地材料的比较和选择

　　1． 概论

　　现在国内防雷接地基本上采用L5×50角钢与-40×4的扁钢作为接地材料，此方法虽然沿用《50057-94规范》，但是我国由于地域广阔，东西部差异极大，《50057-94规范》是57年制订，94年改版的。国标的要求是相当低的。尤其是近几年，电子产品日新月异，传统的地网使用寿命随着地下水污染的加剧而越来越短，已很难满足其真正意义上的防雷接地要求。

　　2．比较与分析

　　2．1 接地效果及材料损耗比较

　　从图A可以看出用传统工艺的接地系统，视地下水污染的程度及地网运行的要求，一般寿命10-20年地网需翻修，已经很难适应现代高精尖设备的防雷需要。以50年的有效期为例，地网须翻修3次，耗工耗材可想而知。

　　许多人都认为，用L5×50角钢与-40×4的扁钢的传统工艺作为接地，价格低廉，可以降低工程总成本，但从客观上分析其实不然。

　　传统工艺的接地电阻，靠角钢及水平敷设扁钢来降阻。众所周知，土壤电阻值在地表层3米以内都比较高，且季节性变化相当大，在地表3米以内做地网降阻相对困难，而在地表3米以下土壤电阻率随着深度的增加而急剧下降。

　　从图B可以看出，在中国长江以南的大部分地区，地表15米以下土壤电阻率为地表土壤电阻率的1/7——1/10。

　　图B

　　2002年4月，本公司在上海气象大院内，在上海防雷中心做了接地实验实测数据如下表：

　　上海气象局大院内接地棒接地电阻实测数据

　　单根接地棒:

　　点

　　米 A B C1 C2

　　3.0 7.00 7.8

　　6.0 3.40 2.8 3.4

　　7.5 2.00

　　9.0 1.30

　　10.5 0.90

　　12.0 0.70

　　多根接地棒:

　　L1

　　欧姆

　　L2 3 6 7.5 9 10.5 12

　　3.0 3.80

　　6.0 2.20 1.80

　　7.5 1.30

　　9.0 1.00

　　10.5 0.70

　　12.0 0.60

　　注:L1、L2为单根入地的深度(米/根)

　　2003年10月在浙江公司所在地做了传统工艺的接地与接地棒接地比较实验，从比较得知，在地表土壤电阻率为100-150Ω/m的情况下，用L5×50×2500mm的角钢打15个桩，水平联接后接地电阻值为1.301Ω，而用我司生产的φ20接地棒打深15m，一个桩的接地电阻值为1.307Ω，而用两种材料所需费用见表D1和D2可以看出：

　　表D1 用传统工艺预算清单

　　序号 定额 工程项目 单位 数量 单价 金额(元) 其中人工费

　　1 L5×50的热镀锌角钢 米 45m 20 900

　　2 -40×4的热镀锌扁钢 米 78 8.5 637.5

　　3 2-697 接地母线敷设 10米 7.8 61.8 482.04 452.01

　　4 2-690 接地极安装 组 15 28.53 427.95 151.05

　　5 其它费率 603.06×153% 922.68

　　6 总工程造价 3370.17

　　表D2 用接地棒工艺的预算清单

　　序号 定额 工程项目 单位 数量 单价 金额(元) 其中人工费

　　1 HD-D20接地棒 米 15 91.29 1369.35

　　2 M20连接器 只 9 17.63 158.67

　　3 M20钻头 只 1 12.98 12.98

　　4 M20驱动头 只 1 21.95 21.95

　　5 2-698 接地极安装 组 1 147.52 147.52 64.6

　　6 其它费率 64.6×153% 98.83

　　7 总工程造价 1809.3

　　从表D1和D2可以看出，单独从降阻方面考虑，在地表土壤电阻率120Ω/m左右降到1.3Ω，用L5×50×2500mm的角钢与-40×4的扁钢相结合的传统工艺方法的造价为3307元，而使用φ20的接地棒造价只需1809元，传统工艺只能符合中国《50057-94规范》，而用我司生产的接地棒工艺则能符合国标IEC及美国IEEE标准，能在世界各国通用。

　　当土壤为不均匀土壤，土壤在垂直于地面的方向上分层，当下层土壤的电阻率

　　ρ2远远小于上层土壤的电阻率ρ1时，可把垂直接地极打到下层土壤内，充分利用下层较低电阻率的地质层来降阻，一般情况下ρ2/ρ1值为1/7——1/10，这时接地电阻的计算公式如下：

　　式中h——电阻率为ρ1的地层深度，m；

　　l——垂直接地体的长度，m；

　　d——垂直接地体的直径，m；

　　ρ1——上层土壤电阻率，Ω•m；

　　ρ2——下层土壤电阻率，Ω•m。

　　2．2 土壤电阻为300Ω/m，200Ω/m，100Ω/m的前提下达到3Ω的接地电阻，两种材料所需费用比较

　　2．2．1 土壤电阻率为300Ω/m的前提下，要达到3Ω的接地电阻值。

　　用角钢、扁钢设计施工图及预算清单如下：

　　接地母线为——40×4的热镀锌扁钢（156米）

　　L5×50×2500mm的热镀锌角钢 接地极（30组）

　　施工图

　　预算清单

　　序号 定额 工程项目 单位 数量 单价 金额(元) 其中人工费

　　1 L5×50的热镀锌角钢 米 90 20 1800

　　2 -40×4的热镀锌扁钢 米 156 8.5 1326

　　3 2-697 接地母线敷设 10米 15.6 61.8 964.08 904.02

　　4 2-690 接地极安装 组 30 28.53 855.9 302.1

　　5 其它费率 1206.12×153% 1845.36

　　6 总工程造价 6791.34

　　用接地棒工艺设计施工图及预算清单如下：

　　序号 定额 工程项目 单位 数量 单价 金额(元) 其中人工费

　　1 HD-D20接地棒 米 30 91.29 2738.7

　　2 M20同轴连接器 只 20 17.63 352.6

　　3 M20钻头 只 2 12.98 25.96

　　4 M20驱动头 只 2 21.95 43.9

　　5 BVR50mm2的裸铜线 米 10 17 170

　　6 200#热熔剂 支 2 110.58 221.16

　　7 HGRф20-50 mm2模具损耗 只 2 15 30

　　8 2-697 接地母线敷设 10m 1 61.8 61.8 57.95

　　9 2-698 接地极安装 组 2 147.52 295.04 129.2

　　10 其它费率 187.15×153% 286.34

　　11 总工程造价 4225.5

　　土壤电阻率200/

　　用角钢与扁钢相结

　　2．2．2 土壤电阻率为200Ω/m的前提下，要达到3Ω的接地电阻值。

　　用角钢、扁钢设计施工图及预算清单如下：

　　接地母线为——40×4的热镀锌扁钢（104m）

　　L5×50×2500mm的热镀锌角钢 接地极（20组）

　　施工图

　　预算清单

　　序号 定额 工程项目 单位 数量 单价 金额(元) 其中人工费

　　1 L5×50的热镀锌角钢 米 60 20 1200.00

　　2 -40×4的热镀锌扁钢 米 104 8.5 884.00

　　3 2-697 接地母线敷设 10米 10.4 61.8 642.72 602.68

　　4 2-690 接地极安装 组 20 28.53 570.60 201.4

　　5 其它费率 804.08×153% 1230.24

　　6 总工程造价 4527.56

　　用接地棒工艺设计施工图及预算清单如下：

　　序号 定额 工程项目 单位 数量 单价 金额(元) 其中人工费

　　1 HD-D20接地棒 米 24 91.29 2190.96

　　2 M20同轴连接器 只 14 17.63 246.8

　　3 M20钻头 只 2 12.98 25.96

　　4 M20驱动头 只 2 21.95 43.9

　　5 BVR50mm2的裸铜线 米 10 17 170

　　6 200#热熔剂 支 2 110.58 221.16

　　7 HGRф20-50 mm2模具损耗 只 2 15 30

　　8 2-697 接地母线敷设 10m 1 61.8 61.8 57.95

　　9 2-698 接地极安装 组 2 147.52 295.04 129.2

　　10 其它费率 187.15×153% 286.34

　　11 总工程造价 3571.96

　　土壤电阻率200/

　　用角钢与扁钢相结

　　2．2．3 土壤电阻率为100Ω/m的前提下，要达到3Ω的接地电阻值。

　　用角钢、扁钢设计施工图及预算清单如下：

　　L5×50×2500mm的热镀锌角钢 接地极（9组）

　　施工图

　　预算清单

　　序号 定额 工程项目 单位 数量 单价 金额(元) 其中人工费

　　1 L5×50的热镀锌角钢 米 27 20 540.00

　　2 -40×4的热镀锌扁钢 米 48 8.5 408

　　3 2-697 接地母线敷设 10米 4.8 61.8 296.64 278.18

　　4 2-690 接地极安装 组 9 28.53 256.77 90.63

　　5 其它费率 369.81×153% 564.25

　　6 总工程造价 1899.52

　　用接地棒工艺设计施工图及预算清单如下：

　　序号 定额 工程项目 单位 数量 单价 金额(元) 其中人工费

　　1 HD-D20接地棒 米 9 91.29 821.61

　　2 M20同轴连接器 只 5 17.63 88.15

　　3 M20钻头 只 1 12.98 12.98

　　4 M20驱动头 只 1 21.95 21.95

　　5 200#热熔剂 支 1 110.58 110.58

　　6 HGRф20-50 mm2模具损耗 只 1 15 15

　　7 2-695 接地极安装 组 1 85.13 85.13 68.4

　　10 其它费率 68.4×153% 104.65

　　11 总工程造价 1260.05

　　土壤电阻率200/

　　用角钢与扁钢相结

　　2．3 讨论与结论

　　2．3 讨论与结论

　　以上三表比较的数据一目了然,并且以上的情况是在设定土壤允许，在任何地方都可以开挖的前提下，但是事实上许多地网都是由环境限制的，尤其是通信机房一般都是建在人口相对密集的地区，机房周围很难找到建地网所需的场地，机房周围地面硬化及地面以下的管线的纵横交错，给地网的敷设带来很大的制压性，许多地方甚至都不允许建地网，而用我司接地棒做接地可避开以上诸多不利因素，只要选择机房周围一两个点，直接往深处打，使接地电阻直接值降到附合标准要求，不但可以减少许多为做地网申报报批的程序，还可以省时省力。尤其是在许多发达国家，由于劳动力资源昂贵，而抬高工程的成本。而且用铸铜接地棒工艺施工与传统工艺施工所使用的工具基本一致，只需添置一台冲击力在11kg级以上的冲击电锤就可以方便施工了。当然用接地棒来降阻有它特定的条件——上层厚度相对较深。在山上或多岩山地，接地棒工艺就不能适应，在土壤条件差的地方，用敷设降阻剂的方法降阻效果就比较明显。

　　地网建成后用我司的专利产品热熔焊剂来联接，热熔焊接工艺，不但使地网的每个熔点处在纯铜的保护之下，而且可以免受环境条件的限制，可随意操作，无须电源热源，极为便利。

　　2．3．1 我司生产的接地棒的特点

　　① 抗拉强度大，有600N/mm2的接力，可深入地下30m。

　　② 耐腐蚀性强，使用寿命在50年以上。

　　③ 打深可获恒定的低电阻。

　　④ 导电性能完全等于实心铜线。

　　具体可参阅我司相关产品资料，同时也可浏览我司网站。

　　2．3．2 接地棒的施工工艺介绍

　　A、勘察地形及土壤环境

　　用接地棒做接地，勘察地形及土壤环境分析是相当重要的，尤其是地层构造，一般地层、土壤电阻率是随着深度的增加而成培减小，比如温州苍南变电站，我司选用激衰时法测深法，于2004年7月27日，对该场址进行激衰时法直流电阻率测量，完成激衰时法电阻率测深点共计3个物理点，测量点位详见示意图。

　　a 勘测方法及质量评述

　　激衰时法直流电阻率测深采用北京地质仪器厂生产的DWD-2A型微机电测仪。工作电源使用乙电池，最大供电压为350V，供电、测量导线绝缘电阻分别大于2MΩ/Km、5 MΩ/Km，仪器及一切设备性能均为良好。

　　激衰时法直流电阻率测深采用对称四极装置，最大极距AB/2=147m，MN/2=5m，其跑极极距排列见表1所示。

　　跑极极距排列一览表 表一（单位：m）

　　AB/2 1 1.5 2.2 3.2 4.6 6.8 10 15 22 32 46 68 100 147

　　MN/2

　　激衰时法直流电阻率测量的野外工作严格按原地矿部颁发的有关规范要求求执行,对测深曲线上奇变点、跳跃点均进行重复检查观测，以此确保野外观测质量。

　　b 地基土电阻率测量成果

　　场址电阻率在平面上变化较大。由实测资料的电算解释结果，场址地下浅部软土层土壤各土层的电阻率值见表2。

　　110kv苍南变电所改造山下接地网场址软土层电阻率测量成果表 表2

　　测量点编号 土 层 层厚（m） 电阻率(Ω.m) 测量点位置

　　D1# 软土层 约3.5 15.5——16.5 人工开挖坑底

　　D2# 软土层 约2.5 65.0——70.0 地 表

　　D3# 软土层 约2.0 35.0——38.5 人工开挖坑底

　　苍南变电站占地面积只有650m2，原地网的接地电阻值为0.25Ω，扩容后要求接地电阻为0.125Ω。通过现场勘察，此变电站土壤结构较好，在15m深测得土壤电阻率为12Ω/m，故变电站接地实行打深接地，每个桩深度为18m，共打33个桩，等电位联接后，测得电阻值为0.11Ω，合格。

　　同样在绍兴兰亭变电站实行打深接地就遭到失败，事后分析此地土层为隔层石灰岩，土壤电阻率随着深度的增加而急剧增加。

　　B、工程设计

　　a 用传统工艺一般两个接地极之间的距离为5m——6m，即：s=L1+L2，而所用接地棒

　　L1、L2的长度一般都大于2.5m。用接地棒做接地，从接地效果及屏蔽系数考虑，参照IEC及IEEE标准，在L1+L2≤10时按s=L1+L2，而当L1+L2≥10时则s定为10，如果在s没有足够的等效长度时，可适当缩小，但在设计时须考虑屏蔽系数的增加。

　　S

　　L1 L2

　　在通信机站、机房的接地：一般接地电阻值在3-5Ω，并且基本上是直线联接，可适当放宽屏蔽而增加的电阻值。

　　b 通信机房一般都在人口密集区，建筑物相对集中，机房周围的接地空间较小，接地设计可参照以下三种接地方法：（见图A）

　　图1 图2 图3

　　以上三种方法是在尽可能利用有限空间，又尽可能加大各地接地极之间有效距离，减小屏蔽系数，可供参考。

　　c 为了考虑接地极的泄流面积S≥0.82KC2，接地极一般设计两组以上。

　　C、施工方法

　　a 在选择有利地形后，挖开600×600×800mm的坑，可直接往地下打接地棒，第一根接地棒入土端加钻头，另一端加驱动头可直接受力往下打，在第二根与第一根之间用同轴连接器，直打到设计深度，每根接地棒标准长度为1.5m，特殊规格可根据需要定制。接地棒连接见如意图。

　　b 在有些机房在F1层，同时周围地面又全部硬化，没法找到有利地面来做接地，同时接地又为工作地，此时用我司接地棒就非常有利。可在机房内对角处打两个孔放入接地棒，直接往深处打，达到所需电阻值后，两个接地极直接与机房内均压环联即可，此接地方法可谓是最省时省力的有效接地方法。

　　参考文献：

　　1．《实用电力接地技术》《IEC标准》、《IEEE标准》；

　　2．《电力系统接地技术》；

　　3．《金属腐蚀学原理》；

　　4．《低压电力实用技术》。