接地系统的分类和基本结构

接地系统的分类和基本结构

对于每个防雷工程来说，接地是必不可少的，也是极其重要的一个环节。一个好的接地系统，直接影响整个防雷工程的好坏。因此，更深入地了解接地系统，让它更好的发挥作用，是防雷工作中的重中之重。本文就从接地系统的分类和结构出发，介绍了不同的接地系统及世界上最基本的三种接地系统模型，比较它们之间不同的保护水平。然后，举一个通信基站接地结构的实例，看是否满足防雷的要求。

1 接地的作用

众所周知，接地系统是防雷系统中三大组成部分之一，其重要性可见一斑。它的作用是:

(1)引导雷电流入地；

(2)连接下行导体；

(3)控制建筑物附近土壤中的电势；

(4)拦截土壤中和地面上传播的雷电流，从而有效的保护设备和建筑物。

2 接地系统的组成

(1)接地电极：为使电流入地扩散而设计，使用与大地成电气接触的良导体（金属或石墨）部件及部件群。

(2)接地导线：把接地电极连接到接地汇集线（或称汇流排）的导线或导线群。

(3)接地汇集线（或称汇流排）：是一种扁形或棒形金属导体，接地导线和接地分配系统都连接到它上面。

(4)接地分配系统：把必须接地的各个部分连接到接地汇集线上去的导线群。

3 数学模型

以前讨论接地的时候，总是把讨论的焦点放在要求接地电阻小于多少Ω上，因为人们有个错觉，认为接地电阻越小，避雷效果越好，这有一定的正确性。但是，近十几年来理论和实践都证明了，与其说接地网

接地电阻值重要，不如说接地网的结构更重要。好的结构能在一定程度上减小接地电阻，还能更快的散逸电荷，使保护系统中的电场更快地达到稳定，从而有效的保护了设备和建筑物。下面介绍三种最基本的接地系统的数学模型。

(1)A型结构接地系统

A型结构是由12根2.5m长的垂直接地极棒组成，他们

与每个下行导体相连，极棒的一头埋在土壤中，深0.5m

（图1）。

图1 伸长雷电保护系统和A型结构接地系统其中，粗实线是空间终端系统，绿线是垂直接地极棒，垂直细线是下行导体，水平细线是地面。

这是独立接地的一种形式。这个接地系统比较简单，各系统之间不会造成互相干扰。但是若有如图中所示的雷击，因为极棒之间没有连接，不能很快地分散雷电流，所以受雷击点及靠近雷击点的地方产生的电流值很大，而离雷击点越远，电流越小。因此，由于电压差的影响，空间终端系统中产生的电位梯度比较大，对设备和人的危险也就比较大。

根据国际标准，不管土壤电阻是多少，这种结构适合保护第三类和第四类防雷建筑物。当土壤电阻分别为800 、500 时，适合保护第二类和第一类防雷建筑物。看来，保护的级别不是太高。

(2)B型结构接地系统

B型结构是一个接地环，接地环完全埋在土壤中，埋深0.5m（图2）。

图2 伸长雷电保护系统和B型结构接地系统

其中，粗实线是空间终端系统，垂直细实线是下行导体，虚线是接地环电极。

若受到类似的雷击，相对A型结构，相同地方的电流会小很多。因为相当于作了等电位连接，内部电气相通，使系统内的电流分散得比较快，使雷电保护系统中的电场分布比较均匀，减小跨步电压对人的危害，减小室内在被雷击时由于地面电位梯度大而容易产生对设备高压反击的危险。使设备得到了更加有效的保护。

根据国际标准，接地环包围区域的平均半径大约为17m。根据这个值可知，B型结构适合保护第四类和第三类防雷建筑物，当土壤电阻高达1400 时，适合保护第二类防雷建筑物。当土壤电阻为900 时，适合保护第一类防雷建筑物。看来，保护的级别有所提高。

(3)网格型接地系统

这个系统和B型系统很类似，就是把接地环电极换成了网格形式，网格完全埋在土壤中，埋深0.5m 网格型接地系统在B型接地系统的基础上，把接地环分成了网格，从而使电流散逸更快，电场的分布更加均匀，跨步电压更小，地面电位梯度也更小，雷电保护系统内设备被损坏的概率也就越小。

所以，当受相同的雷击时，A型结构中的电流峰值明显高于B型和网格型结构中的电流，导致接触电压和跨步电压也高很多。考虑到人的安全，用后两种接地系统的效果要好的多。

现实中，为了满足实际需要，还有其它的接地形式，但都是上面三种形式的变形。这里就不再一一讨论。目前，一般都采用联合接地的形式。通常将综合考虑所处的位置、环境因素、所在地区的雷暴强度、雷暴日的多少等等，为了取得最好的防雷效果，就把它们中的两个或者三个结合起来，或者用三种形式的变形，满足实际需要。

4 埋深对接地电阻的影响

接地网接地电阻的大小受到多个因素的影响，电极数量越多,长度越长，接地电阻越小；电极分布反映了电极散流能力的大小，电极分布越均匀电极散流能力越强，接地电阻越小。例如接地网（3）的散流能力优于接地网(1)、（2），因而其接地电阻稍微小一些。因此加大接地网的尺度和深度可以降低接地网的接地电阻，而对于同一接地网埋深越深接地电阻越小。

由于电流密度随着离开接地电极系统距离的增加而减小，电导的大部分处于最靠近接地电极系统的土壤之中。因此，在分层土壤的情况下，电极应该放入电阻率最低的土壤层中。

在实际工作中应先测量当地土壤的电阻率，确定接地电极的埋设深度。一般土壤以2～3m处为埋设接地电极最佳深度，此处土壤电阻率一般比较小。过深将给施工增大难度；过浅由于土壤含氧量增加，腐蚀性有增强趋势。

6 结论

接地工程是一项十分复杂的工程,是防雷系统中重要的一环，必须认真对待。根据以上讨论的原则，应着重注意以下三点:

(1)不仅考虑接地的连接参数，更要注重接地参数；

(2)为了减小或消除同系统中不同性质的接地(如防雷地、工作地、外壳接地、静电地、信号地等)之间的电位差，必须选用适当的布线方式；

(3)根据地网所在地的接地电阻、土层分布等地质情况，尽量进行合理的安排和准确设计，这样才能真正达到接地的目的。