本文《淺談幾種基礎(chǔ)形式的接地做法》作者王旭坤,刊于《中華民居·學(xué)術(shù)版》。民用與工業(yè)建筑的電氣配電中,接地和接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的好壞,直接關(guān)系到人身安全和設(shè)備安全。為此,建設(shè)部曾下達(dá)了有關(guān)接地及接地系統(tǒng)的強(qiáng)制性條文標(biāo)準(zhǔn)及嚴(yán)格的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),故此在設(shè)計(jì)和施工中必須引起充分的重視。
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所謂接地就是指電氣設(shè)備以及其他設(shè)備某些可導(dǎo)電部分與大地做良好的電氣連接。其目的有三:一、保證人身和設(shè)備的安全;二、提高產(chǎn)品質(zhì)量;三、提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
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防雷接地系統(tǒng)是由大地、接地電極、接地引入線、地線匯流排、接地配線五部分組成的整體。其中:大地具有導(dǎo)電性和無(wú)限大的容電量,是良好的公共地參考電位;接地極是與大地電氣接觸的金屬帶等,用于使電流擴(kuò)散入地;接地引線是在接地電極與室內(nèi)地線匯流銅排之間起連接作用的部分;地線匯流排為匯集接地配線所用的母線銅排;接地配線是連接設(shè)備到地線匯流排的導(dǎo)線。
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接地極有垂直打入地下的棒形接地極組(用扁鋼或角鋼)、鋼板接地極組和水平輻射的帶狀接地極,也有用這幾種形式混合組成的復(fù)合式地網(wǎng)的。垂直打入地下,然后用導(dǎo)線連接起來(lái)的方式比破土方式好。因?yàn)橹靥畹哪嗤辆o密性差,接地電阻大。避雷針、引下線和接地體等整個(gè)防雷接地系統(tǒng),最好采用相同的金屬材料,以防止長(zhǎng)期的電化學(xué)反應(yīng)使接地線遭受腐蝕而接地不良。尤其要避免銅與鍍鋅鐵制件直接接觸,因?yàn)殂~鋅會(huì)在接觸面上形成銅鋅電池而很快腐蝕。當(dāng)接地線從樓頂引下時(shí),應(yīng)防止靠近其他導(dǎo)體或與其作平行布置,即使其他導(dǎo)體接觸、地也應(yīng)該相隔2m以上。當(dāng)接地引線必須穿金屬管道時(shí),則必須使引下線在被穿過(guò)的導(dǎo)線的兩端與導(dǎo)線相連接,此金屬也稱為地線的連接線。
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防雷接地系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面,①接地電阻的要求:接地電阻主要包括:土壤電阻、土壤和地電極之間的接觸電阻、地電極自身電阻、接地引下線電阻等,由于后幾種電阻很小,一般可忽略不計(jì),所以接地電阻主要是指土壤電阻。降低接地電阻是實(shí)現(xiàn)雷電流泄流的關(guān)鍵,雷電流通過(guò)單根引下線的全部電壓降計(jì)算公式其中為電壓降。②聯(lián)合接地的要求:IEC(國(guó)際電工委員會(huì))和ITU-T(國(guó)際電信聯(lián)盟)的相關(guān)防雷接地設(shè)計(jì)規(guī)范中都不再有單獨(dú)接地,而是建立公共地網(wǎng)以防雷,即電源地、工作地、保護(hù)地等在公共地線上連成電氣一體化,以建立零電位參考電平平臺(tái)。
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下面就建筑設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的幾種建筑物基礎(chǔ)形式的接地做法做簡(jiǎn)單闡述:
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為利于保證施工圖質(zhì)量和便于全國(guó)同行間進(jìn)行交流,《民用建筑工程電氣施工圖設(shè)計(jì)深度圖樣》04DX003為國(guó)內(nèi)民用建筑工程建筑電氣施工圖的編制提供了示范畫(huà)法,第13、41頁(yè)和第68頁(yè)對(duì)利用此種類(lèi)型基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋網(wǎng)作接地體作了示范性設(shè)計(jì)說(shuō)明。13頁(yè)接地體施工設(shè)計(jì)說(shuō)明:接地極為建筑物基礎(chǔ)底梁上的上下兩層鋼筋中的兩根主筋通長(zhǎng)焊接形成的基礎(chǔ)接地網(wǎng)。41頁(yè)接地體作法:接地極為基礎(chǔ)底板軸線上的上下兩層主筋中的兩根通長(zhǎng)焊接形成的基礎(chǔ)接地網(wǎng)。第68頁(yè)接地體作法:利用建筑物基礎(chǔ)作接地體,將基礎(chǔ)底板上下兩層主筋沿建筑物外圈焊接成環(huán)行,并將主軸線上的基礎(chǔ)梁及結(jié)構(gòu)地板上下兩層主筋相互焊接成網(wǎng)作接地體。以上三種接地體作法都對(duì)該類(lèi)型基礎(chǔ)體具體利用基礎(chǔ)中哪些鋼筋,如何連接作了明確具體的說(shuō)明。其共同點(diǎn)是利用了基礎(chǔ)內(nèi)上下兩層鋼筋中的兩根主筋,即使基礎(chǔ)中單根主筋直徑達(dá)不到10mm,兩根主筋通長(zhǎng)及相互焊接既滿足了《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94第3.3.5條第四款或3.4.3條第一款要求,又提高了連接的可靠性。其作法應(yīng)該成為建筑電氣設(shè)計(jì)人員進(jìn)行接地體設(shè)計(jì)效仿的樣板,不應(yīng)棄之不顧。設(shè)計(jì)中具體利用的鋼筋基礎(chǔ)名稱應(yīng)與該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相統(tǒng)一,以方便施工。
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對(duì)于獨(dú)立基礎(chǔ),則應(yīng)根據(jù)具體情況區(qū)別對(duì)待。這種情況取決于柱網(wǎng)間距,當(dāng)柱網(wǎng)間距在6m以內(nèi)時(shí),基礎(chǔ)底部一般為3~4 的方形或矩形獨(dú)立基礎(chǔ)或承臺(tái),兩基礎(chǔ)之間只有2~3m,為起到均壓作用和方便金屬管線的連接,用40*4的鍍鋅扁鋼將獨(dú)立基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋焊接連通,并施行總等電位聯(lián)結(jié)。有時(shí),即使柱網(wǎng)間距較大,如建筑的首層地面中附設(shè)有許多金屬管線,仍可利用基礎(chǔ)作為接地裝置,將金屬管線路與基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋連接成一體,也可起到均壓作用。如利用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物,其接地體作法在現(xiàn)行設(shè)計(jì)中,一般是將基礎(chǔ)鋼筋作為自然接地體,用40*4的鍍鋅扁鋼將其連通,并施行總等電位聯(lián)結(jié)。這樣處理,接地電阻很小,一般容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)中需注意,應(yīng)在室外合適位置預(yù)留接地連接板,具體作法可以參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖籍《接地裝置安裝》(03D501-4)。這樣,當(dāng)接地電阻值達(dá)不到要求時(shí),施工單位可以方便地連接人工接地體和測(cè)試接地電阻值,這一點(diǎn)應(yīng)在設(shè)計(jì)圖紙中有所體現(xiàn)。
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另外,在設(shè)計(jì)圖紙中,還應(yīng)注意不能泛泛而談;利用建筑物基礎(chǔ)鋼筋做自然接地體;。還應(yīng)交待清楚用不小于ф10圓鋼將基礎(chǔ)鋼筋和地腳螺栓可靠焊接,具體作法參見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖籍《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》(03D501-3)的17頁(yè)。這樣,從接閃器到引下線,再到接地裝置,才能形成完整的雷電流通道。如果柱網(wǎng)間距較大,而首層地面無(wú)金屬管線路或管線路很少,就應(yīng)另加接地裝置,這里不再贅述。
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建筑樁基基礎(chǔ),不論挖空樁還是沖孔樁,都是將一根根鋼筋混凝土柱子深入地中,直達(dá)幾十米深的巖層,樁基上部澆筑鋼筋混凝土承臺(tái)與樁基連成一體,承臺(tái)上面是建筑的剪力墻和柱子。樁基中鋼筋作接地體的作法一般是:利用樁基內(nèi)的主筋作為垂直接地體,將樁基頂部一根鋼筋與承臺(tái)主筋焊接(預(yù)制樁基,一般是預(yù)制樁基就位后,在頂端打掉一定長(zhǎng)度的混凝土,將外露的鋼筋與承臺(tái)鋼筋焊接),利用承臺(tái)、地梁內(nèi)兩條主筋作為水平接地體,承臺(tái)的主筋又與上面作為引下線的柱(或剪力墻)中鋼筋焊接。為了便于進(jìn)出管線的接地,應(yīng)在室外地平下0.7m處沿建筑四周外延預(yù)埋一些鐵件或者用4*4鍍鋅扁鋼圍上一圈,這些鐵件和鍍鋅扁鋼與作為引下線的鋼筋相焊接。
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當(dāng)建筑物周邊有護(hù)坡樁時(shí),也應(yīng)利用其作為接地體,做法是:坡樁頂留出一根鋼筋,用φ10圓鋼或鋼筋,或者用≧25*4扁鋼將其連接起來(lái),然后與建筑物基礎(chǔ)鋼筋連接,與土壤接觸的鋼材用1:2水泥砂漿保護(hù)起來(lái),水泥砂漿保護(hù)厚度≧50mm,即直徑≧100mm。
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接地體用于將雷電流傳導(dǎo)及散流入地,是現(xiàn)代防雷技術(shù)措施的基礎(chǔ)。其設(shè)計(jì)是否合理,將直接影響到等電位連接、傳導(dǎo)、分流三個(gè)防雷措施能不能達(dá)到預(yù)期的效果。因此,對(duì)接地體的設(shè)計(jì)應(yīng)引起建筑電氣設(shè)計(jì)人員足夠重視,使其設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求,最大程度地避免和減輕雷電災(zāi)害。