接地設計

不同的行業，不同的地域使用的接地材料也不盡相同，市場上使用率最高的接地材料還是金屬材料，主要有銅板、角鋼和扁鋼等；但是由於接地環境的不同和用户需求也不盡相同。在有些環境和情況下是不適合使用金屬接地材料的，例如在高腐蝕土壤中金屬接地材料在很短的時間就被腐蝕而喪失接地的功能。不同的接地材料有着不同的特點，根據其特點結合環境使用是接地工程前期應該考慮的問題。

從80年代末開始佔領接地材料榜首的仍然是金屬接地材料（這裏主要指銅材和鋼材），由於其具備良好的導電性和經濟性是接地工程中最重要的材料之一，但是由於金屬材料存在腐蝕問題，對接地電阻的影響也比較大，是安全生產中的一個大的隱患，這個問題一直困擾着用户。一般在電信系統中早期的地網每四年就重新改造一次，起主要原因就是因為金屬材料的腐蝕問題，而在鹽鹼地區往往一兩年就要重新改造。而近年生產資料價格猛漲造成接地成本增加，使得金屬接地材料的缺點逐漸突顯；

非金屬接地材料是行業裏新生的一種金屬接地體的替換產品，由於其特有的抗腐蝕性能和良好的導電性和較高的性價比被廣大用户所接受。非金屬接地產品主要是以石墨為主要材料，根據製作工藝不同主要有壓制和燒製兩種；

第一種是普通壓制產品是石墨粉與導電水泥按照一定比例混合後，經過壓力壓縮定型後加少量水來達到整體固化，導電水泥起到增加整體強度的作用；這種工藝一般採用金屬通心的連接方式，即把金屬直接貫穿到兩端作為接地體的連接電極，同時也起到骨架的作用，這樣主要是利用金屬的高通流能力。壓制非金屬接地的產品存在着很大的問題，其一是石墨體與金屬電極的連接問題，由於壓制後的石墨整體與金屬材料之間的結合性不是很好，出現石墨整體與金屬材料互相分離的現象，這對故障電流通過接地體擴散到土壤當中起着阻礙作用；第二，壓制的產品整體強度性差，在施工的過程當中很容易破碎，在運輸過程中更得小心謹慎。所以在施工運輸應特別注意，壓制產品吸水性較好，但是由於是少量導電水泥的作用時間長後（放到地下後）很快就粉蝕了，接地提體的整體性可想而知，第三，壓制石墨體與金屬電極之間的體電阻一般都不不低於3-5歐姆，如果石墨體與金屬電極之間因為某種原因分離的話，其石墨體與金屬電極之間電阻更是不可想象，但壓制石墨接地體的生產工藝非常簡單，在者其材料成本比較低廉，但不能因為其價格的因素而忽略了其性能和使用壽命，所以一般環境下不建議用壓制的非金屬接地體；

第二種是燒製的膨脹石墨非金屬接地體是採用純度在99%以上的鱗片石墨，經水洗、酸洗、烘乾等數道工序後，經高温使其膨脹自身體積50倍以上的石墨蠕蟲，這時石墨經氧化插層、高温膨脹，而使層間裂解形成具有發達孔結構的膨脹石墨蠕蟲體，其表面及內部孔結構非常發達，表面積可達50～200m2/g。 它發達的網狀孔結構，經分析結果表明，膨脹石墨蠕蟲體表面形成了豐富的多邊形網狀孔結構，其孔徑大小不等，主要分佈範圍為1～3μm。，在經高壓定型製成膨脹石墨非金屬接地體毛坯，這時的石墨體由於其發達的網狀孔結構，經高壓使每個蠕蟲相互進入其自身非常發達的網狀孔中，其相互已經為分子間的聯接，所以膨脹石墨非金屬接地體不需要用粘接劑來使用使石墨粘在一起的，每個石墨蠕蟲聯接的表面積已是最大化，石墨經膨脹後，不僅保留了天然鱗片石墨材料所固有的耐高、低温，耐酸、鹼 腐蝕，導熱，導電，自潤滑和抗輻射等諸多優點，而且其特殊的網絡狀孔結構，還賦予它良好的壓縮性、回彈性、低應力高鬆弛率、高吸水、吸油性，以及熱、電導能力的高度異向性等許多獨特的功能，其導電性也過到最大化，電阻率可達16.465*10-6Ω.m，產品長度直流電阻為50 mΩ（相當於銅的導電性），在通過不低於1000度的高温，不少於150小時的焙燒，去掉膨脹石墨體中最後剩餘殘存少量雜質，同時其結合更加牢固，其搞壓強度不低於5.8Mpa，大減低產品在運輸和施工過程中的難度。它特有的內部網狀孔結構，使它有着很好的吸水和保濕性能，還有石墨本身良好的穩定性、抗腐蝕性、導電性、抗老化性、自身低電阻特性更是其它材料無法替代的，由於其本身對環境敏感度非常低，幾乎不受外界因素的影響，所以接地電阻值能夠在相當長的時間內保持不變的，這是傳統接地材料無法比擬的，這對地網每年維護的好處是不言面喻的，石墨基本結構就是碳，它對環境沒有任何污染，所以這種原料的產品屬於環保型產品。

一般高山地區都是地網製作的難點，本文采用的是造井接地的方法；（主要針對岩石層面）高山一般多岩石，在岩石上做地網並不是不可能的事情。在地表土層下采用鑽孔方式打孔φ200*2000-3000mm（視環境而定），底部採用爆破方式搗碎地層岩石形成縫隙，澆注填充劑垂直放入非金屬接地體（燒結型），之後加入高分子降阻劑後適當加水，在加水下沉3-4小時後加入無水狀態的高分子降阻劑和適量填充劑後在距地表土層800mm處夯實，至此垂直接地體敷設完畢，開始敷設水平接地網；水平地網採用35平方以上銅纜撥皮後適當塗刷導電膠並在距地表500毫米處做水平地網線槽，線槽寬為200毫米，在線槽上施放無水狀態高分子降阻劑和適量填充劑將刷好導電膠的電纜按照網格形狀敷設好後埋土夯實；接地網的接地距離可以按照1.5*1.5/3.0*3.0m的距離敷設，每個十字型交叉點作為一個垂直接地體的連接點，最後把地網表層用細土填埋。

鹽鹼地區的土壤中含有較高的腐蝕性物質，所以在一般這種環境下是不採用金屬材料作為接地體的，非金屬材料非常適合在這裏使用，這裏介紹膨脹石墨體在鹽鹼風化石地質的埋植方法。風化石類的地質條件一類主要是由完全是風化石，另一類是由風化石和巨大花崗石混合物組成，土榱電阻率都在2000歐米以上，在這樣的條件下製作地網是非常困難的，工人施工難度陡然增大，有很多同行對此望而卻步。在這裏我給大家介紹改善施工難度的方法，在施工前把要開挖澆灌充足的水，由於風化石組織結構較疏鬆，水分能滲透風化石內部當中，最好讓其泡12小時以上，這時風化石強度只相當於沙子被壓實的狀態，很容易施工的，這時在挖深1.2米寬0.2米的溝槽，如遇到巨大花崗石可繞過其安裝，這時在安裝膨脹石墨接地體水平放置，外面包裹填充劑，接地體之間用扁鋼連接，節點防腐處理，只需十數塊膨脹石墨接地體就可達到技術要求。注意回填土最好使用細黑土，如無條件也可使用挖出來的風化石，但一定要注意在剛回填的時候不要用大塊的風化石，儘量用細小的風化石土，一定要分層夯實。還有一類情況是土壤表面為10釐米厚的黑土，而在黑土下面完全是顆粒差不多的大小的鐵板砂，這是製作地網非常頭痛的事，把表層的黑土去掉，挖開下面的鐵板砂，每個接地極挖1.5米深的坑，這時每個坑由於鐵板砂的鬆散性很容易塌方的，如有擋板擋住周圍的鐵板砂最好，若無有擋板把坑挖的大一些即可，這時在坑的底部垂直於地面打一根長1.5-2米直徑φ30毫米的鍍鋅鐵管，在鬆散的鐵板砂上施工是很容易的，在在安裝好的鐵管上垂直連接膨脹石墨接地體，在距地表0.5米處作橫向扁鐵連接，十字交叉點想互連接，節點防腐處理，直接回填鐵板砂即可，接電阻值都可滿足使用要求。

在一些海邊會一些特殊的接地需要，這是可以採用非金屬接地棒製作活動的接地裝置，由於非金屬接地體具有較高的抗腐蝕性所以非常適合在海邊使用，在青島某海軍的使用效果看，膨脹形非金屬石墨體在浸入海水完全吸水後，比角鋼放置海水中的效果高7倍。一隻角鋼放置海水中20m的電阻是7-8Ω，膨脹石墨的接地電阻達到0.6-1.0Ω；經過半年多的使用，反饋效果良好。

因地制宜的設計方案通常,防雷接地的接地電阻是10 Ω ,實際上有弱電設備的感應防雷都要求4 Ω 或1 Ω 的接地電阻。需要特別指出的是:土壤電阻率是隨季節變化的,規範所要求的接地電阻只是接地電阻的最大許可值,而實際地網的接地電阻應該是:

R = Rmax/ ω式中: Rmax 為接地電阻最大值,即前述的10 Ω、4 Ω或1 Ω; ω是季節因數,根據地區和工程性質取值,常用值為1. 45 。因此,對應前述的10 Ω、4 Ω、1 Ω ,接地電阻實際應是6. 9 Ω、2. 75 Ω、0. 65 Ω。按此電阻施工的地網才是合乎規範要求的,在土壤電阻率最高時(常為冬季) 也能滿足設計要求。接地工程本身的特點決定了周圍環境對工程效果有決定性的影響,脱離了工程所在地的具體情況設計接地工程是不可行的,設計的優劣取決於對當地土壤環境的諸多因素的綜合考慮。土壤電阻率、土層結構、含水情況、季節因數、氣候和可施工面積等因素都會影響接地網的形狀、大小、工藝材料的選擇。

接地網的防腐處理直接影響地網安全接地效果和使用壽命，在過去接地系統工程施工中存在以下問題：

不同的接地材料有效的抗腐蝕能力也不同，從理論上講，多數有色金屬如銅、鋁、鉛、鋅都具有較好的抗腐蝕能力，其中銅和鉛在接地材料中用得較多。但是直接用有色金屬作接地體也有不足之處。其一價格昂貴，成本提高；其二鋼性不夠，施工困難。解決剛性不夠的唯一方法又得增大截面積。據計算，接地體的直徑增加30%，截面積可增大70%；直徑增加50%，截面積可增加125%，也就是要多耗70%～125%的有色金屬。這無疑又使一次性投入成本成倍地增加。有資料報道，美國等地大都採用銅作接地體，雖然使用壽命提高了1－2倍，但成本卻增加了5－6倍。（主要使用銅包鋼接地棒）所以在一般環境下非金屬接地材料是最好的金屬材料替代品。銅包鋼這種新型產品有很多生產商説其產品防腐等性能優良，但其產品防腐的問題，在銅包鋼施工的過程中，產品是垂直於地面打進土壤中的，大家都知道銅是較軟的，而土壤中的情況又千差萬別的，銅包鋼進入土壤中，表面的銅很容易被劃傷的，劃傷後的產品會露出內部的鋼鐵的，二種不同的金屬在土壤中會加速其腐蝕的，不知道這個問題如何解決。其二是銅包鋼接地電阻值的問題，銅包鋼是一節一節相互連接的，每節之間的連接用的是連接器，連接器的直徑要比銅包鋼產品直徑大，這時第一節打入地面後，打入第二節由於連接器的直徑比銅包鋼產品直徑大，第二節以上的產品是不會與土壤接觸的，至少不會完全接觸的，接觸的是連接器，這對接地電阻值是有影響的。其三是銅包鋼本身電阻的問題，國內銅包鋼的生產廠家是採用鋼杆穿入銅管中，然後拉長銅管，讓其管徑縮小使其附在鋼杆上，為了讓鋼杆順利地穿入銅管當中，生產過程中會在鋼杆的外壁和銅管的內壁塗抹大量的潤滑油，拉伸銅管後大部分潤滑油被擠出。但是還是有少量的潤滑油殘存在裏面的，而這點殘存會在鋼杆與銅管之間形成很薄的油膜，這層油膜是絕緣的同時油也會分解成酸性物質從內部腐蝕鋼棒，所以既影響本身的電阻又影響故障電流順利地通過它散流到土壤中。

地質條件決定所選用的接地材料：離子接地棒適合在城市不具備施工空間的地方使用，例如城市建築羣等；而對於山地條件則比較適合使用非金屬接地棒，由於在山野離子棒自身的吸水性並不能滿足自身穩定接地電阻的需要常常需要增加鹽類，而岩石環境又是失水環境，所以這種環境下就應該選用吸水性好的有具有較高強度的非金屬接地棒作為接地體，同時在野外也要考慮使用離子接地棒的可能的丟失問題；在一般土壤環境比較適合使用壓制的非金屬接地體，和金屬接地體，所以根據環境不同採用不同的材料作為接地體也是延長有效接地壽命的方法；

採用不同的接地保護方法也是關鍵的問題，對於金屬材料的地網往往採用犧牲陽極陰極保護法是一種電化學保護方法，就是將被保護金屬和一種可以提供陰極保護電流的金屬或合金(即陽極)相連，使被保護體極化以降低腐蝕速率的方法。在被保護金屬與犧牲陽級所形成的大地電池中，被保護金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負於被保護金屬體的電位值，在保護電池中是陽極，被腐蝕消耗，故稱之為“犧牲”陽極，從而達到對陰極(被保護金屬體)保護的目的。這裏所常用的“犧牲陽極”的材料通常是高純鎂及鎂合金、高純鋅及鋅合金、鋁合金等。

犧牲陽極陰極保護法，在我國常用於長距離的地下輸油管道的防腐技術中，近幾年也有引進用於變電站的接地網的防腐技術中。由於此種方法需要每隔數年開挖檢查，對“犧牲”的陽極要進行更換，故在電力系統中的推廣存在着一定的侷限性。

綜上所述，把接地作好是很關鍵的一件事，這也是複雜的系統工程，在不同的條件下選用適合本地區的接地材料，在的限的的資金情況下，作好一個合格的地網不僅要考慮資金的因素更要考慮性能因素，比如使用金屬材料的傳統接地，在工程造價上可能不會太高的，但是它的使用壽命短，使用非金屬接地體要比金屬材料的傳統接地高一些，但其使用壽命要比傳統接地的壽命高出好幾倍，根據其壽命傳統接地平均每年造價不低於3-4千元，而非金屬接地體根據其壽命平均每年造價不高於3-4百元，這還不包括因地網不合格改造的的工程費用，這些都是應該在選擇接地材料時加以考慮的。在現代隨着微電子技術的迅猛發展，它對環境要求也越來越高，有一個很小的湧流就可以使設備損壞，人們對接地系統的重視程度也逐步提高，接地作的好與壞直接關係到設備能否正常運行，是否有安全隱患的大問題.