(zhǎng),它應(yīng)為高頻波波長(zhǎng)的幾分之幾？對(duì)此問(wèn)題沒(méi)有明確的答復(fù),但是長(zhǎng)度必須小于λ/4〔不產(chǎn)生駐波的條件,至于小多少,這取決于通過(guò)接地線的電流和接地線允許的電壓降。當(dāng)電路對(duì)干擾電壓降極為敏感時(shí),接地線的長(zhǎng)度可以限制在λ/20或更小,如果電路相對(duì)說(shuō)來(lái)不敏感時(shí),其長(zhǎng)度可以長(zhǎng)到0.15λ。傳輸線路的試驗(yàn)已經(jīng)表明,駐波在一根不超過(guò)波長(zhǎng)1/10至1/20長(zhǎng)度導(dǎo)體的兩端,不會(huì)產(chǎn)生明顯的電位差。2.3、等電位連接與共用接地裝置在防雷裝置的設(shè)置上人們往往比較注意外部防雷裝置和內(nèi)部的電涌保護(hù),容易忽視等電位連接在雷電防護(hù)的重要作用。有時(shí)還特意設(shè)置單獨(dú)的接地裝置,單獨(dú)的引下線,還錯(cuò)誤的提出"共網(wǎng)不共線,分類接地網(wǎng),不串不共用,一點(diǎn)接地法"的口號(hào),一方面給設(shè)計(jì)施工增加了難度和增大了開(kāi)支,另一方面違背了等電位的基本原則,會(huì)給被保護(hù)設(shè)備和人身安全造成潛在的威脅。1、基本概念防雷等電位連接：是將分開(kāi)的導(dǎo)電裝置各部分用等電位連接導(dǎo)體或電涌保護(hù)器〔SPD做等電位連接。它包括在內(nèi)部防雷裝置中,其目的是減小建筑物金屬構(gòu)件與設(shè)備之間或設(shè)備與設(shè)備之間由雷電流產(chǎn)生的電位差。防雷等電位連接區(qū)別電氣安全的等電位連接,最主要是將不能直接連接的帶電體通過(guò)電涌保護(hù)器做等電位連接。等電位連接網(wǎng)絡(luò)：是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的外露各導(dǎo)電部分做等電位連接的各導(dǎo)體所組成的網(wǎng)絡(luò)。共用接地系統(tǒng)：是一建筑物接至接地裝置的所有互相連接的金屬裝置〔包括外部防雷裝置,并且是一個(gè)低電感的網(wǎng)形接地系統(tǒng)。接地基準(zhǔn)點(diǎn)：是一系統(tǒng)等電位連接網(wǎng)絡(luò)與共用接地系統(tǒng)唯一的一點(diǎn)接地。2、信息系統(tǒng)的等電位連接信息系統(tǒng)的各金屬組件〔如各種箱體、殼體、機(jī)架與建筑物共用接地系統(tǒng)的等電位連接有兩種原則方法,1、S型等電位連接網(wǎng)絡(luò),即星型結(jié)構(gòu)或通稱為單點(diǎn)接地；2、M型等電位連接網(wǎng)絡(luò),即網(wǎng)型結(jié)構(gòu)或通稱為多電接地。當(dāng)采用S型等電位連接網(wǎng)絡(luò)時(shí),該信息系統(tǒng)的所有金屬組件,除等電位連接點(diǎn)外,應(yīng)與共用接地系統(tǒng)的各組件有足夠的絕緣。通常,S型等電位連接網(wǎng)絡(luò)用于相對(duì)較小、限定于局部的系統(tǒng),本網(wǎng)絡(luò)應(yīng)僅通過(guò)唯一的一點(diǎn)〔即接地基準(zhǔn)點(diǎn)組合到共用接地系統(tǒng)中去。在此情況下,在各設(shè)備之間的所有線路和電纜應(yīng)按照星型結(jié)構(gòu)與等電位連線平行作業(yè)敷設(shè),以避免產(chǎn)生感應(yīng)環(huán)路。由于采用唯一的一點(diǎn)進(jìn)行等電位連接,故不會(huì)有與雷電有關(guān)聯(lián)的低頻電流進(jìn)入信息系統(tǒng),而信息系統(tǒng)內(nèi)的低頻干擾源也不會(huì)產(chǎn)生大的電流。M型等電位連接網(wǎng)絡(luò),則該信息系統(tǒng)的各金屬組件不應(yīng)與共用接地系統(tǒng)各組件絕緣。M型等電位連接網(wǎng)絡(luò)應(yīng)通過(guò)多點(diǎn)組合到共用接地系統(tǒng)中去。通常,本網(wǎng)絡(luò)由于延伸較大和開(kāi)環(huán)的系統(tǒng),本網(wǎng)絡(luò)由于各種高頻也能得到一個(gè)低阻抗網(wǎng)絡(luò)。在復(fù)雜的系統(tǒng)中,兩中形式〔M型和S型的優(yōu)點(diǎn)組合在一起。2.4、接地裝置的使用須知1、接地裝置的選型在土壤電阻率低且均勻的平地,應(yīng)采用垂直地體為主；在土壤電阻率較低且不均勻的山坡,應(yīng)采用水平接地體為主,且相鄰兩接地體的距離應(yīng)離的遠(yuǎn)些。居民區(qū)中線路塔桿的接地裝置在其四周應(yīng)有5米至8米的方方型或環(huán)型接地體。在土壤電阻較高的地區(qū),根據(jù)電阻率的高低應(yīng)采用4根至6根40米到100當(dāng)建筑物采用硅酸鹽水泥,周圍土壤的含水是大于4%,基礎(chǔ)的外表面無(wú)防腐層或僅有瀝青時(shí),鋼筋混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋宜作接地體裝置。事實(shí)上干燥的混凝土是較好的絕緣體.而含水芬的混凝土卻是很好的導(dǎo)體,在制造鋼筋混凝土基礎(chǔ)的過(guò)程中,硅酸鹽水泥和水的作用,干凅后,混凝土中存在著許多細(xì)小的分支毛細(xì)管,基礎(chǔ)的混凝土和含水的土壤接觸時(shí),毛細(xì)管將水分吸到混凝土里,使混凝土保持較高的含水量當(dāng)建筑物基礎(chǔ)中的鋼筋接地體電阻值超過(guò)規(guī)定值或無(wú)鋼筋時(shí),根據(jù)基礎(chǔ)的大小,應(yīng)在距外墻1米至2米,深度0.8米2、接地裝置埋設(shè)深度及接地體的間距接地裝置埋設(shè)深度一般為0.5米,在耕地上應(yīng)適當(dāng)深些〔地網(wǎng)效果更好,在土層很薄的山區(qū)可減至0.3米。接地體應(yīng)遠(yuǎn)離因高溫影響而使土壤電阻率升高的地方,當(dāng)有防直擊雷的接地裝置要與建筑物出入口或人行道的距離不小于3米,當(dāng)小于3米時(shí)處應(yīng)埋深1米或采用瀝青處理〔在接地裝置上鋪設(shè)50MM-80MM厚的瀝青層,其寬度超過(guò)接地裝置2M。當(dāng)接地裝置由多根接地體組成時(shí),為了減小相鄰地體間大屏蔽作用,接地體之間的距離一般為3、接地材料的連接接地線與接地線的連接應(yīng)使用焊接；接地線與電器設(shè)備的連接,可采用焊接,也可用良好的鏍拴〔如銅鏍拴連接,接地線與伸長(zhǎng)的接地體〔如管道等相連接,應(yīng)在靠近建筑物的進(jìn)口處焊接．扁鐵〔銅和扁鐵〔銅焊接時(shí)應(yīng)三面焊接,焊接長(zhǎng)度為扁鐵〔銅寬度的兩倍．扁鐵和圓鋼焊接時(shí),焊接長(zhǎng)度為圓鋼的倍．焊接處應(yīng)做防腐措施．4、接地裝置的材料使用垂直埋設(shè)的接地體,多數(shù)采用５０mm＊５０mm＊第三章、土壤電阻率和接地電阻接地裝置的作用是把雷電流從接閃器盡快地散逸到大地,因此對(duì)接地裝置的要求是要有足夠小的接地電阻和合理的布局。設(shè)計(jì)人工接地體之前應(yīng)該優(yōu)先考慮建筑物的鋼筋混凝土地基的接地電阻,并與各種自然金屬接地體作電氣連接,但除建筑物基礎(chǔ)外,其他自然接地體的接地電阻值都不計(jì)算入總接地網(wǎng)的電阻值內(nèi),只作為等電位接地的一部分,作為防止過(guò)電壓反擊之用。3.1、土壤電阻率1.土壤電阻率與溫度濕度的關(guān)系土壤電阻率ρ和它沿地層深度的變化規(guī)律是選擇接地裝置型式和決定它的尺寸和決定它的尺寸的主要依據(jù)。土壤電阻率的數(shù)值與土壤的結(jié)構(gòu),土壤的緊密度、濕度、溫度等,以及土壤中含有可溶性電解質(zhì)有關(guān)。由于成分多種多樣,因此,不同土壤的土壤電阻率數(shù)值上往往差別很大。影響土壤電阻率的主要因素是濕度。圖3.1是粘土和紅土的土壤電阻率〔ρ值與濕度的關(guān)系,濕度以重量百分?jǐn)?shù)表示。這些試驗(yàn)表明,土壤含水量增加時(shí),電阻率急劇下降；當(dāng)土壤含水量增加到20％－25％時(shí),土壤電阻率將保持穩(wěn)定。圖3.1:粘土和紅土的土壤電阻率〔ρ值與濕度的關(guān)系土壤電阻率也受溫度的影響。當(dāng)土壤溫度升高時(shí)其電阻率下降,在0℃時(shí)土壤由于水分凍結(jié)而使電阻率迅速增加。表3.1表示由溫度引起土壤電阻率的變化和變動(dòng)的比率,溫度從20－-15表3.1：土壤的溫度和電阻率溫度〔℃大地電阻率比率20721.010991.40130190〔冰30042-5790110-153300459土壤電阻率這些特性在接地裝置設(shè)計(jì)中有重要的實(shí)用意義。一年之中,在同一地方,由于氣溫和天氣的變化,土壤中的含水量都不同,因此土壤電阻率也不斷的在變化,其中以表土最為顯著。所以接地裝置埋得深一些對(duì)穩(wěn)定接地電阻有利。通常至少深埋0.5－1米。至于是否應(yīng)埋更深,那就要看更深的土壤電阻率的大小,很多地方深層土壤電阻率是很高的,這樣埋得太深反而使接地電阻增加,或增加接地工程費(fèi)用。計(jì)算避雷接地裝置時(shí),應(yīng)取雷雨季節(jié)中無(wú)雨水時(shí)最大的土壤電阻率一般按下式計(jì)算：ρ＝ρ0ψR(shí)=Roψ式中：ψ——季節(jié)系數(shù)；ρ0、Ro為其實(shí)測(cè)值；ρ、R為其計(jì)算值。在計(jì)算接地電阻時(shí),應(yīng)考慮土壤干燥或凍結(jié)等季節(jié)變化的影響,從而使接地電阻在不同季節(jié)中均能保證達(dá)到所要求的值。實(shí)測(cè)的接地電阻值,要乘以表3.2所列的季節(jié)系數(shù)ψ1、ψ2、ψ3進(jìn)行修正。表3.2:各種土壤的季節(jié)系數(shù)土壤性質(zhì)深度/mψ1ψ2ψ3粘土0.5－0.80.8－33221.51.51.4陶土0－22.41.41.2砂礫蓋陶土0－21.81.21.1園地0－31.31.2黃沙0－22.41.61.2雜以黃沙的砂礫0－21.51.31.2泥炭0－21.41.11.0石灰石0－22.51.51.2注：ψ1——測(cè)量前數(shù)天下過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的雨,土壤很潮濕時(shí)用之；ψ2——測(cè)量時(shí)土壤較潮濕,具有中等含水量時(shí)用之；ψ3——測(cè)量時(shí)土壤干燥或測(cè)量前降雨不大時(shí)用之。2．土壤電阻率參考值當(dāng)計(jì)算接地體的接地電阻時(shí),應(yīng)預(yù)先實(shí)測(cè)土壤電阻率。如無(wú)實(shí)測(cè)資料,可參考表3.3所列數(shù)值。表3.3：土壤和水的電阻率參考值〔Ω·m類別名稱電阻率近似值電阻率的變化范圍較濕時(shí)〔一般地區(qū)、多雨區(qū)較干時(shí)〔少雨區(qū)、沙漠區(qū)地下水含鹽時(shí)土陶粘土泥炭、泥灰?guī)r、沼澤地?fù)v碎的木炭黑土、園田土、陶土、白堊土粘土砂質(zhì)粘土黃土含砂粘土、砂土河灘中的砂煤多石土壤10204050601002003004005－2010－3030-10030-10030-300100-200100-100030035010－10050-300300-500300-50080-1000250>10003－103-3010-3010-3010-303030-100砂砂子、砂礫1000250-10001000-2500砂層深度>10m、地下水較深的草原地面粘土深度≤1.5m、底層多巖石10001000巖石礫石、碎石多巖山地花崗巖500050002000003000-10000混凝土在水中在濕土中在干土中在干燥的大氣中40-55100-200500-130012000-18000類別名稱電阻率近似值電阻率的變化范圍較濕時(shí)〔一般地區(qū)、多雨區(qū)較干時(shí)〔少雨區(qū)、沙漠區(qū)地下水含鹽時(shí)礦金屬礦石0.01-1水海水湖水、地水泥水、泥炭中的水泉水地下水溪水河水污穢的水蒸餾水1-53015-2040-5020-7050-10030-28030010000003.2、接地電阻對(duì)于工作接地和保護(hù)接地來(lái)說(shuō),通過(guò)接地體流入地中的是工頻電流,所求得的電阻基本是接地體周圍歐姆散流電阻,這稱之為工頻接地電阻。而對(duì)避雷接地來(lái)說(shuō),通過(guò)接地體留入地的是雷電流。由于雷電流的波頭陡度很大〔波頭很短,在伸長(zhǎng)接地體情況,它會(huì)使接地體本身呈現(xiàn)明顯的電感作用,這樣就阻礙了電流向接地體遠(yuǎn)端的流動(dòng)對(duì)于長(zhǎng)度較大的接地體,這種影響更為顯著,結(jié)果使接地體得不到充分的利用。接地體在雷電沖擊電流作用下,即有電阻也有電感,其電阻部分服從歐姆定律,與閃電無(wú)關(guān),而電感部分則與雷電流的波形有關(guān)。總之,雷電流使得接地體得阻抗比工頻電流時(shí)的純電阻大；雷電流等值頻率愈高,該阻抗值增加愈大,這一現(xiàn)象稱之為接地的電感效應(yīng)。由于雷電流是一個(gè)幅值可達(dá)幾十千安,甚至上百千安的極大沖擊電流,因此,入地后在接地體周圍的電流密度很大,相應(yīng)土壤中的電位梯度也很高。于是在接地體附近形成的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)土壤中的擊穿強(qiáng)度,從而產(chǎn)生電弧或火花放電〔地中的放電場(chǎng)強(qiáng)大約為300kv/m。這相當(dāng)于加大了接地體的幾何尺寸,增大了接地體與土壤的接觸面積,因而降低了散流電阻。這時(shí)表現(xiàn)出的電阻不服從狹義的歐姆定律,它的大小與雷電流的大小緊密相關(guān),與散流電流的分布情況、土壤成份、狀況等也有復(fù)雜的關(guān)系,這一現(xiàn)象稱之為接地的火花效應(yīng)。綜合上述兩種效應(yīng),可以看出雷電流經(jīng)接地體入地時(shí),沖擊電流產(chǎn)生的沖擊電壓降峰值與沖擊電流的峰值之間有一個(gè)時(shí)間差,一般說(shuō)來(lái),雷電流增長(zhǎng)到幅值Imax的時(shí)間滯后于沖擊電壓降的最大值Umax的時(shí)間。在避雷接地中,沖擊電位降的峰值與沖擊電流的峰值之比應(yīng)該是一個(gè)阻抗,稱之為沖擊接地電阻。平時(shí)我們都含糊的不考慮它們的時(shí)間差,而把該比值叫做避雷接地的沖擊接地電阻,這樣即有下式式中：Rch為沖擊接地電阻；Um為沖擊接地電位降的峰值；Im為沖擊電流的峰值。由于接地體的電感阻礙了雷電流向接地體遠(yuǎn)端流動(dòng),當(dāng)接地體太長(zhǎng)時(shí),于是將出現(xiàn)沖擊接地電阻大于工頻接地電阻的情況,所以在防雷規(guī)范中對(duì)對(duì)伸長(zhǎng)接地體的長(zhǎng)度作了限制,對(duì)于長(zhǎng)波頭,即對(duì)應(yīng)于首次雷擊的T1＝10μs的情況接地體延伸長(zhǎng)度的最大值Lmax；對(duì)于短波頭,即對(duì)應(yīng)于后續(xù)雷擊的T2＝0.25μs的情況,接地體延伸長(zhǎng)度的最小值Lmin,以計(jì)算式表示,則得到:取其平均值,即伸長(zhǎng)接地體的有效長(zhǎng)度式中：ρ為土壤電阻率。若按有效長(zhǎng)度限制設(shè)計(jì)的接地體,就無(wú)需再考慮雷電流波形帶來(lái)的影響了,所以沖擊接地電阻值只須考慮雷擊大電流的影響。雷電流入地要產(chǎn)生火花效應(yīng),散流電阻會(huì)因火花效應(yīng)而降低〔這種降低與土壤電阻率有關(guān)。雷電流強(qiáng)度越大,火花效應(yīng)越強(qiáng)。這樣接地電阻值就會(huì)降低許多,因此沖擊接地電阻一般小于工頻接地電阻。兩者之比,稱之為沖擊系數(shù),即：式中：ηch為沖擊系數(shù)；R–為工頻接地電阻；Rch為沖擊接地電阻。這個(gè)沖擊系數(shù)的制訂是非常困難的,它與接地體的幾何尺寸,閃電電流的幅值與波形,以及土壤電阻率等有關(guān),只有長(zhǎng)期觀測(cè)統(tǒng)計(jì),作出相對(duì)比較安全而又經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn),然后在根據(jù)實(shí)際情況不斷修正,才能制訂出合理的沖擊系數(shù)ηch。如果沖擊電流的持續(xù)時(shí)間超過(guò)幾秒鐘,接地體周圍的土壤則會(huì)逐漸干燥,沖擊接地電阻便開(kāi)始增加而超過(guò)所有的工頻接地電阻值。這種增長(zhǎng)程度與土壤及電流的特性有關(guān)。3.3、接地電阻的計(jì)算1、基本方法為了使接地裝置符合有關(guān)規(guī)范的規(guī)定,設(shè)計(jì)人員必須對(duì)接地裝置的接地電阻進(jìn)行預(yù)算,這是一項(xiàng)比較繁瑣的工作。圖3.2球型接地體的接地電阻關(guān)于接地電阻的預(yù)算,一般都是根據(jù)土壤電阻率ρ,以及接地體的幾何尺寸等參數(shù)來(lái)進(jìn)行。假設(shè)接地體是一個(gè)半埋在地里的球體。講土壤劃分為假想的一個(gè)個(gè)等厚S的同心球,如圖3.2并假設(shè)均勻土壤電阻率ρ,則很容易求得兩個(gè)相鄰圓球間的電壓降。雖然球的個(gè)數(shù)無(wú)限,但這些電壓降的總和卻是有限的,這樣可以得到該接地體的接地電阻R為：式中：r為接地體的半徑。由此可見(jiàn),球形接地體的接地電阻正比于土壤電阻率,與接地體的半徑成反比。注意接地電阻不與r2及接地體的表面積成反比。采用球形接地體當(dāng)然不大現(xiàn)實(shí)。不過(guò),其他形狀的接地體在均勻土壤中的接地電阻也能根據(jù)土壤電阻率計(jì)算出來(lái)。圖3.3簡(jiǎn)明的描繪出接地體接地電阻的三種基本情況。〔1是一個(gè)埋在無(wú)窮大均勻的接地體的示意圖,在導(dǎo)體與球體之間的電阻假設(shè)為R,當(dāng)把球體分為兩半,電阻值將增加到2R。〔2表明埋在地面的導(dǎo)體的接地電阻是是深埋在地下的等長(zhǎng)導(dǎo)體的接地電阻的兩倍。〔3表明垂直棒的接地電阻與埋在地面的兩倍棒長(zhǎng)的導(dǎo)體接地電阻是相等的。圖3.3：接地體接地電阻的基本計(jì)算方式有關(guān)其他各種不同形狀的接地體及其他各種組合的接地體的接地電阻的計(jì)算表,可在有關(guān)教科書(shū)上查到。2、人工接地體的接地電阻1.單跟垂直接地體的接地電阻當(dāng)接地體電阻l》接地體的直徑d時(shí)式中：ρ——土壤電阻率,Ω.m；l——接地體的長(zhǎng)度,md——接地體的直徑或等效直徑,m。在實(shí)用中,垂直接地體一般長(zhǎng)2.5m,頂端埋于地面之下0.6-0.8m。此時(shí)單跟垂直接地體接地電阻的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：式中：K——簡(jiǎn)化系數(shù)；〔見(jiàn)表3.4ρ——土壤電阻率,Ω.m。表3.4：?jiǎn)胃怪苯拥伢w的簡(jiǎn)化計(jì)算系數(shù)K值材料規(guī)格直徑或等效直徑/mK值鋼管φ50φ400.060.0480.300.32角鋼40×40×450×50×563×63×570×70×575×75×50.3360.0420.0530.0590.0630.340.320.310.300.30圓鋼φ20φ150.020.0150.370.39注：表中K值按垂直接地體長(zhǎng)2.5,頂端埋深0.8m計(jì)算。2、水平接地體的接地電阻式中：ρ——土壤電阻率,Ω.m；l——接地體長(zhǎng)度,m；h——水平接地體埋深,m；d——接地體直徑或等效直徑,mA——水平接地體的形狀系數(shù),見(jiàn)表3.5。表3.5：水平接地體的形狀系數(shù)A形狀A(yù)值00.3780.8672.145.273.811.690.48常用的各種鋼材的單根直線水平接地體的接地電阻值見(jiàn)表3.6表3.6：?jiǎn)胃本€水平接地體的接地電阻值接地體材料及尺寸/mm接地體長(zhǎng)度/m510152025303540506080100扁剛40×425×423.424.913.914.610.110.68.18.426.747.025.86.045.15.334.584.763.83.953.263.392.542.652.122.20圓鋼φ8φ10φ12φ1526.325.625.024.315.315.014.714.411.110.610.710.48.788.68.468.287.37.167.046.916.286.166.085.955.525.445.345.244.944.854.784.694.104.023.963.893.473.453.403.342.742.702.662.622.272.232.202.17注：按土壤電阻率為100Ω.m、埋深為0.8m計(jì)算。3．復(fù)合接地體的接地電阻以水平為主,且邊緣閉合的復(fù)合接地體的接地電阻為式中：ρ——土壤電阻率,Ω.m；s——接地網(wǎng)總面積,m2；l——接地體的長(zhǎng)度,包括垂直接地體在內(nèi),m；d——水平接地體直徑或等效直徑,m；h——水平接地體的深埋,m。4．人工接地體接地電阻簡(jiǎn)易計(jì)算式,見(jiàn)表3.7。表3.7：人工接地體接地電阻〔Ω簡(jiǎn)易計(jì)算式接地體型式簡(jiǎn)易計(jì)算式備注垂直體R≈0.2ρ長(zhǎng)度3m單根水平式R≈0.03ρ長(zhǎng)度60m復(fù)合式〔接地網(wǎng)或1.S大于100m2.r為與接地網(wǎng)面積等值的圓的半徑,即等效半徑,m3.ρ土壤電阻率,l接地體長(zhǎng)度5.人工接地裝置工頻接地電阻值,見(jiàn)表3.8表3.8:人工接地裝置工頻接地電阻值型式材料尺寸/mm及用量/m土壤電阻率/Ω·m圓鋼φ20鋼管φ50角鋼50×50×5扁剛40×4100250500工頻接地電阻/Ω單根2.52.52.530.237.232.475.492.981.11511861632根5.05.05510.010.525.126.250.252.53根7.57.5101066.569.216.617.333.234.64根101015155.085.2916.617.333.234.65根12.512.520204.184.3510.510.920.921.86根15.015.025253.583.738.959.3217.918.68根20.020.035352.812.937.037.3214.114.610根252545452.352.455.876.1211.712.215根37.537.570701.751.824.364.568.379.1120根50.050.095951.451.523.623.797.247.583.4、高電阻率土壤的改良對(duì)于電阻率較高的土壤,要達(dá)到所要求的接地電阻,是十分困難的,為了改變這種局面,可以采取以下一些方法。1．深埋法在含沙土壤區(qū),一般含沙層都在土壤表層,地層較深處的土壤電阻率往往都比較低。如果將距地面3m處的土壤電阻率定為1,則深度在4m處為0.75,深度為5m處為0.60,6.5m處為0.50,9m處為0.20。由此可見(jiàn),在這類土壤區(qū)深埋接地體對(duì)降低接地電阻有較大的作用,特別是這樣無(wú)須考慮土壤的凍結(jié)和干燥等影響土壤電阻率的不穩(wěn)定因數(shù)。同時(shí)也無(wú)需考慮該接地體的跨步電壓對(duì)人畜的傷害問(wèn)題。當(dāng)然,采用這種方法對(duì)施工來(lái)說(shuō)是比較困難的,而且要配備專用的施工機(jī)具,特別是在巖石地區(qū)施工,困難更大。2．深井接地法在一般深埋不能達(dá)到要求時(shí),如果條件許可的話,可以使用鉆機(jī)鉆孔,把鋼管埋入井內(nèi)。再向鋼管內(nèi)和井內(nèi)注入泥漿,如圖3.4所示那樣來(lái)降低接地電阻。該法一般不用于避雷接地中,因?yàn)槔纂娏鞯碾姼行?yīng)阻止了長(zhǎng)接地體的利用。避雷接地中伸長(zhǎng)接地體的有效長(zhǎng)度,若Leff≈2ρ為100Ω.m,則接地體再避雷接地中的有效長(zhǎng)度僅僅為20m,而且實(shí)際上深度越大時(shí),對(duì)減少?zèng)_擊接地電阻的作用也越來(lái)越少。3．外引接地法如果在接地裝置的附近有導(dǎo)電良好的土壤,不凍的河流,湖泊或海洋時(shí),可以采用外引接地,對(duì)降低接地電阻也是有利的。不過(guò),避雷接地中,由于雷電流的電感效應(yīng),外引接地有一個(gè)極限問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外對(duì)外引接地的有效長(zhǎng)度規(guī)定如下：式中：L為接地體的極限長(zhǎng)度〔m；ρ為土壤電阻率〔Ω.m；t為雷電流的波頭時(shí)間〔μs。表3.7列出了不同土壤電阻率條件下,外引接地的極限長(zhǎng)度。表3.7:不同土壤電阻率下外引接地的極限長(zhǎng)度土壤電阻率ρ〔Ω.m10020040080016003200外引接地長(zhǎng)度L〔m2028.34056.780113外引接地,一般采用排狀或環(huán)狀。在水中,采用40×4扁剛焊成網(wǎng)格沉于水底在經(jīng)濟(jì)上也是合理的。為了防止屏蔽效應(yīng),網(wǎng)格間隔為10－15m。網(wǎng)格大小要根據(jù)水的電阻率高低和接地電阻的要求決定。水底裝接地體,最好裝在有河砂堆積的地方,因?yàn)楹由半娮杪市∮谒?一般只有180Ω.m左右。如果水中含有腐蝕性物質(zhì),還必須對(duì)扁剛進(jìn)行熱鍍鋅處理。如果在同一地區(qū)須采用外引接地得設(shè)備較多,是采用共同外引接地還是分開(kāi)外引接地。要根據(jù)經(jīng)濟(jì)比較和地形條件等確定最佳方案。4．污水引入法有的地方采用深埋,深井,外引接地等都不大可能時(shí),可將沒(méi)有腐蝕性得污水,如生活用廢水等,引至接地體埋設(shè)的土壤中,以此辦法來(lái)降低土壤電阻率。采用該方法時(shí),接地體采用G50鋼管,管上每隔20cm鉆以φ5小孔,以便使污水能夠滲入土壤之中。5．置換土壤法該法是采用電阻率較低的土壤,如粘土,黑土及砂質(zhì)粘土等,置換接地體埋設(shè)處的高電阻率土壤。置換的范圍是接地體周圍半米以內(nèi)及接地體長(zhǎng)度的三分之一處,如圖3.5所示。如果取土方便而運(yùn)輸費(fèi)又低的話,埋設(shè)接地體的土壤最好全部置換,其效果更佳。如果運(yùn)輸距離太長(zhǎng),不僅會(huì)加大運(yùn)輸費(fèi)用,而且土壤在空氣中暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)還會(huì)改變土壤的性質(zhì),達(dá)不到預(yù)期的效果。圖3.5：置換土壤法置換土壤應(yīng)采用隨取隨理的做法,以保持這種方法的有效性。6．人工處理法在接地體周圍土壤中加入煤渣、木炭、爐渣、碳黑以及鹽類等也可以家底土壤電阻率。但是,無(wú)論選擇哪一種材料,應(yīng)當(dāng)是電阻率低,不易流失,性能穩(wěn)定,易于吸收和保持水分等的,并且對(duì)接地體無(wú)強(qiáng)烈腐蝕作用,以及施工簡(jiǎn)便,經(jīng)濟(jì)合理。長(zhǎng)期以來(lái),人工處理普遍采用鹽類來(lái)對(duì)土壤進(jìn)行降阻,不過(guò)經(jīng)過(guò)鹽類處理的土壤雖然能降低土壤電阻率的效果,但鹽類容易流失,持久性較差,接地體腐蝕加快,并降低了接地體的熱穩(wěn)定性等等,因此凡可采用其他方法達(dá)到接地電阻要求時(shí),一般不輕易采用人工處理法。7．降阻劑法自降阻劑問(wèn)世以來(lái),已引起了人們,特別是電力行業(yè)和通信部門(mén)的普遍關(guān)注。《SDJ8－79電力設(shè)備接地技術(shù)規(guī)程》中已明確規(guī)定在高土壤電阻率地區(qū),可以使用降阻劑來(lái)降低接地裝置的接地電阻。降阻劑能夠降低接地電阻的原因是：〔1降阻劑自身電阻很低,一般只有零點(diǎn)幾到幾歐姆·米,它裹在接地體周圍〔厚度為2－5cm,并且十分貼近導(dǎo)體,這就相當(dāng)于加大了接地體的幾何尺寸,擴(kuò)大了接地體與土壤的接觸面積,從而有利于降低接地電阻。〔2降阻劑向土壤部分滲透,形成滲透層,如圖3.6所示,這樣進(jìn)一步擴(kuò)大了接地體的有效半徑。一般降阻劑大約可向土壤滲透10cm左右深,從而與土壤接觸得更好,接地面積更大。圖3.6：降阻劑向土壤的滲透現(xiàn)象〔3在未使用降阻劑的情況時(shí),由于土壤電阻率通常在102－104Ω.m之間,這樣在接地體周圍形成一個(gè)電阻率突增的臺(tái)階,圖3.7〔a所示。這樣對(duì)雷電沖擊電流的泄放是十分不利的,導(dǎo)致接地體及其設(shè)備和操作人員的安全。圖3.7：使用和不使用降阻劑介質(zhì)電阻率的變化曲線使用降阻劑后,劑向接地體周圍土壤滲透,土壤形成良好的接觸,降低了周圍土壤的電阻率,而在接地體周圍的滲透區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)變化較平緩的地電阻區(qū)域。這樣就減少了因?qū)щ娒浇橘|(zhì)電阻率突變所造成的對(duì)電流的阻抗,低了雷電流放電的陡度,使從接地體到周圍的滲介質(zhì)間的暫態(tài)電位趨于更小,以能使雷電流更順利地通過(guò)接地體流入大地,這樣起到了降低接地體接地電阻所起不到的作用。〔4降阻劑是由多種無(wú)機(jī)鹽類或有機(jī)物所組成的,因而有較好的吸水保濕性能,保持了土壤的濕潤(rùn)度,加強(qiáng)了鹽類溶液的離子化,甚至電子化,增強(qiáng)了它的導(dǎo)電性能。降阻劑分為化學(xué)降阻劑和物理降阻劑。但化學(xué)降阻劑有污染水源和陰離子會(huì)腐蝕地網(wǎng)的缺陷,要做到長(zhǎng)效、穩(wěn)定的接地降阻比較困難。現(xiàn)在廣泛接受的是物理降阻劑〔也稱為長(zhǎng)效型降阻劑。它是以非電解質(zhì)固體粉末作為導(dǎo)電物,如石灰、石膏等,它們?yōu)殡y溶的電解質(zhì),其飽和液的電阻率也較高〔石灰為1.2Ω.m。但在高土壤電阻率區(qū),只要電阻率不大于10Ω.m就可以得到接近理想的降阻效果,因此用它們配置成滿足上述要求的降阻劑并不困難。用石灰、石膏的物理降阻劑的有效期可達(dá)到一百年以上。物理降阻劑使用的材料多來(lái)源于地下礦物原料,而且已廣泛用作建筑材料,對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染性。由于不使用電解質(zhì)鹽類作為導(dǎo)電物,而以強(qiáng)堿弱酸鹽為膠凝物,因此其導(dǎo)電特性不受酸堿鹽,高低溫,干濕度所限。在混合、儲(chǔ)存、使用中都不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),無(wú)毒,無(wú)腐蝕,能滿足高穩(wěn)定性的接地要求。降阻劑在接地裝置中,必須注意面積效應(yīng)。當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)較小時(shí),采用降阻劑,由于地網(wǎng)等效面積〔地網(wǎng)的原有面積＋降阻劑處理的面積＋由于降阻劑的滲透所產(chǎn)生的增大面積增大,接地電阻相應(yīng)下降。但隨著地網(wǎng)面積的增大,網(wǎng)中降阻劑的效果會(huì)急劇下降。因?yàn)榇藭r(shí)應(yīng)用降阻劑處理的面積和滲透增大的面積遠(yuǎn)小于地網(wǎng)的等效半徑,所以既不會(huì)使原地網(wǎng)面積有顯著增加,也不會(huì)使地網(wǎng)變成三維空間的立體地網(wǎng)。第四章、接地材料的選擇及其應(yīng)用接地網(wǎng)是接地系統(tǒng)的基礎(chǔ),由接地環(huán)〔網(wǎng)、接地極〔體和引下線組成。過(guò)去常接地環(huán)作為接地的主體,很少使用接地體。接地要求不高或地質(zhì)條件相當(dāng)優(yōu)越的情況下,接地環(huán)的確有效,在通常情況下,接地環(huán)可以起到輔助接地的作用,主導(dǎo)作用是用接地體來(lái)完成的。決定接地電阻大小的因素很多,我們以接地環(huán)作接地主體的情形來(lái)分析傳統(tǒng)地網(wǎng)接地電阻的計(jì)算公式。式中：ρ〔Ω.m土壤電阻率；d<m>鋼材等效直徑；S〔m2地網(wǎng)面積；H<m>埋設(shè)深度；L<m>接地極長(zhǎng)度；A形狀系數(shù)。式〔1表明,傳統(tǒng)的接地方式在土壤電阻率已經(jīng)確定的情況下,要想達(dá)到設(shè)計(jì)要求的電阻必須有足夠的接地面積,要降低接地電阻只有擴(kuò)大接地面積,每擴(kuò)大4倍的接地面積,接地電阻會(huì)降低一倍。式〔2、〔3表明,在上述的接地網(wǎng)中,要降低接地電阻的另一個(gè)方法是加大接地材料的尺寸,但耗材太大,效果并不理想。單使用接地環(huán)要達(dá)到某個(gè)接地電阻值,與接地環(huán)包圍的面積Ｓ和土壤電阻率有關(guān)。以一個(gè)城市常見(jiàn)的土壤電阻率200Ω.m為例,要做接地電阻1Ω的地網(wǎng)需占地10000m2。對(duì)于大型建筑物而言,本身占地很大,考慮到要求獨(dú)立地的設(shè)備,一個(gè)地網(wǎng)是不夠的。在高樓林立、寸土寸金的城市和地形復(fù)雜的山地,很難有滿足大面積施工的場(chǎng)地和土質(zhì),即時(shí)地理?xiàng)l件許可,由于開(kāi)挖量大、耗材多,費(fèi)工費(fèi)料,工程造價(jià)相當(dāng)高。所以,需要運(yùn)用更好的接地材料和施工設(shè)計(jì)方法。4.1、接地材料廣泛使用的接地工程材料有各種金屬材料、接地體、降阻劑和離子接地系統(tǒng)等。金屬材料如扁鋼,也常用銅材替代,主要用于接地環(huán)的建設(shè),這是大多接地工程都選用的；接地體有金屬接地體〔角鋼、銅棒和銅板這類接地體壽命較短,接地電阻上升快,地網(wǎng)改造頻繁,維護(hù)費(fèi)用比較高；從傳統(tǒng)金屬接地極〔體中派生出的特殊結(jié)構(gòu)的接地體〔帶電解質(zhì)材料,使用效果比較好,一般稱為離子或中空接地系統(tǒng)；另外就是非金屬接地體,使用比較方便,幾乎沒(méi)有壽命的約束,各方面比較認(rèn)可。降阻劑在上一章已經(jīng)介紹過(guò),以下著重介紹非金屬接地模塊和離子接地系統(tǒng)。1、非金屬接地體非金屬接地體在通訊、廣電等部門(mén)有廣泛應(yīng)用。它是由導(dǎo)電能力優(yōu)越的非金屬材料復(fù)合加工成型的,加工方法有澆注成型和機(jī)械壓模成型。一般來(lái)說(shuō)澆注成型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)松散、強(qiáng)度低、導(dǎo)電性能差,而且質(zhì)量不穩(wěn)定,一些小型廠家少量生產(chǎn)使用這樣的辦法；機(jī)械壓模法,是使用設(shè)備在幾到十幾噸的壓力下成型的,不僅尺寸精度較高、外觀較好,更重要的是材料結(jié)構(gòu)致密、電學(xué)性能好、抗大電流沖擊能力強(qiáng),質(zhì)量也相當(dāng)穩(wěn)定,但是生產(chǎn)成本較高,批量生產(chǎn)多采用。選型時(shí),盡量采用后者,特別是接地體有抗大電流或大沖擊電流的要求〔如電力工作地、防雷接地時(shí),不宜采用澆注成型的非金屬接地體。非金屬接地體是不受腐蝕的接地體,其穩(wěn)定性、環(huán)境適應(yīng)性、使用壽命都是現(xiàn)有接地材料中最好的,不需要定期改造和維護(hù)。非金屬接地體施工需要的地網(wǎng)面積比傳統(tǒng)接地面積小很多,但是,在不同地質(zhì)條件下,也需要保證足夠的接地面積才可以達(dá)到良好的效果。2、離子接地系統(tǒng)離子接地系統(tǒng)是傳統(tǒng)的金屬接地改進(jìn)而來(lái),從工作原理到材料選用都有脫胎換骨的變化,形成各種形狀的結(jié)構(gòu)。這些接地系統(tǒng)的共同點(diǎn)是結(jié)構(gòu)部分采用防腐性更好的金屬,內(nèi)填充電解物質(zhì)及其載體組分的內(nèi)填料,外包裹導(dǎo)點(diǎn)性能良好的不定性導(dǎo)電復(fù)合材料,一般稱為外填料。接地系統(tǒng)常用的金屬材料有不銹鋼、銅包鋼和純銅材。不銹鋼的防腐較鋼材好,但是在埋地環(huán)境中依然會(huì)多多少少的銹蝕,以不銹鋼為主體的接地系統(tǒng)不宜在腐蝕性嚴(yán)重的環(huán)境中使用。表面處理過(guò)的銅是很好的抗銹蝕材料。銅包鋼是銅-鋼復(fù)合材料,鋼材表面覆蓋銅,由套管法或電鍍法生產(chǎn),表面銅層的厚度從0.01mm到0.50mm,厚度越厚防腐效果越好。純銅材料防腐性能最好,但是成本太高。由于接地系統(tǒng)大多向垂直方向伸展,所以接地面積很小,可以滿足地形嚴(yán)重局限的工程需要。特別是,補(bǔ)償類型的接地系統(tǒng)有加長(zhǎng)的設(shè)計(jì),筆者曾使用過(guò)加長(zhǎng)至24米的接地系統(tǒng),輔以深井法施工,可以達(dá)到非常好的效果。4.2、接地材料應(yīng)用通常的防雷接地的接地電阻是10Ω,實(shí)際上有弱電設(shè)備的感應(yīng)防雷都要求4Ω或1Ω的接地電阻。常常有個(gè)誤區(qū),認(rèn)為作到10Ω、4Ω或1Ω的接地電阻就滿足了設(shè)計(jì)要求,而沒(méi)有考慮季節(jié)因數(shù)。因?yàn)?土壤電阻率是隨季節(jié)變化的,規(guī)范所要求的接地電阻實(shí)際上是接地電阻的最大許可值,為了滿足這個(gè)要求,地網(wǎng)的接地電阻要達(dá)到：R=Rmax/ω式中：Rmax接地電阻最大值,就是我們說(shuō)的10Ω、4Ω或1Ω的接地電阻ω是季節(jié)因數(shù),根據(jù)地區(qū)和工程性質(zhì)取值,常用值為1.45所以,我們所說(shuō)的接地電阻實(shí)際是：R=6.9ΩRmax=10Ω

R=2.75ΩRmax=4ΩR=0.65ΩRmax=1Ω

這樣,地網(wǎng)才是合乎規(guī)范要求的在土壤電阻率最高的時(shí)候〔常為冬季也滿足設(shè)計(jì)要求。接地工程本身的特點(diǎn)決定了周圍環(huán)境對(duì)工程效果的決定性影響,脫離了工程所在地的具體情況來(lái)設(shè)計(jì)接地工程是不可行的。設(shè)計(jì)的優(yōu)劣取決于對(duì)當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境等諸多因數(shù)的綜合考慮。土壤電阻率、土層結(jié)構(gòu)、含水情況、季節(jié)因數(shù)、氣候以及可施工面積等等因數(shù)決定了接地網(wǎng)形狀、大小、工藝材料的選擇。1、非金屬接地模塊一般來(lái)說(shuō),濕潤(rùn)的土壤導(dǎo)電性較好,但是,實(shí)際工程中我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)含水量超過(guò)飽和以后,接地效果反而不好。當(dāng)接地體深入到地下潮濕層時(shí),降阻效果會(huì)好得多。例如,云尾移動(dòng)通訊站,土壤電阻率測(cè)量值1200Ω,使用240只接地模塊,接地電阻值達(dá)到1Ω以下；同樣的,柯壺口變電所也是1200Ω的土壤電阻率,地表是破碎沙石層,但是開(kāi)挖150mm發(fā)現(xiàn)潮濕土層,埋設(shè)接地塊80只,原預(yù)計(jì)達(dá)到4Ω的地網(wǎng),結(jié)果達(dá)到了1.2Ω。2、離子〔中空接地系統(tǒng)施工環(huán)境常常受到各種條件的制約,按照理想的模式考慮大面積的地網(wǎng)有時(shí)是不現(xiàn)實(shí)的。有專家認(rèn)為,接地面積一定后,如果接地極長(zhǎng)度不超過(guò)地網(wǎng)1/20,要想突破局限是不可能的,即使做成整塊銅板也沒(méi)有用的。實(shí)踐中也應(yīng)證了這一理論。所以,當(dāng)?shù)匦尉窒迺r(shí),我們可以考慮地網(wǎng)的縱深方向,使用離子接地系統(tǒng)或深井施工工藝。XX某航天觀測(cè)站,土壤電阻率1100Ω.m,設(shè)備需要4Ω信號(hào)-屏蔽獨(dú)立地,考慮季節(jié)因素,應(yīng)作到2.75Ω,而可供施工的面積只有8平方的狹長(zhǎng)位置,采用加長(zhǎng)〔20m離子接地系統(tǒng)3套安裝后,達(dá)到2.5Ω的接地電阻。4.3、綜述上面介紹的各種接地材料各有優(yōu)勢(shì),但是都有自身的局限。我們提倡各取所長(zhǎng),選擇適當(dāng)?shù)牟牧蠞M足不同的工況。序號(hào)

降阻劑非金屬接地體中空接地棒傳統(tǒng)接地1類型地網(wǎng)與接地極接地極接地極地網(wǎng)與接地極2新建地網(wǎng)施工簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單較簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單3改造地網(wǎng)施工復(fù)雜簡(jiǎn)單較簡(jiǎn)單復(fù)雜4適用環(huán)境普通地網(wǎng)通用惡劣地質(zhì)條件腐蝕環(huán)境較高要求地網(wǎng)地網(wǎng)面積小的城市或復(fù)雜山巖環(huán)境通用5價(jià)格比較低較高較高地好要求低便宜,地壞要求高較貴或很貴6抗腐蝕有防腐作用不被腐蝕較好抗腐能力低7氣候穩(wěn)定性普通優(yōu)異較好不好8使用壽命較長(zhǎng)最長(zhǎng)最長(zhǎng)短,常需要改造第五章：實(shí)際接地應(yīng)用室內(nèi)系統(tǒng)通過(guò)接地引下線與地網(wǎng)聯(lián)系,建筑內(nèi)的線路排布直接關(guān)系到接地系統(tǒng)是否真正有效的工