设备接地设计.docx
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设备接地设计
设备接地设计
接地网络的设计与施工
一、概述
二、接地体介绍
1、降阻剂
2、非金属接地模块
三、接地网络
1、接地网络的设计
2、接地网络的施工
一、概述
接地网是接地系统的基础，由接地环（网）、接地极（体）和
引下线组成。
过去常将接地环作为接地的主体，很少使用接地体。
接地要求不高或地质条件相当优越的情况下，接地环的确有效，在通常情况下，接地环可以起到辅助接地的作用，主要作用是接地体来完成的。
但使用接地环要达到某个接地电阻值，与接地环包围的面积S和土壤电阻率有关。
以一个城市常见的土壤电阻率200Ω.m为例，要做接地电阻1Ω的地网须占地10000m2。
对大型建筑物而言，本身占地很大，考虑到要求独立地的设备，一个地网是不够的。
在高楼林立、寸土寸金的城市和地形复杂的山地，很难满足面积施工的场地和土质，即使地理使条件许可，由于开挖量大，耗材多，费工费料，工程造价相当高。
所以，需要运用更好的接的材料和施工设计方法。
二、接地材料
广泛使用的接地工程材料有各种金属材料、降阻剂、离子接地系统、非金属接地体等。
金属材料如扁铁，也常用铜材代替，主要用于接地环的建设，这是以往大多接地工程都选用的；接地体有金属接地体（角铁、铜棒和铜板）这类接地体寿命较短，接地电阻上升快，地网改造频繁，维护费用比较高；从传统金属接地极（体）中派生出地特殊结构的接地体（带电解质材料），使用效果比较好，就是非金属接地体，使用比较方便，几乎没有寿命的约束，各方面比较认可。
以下着重介绍降阻剂和非金属接地模块。
1、降阻剂
接地装置的接地电阻通常是有三个方面组成：
第一部分是接地本身的电阻，只占总接地电阻的1%—2%；第二部分是接地电极与土壤的接触电阻，在一般土壤中占接地电阻的20%—60%；第三部分是电流经接地电极流入土壤后散布时的电阻，这是由土壤电阻率决定的。
降阻剂从以上三个方面着手，从而降低接地电阻。
物理降阻剂是接地工程广泛接受的材料，属于材料学中的不定性复合材料，可以根据使用环境形成不同形状的包裹体，所以使用范围广，可以和接地环或接地体同时运用，包裹接地环和接地体周围，达到降低接地电阻的作用。
并且，降阻剂有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。
现在较先进的降阻剂都有一定的防腐能力，可以加长地网的使用寿命，其防腐原理一般来说有几种：
电化学防护，致密覆盖金属隔绝空气、加入改善界面腐蚀电位的外加剂成分等方法。
物理降阻剂有超过二十年工程运用历史，经过不断实践和改进，现在无论性能还是施工工艺都已相当成熟。
FXD-NJ长效降阻剂本产品采用现代材料科学的优越材料一高分子化学物质，施用前为液体，用塑料桶盛装，施用时加入凝固剂聚合为乳白（略黄）色，具有较好的弹性的凝胶体。
本产品降阻效果显著，持久性好，使用寿命在15年以上。
该降阻剂对接地极的腐蚀甚微，既可降阻又能起到防蚀剂的作用，为接地极防腐提供了新的途径和材料，由于其渗透性及流动性好，产生树根效应，大大增加了接地极的等效直径。
长效降阻剂技术参数：
电阻率≤0.1Ω.M
比重1.08
PH值≥7.0
聚合后不溶于水，无毒无环境污染。
2、接地模块
非金属接地体在通信、广电等部门广泛应用。
它是由导电能优
越的非金属原料复合加工成型的，加工方法有浇注法，浇注成型的产品结构松散、强度低、导电性能差，而且质量不稳定，一些小型厂家少量生产使用这样的办法；机械压摸法，是使用设备在几到十几吨的压力下成型的，不仅尺寸精度较高、外观较好，更重要的是材料结构致密、电学性能好、抗大电流冲击能力强，质量也相当稳定，但是生产成本较高，批量生产多采用。
选型时，尽量采用后者，特别是接地体有大电流或大冲击电流的要求（如电力工作地、防雷接地）时，不易采用浇注成型的非金属接地体。
非金属接地体是不受腐蚀的接地体，其稳定性、环境适应性、使用寿命都是现有接地材料中最好的，不需要定期改造和维护。
非金属接地体施工需要地网面积比传统接地面积小很多，但是，在不同地质情况下，也许要保证足够够地接的面积才可以达到良好的效果。
FXD-MK型产品水平
电阻率<5Ω·m，
1）耐受8/20μs1KA冲击电流和耐受10A工频电流后，电阻值不增加反而减少。
也无变硬、发脆、爆裂等现象。
2）在常规试中，当土壤电阻率为100Ω.m时，单个模块的接地电阻可为4Ω
3）非金属材料对金属表面的腐蚀0.03mm/年,因而寿命可超过20年。
4）能适应与我国南方和北方、平原和高山的气候环境；在一般土壤电阻率和高土壤电阻率地区，均能获得较好的接地效果，而后者更为显著。
降低接地电阻作用
1）、低电阻接地模块采用某种无机盐作为电解质，当其埋在土壤中，在其周围遇水形成电解溶液后产生活性电离分子，一部分被吸收在土壤表面，一部分游离于溶液中，使土壤层的导电性增强，电阻率下降。
由于接地体的接地电阻主要受控于经土壤电阻率作用的路径电阻，这就决定了它对接地电阻影响的主导地位。
2）、低电阻接地模块中含有吸湿、保湿材料，能将土壤中水分聚集在接地体周围，使其经常处于潮湿状态，从而增大了土壤的介电常数。
土壤和水分的介电常数都大于1，其变化范围一般不超过一个数量级，相对于电阻率的变化要小的多，这就决定了它对接地电阻影响的次要地位。
水的介电常数为81，土壤的介电常数为4-15,一般取9作为计算值，有随含水量增大而增大的规律。
3）、低电阻接地模块与土壤层间的接触电阻比金属接地体与土壤层间的接触电阻小。
从物理意义上可知：
低电阻接地模块与土壤层在成分上具有亲缘关系，它们之间凝聚、结合较好，接触阻力小。
从地电扩散电场原理可知，当两种不同的岩石、土壤相互接触时，在其界面上带电粒子互相扩散，形成双电层，产生电位差。
耐腐蚀作用
低电阻接地模块的金属极芯处于带电离子的介质或土壤中，产生腐蚀是不可避免的，但可以通过材料配方或在极芯增加镀锌层，把腐蚀控制在一定限度内。
模块材料对金属极芯的腐蚀是由于电化学腐蚀微电池作用产生的电位差所致。
金属极芯的电极电位较负，成为阳极遭受腐蚀，模块体的电极电位较正，成为阴极不遭受腐蚀。
模块的配料含有天然石墨，它是碳的同素异构体，其晶体结构属六方晶系，具有良好的化学稳定性，在电解溶液中不会形成碳离子，碳原子亦不会自动进入溶液。
石墨在还原酸、中等浓度的氧化酸中均很稳定，能耐多种盐类溶液和有机质的腐蚀，是一种良好的耐腐蚀剂。
此外，还配有强碱-弱酸性盐类，溶于水显示碱性，能与钢材极芯作用生成难溶的防腐产物，并抑制其防腐速度，在作镀锌保护，则会明显增强耐腐蚀性。
总之，低电阻接地模块的工作原理可概括为：
它利用自身的特点，使其周围附近的土壤电阻率降低，介电常数增大，层间接触电阻减小，耐腐蚀性增强。
因而能获得较小的接地电阻和较长的使用寿命。
三、设计依据
1、《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）2000年版
2、《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》（YD/T5098-2001）
3、《雷电电磁脉冲的防护（国防电工）》（IEC1312-3）
4、《移动通信基站防雷与接地设计规范》（YD5068-98）
5、《通信工程电源系统防雷技术规定》（YD5078-98）
6、《电子设备雷击保护准则》（GB7450-83）
7、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）
四、接地网络
根据贵处提供的情况，要求工作机房做接地，要求接地电阻小于0.5欧姆。
到现场测量土壤电阻率400
，地下为原河床，土质为鹅卵石，在工作楼有一块长13米，宽12米的面积可供施工（见图纸），具体施工办法如下：
1、地网设计
由于可供施工的面积有限，只单独使用接地模块，则需要很大的施工面积，所以在此处施工采用垂直接地极和接地模块相结合并浇注降阻剂的方式解决。
垂直接地极材料选型：
TTR-J穿透型接地极，结构尺寸：
5米长；模块选型：
FXD-MK-1，结构尺寸：
50mm×400mm×600mm；降阻剂选型：
FXD-NJ。
１、垂直接地极的阻值
单根2.5米垂直接地极的估算值：
采用5米的接地极，接地电阻可达到70欧姆以下，在此基础上浇注降阻剂，降阻剂的降阻率按80%计算，接地电阻可达到14欧姆。
每块模块接地电阻的估算值：
在此基础上浇注降阻剂，降阻剂的降阻率按80%计算，接地电阻可达到16欧姆
单根垂直接地极与接地模块并联：
由于施工面积较小，接地极的接地电阻并不能被完全利用，接地极并联会产生集合效应，其接地电阻并不能完全按照并联电阻公式计算，其利用系数取85%，接地电阻需要做到0.5欧姆，根据公式：
那么需要19组接地极与接地模块并联。
２、水平接地极的阻值
接地极与接地模块之间的间隔至少为3米，这样则需要水平接地体100米。
水平接地体长度达到50米时，其接地电阻估算值为：
而此处需要水平接地体96，相当于将两个64欧姆的接地装置并联，接地电阻为：
32欧姆。
在此基础上浇注降阻剂，降阻剂的降阻率按70计算，接地电阻可达到9.6欧姆。
垂直接地极与接地模块的连接采用水平接地体，此时接地装置的接地电阻就是水平接地体与垂直接地装置的并联电阻，其接地电阻为：
满足设计要求。
五、地网建设
整体地网的沟长为100米，挖沟沟深2.5米，在沟内每隔6米打入垂直接地极，垂直接地极之间埋设低电阻接地模块，采用4×40的镀锌扁铁与接地极连接成一个接地网络，并浇注降阻剂，每根垂直接地极浇注降阻剂75公斤，接地模块浇注25公斤，水平接地体（即镀锌扁铁）每米浇注降阻剂12.5公斤；所有连接用焊接方式，焊接长度不少于10cm，并做除渣防腐处理。
在地网引入机房的接地线要与高压电缆在工作楼处平行敷设间隔2米左右，长度约20米。
此处的高压电缆对信号接地装置产生电磁干扰，影响设备正常工作，应对电磁干扰源进行相应的屏蔽措施，使电磁波无法侵入信号接地装置。
根据贵部提供的资料，高压电缆凯装层两端已经接地，根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）：
为减少电磁干扰的感应效应，应采取屏蔽措施，当采用屏蔽电缆时其屏蔽层应至少在两端接地，屏蔽层仅一端接地和另一端悬浮时，只能防止静电感应而防不了磁场变化所产生的电磁感应。
此处的高压电缆已经做好了两端接地，符合规范要求。
从电磁干扰的角度考虑可以将信号接地装置与高压电缆平行敷设，为防止高压电缆漏电或其他原因的破坏对信号接地产生影响，信号接地装置与高压电缆水平间隔2米，深埋2米处理。
六、工程预算
序号
名称
型号
单位
数量
单价
小计（元）
1
接地极
FXD-J
根
19
660
12540
2
接地模块
FXD-MK
块
19
680
12920
3
镀锌扁铁
4×40
米
100
7
700
4
降阻剂
FXD-NJ
吨
3.75
5000
18750
A
材料合计
B
运费
A×3%
1347
C
设计费
A×5%
2245
D
辅料费
A×2%
898
E
机械费
A×10%
4491
F
施工费
A×30%
13473
G
税费
（A+B+C+D+E+F）×6%
4041
H
工程总计
A+B+C+D+E+F+G
北京方兴基业电讯技术有限公司
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