接地电阻计算

出处：按学科分类—政治、法律 中国商业出版社《最新单位消防工作实务全书第三卷》第1235页（5660字）

(一)土壤电阻率ρ

土壤电阻率是确定接地电阻的主要因素，土壤电阻率与土壤距地表的深度、土质、温度、化学成分和物理性质及其季节有关。土壤电阻率是指棱长为1cm的正立方体土壤的电阻值。在施工设计之前，必须对当地区的土壤电阻系数进行实测，然后将实测值乘

以季节系数，其计算值为：

ρ=Ψρ₀

式中：ρ₀——土壤电阻率的实测值(Ω·m)；

Ψ——季节系数(见表4－4－2)。

表4－4－2 各种土壤性质的季节系数

注：Ψ₁——测量前数天下过较长时间的雨；

Ψ₂——测量时土壤具有中等水量；

Ψ₃——测量时土壤干燥或测量前降雨不大。

土壤电阻率是随土壤物理性质、含有的化学成分、干湿程度和土壤温度等因素的变化而变化的。当无实测值时，可按表4－4－3中数值，作近似计算，待竣工验收时，再进行测量核算。取值时要注意按最不利情况考虑，如干燥时，取表中最小值，比较潮湿时取其较大值。

表4－4－3 土壤和水电阻率参考值(Ω·m)

(二)自然接地体

在一定区域内，土壤电阻率为固定值。自然接地体埋在地下，纵横交错。除易燃液体、易燃气体或易爆管道外，大多数电气设备都与它相连接，如一些金属工艺管道、金属水管和电缆外皮等。使用自然接地体的优点是，经济、安全、且可等化电位。但是，有些管道由于使用了法兰垫圈，而起到绝缘作用，故必须用跨接导线将法兰或管接头跨接起来。

自然接地体的接地电阻，一般可用简化的表格进行计算，如表4－4－4、表4－4－5、表4－4－6。

表4－4－4 直埋铠装电缆金属外皮的接地电阻值

注：1．土壤电阻率ρ=100Ω·m，埋深0．7m。

2．当n根截面相近电缆埋在同一壕沟内时，若单根电缆接地电阻为R₀则总接地电阻R为：

表4－4－5 直埋金属水管的接地电阻

注：土壤电阻率ρ=100Ω·m，埋深0．7m。

表4－4－6 当ρ=100Ω·m时对表4－4－4、表4－4－5的修正系数

(三)基础接地体

利用建构筑物基础的金属结构作为接地体，就称为基础接地体。近十多年来国内外利用钢筋混凝土基础作为自然接地体，已经取得了比较成功的经验。地面以下的混凝土由于毛细管作用，经常保持潮湿状态，与当地中等的低电阻系数土壤一样，是良好的导电体。由于接地体是包在混凝土中的，将起很好的接地体作用。在土壤导电性差的区域，混凝土包裹的外壳有显着作用。这层外包混凝土除有助于降低接地电阻外，还可使钢材免受腐蚀损坏。例如铜与钢在潮湿混凝土中即使相互接触，钢构件也不会发生破坏性的腐蚀。

基础支墩中的钢筋一般有四组或更多的垂直构件，用水平的隔圈方环等距离固定，垂直构件与基础支墩底座内的大型水平构件相连。利用基座中的钢筋作为接地体，据国外有关资料报道，工频接地电阻可达1Ω。我国北京、长沙等地高层建筑，在ρ≤500Ω·m的地区，工频接地电阻测量值也为1Ω。这在工程实践中是能满足要求的，不必计算。利用垂直构件作接地线，还有很好的分流效果，经试验流过钢筋柱的最大冲击电流为总电流的2．36%。

要注意的是，当利用钢筋混凝土构件和基础内钢筋作为接地装置时，构件或基础内钢筋的接点应绑扎或焊接各构件或基础之间必须连接成电气通路，进出钢筋混凝土构件的导体与其内部的钢筋体的第一个连接点必须焊接。

也必须明白，建筑中的上下水管、采暖通风管，电线管和电缆外皮，都难免和建筑物的钢筋碰接。因此，建筑物的防雷系统、保护接地系统和工作接地系统也就难于分开，而是连接在一起的。所以，高层建筑的接地系统应满足如下要求：

1．凡进入高层建筑的电源线，宜采用两端外皮接地的电缆，最好将电缆直埋。

2．沿建筑物纵向布置的电线或电缆，宜敷设在有屏蔽的竖井中。竖井可用3～4mm的铁板或钢筋混凝土板制作。竖井钢筋接头应紧密连接，确保竖井纵向电阻最小，这是决定竖井屏蔽效果好坏的关键。

3．同层敷设的电线宜穿管，且将两端接地。电缆外皮两端也应接地。

4．建筑物内的电力设备、电器用具和照明灯具等，宜采用接零保护。

5．伸缩缝处的断开钢筋宜用软导线连接起来，以提高分流，均压效果。

其好处是：提高保护接地的可靠性，防止工频零序电流流经钢筋回到电流中性点时，对晶体管装置的接地线产生电磁干扰。

(四)人工接地体

当采用自然接地体达不到接地电阻值的要求时，就要采用人工补救的办法；在没有自然接地体可利用时，也要设法采用人工接地体。人工接地体多采用钢管，然后用扁钢或圆钢将它们连接起来。为了防止气候对接地流散电阻的影响，接地体的顶端距地面要保持0．5～0．7m以上。其流散电阻可按公式计算。

1．垂直接地体的接地电阻

垂直接地体采用钢管时，其接地电阻为：

式中：ρ——土壤电阻率(Ω·m)；

L——接地体的长度(m)；

d——接地体(钢管)的直径(m)。

有时接地体并不采用钢管，而采用的是型钢，如图4－4－15所示。其等效直径如下：

图4－4－15 单根垂直接地体

扁钢：

等边角钢： d=0．84b

不等边角钢：

实际工程设计中，单根垂直接地体的接地电阻多用下列简化公式计算，即：

R_d=K·ρ

式中：K——简化计算系数，表4－4－7；

表4－4－7 单根垂直接地体的简化计算系数K值

注：K值按垂直接地体长2．5m，埋深0．8m计算。

ρ——土壤电阻率(Ω·m)。

如果用单根垂直接地体打入地下，不能满足接地电阻的要求时，就用多根接地体，排成行或环形打入地下，然后用扁钢将它们连接起来，形成接地体组。由于接地体之间的屏蔽作用，接地体组的电阻值并不等于单根接地体电阻的并联值。其值为：

式中：R_d——为单根接地体的接地电阻(Ω)；

n——接地体的根数；

η——接地体组的利用系数。它由接地体的布置情况，根数与间距决定，当不考虑连接扁钢影响时，如表4－4－8所示。

表4－4－8 数设成一排的管形接地体的利用系数

注：表中数字未计入连接扁钢影响。

实际上组合接地体总是用扁钢连接起来的，扁钢对接地体当然也有屏蔽作用，由此一般要使接地电阻R_d∑增加0．1倍，即R′_d∑=1．1R_d∑，而接地体根数与不考虑扁钢的屏蔽作用时要减少10%。其接地体数目，实际工程中可按下式计算：

式中：R_d——单根接地体电阻；

R_d∑——为规程要求的接地电阻值。

2．水平接地体的接地电阻

水平接地体一般可用扁钢、圆钢等敷设而成，其接地电阻R_d∑为：

式中：L——接地体的总长度(m)；

h——接地体的埋设深度(m)；

d——水平接地体的直径或等效直径(m)；

A——水平接地体不同结构形式的系数，如表4－4－9所示。

表4－4－9 水平接地体不同结构形式的系数

3．复合接地体的接地电阻

以水平接地体为主，且边缘闭合的接地网的接地电阻R_d∑为：

式中：S——接地网的总面积(m²)；

L——接地体(包括垂直接地体)的总长度(m)；

d——水平接地体的直径(m)；

h——水平接地体的埋深(m)。

4．人工接地体的冲击接地电阻

冲击接地电阻在计算方法上和工频接地电阻是一样的，但由于雷电流在几十微秒(μs)瞬间通过接地装置向大地中散泄时，使接地装置表面电流密度和周围土壤内的电场强度显着增大，一般达8．5kV／cm时，土壤被击穿形成强烈火花放电，火花放电范围内土壤的压降显着降低接近于零，这个效应与接地装置的形式、长度、冲击电流大小和土壤电阻率等因素有关。这样在计算接地电阻时，接地体的有效长度(从引下线与接地体的连接点算起)不宜大于。因此每根放射形接地体的最大长度与土壤电阻率之间有如下关系。当土壤电阻率ρ≤100Ω·m，≤500Ω·m，≤1000Ω·m，≤2000Ω·m，时，其相应的最大长度(m)为20、40、60、80。一般工频电阻总是大于冲击电阻，它们之间的比值在1～2、3之间。

例：某变电所装有1000kVA，10／0．38kV变压器，高压侧线路为中性点不接地系统，单相接地电容电流为40A，低压侧为中性点接地系统。该地区土壤为粘土，在夏季雨过后实测得土壤电阻率ρ0=40Ω·m，试求接地体数目。

解：当高压与低压采用共同接地时，接地装置的电阻对低压要求R_d≤4Ω。经计算。两者中取其较小者，按接地装置的电阻一年中任何季节都不得大于3．0Ω。

选用Φ0、2．5m长的钢管做接地体，埋深0．75m，因当地为粘土，测量时下过雨土壤潮湿，Ψ₂=2，求得ρ值为：

ρ=Ψρ₀=2×40=80Ω·m

查得K=0．3

R_d=K·ρ=0．3×80=24Ω

根据接地装置的平面布置情况及接地体间距，大体估算出接地体根数。一般取管距D为2．5m，则有D／L=1，若初步确定n′=10，则查得η=0．6，于是

只要算得的n＜n′即为合格，否则要重新计算。