接地工程（土木工程学科中的概念之一）

接地材料选择

概述

不同的行业，不同的地域使用的接地材料也不尽相同，目前市场上使用率最高的接地材料还是金属材料，主要有铜板、角钢和扁钢等；但是由于接地环境的不同和用户需求也不尽相同。在有些环境和情况下是不适合使用金属接地材料的，例如在高腐蚀土壤中金属接地材料在很短的时间就被腐蚀而丧失接地的功能。不同的接地材料有着不同的特点，根据其特点结合环境使用是接地工程前期应该考虑的问题。

接地材料的种类

1、金属接地材料

防雷接地工程平屋顶防雷装置做法

2、非金属接地材料

非金属接地材料是目前行业里新生的一种金属接地体的替换产品，由于其特有的抗腐蚀性能和良好的导电性和较高的性价比被广大用户所接受。目前非金属接地产品主要是以石墨为主要材料，根据制作工艺不同主要有压制和烧制两种；第一种是普通压制产品是石墨粉与导电水泥按照一定比例混合后，经过压力压缩定型后加少量水来达到整体固化，导电水泥起到增加整体强度的作用；这种工艺一般采用金属通心的连接方式，即把金属直接贯穿到两端作为接地体的连接电极，同时也起到骨架的作用，这样主要是利用金属的高通流能力。压制非金属接地的产品存在着很大的问题，其一是石墨体与金属电极的连接问题，由于压制后的石墨整体与金属材料之间的结合性不是很好，出现石墨整体与金属材料互相分离的现象，这对故障电流通过接地体扩散到土壤当中起着阻碍作用；第二，压制的产品整体强度性差，在施工的过程当中很容易破碎，在运输过程中更得小心谨慎。所以在施工运输应特别注意，压制产品吸水性较好，但是由于是少量导电水泥的作用时间长后（放到地下后）很快就粉蚀了，接地提体的整体性可想而知，第三，压制石墨体与金属电极之间的体电阻一般都不不低于3-5欧姆，如果石墨体与金属电极之间因为某种原因分离的话，其石墨体与金属电极之间电阻更是不可想象，但压制石墨接地体的生产工艺非常简单，在者其材料成本比较低廉，但不能因为其价格的因素而忽略了其性能和使用寿命，所以一般环境下不建议用压制的非金属接地体；第二种是烧制的膨胀石墨非金属接地体是采用纯度在99%以上的鳞片石墨，经水洗、酸洗、烘干等数道工序后，经高温使其膨胀自身体积50倍以上的石墨蠕虫，这时石墨经氧化插层、高温膨胀，而使层间裂解形成具有发达孔结构的膨胀石墨蠕虫体，其表面及内部孔结构非常发达，表面积可达50～200m2/g。它发达的网状孔结构，经分析结果表明，膨胀石墨蠕虫体表面形成了丰富的多边形网状孔结构，其孔径大小不等，主要分布范围为1～3μm。，在经高压定型制成膨胀石墨非金属接地体毛坯，这时的石墨体由于其发达的网状孔结构，经高压使每个蠕虫相互进入其自身非常发达的网状孔中，其相互已经为分子间的联接，所以膨胀石墨非金属接地体不需要用粘接剂来使用使石墨粘在一起的，每个石墨蠕虫联接的表面积已是最大化，石墨经膨胀后，不仅保留了天然鳞片石墨材料所固有的耐高、低温，耐酸、碱 腐蚀，导热，导电，自润滑和抗辐射等诸多优点，而且其特殊的网络状孔结构，还赋予它良好的压缩性、回弹性、低应力高松弛率、高吸水、吸油性，以及热、电导能力的高度异向性等许多独特的功能，其导电性也过到最大化，电阻率可达16.465*10-6Ω.m，产品长度直流电阻为50 mΩ（相当于铜的导电性），在通过不低于1000度的高温，不少于150小时的焙烧，去掉膨胀石墨体中最后剩余残存少量杂质，同时其结合更加牢固，其搞压强度不低于5.8Mpa，大减低产品在运输和施工过程中的难度。它特有的内部网状孔结构，使它有着很好的吸水和保湿性能，还有石墨本身良好的稳定性、抗腐蚀性、导电性、抗老化性、自身低电阻特性更是其它材料无法替代的，由于其本身对环境敏感度非常低，几乎不受外界因素的影响，所以接地电阻值能够在相当长的时间内保持不变的，这是传统接地材料无法比拟的，这对地网每年维护的好处是不言面喻的，石墨基本结构就是碳，它对环境没有任何污染，所以这种原料的产品属于环保型产品。

优选接地工艺

高山地区的地网制作工艺

一般高山地区都是地网制作的难点，本文采用的是造井接地的方法；（主要针对岩石层面）高山一般多岩石，在岩石上做地网并不是不可能的事情。在地表土层下采用钻孔方式打孔φ200*2000-3000mm（视环境而定），底部采用爆破方式捣碎地层岩石形成缝隙，浇注填充剂垂直放入非金属接地体（烧结型），之后加入高分子降阻剂后适当加水，在加水下沉3-4小时后加入无水状态的高分子降阻剂和适量填充剂后在距地表土层800mm处夯实，至此垂直接地体敷设完毕，开始敷设水平接地网；水平地网采用35平方以上铜缆拨皮后适当涂刷导电胶并在距地表500毫米处做水平地网线槽，线槽宽为200毫米，在线槽上施放无水状态高分子降阻剂和适量填充剂将刷好导电胶的电缆按照网格形状敷设好后埋土夯实；接地网的接地距离可以按照1.5*1.5/3.0*3.0m的距离敷设，每个十字型交叉点作为一个垂直接地体的连接点，最后把地网表层用细土填埋。

盐碱风化石等地质条件下的地网制作

盐碱地区的土壤中含有较高的腐蚀性物质，所以在一般这种环境下是不采用金属材料作为接地体的，非金属材料非常适合在这里使用，这里介绍膨胀石墨体在盐碱风化石地质的埋植方法。风化石类的地质条件一类主要是由完全是风化石，另一类是由风化石和巨大花岗石混合物组成，土榱电阻率都在2000欧米以上，在这样的条件下制作地网是非常困难的，工人施工难度陡然增大，有很多同行对此望而却步。在这里我给大家介绍改善施工难度的方法，在施工前把要开挖浇灌充足的水，由于风化石组织结构较疏松，水分能渗透风化石内部当中，最好让其泡12小时以上，这时风化石强度只相当于沙子被压实的状态，很容易施工的，这时在挖深1.2米宽0.2米的沟槽，如遇到巨大花岗石可绕过其安装，这时在安装膨胀石墨接地体水平放置，外面包裹填充剂，接地体之间用扁钢连接，节点防腐处理，只需十数块膨胀石墨接地体就可达到技术要求。注意回填土最好使用细黑土，如无条件也可使用挖出来的风化石，但一定要注意在刚回填的时候不要用大块的风化石，尽量用细小的风化石土，一定要分层夯实。还有一类情况是土壤表面为10厘米厚的黑土，而在黑土下面完全是颗粒差不多的大小的铁板砂，这是制作地网非常头痛的事，把表层的黑土去掉，挖开下面的铁板砂，每个接地极挖1.5米深的坑，这时每个坑由于铁板砂的松散性很容易塌方的，如有挡板挡住周围的铁板砂最好，若无有挡板把坑挖的大一些即可，这时在坑的底部垂直于地面打一根长1.5-2米直径φ30毫米的镀锌铁管，在松散的铁板砂上施工是很容易的，在在安装好的铁管上垂直连接膨胀石墨接地体，在距地表0.5米处作横向扁铁连接，十字交叉点想互连接，节点防腐处理，直接回填铁板砂即可，接电阻值都可满足使用要求。

特殊环境下的接地体制作

在一些海边会一些特殊的接地需要，这是可以采用非金属接地棒制作活动的接地装置，由于非金属接地体具有较高的抗腐蚀性所以非常适合在海边使用，在青岛某海军的使用效果看，膨胀形非金属石墨体在浸入海水完全吸水后，比角钢放置海水中的效果高7倍。一只角钢放置海水中20m的电阻是7-8Ω，膨胀石墨的接地电阻达到0.6-1.0Ω；经过半年多的使用，反馈效果良好。

小结

因地制宜的设计方案通常，防雷接地的接地电阻是10 Ω，实际上有弱电设备的感应防雷都要求4 Ω 或1 Ω 的接地电阻。需要特别指出的是：土壤电阻率是随季节变化的，规范所要求的接地电阻只是接地电阻的最大许可值，而实际地网的接地电阻应该是：

R = Rmax/ ω式中： Rmax 为接地电阻最大值，即前述的10 Ω、4 Ω或1 Ω； ω是季节因数，根据地区和工程性质取值，常用值为1. 45。因此，对应前述的10 Ω、4 Ω、1 Ω，接地电阻实际应是6. 9 Ω、2. 75 Ω、0. 65 Ω。按此电阻施工的地网才是合乎规范要求的，在土壤电阻率最高时（常为冬季）也能满足设计要求。接地工程本身的特点决定了周围环境对工程效果有决定性的影响，脱离了工程所在地的具体情况设计接地工程是不可行的，设计的优劣取决于对当地土壤环境的诸多因素的综合考虑。土壤电阻率、土层结构、含水情况、季节因数、气候和可施工面积等因素都会影响接地网的形状、大小、工艺材料的选择。

接地系统防腐

接地网的防腐处理是直接影响地网接地效果和有效接地寿命的关键，接地网的防腐主要取决于以下几个因素：1）接地体材料选择2）地质条件因素3）采用的防腐措施

不同的接地材料有效的抗腐蚀能力也不同，从理论上讲，多数有色金属如铜、铝、铅、锌都具有较好的抗腐蚀能力，其中铜和铅在接地材料中用得较多。但是直接用有色金属作接地体也有不足之处。其一价格昂贵，成本提高；其二钢性不够，施工困难。解决刚性不够的唯一方法又得增大截面积。据计算，接地体的直径增加30%，截面积可增大70%；直径增加50%，截面积可增加125%，也就是要多耗70%～125%的有色金属。这无疑又使一次性投入成本成倍地增加。有资料报道，美国等地大都采用铜作接地体，虽然使用寿命提高了1－2倍，但成本却增加了5－6倍。（主要使用铜包钢接地棒）所以在一般环境下非金属接地材料是最好的金属材料替代品。铜包钢这种新型产品有很多生产商说其产品防腐等性能优良，我有一些疑问。其一是防腐的问题，在铜包钢施工的过程中，产品是垂直于地面打进土壤中的，大家都知道铜是较软的，而土壤中的情况又千差万别的，铜包钢进入土壤中，表面的铜很容易被划伤的，划伤后的产品会露出内部的钢铁的，二种不同的金属在土壤中会加速其腐蚀的，不知道这个问题如何解决。其二是铜包钢接地电阻值的问题，铜包钢是一节一节相互连接的，每节之间的连接用的是连接器，连接器的直径要比铜包钢产品直径大，这时第一节打入地面后，打入第二节由于连接器的直径比铜包钢产品直径大，第二节以上的产品是不会与土壤接触的，至少不会完全接触的，接触的是连接器，这对接地电阻值是有影响的。其三是铜包钢本身电阻的问题，国内铜包钢的生产厂家是采用钢杆穿入铜管中，然后拉长铜管，让其管径缩小使其附在钢杆上，为了让钢杆顺利地穿入铜管当中，生产过程中会在钢杆的外壁和铜管的内壁涂抹大量的润滑油，拉伸铜管后大部分润滑油被挤出。但是还是有少量的润滑油残存在里面的，而这点残存会在钢杆与铜管之间形成很薄的油膜，这层油膜是绝缘的同时油也会分解成酸性物质从内部腐蚀钢棒，所以既影响本身的电阻又影响故障电流顺利地通过它散流到土壤中。

地质条件决定所选用的接地材料：离子接地棒适合在城市不具备施工空间的地方使用，例如城市建筑群等；而对于山地条件则比较适合使用非金属接地棒，由于在山野离子棒自身的吸水性并不能满足自身稳定接地电阻的需要常常需要增加盐类，而岩石环境又是失水环境，所以这种环境下就应该选用吸水性好的有具有较高强度的非金属接地棒作为接地体，同时在野外也要考虑使用离子接地棒的可能的丢失问题；在一般土壤环境比较适合使用压制的非金属接地体，和金属接地体，所以根据环境不同采用不同的材料作为接地体也是延长有效接地寿命的方法；

采用不同的接地保护方法也是关键的问题，对于金属材料的地网往往采用牺牲阳极阴极保护法是一种电化学保护方法，就是将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。在被保护金属与牺牲阳级所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故称之为“牺牲”阳极，从而达到对阴极（被保护金属体）保护的目的。这里所常用的“牺牲阳极”的材料通常是高纯镁及镁合金、高纯锌及锌合金、铝合金等。

牺牲阳极阴极保护法，在中国常用于长距离的地下输油管道的防腐技术中，近几年也有引进用于变电站的接地网的防腐技术中。由于此种方法需要每隔数年开挖检查，对“牺牲”的阳极要进行更换，故在电力系统中的推广存在着一定的局限性。是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。

结束语

把接地作好是很关键的一件事，这也是复杂的系统工程，在不同的条件下选用适合该地区的接地材料，在的限的的资金情况下，作好一个合格的地网不仅要考虑资金的因素更要考虑性能因素，比如使用金属材料的传统接地，在工程造价上可能不会太高的，但是它的使用寿命短，使用非金属接地体要比金属材料的传统接地高一些，但其使用寿命要比传统接地的寿命高出好几倍，根据其寿命传统接地平均每年造价不低于3-4千元，而非金属接地体根据其寿命平均每年造价不高于3-4百元，这还不包括因地网不合格改造的的工程费用，这些都是应该在选择接地材料时加以考虑的。在现代随着微电子技术的迅猛发展，它对环境要求也越来越高，有一个很小的流涌就可以使设备损坏，人们对接地系统的重视程度也逐步提高，接地作的好与坏直接关系到设备能否正常运行，是否有安全隐患的大问题.

接地的概念

《美国国家电气法规》NEC第100节对“接地”一词定义如下：电气回路或设备与大地，或与代替大地的导体之间的导电的连接，可以是有意的连接，也可以是无意的连接。

在配电回路或分支回路里，所有的回路和设备都通过导电连接来互相连通，从而减少它们之间的电位差，或将电位差限制到最小值。

在上述定义里，术语“地”是个关键。接地的主要目的就是保证电气安全。在电击防护和为接地故障电流提供返回电源通路方面接地是很重要的。这两个问题都可将回路和地之间加以连接来解决。

通常将一接地棒打入地内就算与大地相连接了。对于一个建筑物的配电系统，可在靠近电源进线处打一接地棒来接地。

将回路导线与地连接（Ground)或将设备接地（Grounding)可起到如下作用：

(1) 提供设备与近处金属物体间的低阻抗连接，以减少人身电击危险；

(2) 给接地故障电流提供返回电源的低阻抗通路，使熔断器或断路器得以动作；

(3) 给雷电感应电流提供低阻抗的对地泄放通路；

(4) 给静电电荷提供对地泄放通路，以防产生电火花或电弧。

地网简介

接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。

目前，国际国内防雷理论和工程界比较流行共用接地和等电位连接：

(1) 共用接地就是把同一建筑物内的许多不同性质的接地装置如防雷地、电气安全接地、交流电源工作地、通信及计算机直流地统统地连接在一起，使之成为一个等电位体；

(2) 等电位连接是把建筑物内及附近的所有金属物，如混凝土内的钢筋，自来水管

、煤气管及其它金属管道、电力系统的零线等用电气连接的方法连接起来（焊接或者可靠的电气连接），使整座建筑物成为一个良好的等电位体。当雷电来袭时，由于建筑物内部及其附近基本上做到等电位，因而不会发生建筑物内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。

由于采用了等电位连接，对建筑物接地电阻的要求可以放宽。这一点对干旱、沙漠等土壤电阻率高的地区尤为重要。

所以，在地网设计时应遵循以下原则：

(1) 尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网；

(2) 尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形；

(3) 应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。

土壤电阻率和接地电阻

地网的效果取决于地网与大地之间的电阻。实践表明，土壤含水量增加时，电阻率急剧下降。当土壤含水量增加到20～25%时，土壤电阻率将保持稳定。土壤电阻率与土壤的结构（如黑土、粘土和沙土等）、土质的紧密度、湿度、温度等，以及土壤中含有可溶性的电解质有关。影响土壤电阻率的最重要因素是湿度。另外土壤电阻率也受温度的影响。

计算防雷接地装置时，应取雷雨季节中无雨水时最大的土壤电阻率，一般按下式计算：

ρ=ρ0ф

R=R0ф

式中：

ρ——土壤电阻率

ρ0——雨季中无雨时所测的的土壤电阻率

ф——考虑土壤干燥所取得季节系数

R——接地装置的接地电阻

接地电阻又称散流电阻，它与接地体的形状、尺寸、安装方法和土壤电阻率有关。在一定范围内，接地体的长度越长，它的接地电阻越小。工程上垂直接地体多选用1.5～

3米，并常采用下式作为接地电阻的简易计算公式：

垂直式：R=0.3ρ

单根水平式：R=0.03ρ

式中ρ为土壤电阻率

接地系统的施工

4.1 埋设接地体的要求

埋设接地体的地点应选择在潮湿、土壤电阻率较低的地方，这样比较容易满足接地电阻要求。从安全的角度考虑，应尽量放在人们走不到的地方，避免跨步电压的危害。同时还应注意使接地体与金属物或电缆之间保持一定距离，以免发生击穿事故。

4.2 接地电阻的测试

接地装置的电阻由下面四部分组成：

(1) 接地体与接闪器间的连线电阻；

(2) 接地体本身的电阻；

(3) 接地体与土壤的接触电阻；

(4) 当电流流入土壤后，土壤的电阻。

其中第四项为主要部分。当电流从接地体流向土壤并向各方面扩散时，离接地体越近，则电流密度越大，电流梯度越大。

测量接地电阻的方法不一，但大致可分为：

(1)电流表－电压表法；

(2)接地电阻测量仪测量法；

(3)电流表电力表法；

(4)电桥法。

测量时应当注意：

(1) 被测接地体、电压辅助地极、电流辅助地极之间的距离应符合相关要求；

(2) 所用的连接线的截面积一般不小于1.5mm2，在应用各种专用仪器时，与被测接地体相联的导线电阻不应大于接地体接地电阻的3%。各种引线应与地绝缘；? (3) 仪器的电压辅助地极引线与电流辅助地极引线之间的距离不应少于1m，以免自身发生干扰； (4) 应反复在不同的方向测量3～4次，取其平均值。

防雷接地装置的验收和维护

为了使建筑物的防雷装置具有可靠的保护作用，不仅要有合理的设计和正确的施工

，还要有明确和合理的验收和维护制度。因为防雷接地装置如果不符合前述规定的条件

，它不仅不能起到防雷保护作用，有时还会使建筑物及内部的电子设备处于危险的境地。

工程竣工后，应组织业主单位、设计单位、施工单位共同进行验收。

验收前需提交下列文件：所有原设计施工图纸、施工阶段的修改图纸、隐蔽工程的验收记录、接地装置的接地电阻测量记录，然后按照下述项目进行验收：

检查总的导电系统是否按照图纸要求施工。

(1) 根据国家工程质量检验评定标准，避雷及接地装置验收标准规定；

(2) 接地电阻必须符合国家标准。验收时要求逐组检查，测试并做好记录；

(3) 接地线安装：

接地线应平直、牢固，不应有高低起伏，非拐弯处不应有弯曲现象。沿建筑物或构筑物的距离应一致。跨越伸缩缝和沉降缝应有补偿器。

检查数量：抽查3～5处。

检查方法：用手扳动和观察检查。

(4) 接地线连接：

检查数量：抽查3～5处。

检查内容：焊接连接的焊缝平整、不应有裂纹、气孔等缺陷。螺栓连接应紧密牢固。

检验方法：用放大镜、手扳动和观察检查。

(5) 接地体安装：

质量要求：应牢固，位置正确。

检查数量：全部检查。

检查方法：检查隐蔽工程并做验收记录。

经上述检查后应作出明确验收鉴定记录。