建筑物共用接地系统设计与计算

10．2．5　建筑物共用接地系统的设计

共用接地系统是将交流工作地、直流工作地、安全保护地、防静电接地、防雷接地等共用一组接地装置。共用接地系统是自然接地体与人工接地体的组合。

自然接地体是利用建筑物的基础钢筋做接地装置，如建筑物没有基础钢筋地网，宜在建筑物四周散水坡外埋设人工垂直接地体和水平环形接地体。水平环形接地体可作为等电位连接带使用。如果接地电阻达不到要求时，应外延增加人工接地装置，外延长度不应大于60m。

1）接地系统的设计

（1）接地装置材料的选择，要充分考虑其导电性、热稳定性、耐腐性和承受雷电流的能力。宜选用热镀锌钢材、铜材及其他新型接地材料。埋于土壤中的人工垂直接地体和水平接地体宜采用角钢、钢管、圆钢或接地模块。圆钢直径不应小于10mm；扁钢截面不应小于100mm²，其厚度不应小于4mm；角钢不应小于40mm×40mm×4mm；钢管壁厚不应小于3．5mm；人工垂直接地体的长度宜为2～2．5m。人工垂直接地体间的距离应大于长度的2倍，人工水平接地体间的距离宜大于等于5m，当受条件限制时可适当减小。人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0．8m。在冻土区人工接地体应埋设在冻土层以下。接地体应远离由于砖窑、烟道等高温影响土壤电阻率升高的地方。

（2）弱电系统机房所在地土壤电阻率大于1 000Ωm时，宜在建筑物散水坡外埋设环形人工辅助接地网，并在不同方向用四根以上4mm×40mm的镀锌扁钢或φ12的镀锌圆钢与建筑物的基础钢筋网焊接，此时共用接地系统的接地电阻值可适当放宽。

（3）在高土壤电阻率地区，为降低接地装置接地电阻，可采用多支线外延增加接地装置，外延长度不应大于60m；选择潮湿肥沃的土壤；为了保持接地电阻长年稳定，地网应浇灌降阻剂或采用换土法。

（4）在高酸、碱、盐土壤，高土壤电阻率地区接地装置应优先选择低电阻接地模块，低电阻接地模块非常适合高土壤电阻率的土壤、腐蚀性较强的土壤、高寒冻土地区使用。

（5）由于雷电放电电流流过接地装置的电流密度很大，使土壤的电场强度增大，因而形成了地中的局部火花放电，使靠近接地装置的泄流点的电流密度变大，远离泄流点的电流密度减小，土壤中的接地装置泄放雷电流与距离成正比。

（6）在冲击电流下，接地体越长，由于接地体电感的作用，阻碍了雷电流流向接地体较远的距离，使雷电流不能沿接地体全长均匀扩散，因此接地体的长度应控制在泄流点的一定半径范围内。

（7）接地体可分为垂直和水平两种基本类型。垂直接地体一般用50mm×50mm× 5mm镀锌角钢，长度一般为1．5～2．5m，垂直埋设的间距为长度的2倍。水平接地体一般用40mm×4mm镀锌扁钢或φ12～φ14镀锌圆钢。形状可围绕建筑物在离其2～3m远处做成环形，也可因地而易做成其他形状。接地体埋设深度为0．7～0．8m，高寒地区应埋设在冻土层以下。

（8）接地体焊接应搭接，并要与可靠电气连通。扁钢焊接为宽度的2倍以上，并应至少有三个棱边焊接。圆钢与圆钢、圆钢与扁钢的焊接长度为圆钢直径的6倍以上；圆钢与角钢焊接时，应用φ12圆钢、长度为150～200mm弯成直角形件与扁钢和角钢、圆钢和角钢绑在一起焊接以增加焊接的牢固性和防腐强度。

（9）高层建筑物的安全保护地的泄流线应利用建筑物内的结构柱钢筋，根据各层需要，应设计预留安全保护地端子，其端子应距离地面0．3m，不宜使用外墙结构柱内钢筋作为安全保护地。

（10）接地装置的工频接地电阻R_g与土壤电阻率ρ成正比，与接地体的长度和包围的面积大致成反比。接地体截面的选择，主要取决于耐腐蚀性以及安装的强度。

（11）边共用接地系统的接地电阻应按弱电系统设备中要求的最小值确定。

2）接地装置的计算

（1）垂直接地体工频接地电阻R_g的数值可按下列通用公式计算：

其中：ρ——土壤电阻率（Ω·m）；

L——垂直接地体长度（m）；

d——接地体直径（角钢为边宽）（m）。

（2）水平接地体的工频接地电阻R_g的数值可按下列通用公式计算：

其中：ρ——土壤电阻率（Ω·m）；

L——水平接地体总长度（m）；

K——与接地装置形式有关的系数（见表10－3）；

d——水平接地体直径（角钢为边宽、扁钢为宽度的1／2）（m）；

t——埋在地下深度（m）。

表10－3　系数K与接地体形式的关系

（3）ZGD型系列低电阻接地模块的技术指标见表10－4。

表10－4　技术指标

3）影响接地电阻的要素

（1）土壤电阻率ρ：在同等材料条件下所设计的地网，土壤电阻率ρ越小，则地网的接地电阻越小；

（2）地网包围的有效面积：地网包围的有效面积越大，则地网的接地电阻越小；

（3）地网埋设的深度：地网埋设的深度越深，则地网的接地电阻越小；

（4）接地装置接地电阻：工频接地电阻与土壤电阻率ρ成正比，与接地体包围的面积大致成反比，与接地体的埋设的深度大致成反比；

（5）接地体截面的选择：主要取决于耐腐蚀性以及安装的强度。

4）接地材料种类及接地电阻

（1）接地材料种类

①低电阻接地模块；

②金属材料（如：热镀锌圆钢、角钢、钢管，铜板、铜管、铜棒等）；

③电解质接地棒；

④金属快装接地极；

⑤高效接地极；

⑥固体降阻剂、导电水泥、化学降阻剂、树脂降阻剂。

（2）共用接地系统的接地电阻应按弱电系统设备要求的最小值确定。

5）接地材料与埋设要求

①埋于土壤中的人工垂直接地体和水平接地体宜采用角钢、钢管、圆钢或接地模块；

②圆钢直径不应小于12mm；

③扁钢截面不应小100mm²，其厚度不应小于4mm；

④角钢不应小于40mm×40mm×4mm；

⑤钢管壁厚不应小于3．5mm；

⑥人工垂直接地体的长度宜为1．5～2．5m；

⑦人工垂直接地体间的距离应大于长度一定倍数；

⑧人工水平接地体间的距离宜大于等于5m；

⑨人工接地体的埋设深度不应小0．7m；

⑩在冻土区人工接地体应埋设在冻土层以下；

接地体应远离因砖窑、烟道等高温影响土壤电阻率升高的地方；

当受条件限制时可适当减小；

低电阻接地模块。

6）低电阻接地模块与用量的计算

传统金属接地极的接地电阻随气候（土壤潮湿程度）的变化会发生大幅度的改变，并且随着时间的推延接地电阻不断增大，所以使用寿命很短。低电阻接地模块是一种以非金属材料为主和电解物质组成的接地体，其导电性、稳定性较好，增大了接地体本身的散流面积，减小了接地体与土壤之间的接触电阻，具有优良的吸湿保湿能力，通过释放电解质改善周围土壤的导电特性，能获得低而稳定的接地电阻。

（1）模块低电阻接地的特点(www.zuozong.com)

①无毒无害不污染空气、水源和土壤；

②不含对人体有害的铅、镉、汞、砷等八种重金属和放射性有害物质；

③通过环保检测；

④使用寿命高达50年以上；

⑤可用于沙漠地区和常年冻土带等恶劣地质条件。

（2）低电阻接地模块安装示意图

①圆柱型接地模块设计的地网与安装示意图：垂直埋设法见图10－20；垂直串联埋设法见图10－21；水平串联埋设法见图10－22。

图10－20　垂直埋设法

图10－21　垂直串联埋设法

图10－22　水平串联埋设法

②平板型接地模块设计的地网与安装示意图：垂直埋设法见图10－23；垂直串联埋设法见图10－24；横向垂直埋设法见图10－25。

图10－23　垂直埋设法

图10－24　垂直串联埋设法

（3）根据拟建接地装置埋设地层的电阻率，采用下式计算地电阻接地模块的用量

①ZGDⅠ型，垂直埋置，单个模块的接地电阻为：

图10－25　横向垂直埋设法

②ZGDⅡ型，水平埋置，单个模块的接地电阻为：

③并联后的总接地电阻：

式中：ρ——埋置地层的电阻率（Ω·m）；

L——Ⅰ型模块的长（m）；

D——Ⅰ型模块的直径（m）；

h——接地模块的埋置深度（m）；

a、b——Ⅱ型模块的长和宽（m）；

M₀——模块调整系数，ZGDⅠ－1型取0．38；ZGDⅠ－2型取0．35；ZGDⅠ－3型取0．30；ZGDⅡ－1型取0．33；

n——接地模块个数；

η——模块利用系数，可采用0．55～0．85（利用系数是接地模块比较难掌握的一个参量。这里提供的0．55～0．85是小地网10个模块的试验参数。在设计几十个、上百个模块的大地网时，由于多个并联相互之间屏蔽作用大，利用率会减小，因此在大地网中，根据模块用量、埋设间距等因数而定。利用系数η推荐值为0．40～0．65）。

7）数字电视台大楼共用接地系统要求

（1）数字电视台大楼共用接地要求

数字电视台大楼共用接地系统是将交流工作地、直流工作地、安全保护地、防静电接地、防雷接地等共用一组接地装置。共用接地系统是自然接地体与人工接地体的组合。数字电视台大楼自然接地体利用建筑物的基础钢筋作为接地装置，人工接地网宜在建筑物四周散水坡外，埋设人工垂直接地体和水平环形接地体。水平环形接地体可作为等电位连接带使用。如果接地电阻达不到要求，应外延增加人工接地装置，外延长度不应大于60m。

接地装置材料的选择，要充分考虑其导电性、热稳定性、耐腐性和承受雷电流的能力，宜选用新型接地材料、低电阻接地模块。

数字电视台大楼共用接地系统的接地电阻一般要求小于1Ω。不同类型的接地引出线应从大楼地网中心部位引出，引出点应有一定的安全距离，一般应大于10m。

（2）数字电视台大楼钢结构与砖混结构的接地要求

①数字电视台大楼建筑结构一般为全钢结构、内浇外挂、砖混结构几种类型。

②全钢架结构的基础和钢架是自然接地体的组成部分。全钢架结构的主要立柱应焊接，并与接地网可靠焊接，其他可铆接或栓接。主要立柱是防直击雷的泄流线。

③内浇外挂结构的钢筋混凝土内的钢筋，是自然接地体的组成部分。外挂构件的钢结构体是良好的屏蔽体，钢结构体下端应埋地并与大楼自然接地体焊接，也作为自然接地体的组成部分。

④砖混结构的钢筋混凝土框架结构柱内的钢筋，是自然接地体的组成部分。混凝土框架结构立柱内的主钢筋应焊接接地。

⑤数字电视台大楼自然接地体与在建筑物四周散水坡外埋设的环形人工接地装置应可靠连接。水平环形接地体可作为等电位连接带使用。当接地电阻达不到要求时，应外延增加人工辅助接地装置，外延长度不应大于60m。

（3）数字电视台大楼工艺接地系统要求

①数字电视台大楼工艺接地应从大楼共用接地系统地网中心部位引出，工艺接地引出点与供电系统接地、防直击雷接地、大功率发射接地的接地点应有一定的安全距离。

②工艺接地从大楼共用接地网的引出点，与供电系统接地从大楼共用接地网引出点的间距一般应大于15m。

③工艺接地从大楼共用接地网的引出点，与大功率发射接地从大楼共用接地网的引出点的间距一般应大于15m。

④工艺接地从大楼共用接地网的引出点，与防直击雷泄流接地从大楼共用接地网引出点的间距一般应大于15m。

⑤因设备多、楼层高，工艺接地引出线可以多根引出至不同的设备机房。

⑥工艺接地引出线应使用屏蔽电缆或穿屏蔽管屏蔽，并与每个楼层进行等电位连接。

⑦音频系统的声频频率在20Hz～20kHz的范围内，因为受到工频的干扰根本无发滤出干扰信号，所以，音频系统的接地应远离供电系统的接地点和防直击雷接地泄流点。

⑧音频系统的接地干线和接地分支线应使用屏蔽电缆或穿屏蔽钢管屏蔽。以防止电磁场对接地线的干扰。

⑨音频系统的接地线不能与其他接地设备的接地线共用。音频系统的接地线不能和电源线、有高频电流流过的接地线、防直击雷接地泄流线并行敷设。

⑩CATV系统光缆接地使用含有金属部件的光缆，光缆的金属吊挂钢缆线、光缆的外屏蔽层、提供抗拉强度的加强金属芯、金属挡潮层、防啮齿动物外护层，再生器处的挡潮金属层、维修用的金属设施、光缆沿线的所有的金属接头，都应全线连通，并在光缆的每个终端做好等电位连接接地。

CATV系统光缆在进户处必须做好等电位连接接地。户内光电端机机架必须做好室内等电位连接接地。

CATV系统带有一对或几对金属线的复合光缆，金属线的两端应加装信号线浪涌保护器。