接地的設計

章長東

接地的目的是要保證電氣系統和電氣設備的正常運行和人身安全。由于接地

所牽涉的范圍很廣，因此必須在設計前進行詳細的調查研究和收集資料工作。為

了保證接地的正確性并避免今后在施工中發(fā)生返工現象，必須進行完善的設計工

作。

一、設計的階段和步驟

1.設計的階段

設計的階段根據設計的規(guī)模及實施的方法而定。在一般情況下，按以下階段

進行。對于整個電力系統、整個企業(yè)或整個地區(qū)的設計，一般分為三階段，即：

方案設計、初步設計及施工圖設計。

在方案設計中主要解決設計的技術可能性和經濟合理性，并決定接地方案。

在初步設計中，主要進行接地計算，繪制接地系統圖，編寫說明書，開列材料清

單，作為施工備料的準備。

在施工圖設計時，主要根據具體情況繪制各種施工圖，以電氣裝置國家標準

圖集中《接地裝置安裝》篇(BD16-66D521)和全國建筑標準設計電氣裝置標

準圖集中的《接地裝置安裝》(JSJT-85)為主要依據。由于國內在接地施工方

面已有較多的經驗，并有比較完整的施工圖，因此在施工圖設計時，主要工作

是根據典型的施工圖選擇其適用部分，同時針對該項設計的具體情況補制部分施

工圖。

目前在接地工作實施方法上，有一種由承包商承包的方法。在這種情況下，

只需進行兩階段設計。第一階段為方案設計，即根據接地要求，編寫接地方案。

對于特別簡單的建筑物或對接地要求不高的建筑物，只要說明接地方法和高低壓

系統的接地制式就行了。第二階段為招標圖設計，其作用是作為承包商所承包

任務的依據。在這階段中，必須有接地系統圖，即接地標準圖。因為接地工作影

響人身安全，因此除采用國家標準圖外，特別應附有等電位措施的標準圖。

2.資料的收集

為了進行接地的設計，必須收集下列資料。對于中小型系統，則可根據情況

酌量降低要求。

(1)當地土壤電阻率最好要有實測數據，并須說明實測時的季節(jié)、日期以

及實測前土壤是否潮濕及

落雨量大小的情況。如當地土壤電阻率較高，則應了解附近有無土壤電阻率較低

的地方，是否有水源，如河、溪、湖及井等。如有土壤電阻率較低的地方或有水

源時，則應取得其電阻率資料。如根據地質勘測資料，在所設計地區(qū)內土壤的性

質變化較大，則在不同的土壤地區(qū)應分別測得土壤電阻率的數據。如在設計

前無法取得實測資料，可向當地電業(yè)單位或有關企業(yè)取得土壤電阻率資料。如系

新建地區(qū)，當地缺乏該項資料，而且在設計前又無法取得實測資料時，可根據地

質勘測中的土壤性質作初步估計，在設計時并應留有余地，有增設接地極的可能。

同時在施工后要進行測量，如與原估計土壤電阻率有出人時，應根據實測資料計

算而得的結果補打接地極或采取其它有效措施。

(2)土壤結冰厚度、化學成分，對銅、鋼等常用接地裝置的腐蝕情況，電

解時產生活性物的分量。

(3)地下水深度及其中所含腐蝕性物質的濃度。

(4)最炎熱月份(我國一般為7月份)下午2時的平均地下溫度，以及平

均年降雨量和每月平均降雨量。

(5)雷電日及雷電活動情況。以上第(2)?(5)項資料，一般可向電業(yè)

單位收集，如電業(yè)單位無該項資料時，其中第(2)項及第(3)項資料可向勘察

單位收集，并請其根據要求進行必要的化學分析工作。第(4)項及第(5)項可

向當地氣象臺索取。對于有些長期積累性的資料，在新建工業(yè)區(qū)如無法取得時，

可向當地氣象部門或有經驗的人請教作為估計資料。

(6)系統、發(fā)電機及變壓器的接地制式。

(7)系統運行方式及單相短路電流值。

(8)架空線路的回路數、長度及檔距。如有避雷線，則應了解其長度、材

料及截面。

(9)電纜線路的回路數、長度、型號、截面和敷設方法。

以上第(6)~(9)項的資料應向當地電業(yè)單位或電業(yè)設計單位取得。

(10)水管、金屬結構及構筑物等自然接地極的鋼材規(guī)格及聯結方法。

(11)建筑物防雷、防爆及防火的等級，用電設備的性質和接地要求。

以上兩項如為舊有系統或建筑，則應向基建單位取得資料。如為新建或擴建,

則應向有關設計單位取得資

料。

(12)接地極材料如角鋼、扁鋼等的價格以及有關接地附件的加工費用。該

項資料可以向當地材料供應部門及加工企業(yè)取得。

根據以上資料，即可進行設計。如要求簡單或僅進行部分設計時，可根據具

體情況簡化設計步驟。

3.設計的步驟

(1)根據系統中性點工作制及用電設備的接地要求，確定接地的范圍和系

統。

(2)根據接地系統情況，確定共同接地和重復接地或集中接地和輔助集中

接地的范圍和地點。

(3)根據不同接地的要求，選擇接地電阻值。

(4)根據測定資料計算最不利的情況下的土壤電阻率，或根據土壤勘測資

料估計土壤電阻率。

(5)根據接地電阻要求及土壤電阻率計算接地極及接地線的數量和截面，

并選定材料及埋設方法；同時還須檢驗其機械強度，必要時還要檢驗其熱穩(wěn)定度。

(6)根據不同接地制式的要求，選用適當的L線、N線、PE(或PEN)線

及保護設備。

(7)確定等電位聯結的范圍及措施。當采用人工等電位同時，根據計算接

觸電壓和跨步電壓確定等電位同的布置及結構。

根據上述步驟進行設計時，在初步設計的文件中須有中性點工作制選擇的說

明及接地系統方案，有整個系統、整個地區(qū)或全廠的接地網總圖，以及各配電所、

變電所、率間及重要建筑物的接地布置圖。如接地網不復雜，也可以將接地網畫

在各有關設計的電力照明平面圖上，同時須開列材料清單，并附有概算。

在施工圖的文件中須有成套的施工圖，并附有施工說明。對于特殊項目尚須

附以計算書。當進行方案及招標圖設計時，在方案文件中的說明與上述初步設計

相同；在招標圖中，除有上述技術文件的內容外，應有典型的等電位聯結圖、標

準接地端子圖及接地連接箱典型連接圖。

二、接地范圍和接地電阻的確定

1.接地范圍的確定

接地是保障電氣安全所必須采用的重要措施之一。但并不是所有的電力、通

信系統、電力和通信設備以及線路都需要接地。電力系統及通信系統的工作接地

是根據系統要求決定的，例如高壓的不接地系統和低壓的IT系統就不能直接接

地。保護接地則根據電氣設備和線路的安全要求以及所采用的電氣安全措施

所決定的。例如采用不接地的局部等電位聯結作為安全保護措施，就嚴禁。通過

外露導電部分和外部導電部分接地而引入地電位以致造成危險，在有些情況下，

沒有必要或沒有可能進行接地，例如具有雙重絕緣或加強絕緣的I類電氣設備，

已有充分電氣安全條件，不必進行接地，而且在很多情況下，整個設備為絕

緣所覆蓋，也無法進行接地，如破壞絕緣進行接地，反而導致危險。又如在伸臂

范圍以外的電氣設備，在正常條件下，人不可能觸及，也毋需接地。但在非常潮

濕環(huán)境內，其它電氣安全措施均難以適用，接地和等電位聯結措施就顯得非常重

要了。從電氣安全要求看，確定接地范圍具有重大意義。在進行接地設計時，

首先必須根據不同的接地系統、不同的電力和通信設備、不同的建筑物環(huán)境及防

雷分類，確定接地范圍。

2.接地電阻值的確定

確定接地電阻的作用是使接地設計工作簡化。因為工作接地電阻值的決定，

要考慮系統的穩(wěn)定運行，系統免受外界干擾和防止對電氣參數敏感設備的干擾，

還要考慮到系統保護的可靠性。保護接地電阻值的決定，要確保接觸電壓和跨步

電壓在安全范圍以內或者能在規(guī)定時間內自動切斷電源。防雷用的接地電阻

值要能使設備或建筑免受直擊雷、感應雷和引入雷造成危險。其它如防靜電的接

地電阻值、防止電磁干擾的接地電阻值都要能滿足靜電或電磁防護要求。如按以

上要求，一一進行計算，則非常繁瑣。因此很多國家的規(guī)程對接地電阻值進行規(guī)

定，這些接地電阻值是根據經常遇到的條件，考慮到有關的情況確定下來的，

因此只要能滿足規(guī)程中的接地電阻值，在正常情況下就能滿足相應的保護要求，

這樣可以減少設計工作量。但對于一些特殊情況或特殊要求的，以及規(guī)程上未能

確定的部分，還必須根據要求進行計算。

常用的工頻接地電阻如表1所示。表1中的入地電流除按5?10年發(fā)展后的

系統最大運行方式確定外，還應按不同接地制式考慮以下因素。

裳1常用接地電阻值

線路及接他電阻值汽

接地t9點

以備名稱

1000V以?收士呼.電城率地區(qū)/<.竿…

上大接地

電流系統高土聯電阻罕地區(qū)R；&

陶

儀用于高壓電力時備

1OOOV以

上小接地高壓與低壓電力設存共用/仁呼

電流系統

高土制電阻本地K/e<30

高壓為小接地電流系統,且也容

電澹不大于3OA,變壓器中性點收|

變樂器與高壓設缶外殼共同接地

永無單獨接他RR

管式避宙器或保護間隙霏：5

殖轉電見

科式避於器保護E3

?般系統及電力設備於7

由！00kVA及以下發(fā)電0L或變

1310

低出系統壓器供電的系統及電力母備

及低壓電

AGIO

力出品一般系流的重城快地

由lOokVA及以下發(fā)電Wl或變30

慶器供電系纜的JR電掩地

iKib1為流經接地徒段的入地電流*A.

2.住局土城電阻率梟說地區(qū),還應"值以下措施.

”)對可能壞接地網的電位弓f向站仃外?或將做電1E引

進站臺的設施，采取隔離電fi的帶施：

＜2＞應考慮短路電流年周期分a的*響.當接地網電位

升高時,站仃內的3-10kV闊式避擊器不應動作?

(3)接觸電位和跨上電爪應汗合嚶求.

3以壓東統及電力&力的按也電阻江它核安空關系式進

行校驗.

4,大接地血流系統:包括仟效接地印他也阻接他系統；小

接.電流系技包括不接地、消弧線圈攫地fll.電PH接

的系統.

(1)有效接地和低值電阻按地的系統在接地裝置內或外短路時，入地短路

電流采用經接地裝置流入地中的最大短路電流周期分量的起始有效值，并應考慮

系統中各接地中性點間的短路電流分配。當R按＜0.5。，應計入避雷線中分走的

接地短路電流，但架空避雷線對地絕緣者除外；當R按92000〃計算時，

也應計入引進線路的避雷線接地作用。

(2)消孤線圈接地和高值電阻接地的系統入地短路電流按以下方法考慮。

①對裝有消弧線圈的自備發(fā)電站、變電所或電氣設備的接地裝置，該電流等

于該站、所內接在同一系統中各消弧線圈額定電流總和的1.25倍。

②對不裝消弧線圈的自備發(fā)電站、變電所或電氣設備的接地裝置，該電流等

于系統中斷開最大一臺消弧線圈時的最大可能殘余電流，但不小于30A。

(3)不接地系統入地短路電流/按下列單相接地電容電流計算：

I=U(35L計LD/350⑴

式中：U-一系統線電壓，kV

Li—電纜線路長度，km

LI—架空線路長度，km

3.選用接地電阻時應注意的問題

(1)了解確定接地電阻的條件如上所述，接地電阻值是根據一定的條件所

決定的數值，如條件不同，就不能采用。如當變壓器高低壓側采用共同接地時，

接地電阻為1C。決定這個數值的條件是：高壓為不接地系統，且電容電流不超

過30A。如果高壓側是接地系統，或電容電流大于30A,這個1C的接地電阻就

不能用。如果變電所內已采取等電位措施，且能滿足接觸電壓和跨步電

壓的要求，則接地電阻可以大于1C,如采用4C。因此采用接地電阻時，首先應

了解決定這個電阻值的條件，才不致導致危險。

(2)明確接地電阻的性質接地電阻有工頻接地電阻和沖擊接地電阻兩種，

同樣是防雷用的接地電阻，作為防直擊雷引下線的為沖擊接地電阻，作為防感應

雷用的接地電阻則為工頻接地電阻，兩者可以根據一定條件進行換算，但不可混

淆。

(3)作為多種用途的接地電阻有些接地裝置不僅作為工作接地，又作為保

護接地，或既作保護接地，又作防雷和防靜電接地。在這些情況下，選用其中最

小值作為該接地裝置的電阻。例如一般重復接地要求接地電阻力10C,而此重復

接地又作防靜電接地，一般防靜電接地電阻要求為100C,即使有爆炸危險物體

防靜電接地電阻要求也只是30C,都大于重復接地所要求的接地電阻10C,則此

接地裝置的接地電阻選用10C。

(4)復雜電氣裝置或多功能建筑采用共同接地由于復雜電氣裝置或多功能

建筑內金屬管線縱橫交叉，地上及地下鋼結構甚多，很難按不同系統或設備采用

單獨接地，因此只能采用共同接地。由于這類裝置和建筑內的電氣設備有各種不

同要求的接地電阻，同時為了防止彼此產生干擾及意料不到的影響，一般采用Id

這樣對泄漏大電流和減少雷電反擊都是有利的。

表2不同性質土壤的電阻率

類士城電阻率

名體含水鼠

別（D?m）

崗

花

石20.7X10,

理

大

石18.4X101

灰

石

巖石10X10,

英

石

石IX10,

英

石

斑

石12.4—14.5)X101

綠

輝

石

的<5.6?6.6)X10,

石

城

"三

赤，

胺

半3.2X10

鐵

想

礦

思

假<4,4?9.2)Xl(r

赤K

巖

石多(0.25~0.3)火⑹

地

石

石

礫

J隔i0.4X10'

0.2X10,

砂子2500

砂子1000

砂眇干250

含水黃沙500

河灘中的孫干300

干的2500

多石土壤400

400

10%300

涅含沙粘土含75%水分（按或fit計）250

濕的190

含20%水分（分體枳計）100

混合土（粘土,

100

石灰石.邱石）

含2。乂水分〈按體機計）100

砂質祜土80

含20%本分（校悻枳計）60

±陶拈士含40%水分（拉體積計）25

含20%水）（撥體也計）50

底植土含2。脩水分（掩體粗計）30

搗碎的木炮40

20

三、接地介質的接地電阻率

接地的介質有土壤、混凝土和水三種，最常用的接地是將作為接地極的導體

置于土壤中，與土壤緊密接觸，所以土壤電阻率對干作為接地的主要指標之一的

接地電阻影響很大。有時因為利用基礎內的鋼筋或在基礎內設置接地極，此時混

凝上的電阻率主要影響接地電阻值。有時因為土壤，電阻率很高，必須利用水源，

將接地極置于水中，這時就必須了解水的電阻率。現將這三種電阻率的確定方法

依次說明如下。

（一）土康電阻率及其確定方法

決定接地電阻的主要因素是土壤電阻。土壤電阻的大小一般以土壤電阻率來

表示。土壤電阻率是以每邊長10mm的正立方體的土壤電阻來表示。土壤電阻率

根據土壤性質、含水量、溫度、化學成分、物理性質等情況而有所變化。因此在

設計時要根據地質情況，并考慮到季節(jié)影響，選取其中最大值作為設計依據。影

響土壤電阻率的主要因素有下列幾個：

1.土壤性質

土壤性質對土壤電阻率影響最大。不同性質的土壤，其電阻率甚至相差幾千

到幾萬倍。不同性質的土壤電阻率見表2。為了初步估算，也可采用表3的數值。

2.含水量

含水量對電阻率也有很大影響。絕對干燥的土壤電阻率可以認為接近無窮

大。含水量增加到15%左右時，土壤電阻率顯著降低；如繼續(xù)增加水分直到75%

左右時，電阻率改變很小；當含水量超過75%時，土壤電阻率反而增加。含水量

對土壤電阻率的影響，不僅隨土壤種類不同而有所不同，而且與所含的水質也有

關系。例如在電阻率較低的土壤中，加上比較純潔的水，反而增加電阻率.因此

在采用加水改良土壤時，也要注意這一點.不同性質和含水量的土壤電阻率見表

2,估算時可采用表3的數值。

3.溫度

當土壤溫度在0℃及以下時，由于其中水分結冰，土壤凍結，電阻率突然增

加，因此一般都將接地極放在冰凍層以下，以避免產生很高的流散電阻。溫度自

0℃繼續(xù)上升時，由干其中溶解鹽的作用，電阻率逐漸減小，溫度到達100℃時，

由于土壤中水分蒸發(fā)，電阻率又增高。

4.化學成分

當土壤中含有鹽、酸、堿成分時，電阻率會顯著下降。一般即利用這種特性

來進行改善土壤的。管形接地極經過食鹽處理后的電阻率降低情況見表4。

5.物理性質

土壤中的物理因素可使電流密度分布的情況改變，尤以含有金屬成分時影響

最大。此外，土壤本身是否緊密，與接地極是否緊接，對電阻率也都有很大影響。

土壤本身的顆粒越緊密，電阻率就越低，其減低程度隨土壤的種類而異。例如砂

土及巖石等受壓后，顆粒不易緊密，電阻率下降較少；粘土、黑土等受壓后，顆

粒易于緊密，因此電阻率下降較大。根據試驗證明：當粘土含水量為10%,如溫

度不變，單位壓力由20MPa增加到200MPa時，電阻率可下降到原來數值的

65%。同時土壤與接地極接觸得越緊，流散電阻也越小。因此，為了減少接地極

的流散電阻，常采用將管形接地極打入地下的辦法。這種施工方法既簡便，又可

將附近土壤壓實，并可使接地極與土壤緊密接觸，從而能達到減少土壤電阻率的

效果。如采用其它方法敷設接地極時，必須夯實接地極附近的土壤，以減小土壤

電阻率。

估算用的土壤電阻率

土填類型上埔電率(fl?m)

渤海有機土康10

潮濕土壤10s

干燃士曜J0J

巖床10,

?4昔形接地極經畬鹽處理后的有效系數表

處理前的土安電阻率有效系數a

<n?m)xiol(處理前后土埔電阻率之比)

0.252.3

0.52.7

l.o3.2

2.04.0

3.05-0

4.06.0

5.06.5

6.07.5

6.土壤熱阻系數

由千不同季節(jié)中，土壤的溫度不同，土壤的熱阻系數也隨之變化，接地電阻

也隨季節(jié)不同而有所增減。一般冬季最大，夏季最小，因此推薦將測得的數據換

算為冬季時的最大值，以保證接地極在最不利溫度下也仍能具備其應有的功能。

由于影響土壤電阻率的因素很多，因此在設計時最好選用實測的數值。因為

測量時的具體情況不同，土壤電阻率也有所改變。為了能使測量所得的值反映最

不利情況時的土壤電阻率，必須將所測得的土壤電阻率根據測量時的具體情

況，乘以表5的換算系數-則得到設計時所采用的土壤電阻率。

即p="0

但在有些情況下，由于一時無法取得實測數據時，可根據已了解的土壤性質,

根據表2所推薦的土壤電阻率進行設計。如土壤性質亦無法了解。可根據地質勘

察報告按表2采取近似數值。無論采用表2或表3中的數值，在施工后必須進行

測量核算。如接地電阻超過原設計數值，必須補打接地極，使具體實測的接地電

阻符合設計的要求。

?5根據土壕性質決定的換算系數表

土城性質弧如如

粘土0.5~0.8321.5

粘土0.8~321.51.4

陶土0?22.41.361.2

砂礫蓋以陶土0*-21.81.21.1

園地0-31.321.2

黃沙0-22.41.561.2

雜以黃沙的砂礫0-21.51.3L2

泥坡0~21.41.11.0

石灰石0?22.51.511.2

注:曲在涮除前數天下過輪長時間的雨時用之?

例在測U時土填具有中等含水量時用之1

M測■時，可能為全年最高電131?即土壤干燥或海國前

降雨不大時用之.

(-)混凝土電阻率及其確定方法

在地下的混凝土有從土壤吸收水分的傾向和保持水分的能力.因此具有導

電性能。混凝土的導電性由混凝土本身及從土壤吸取水分中有許多溶解混合物形

成電解液所決定的。影響混凝土電阻率的主要因素如下。

1.凝土的性質

混凝土中所含的硅酸鈣的成份越高，則電阻率越低。混凝土的沙子成份越

多.則電阻率越高。含有一般硅酸鈣成分的混凝土摻入不同成份沙子后的電阻率

平均值如表6所示。

表6不同成份混凝土的電阻率

混凝土成份混凝土電阻率m,m)

純水泥50

1份水泥+3份沙子150

1份水泥+5份沙子400

1份水泥+7份沙子500

2.溫度

在常溫時混凝土的電阻率由其電解質的導電性能決定。當混凝土溫度增加到

100C以上時，混凝土中的水分轉化為蒸汽，不僅使電阻率增加，而且增大的蒸

汽壓力可能使混凝土遭受機械破壞。如混凝土溫度在以下，混凝土的水分凍

結成冰，電阻率也增加。在永久凍土帶內對混凝土的導電性進行測定，其結

果是：在這種情況下，電阻率增高，但仍能導電。

3.密度

混凝土溫度升到100℃以上主要是通經大量電流所造成的。通過測定，當電

流密度達到4L7kA/m2時，足以使混凝土層產生破壞。混凝土內鋼筋的溫度達

到350c?400℃時，就能破壞混凝土對鋼筋的附著力。當鋼筋迅速加熱到高的溫

度時，混凝土保護層順著主筋軸線或垂直于主筋軸線產生裂縫。順著主筋的裂縫

最危險，因此有些混凝土制造商規(guī)定混凝土長期耐受溫度極限為80℃。即使混凝

土制造商沒有做出規(guī)定，混凝土短時耐受溫度也不應超過100℃。

利用混凝土基礎作為接地極有兩種方式，一種是在混凝土內設置導體作為接

地極，一種是利用混凝土中鋼筋作為接地極。當在混凝土內設置導體作接地極時,

一般兼作等電位聯結之用。為了防止故障時流過這些導體的電流密度過大而造成

過熱，因此埋入混凝土中的導體的規(guī)格有些國家作以下規(guī)定。

(1)根據德國VDEM1967規(guī)定，埋入基礎的接地極材料可以是：

①熱鍍鋅鋼帶30mmx3.5mm或25mmx4mm。

②熱鍍鋅圓鋼最小直徑10mm?

(2)根據奧地利標準ONORME2790(1975年)：

①全鍍鋅或不鍍鋅鋼帶截面90mm2,且最小厚度為3mm。

②全鍍鋅或不鍍鋅圓鋼最小直徑10mmo

在潮濕阻擋層以下的基礎，埋入的鋼帶或線材形成一閉環(huán)，為電氣安全計，

地下室地坪上任何一點距基礎內接地極應不大于10m(NORM標準為5m),否

則應在部分墻內埋設導體形成等電位聯結。我國《建筑物防雷規(guī)范》中也說明埋

入混凝土的導體，其截面不小于直徑為10mm圓鋼的截面，基礎內埋設接地極的

示意圖如圖1所示。從基礎接地極引出接地線如圖2所示。

埋入外墻膨張繼

基礎的接

接地端頭

地極接地導體

接地

r導體防腐蝕套管

接地

端頭襯墊密封層

外墻接.混凝土

附加內墻

地極?混凝土

接地極接地極墊片接地極

國1混凝土基礎埋入接

地極的平面布置圖圖2髓髓器圖3接地液（tf中濯?ll處的芷接

鋼筋或其它鋼結構應與在地吸連接，用螺栓、電焊或采用特殊型式的連接船

（用鎖扣或彈簧夾子）進行連接。建筑物的伸縮縫處，在墻外應用伸縮弧片加以

連接，見圖3。接地網中至少留出兩個端頭以便測量之用。為擴充接地，按需要

多留些端頭更好，而且至少有一處作為例8主要接地干線或等電位聯結之用。

伸出基礎外的接地線端頭應有防腐措施（涂塑料、上軸漆或鍍鋅），伸出部

分應位于地下室地坪之上約300mm,伸出長度至少要1.5mm,防雷保護可以直接

接至這個接地線端頭上。

混凝土內設置的鋼帶或圓鋼設在基礎底上面約100mm處，水泥份量應不低

于300kg/m3。用預制附墊以防止沉陷，鋼帶敷設于邊緣，適當彎曲的線材出可以

用作襯墊。對于磚基礎，先制作100mm厚的混凝土條形基礎，如前法埋以接地

極，

然后在其上建造磚基礎。

（三）水的電阻率及其確定方法

水的電阻率隨其中含量不同而變化，水越純凈，電阻率越高，水的電阻如表

7所示，可作參考。

當水溫為3?35℃時，水電阻率的溫度修正系數可用下式計算。

pT=poeO.O25（to-t）

式中：

pO—水溫為加（℃）的水電阻系數實測值;

P—水溫為，（℃）的水電阻系數值。

表7水的電阻率

電阻率

水的種類備注

(n?m)

錢江（湖南）58-1005?30C,靜水,清水

正江（湖唐）20015c.爛水，清水

酉水（湖南）5020C,靜水,清水

消水（湖南）24025C.靜水,清水

港水（湖南）42

春度水（湖前）600

漢水（湖北）30?54

濡東（湖北）177

河

堵河（湖北160?70動水，清水

上猶江（江西）23620C,動水，清水

修河（江西）1705。，好水，清水

黃河（河南）30?50

4C,清水，水速約

鴨綠江（吉林）175

ln>/s

松花江（吉林）100?2806?7c,靜水

新安江（浙江）100

烏江（黃州）50

嫡跳河，貴州）

水50

陽盤江（云南）30-90

佛子嶺水庠（安徽）J00

九龍溪（福建）13076020?25c動水，清水

白龍江（甘腐）130動水，清水

4C,清水，水速約

渾江（江寧）120

hu/s

漁子溪（四川岷江支流）50700

大渡泅（四川）70

瑞水50-100

地下水20?70

泉水40?50

海水1-5

池水,湖水3

四、接地極的選用

接地時的選用是接地設計的主要環(huán)節(jié)之一。首先必須了解接地極選用原則，

有哪些導體可作為接地極，最小規(guī)格的接地極應該是什么，然后再根據接地電阻

的要求和接地用的土壤電阻率等，通過計算來確定接地極的材質、形狀、數量和

采用什么布置方法。

（一）接地極選用的原則及其類型

1.接地極的選用原則

(1)保護接地或功能接地所需的接地電阻必須穩(wěn)定和持久。

(2)流過接地故障和泄漏電流時應不致造成危險，特別是材料的熱穩(wěn)定應

力。

(3)接地系統所用材料應達到相應的質量要求，并定期加以維護，使其能

承受周圍環(huán)境以及腐蝕的影響。

(4)接地裝置不應由于電化學作用而破壞其他金屬結構，如水管、建筑基

礎或地下結構等。

2.接地極的型式

下列導體可作為接地極：

(1)鋼棒、鋼管、扁鋼、線纜、金屬板、埋人基礎的導體、混凝土中的鋼

筋和其它適當的地下結構。

(2)金屬水管、電纜的鉛包外皮和金屬鎧裝等也可用作接地極。為安全計,

不應把可燃液體、煤氣和熱力金屬管道系統作為接地極，僅在設備功能需要的一

些特例中才有可能用作接地極。

3.接地極的類型

(1)按理深的情況分類：

①水平接地極：埋于地中的表層，有扁鋼、線纜及其金屬包皮和埋入基礎內

的導體等。

②垂直接地極：埋于較深的土壤內，有鋼棒、鋼管、混凝土柱內的鋼筋、自

流井管等。

(2)按自然或人工的接地導體分類：

①自然接地極：混凝土中鋼筋、水管、電纜、自流井管等。

②人工接地極：扁鋼、棒、管道、埋入基礎的接地極。

(―)接地極的電池作用及防止方法

1.電池作用

金屬物埋浸于土壤或水中可能因下述影響而腐蝕：

(1)土壤中的直流泄漏電流。

(2)化合物及其在土壤中或水中的濃度。

(3)不同金屬材料的電池現象。

電池是由于不同金屬材料做的接地極在潮濕土壤這一電解質成分中所形成。

在電解液中的陽極和陰極之間，由于電池的電勢差影響，通過兩極的連接，產生

直流電流。在陽極范圍內，這電流離開電極表面流向電解液，分解陽極的金屬，

流進陰極區(qū)域內電極的金屬表面，而造成陽極材料的腐蝕。電解電流消耗陰極電

極的重量，其金屬消失的速度（腐蝕率），主要與電池的電壓及兩個電極的表面

積有關。這種電池作用，對于接地極并不嚴重，因為接地極的壽命也有30~40年,

只要選用適當的材質并定期更換就可以了。

比較嚴重的是接地極與接地極之間，接地極與埋地的金屬管道、與地下的金

屬結構或建筑基礎等等之間形成電池的情況，如圖4所示。在該圖中接地極和其

它土壤中的外露導體好比是電解槽里的陽極，建筑基礎里的鋼筋好比是電解液里

的陰極，它對土壤的這些金屬部分如水管、管道或電極等產生侵蝕破壞作用。

當前建筑及其基礎不斷增大而管道或土壤中電極的外露金屬表面部分相應地日

益減少，陰極和陽極的表面積關系變得很不合理，如使用不適當材料勢必增加侵

蝕的危險性。

常用作接地極的幾種金屬在電解液中由于電池作用產生的電勢差由

K*V?gtil,Bern或E-H?nninger,Graz按圖5的方法測定，結果見表8。

如果埋在地下的金屬結構和管道在正常時有絕緣外包層加以保護，一旦在某

一點遭到破壞，就會出現一小片金屬面積與電極周圍的土壤接觸，這樣就處于嚴

重危險之下，在某種環(huán)境下，結果往往很快在管子或電纜上形成穿孔。

混凝土基礎內的鋼筋

帶狀接地極陰極

接地棒M陽極）鋼管陽極

電解電流

電解液（含濕土壤、砂土）

電解質土填

國4接地微的電池作用圖5住也解測定金履體的電勢差

表8電解液體中金屬的電勢差

破化銅?銅/硫酸銅作為比較電極

潮濕土堆中的金屬K?Vogtil(BernE?Honninger?

測定數值Graz測定數值

鋅?鍵鉀銅材—0.7------1.0V—

銅0.0------0.2V—

鋼--0.5,,^—0>8V------0.95V

鋼＜循材）—0?4*^*0.6V—

鋼（在腐植所肥土內〉—0.6,^—0.8V

鋼＜在干凈砂子內）——0.4------0.5V

鋼（在混凝土內）—0.1~-0.3V—0.05------0.2V

2.防止電池作用的方法

為防止這種電解電流對地下接地極、金屬結構及管道等的侵蝕，可采用涂保

護層，就是采用絕緣（隔離）的方法，避免產生侵蝕；也可采用陰極保護法，即

向被保護的接地極或地下金屬結構通入一定量的直流電，使其免受電化學侵蝕。

陰極保護有兩種方法。一種是利用不同金屬間電位差或不同電解質中的金屬

自由電子和氧離子交換產生的直流電流來保護接地板或地下金屬物。即將被保護

的接地極或地下金屬物作為陰極，利用鎂合金、鋁合金、鋅合金等金屬做陽極，

將陽極與陰極連接起來。如上所述，作為陽極的保護物將不斷消蝕，因此也稱為

犧牲陽極法。另一種是利用石墨等作陽極，被保護的接地極或地下金屬物作陰極,

兩者之間加以直流電源，電源的正極接在陽極上，負極接在被保護的接地極或地

下金屬物上。直流電源可采用降壓變壓器和整流器。

犧牲陽極不需外接電源，且無需維修，陽極消耗也很小，由于電池作用產生

的電流小，只用于對電流量需要不太大的地方。

如果電源容易解決，而且工程規(guī)模較大，則以采用外加電源法為宜。一般只

在沿海地區(qū)和土質、土壤腐蝕性較強的規(guī)模大的工程才采用陰極保護法。

3.犧牲陽極法的設計

目前在地下鋼質物體，如接地極、地下金屬結構及地下鋼質管道方面的防腐

保護，多采用犧牲陽極法的陰極保護。由于鋅合金陽極只適用于土壤電阻率低于

15~20Q-m的地區(qū)，鋁合金陽極性能又不夠穩(wěn)定，所以大多用鎂合金陽極。這

種陽極已有成品，其規(guī)格長X上底X下底X高分別為

700mmx75mm><85mm><75mm,

700mmx88mmxl01mmx88mm

A700mmx1Olmmx11Ommx101mm;其重量相應為8,11及14kg,其化學配

方、電化學性能及填料配方分別見表9、表10及表11。

?Vt(含金的極的化學配方示例

臺金成份(%)S12不同保護層所需的防蝕電流密度

MRAIZnMuFeSiCuNi保護房防蝕電僵密度(A/nm儲

余5.32.51.50.005OU0.02，二八裸露5~50

Sio覆合金陽極電化學性能浙廿百星1-10

出儒曲.瓷僮,城璃絲布0.05?d3

開幅電IE")1.63W用電曲V)1.18

2205卜樂嚴電發(fā)乙號村夙0.05-0.2

理論產電*＜A，h/h)1323加青瑪瑞盾

0.6?1電通我率(％)0.01-0.05

立斥州L事GO

?13外敷絕緣JS的電阻系敷生

?11鎂合金陽糧填料配方

保護民情祝完好好中等差最差

土境電Rfl率網。,m)

慎料配萬電阻軍A

p<?0p>50>100005000-1000C500-500050?50050<

?n?IM‘)

石青柳%IS251575

CBS().%7.512.57、537.5914地電位調整系數樂

破瓢帆%r.—5

慎保護她他電位(V)0.700.80.850.91.01.11.2

N?:SO,k&7.5——2.5

輯維編數KiJ.141.07J.000.930.790.64150

硬敢償%202535

MgSO,h1012.5!?.5一?15諼合金陽極面H系數電

%50505020

幅8?金陽他重?＜口＞48121824

kR25252510

注3卜填料n里”5仇口；0.71.011.0351.0651.10

2.私帳土為水那眠性鞘心解盆.

在進行陰極保護設計時，首先了解被保護的鋼質物體附近有無雜散電流及是

否有危害。如確有危害時，則應了解被保護物是裸露的、還是有保護層，如有保

護層及涂層，應了解保護層及涂層的材料，并了解當地土壤電阻率及被保護物的

物理性能，如材質、長度及分布情況等，然后按下述方法依次進行計算。

(1)防蝕電流的計算當已知被保護鋼質物質的防蝕表面S(m2)及其涂層的

材料時，可根據表12查得其所需的防蝕電流密度6(mAAn2),由下式計算得防蝕

電流/。

I=S/6(3)

(2)按預定陽極之間的間距L(m)和被保護物的絕緣層電阻rl按下式計

算所需的犧牲陽極發(fā)生的電流

I=(Ea-E0)/(rj/Si+R)(4)

R=(rT/ST)X[(Ea-Ep)/(Ep-Eo)](5)

式中：Ea---保護陽極的開路電位，V

Ep—設計保護電位，V

EQ—被保護物體的自然電流，V

S1----被保護物體的表面積，m2

pl——被保護物體上間距內的外敷絕緣層的電阻率。m2

R—陽極組的接地電阻，Q

(3)陽極輸出電流的計算

①當被保護物的絕緣差時，

121500KK

1=(6)

②當被保護物的絕緣完好時,

11

121200KK

1=3

式中：I--單只輸出電流，mA

K1—被保護物地電位調整系數，見表14

K2一鎂合金陽極重量系數，見表15

p--土壤電阻率，Q-m

由此可得并聯陽極組輸出電流/A,即

IA=IK3N(mA)(8)

式中：N--陽極組內陽極的根數

K3—多根陽極的敷設系數，見表16

(4)陽極壽命7的計算

I

GAK

T

8760

1000477

=(年)(9)

式中：G—陽極重量，kg

A理論電流產量。A-h/kg

〃陽極電流效率，%

K4利用系數,一般米用外0.8

I—陽極輸出電流，A

對于鎂合金陽極A=2205A，h/kg,7=60%,Ki=0.8,則上式可簡化為

G

T=121(10)

按以上計算公式分析。設計犧牲陽極法陰極保護時。應考慮以下幾點；

(1)犧牲陽極應設在土潮濕潤、地勢低洼，且透氣性差的地區(qū)。土壤電阻率以

50~60Qm為宜,

不超過80Qm。

(2)被保護物外護層的絕