接地基本知識
中鐵電氣化局集團第三電氣試驗室編
第一節接地基本概念
一接地的定義
接地的含義是為電路或系統提供乙個參考的等電位點或麵。接地的另乙個含義從原理上看是為電流流入大地提供一條低電阻（或低阻抗）路徑。從工程實用觀點來看就是**路或電氣裝置發生接地故障時為故障電流流回電源提供一條低電阻（或低阻抗）路徑。
在電力系統中接地通常指的是接大地即將電力系統或電氣裝置的某一金屬部分經金屬接地線連線到接地電極上，稱為接地。
電力系統中的接地，通常是指中性點或相線上某點的金屬部分，而電氣裝置的接地通常情況下是指不帶電的金屬導體（一般為金屬外殼或底座）。此外，不屬於電氣裝置的導體即電氣裝置外的導體，例如，金屬水管、風管、輸油管及建築物的金屬構件經金屬接地線與接地電極相連線，也稱為接地。
接地的目的主要是防止人身觸電**、保證電力系統正常執行、保護輸電線路和變配電裝置以及用電裝置絕緣免遭損壞；預防火災、防止雷擊損壞裝置和防止靜電放電的危害等。
接地的作用主要是利用接地極把故障電流或雷電流快速自如地洩放進大地土壤中，以達到保護人身安全和電氣裝置安全的目的。
接地按其作用可分為功能性接地和保護性接地兩大類。
1、功能性接地
功能性接地可分為工作接地、邏輯接地、訊號接地和遮蔽接地4種。
2、保護性接地
保護性接地可分為保護接地、防雷接地、防靜電接地和防電腐蝕接地4種。
二、接地四要素
一般地說，電力系統中構成接地必須滿足如下四個條件：被接地體、接地線、接地電極和大地，如圖2-1所示。被接地體、接地線、接地電極和大地構成接地四要素。
被接地體
接地線大地
接地電極
圖一接地系統構成四要素
第二節施工工藝及材料選擇
接地網施工工藝正確與否是保證所設計的接地網能否達到最佳效果的關鍵環節。如果不重視接地網施工的各個環節，將會造成嚴重的後果。因為接地工程的效能是不能僅用測試來評估的，並且接地工程是隱蔽工程，當施工完成後存在的問題不一定能馬上檢測到，即使發現了問題，進行補救也是相當麻煩的，比如說其中的防腐細節。
歸納起來造成事故的主要原因有如下幾點。
（1）在施工安裝過程中沒有按照設計的要求進行，而是根據現場工作的方便予以隨便更改，尤其對要求比較高的地方，若不按規定進行施工，則很容易發生事故。
（2）在施工安裝過程中雖然按照設計的要求進行，但不夠嚴格，尤其是很多隱蔽工程，事後也不容易發現施工中的缺陷，這也是造成事故的原因之一。
（3）有些簡單的安裝工作常由一些不懂電氣的人員安裝，比如家用電器的接地工作，如不注意則也容易造成事故。
為了防止事故的發生，杜絕以上原因，在接地施工開始前，必須首先熟悉設計，對簡單的安裝工作也要熟悉相關規程，並嚴格按設計或規程進行施工。對隱蔽工程，安裝完成後，必須先檢查，然後再進行後續的混凝土澆灌等工作，以免在土建完成後無法再檢查或發現問題時會付出更大的代價。
使用非金屬接地塊時，應盡量選擇合適的土層進行埋設，預先開挖8-10cm的土坑（平埋），底部盡量平整，使埋設的接地塊受力均勻。接地塊水平設定時，先用連線導線將連線頭與接地網連線在一起，用螺栓擰緊後進行熱焊或熱融接，焊接完成以後應去除焊渣等，再用防腐瀝青或防鏽漆進行焊接表面的防鏽處理。回填時需要分層夯實，保證土壤密實以及接地塊與土壤緊密的接觸。
底部回填40-50cm後，應適量加水，保證土壤濕潤，令接地塊充分吸濕，使用降阻劑時，為了防腐，包裹厚度應在30mm以上。
接地用的鋼材一般可用50mm×50mm×4mm或50mm×50mm×5mm的角鋼， 40mm×5mm或40mm×4mm的扁鋼，φ50mm、壁厚大於3mm的鋼管。角鋼對角線長的約為70mm，短的約是56．6mm。若包裹厚度為30mm，則地網開挖直徑應為130mm。
對於水平扁鋼來說，由於地面開挖高低不平，而且扁鋼本身彎曲不直，在施工中很多部位剛好被降阻劑蓋住，這樣，鋼材實際上處在兩種介質的交界處，會大大加快其腐蝕的程度，因此地網開挖尺寸也應該加大。
對於垂直澆灌的降阻劑，直徑以130～200mm為好，水平溝以150mm×100mm為好 (扁鋼豎放)。這樣做的結果是開挖工程量和降阻劑用量都會增加，但從整體降阻、防腐效果來看是合理的。
離子接地系統的埋深一般為3000～4000mm，當接地體需要加長時，其相應的埋深也應增加，有條件的可用鑽機進行施工，孔徑保證為100～250mm(根據接地系統的形式進行選擇)。施工中應保證導電體被輔料包裹密實，消除空隙和氣泡。
一、接地材料的選擇
接地材料是接地的工作主體，材料的選擇至關重要。下面對常用接地材料的屬性進行簡單的介紹。使用廣泛的接地工程材料有金屬材料(常用的如扁鋼)接地體、降阻劑和離子接地系統等。
多數接地工程都會選用銅作為金屬材料，主要用於接地環的建設。金屬接地體(角鋼、銅棒和銅板)的壽命較短，接地電阻上公升快，接地網改造頻繁(有些地方年年都需要改造)，維護費用較高。但是在傳統金屬接地體(極)基礎上研製出來的特殊結構的接地體 (帶電解質材料)的使用效果就比較好，一般稱之為離子接地系統。
非金屬接地體使用起來比較方便，幾乎沒有壽命的約束。
為使接地電阻達到一定值的要求，在有些地方採用降阻劑不失為一種好辦法。降阻劑分為化學降阻劑和物理降阻劑兩種型別。化學降阻劑因其會汙染水源和腐蝕地網，現在基本上已不再使用，現在廣泛使用的是物理降阻劑(也稱為長效降阻劑)。
物理降阻劑屬於材料學、中的不定性複合材料，可根據使用環境形成不同的形狀和包裹體，使用範圍廣泛，可以和接地環或接地體同時運用，用來包裹在接地環或接地體周圍，起到降低接觸電阻的作用。另外，降阻劑含有可擴散成分，可以改善周邊土壤的導電屬性。現在較先進的降阻劑都具有一定的防腐能力，可以延長接地網的使用壽命。
物理降阻劑在工程上的運用已經有20多年的歷史，經過不斷的實踐和改進，現在無論是效能還是施工工藝都已相當成熟。
非金屬接地體是在通訊、廣電等部門廣泛使用的工程材料，由導電能力優越的非金屬材料復合加工成型，加工方法有澆注成型和機械壓模成型兩種。一般來說，澆注成型的產品結構鬆散，強度低，導電性能差，而且質量不穩定。機械壓模成型是使用裝置在幾至十幾噸的壓力作用下將構件擠壓成型。
採用機械壓模法生產的產品不僅尺寸精度較高、外觀好看，更為重要的是材料結構緻密，電學效能好，抗大電流衝擊能力強，質量也相當穩定，但生產成本較高。批量生產時多採用這種方法。在選用時應盡量採用後者，特別是接地體有抗大電流或抗大衝擊電流的要求(如電力工作接地、防雷接地)時，不宜採用澆注成型非金屬接地體。
非金屬接地體的特點是穩定性好，不會腐蝕，所以無需接地網的維護工作，也不需要定期的改造。非金屬接地體施工所需要的接地網面積比傳統接地面積要小很多，但在不同地質條件下也需要保證有足夠的接地面積，這樣才可能達到良好的接地效果。
離子接地系統是由傳統的金屬接地系統改進而來的，其工作原理和材料的選用都有很大的變化，形成了各種形狀的結構。這些接地系統的共同點是主體部分採用防腐性更好的金屬，內部填充由電解質及其載體元件組成的內填料，外部包裹導電性能良好的不定性導電複合材料，一般稱為外填材料。
接地系統中已使用的金屬材料有不鏽鋼、銅包鋼和純銅材。不鏽鋼的防腐效能較鋼材好，但埋在地下依然會或多或少地發生鏽蝕，以不鏽鋼為主體的接地系統不宜在腐蝕性嚴重的環境中使用。表面做過處理的銅是很好的抗鏽蝕材料。
銅包鋼為銅一鋼複合材料，鋼材表面覆蓋銅，可以節約大量的***銅材。銅包鋼多採用套管法或電鍍法生產，表面銅層的厚度為0．01～0．50mm，銅層越厚，防腐效果越好。純銅材料防腐效能最好，但會消耗大量的***銅，因此只在接地效能要求較高的工程中使用。
由於接地系統大多向垂直方向伸展，接地面積要求越來越小，以滿足地形嚴重侷限的工程需要。特別是補償型別的接地系統有加長的設計，輔以深井法施工，可以達到非常好的效果。
第三節接地裝置施工中銅管和銅排的焊接
施工前要認真閱讀設計圖紙，根據設計要求選用指定的焊接方式。施焊前將焊接處及周圍汙物清除乾淨並用鋼刷打磨除去氧化物，所有焊點必須焊接牢固無虛焊。
焊接方式一般有銅焊（氧氣乙炔焰焊接）、氬弧焊、放熱焊。
銅焊就是利用氧氣乙炔火焰將焊接用的銅焊條和要焊接的部位加熱融化焊接在一起。
氬弧焊要用專門的氬弧焊機，焊接時銅焊絲通過絲輪送進，導電嘴導電，在母材與焊絲之間產生電弧，使焊絲和母材熔化，並用惰性氣體氬氣保護電弧和熔融金屬來進行焊接的。
放熱焊是利用一種反應性較強的金屬（通常是鋁）來還原另一種金屬或金屬氧化物（氧化銅），放熱焊接時發生還原反應釋放熱量將待焊接部位融化焊接在一起。
接地材料為銅排及銅管.銅排和銅管的焊接難度較大，要求焊接人員要有中級以上焊接技術資質。放熱焊接時，最好對焊接人員進行技術培訓。
有的工地在進行焊接時反映焊接不上或者假焊，後來我們現場分析發現，焊接時由於銅管插在含水量很大的土壤裡面散熱很快，是造成焊接因難或假焊的原因。根據實際情況進行了焊接部位的焊前預熱後，改善了焊接條件，焊接的質量明顯得到提高。
第四節工頻接地電阻和衝擊接地電阻
根據接地所起的作用，接地電阻分為工頻接地電阻和衝擊接地電阻兩類。
1、工頻接地電阻
工頻電流流過接地裝置時所呈現的電阻稱為工頻接地電阻。通常指用於電氣接地的接地裝置的接地電阻。
2、衝擊接地電阻
當有衝擊電流，通過接地體注入大地時，土壤會被電離，此時求得的接地電阻為衝擊接地電阻礙。通常指用於防雷接地的接地裝置的接地電阻。
每個地鐵站都在站台板的底部鋪設乙個大型地網，相應的設計圖紙裡設計依據列有《接地裝置工頻特性引數的測量導則》（dl475-92）一條，根據這個導則所測試的接地電阻礙就是接地裝置的工頻接地電阻。
一般地當我們做電氣裝置的接地裝置時，要檢測它的工頻接地電阻；做防雷設施的接地裝置時就要檢測它的衝擊接地電阻。地鐵站接地網圖紙設計要求我們檢測的就是工頻接地電阻
第五節降低接地電阻的措施
綜合接地電阻理論以及根據技術設計、工程施工管理經驗等，目前所採取的降低接地裝置接地電阻的方法主要有以下幾種。
1．更換接地裝置周圍的土壤
該方法是使用土壤電阻率較低的土壤（如黏土、黑土等）替換掉原有的土壤電阻率較高的土壤。土壤置換範圍為接地體周圍0．5m以內和接地體所埋深度的1／3處。取土置換方法的缺點是人力和工時耗費都比較大。
2．對接地裝置周圍的土壤進行化學處理
在接地體周圍的土壤中加人一定量的化學物質，如食鹽、木炭、爐灰、氮肥渣、石灰等，以提高接地體周圍土壤的導電性，亦即降低土壤的電阻率。如採用食鹽時，對不同的土壤其效果也是不同的，例如砂質黏土用食鹽處理後，其土壤電阻率可減小為原來的1／2～2／3，砂土的電阻率減小3／5～3／4，砂的電阻率減小為原來的1／8～2／9；對於多岩土壤，用：1 ％食鹽溶液浸漬後，其導電率可增加70％。
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