關于工程施工中接地的思考

【摘要】 通過近一段時間對現場設備及臨時電網的維修與維護，發現許多問題的發生及一些最終的解決方法都是與接地有密切的關系。針對接地的分類、作用，材料的選擇，施工的方法等進行了闡述。

【關鍵詞】 接地；分類；方法

一、接地的分類和目的

接地的作用總的來說可以分為兩個：保護人員和設備不受損害叫保護接地；保障設備的正常運行的叫工作接地。這里的分類是指接地工程設計施工中考慮的各種要求，并不表示每種“地”都需要獨立開來。相反，除了有地電信號抗干擾、設備本身專門要求等特殊原因之外，我們提倡盡量采用聯合接地的方案。

1、保護接地

防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應或線路引入）時，為防止造成損害的接地系統。常有信號（弱電）防雷地和電源（強電）防雷地之分，區分的原因不僅僅是因為要求接地電阻不同，而且在工程實踐中信號防雷地常附在信號獨立地上，和電源防雷地分開建設。

機殼安全接地是將系統中平時不帶電的金屬部分（機柜外殼，操作臺外殼等)與地之間形成良好的導電連接，以保護設備和人身安全。原因是系統的供電是強電供電（380、220或11OV），通常情況下機殼等是不帶電的，當故障發生（如主機電源故障或其它故障）造成電源的供電火線與外殼等導電金屬部件短路時，這些金屬部件或外殼就形成了帶電體，如果沒有很好的接地，那么這帶電體和地之間就有很高的電位差，如果人不小心觸到這些帶電體，那么就會通過人身形成通路，產生危險。因此，必須將金屬外殼和地之間作很好的連接，使機殼和地等電位。此外，保護接地還可以防止靜電的積聚。

2、工作接地

工作接地是為了使系統以及與之相連的儀表均能可靠運行并保證測量和控制精度而設的接地。它分為機器邏輯地、信號回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系統中還有本安接地。

機器邏輯地，也叫主機電源地，是計算機內部的邏輯電平負端公共地，也是+5V等電源的輸出地。

信號回路接地，如各變送器的負端接地，開關量信號的負端接地等。

屏蔽接地（模人信號的屏蔽層的接地）。

本安接地，是本安儀表或安全柵的接地。這種接地除了抑制干擾外，還有使儀表和系統具有本質安全性質的措施之一。本安接地會因為采用的設備的本實措施不同而不同，下面以齊納式安全柵為例，說明其接地內容。

安全柵的作用是保護危險現場端永遠處于安全電源和安全電壓范圍之內。如果現場端短路，則由于負載電阻和安全柵電阻R的限流作用，會將導線上的電流限制在安全范圍內，使現場端不至于產生很高的溫度，引起燃燒。第二種情況，如果計算機一端產生故障，則高壓電信號加入了信號回路，則由于齊納二級的嵌位作用，也使電壓位于安全范圍。

值得提醒的是，由于齊納安全柵的引入，使得信號回路上的電阻增大了許多，因此，在設計輸出回路的負載能力時，除了要考慮真正的負載要求以外，還要充分考慮安全柵的電阻，留有余地。

二、接地材料的選型

接地材料是接地的工作主體，材料的選擇很重要。下面對常用的接地材料的屬性做個簡單的介紹。

廣泛使用的接地工程材料有各種金屬材料（最常用的如扁鋼）、接地體、降阻劑和離子接地系統等。金屬材料如扁鋼，也常用銅材替代，主要用于接地環的建設，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，地網改造頻繁（有的地區每年都需要改造），維護費用比較高，但是從傳統金屬接地極（體）中派生出類特殊結構的接地體（帶電解質材料），使用效果比較好，一般稱為離子或中空）接地系統；另外就是非金屬接地體，使用比較方便，幾乎沒有壽命的約束，各方面比較認可。

在以下的討論中以降阻劑、非金屬接地塊和離子接地系統為代表進行探討。

降阻劑分為化學將阻劑和物理降阻劑，化學降阻劑自從發現有污染水源事故和腐蝕地網的缺陷以后基本上沒有使用了，現在廣泛接受的是物理降阻劑（也稱為長效型降阻劑）。物理降阻劑是接地工程廣泛接受的材料，屬于材料學中的不定性復合材料，可以根據使用環境形成不同形狀的包裹體，所以使用范圍廣，可以和接地環或接地體同時運用，包裹在接地環和接地體周圍，達到降低接觸電阻的作用。并且，降阻劑有可擴散成分，可以改善周邊土壤的導電屬性。現在的較先進降阻劑都有一定的防腐能力，可以加長地網的使用壽命，其防腐原理一般來說有幾種：犧牲陽極保護（電化學防護），致密覆蓋金屬隔絕空氣，加入改善界面腐蝕電位的外加劑成分等方法。物理降阻劑有超過二十年的工程運用歷史，經過不斷的實踐和改進，現在無論是性能還是使用施工工藝都已經是相當成熟的產品了。

非金屬接地體有是在通訊、廣電等部門廣泛使用的工程材料。

導電能力優越的非金屬材料材料復合加工成型的，加工方法有澆注成型和機械壓模成型的，一般來說澆注成型的產品結構松散、強度低、導電性能差，而且質量不穩定，一些小型廠家少量生產使用這樣的辦法；機械壓模法，是使用設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，更重要的是材料結構致密、電學性能好、抗大電流沖擊能力強，質量也相當穩定，但是生產成本較高，批量生產多采用。選型時，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，不宜采用澆注成型的非金屬接地體。非金屬接地體的特點是穩定性優越，其氣候、季節、壽命都是現有接地材料中最好的，是不受腐蝕的接地體，所以，不需要地網維護，也不需要定期改造，但是，非金屬接地體施工需要的地網面積比傳統接地面積小很多，但是在不同地質條件下也需要的保證足夠接地面積才可以達到良好的效果。

離子（中空）接地系統是傳統的金屬接地改進而來，從工作原理到材料選用都脫胎換骨的變化，形成各種形狀的結構。這些接地系統的共同點是結構部分采用防腐性更好的金屬，內填充電解物質及其載體組分的內填料，外包裹導點性能良好的不定性導電復合材料，一般稱為外填料。接地系統的金屬材料已經出現的有不銹鋼、銅包鋼和純銅材的。不銹鋼的防腐較鋼材好，但是在埋地環境中依然會多多少少的銹蝕，以不銹鋼為主體的接地系統不宜在腐蝕性嚴重的環境中使用。表面處理過的銅是很好的抗銹蝕材料，銅包鋼是銅-鋼復合材料，鋼材表面覆蓋銅，可以節約大量的貴金屬—銅材。套管法或電鍍法生產，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，但是要耗用大量的貴金屬，在性能要求較高的工程中使用。由于接地系統大多向垂直方向伸展，所以接地面積大多要求很小，可以滿足地形嚴重局限的工程需要。特別是，補償類型的接地系統有加長的設計，筆者曾使用過加長至24米的接地系統，輔以深井法施工，可以達到非常好的效果。

介紹的接地材料各有優勢，但是都有自身的局限。我們提倡各取所長，選擇適當的材料滿足不同的工況。

三、接地裝置的施工

在現行設計中，一般將基礎鋼筋作為自然接地體，用40X4的鍍鋅扁鋼將其連通，并施行總等電位聯結。這樣進行處理，接地電阻很小，一般容易達到設計要求。在施工中應當注意，應在室外合適位置預留接地連接板，做法可以參考國家標準圖集《接地裝置安裝》(03D501-4)。這樣，當接地電阻值達不到要求時，施工單位可以方便地連接人工接地體和測試接地電阻值。

1、埋于土壤中的人工垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或圓鋼；埋于土壤中的人工水平接地體宜采用扁鋼或圓鋼。圓鋼直徑不應小于10mm；扁鋼截面不應小于100mm2，其厚度不應小于4mm；角鋼厚度不應小于4mm；鋼管壁厚不應小于3.5mm。

在腐蝕性較強的土壤中，應采取熱鍍鋅等防腐措施或加大截面。

接地線應與水平接地體的截面相同。

2、人工垂直接地體的長度宜為2.5m。人工垂直接地體間的距離及人工水平接地體間的距離宜為5m，當受地方限制時可適當減小。

3、人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.5m。接地體應遠離由于磚窯、煙道等高溫影響使土壤電阻率升高的地方。

4、在高土壤電阻率地區，降低防直擊雷接地裝置接地電阻宜采用下列方法：

（1）采用多支線外引接地裝置，外引長度不應大于有效長度，有效長度應符合１.1.2的規定。

（2）接地體埋于較深的低電阻率土壤中。

（3）采用降阻劑。

綜上所述，系統設備的供配電和接地應做到安全可靠、經濟合理。為了保證人身和設備安全及系統的正常運行，應設置電氣、電子設備的防雷接地、工作接地、安全保護接地、屏蔽接地與防靜電接地，各種接地應采用共用接地裝置和等電位連接。要真正做好等電位工作，第一必須認真學習雷電防護標準。第二必須要消化被被保護設備的技術資料。第三要因地制宜的實施雷電防護等電位問題。第四要認真總結自己和他人的經驗。.