建筑物基礎作為接地裝置及接地電阻值探討

摘要：首先，對利用建筑物基礎作為接地裝置的常見做法進行了總結和分類，對于某些不能利用基礎做接地裝置的情況作了分析，并提出了相應的解決方案;然后，對共用接地裝置的接地電阻設計值進行了探討，列舉了國家現行標準規范中對各接地系統及共用接地系統電阻值的規定，并進行了歸納和分類;最后，根據建筑物使用性質和項目地的地勘環境，針對接地設計和共用接地電阻設計值因地制宜地提出了合理建議，對建筑物的接地設計具有良好的借鑒意義。

關鍵詞：接地裝置;基礎接地;共用接地;接地電阻

中圖分類號：TU856? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）01-0022-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.01.006

0? ? 引言

在建筑電氣工程的接地設計中，利用建筑物基礎作為接地裝置，已成為建筑物接地設計的普遍做法。但在實際的項目實施過程中，常常會遇到某些不能利用建筑物基礎作為接地裝置的情況。另外，國家相關標準規范對接地電阻設計值大小的規定也不一致，給設計人員造成了一定的困惑。鑒于此，筆者根據對相關規范的理解，并結合項目實際，探討了如何把握接地裝置的設計以及接地電阻設計值的選取。

1? ? 利用建筑物基礎作為接地裝置

建筑物基礎作為接地裝置，由于其具有使用壽命長、電氣性能好（接地阻抗小、容易實現等電位）、節省投資、施工方便省力等特點，成為新建建筑接地設計的首選方式。由于建筑物基礎屬于結構專業的范圍，其亦有不同的做法，電氣設計人員在做接地設計時，應充分了解并根據基礎類型設計相應的接地裝置，并與結構人員做好溝通。

1.1? ? 淺基礎

淺基礎分為獨立基礎和聯合基礎。

獨立基礎常見于結構柱底部的方形基礎或承臺，現行接地設計的普遍做法是電氣專業給結構專業提條件，要求獨立基礎內的主鋼筋通長焊接，再敷設40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼將各獨立基礎的主筋焊接連通成環形電氣通路。

對于聯合基礎，電氣專業通常要求結構專業將基礎底梁上的上下兩層鋼筋中的兩根主筋通長焊接，并將主軸線上基礎底梁中的上下兩層主筋相互焊接連通，形成一個自然接地體。

設計時應注意的是，應在建筑物基礎的適當位置讓結構專業配合預埋接地鋼板，并與基礎內主鋼筋可靠焊接。設置于地下的接地鋼板作用是便于各基礎間接地裝置相連，或在接地電阻達不到要求時，將其與增打的接地極連接;室內地上的接地鋼板作用是便于后期設備接地或做等電位連接;室外地上的接地板作用是便于測試接地電阻。

對于某些鋼筋混凝土基礎，結構人員可能不允許在地下設置接地預埋件，例如在某些具有酸堿腐蝕性的土壤環境中，導體很容易發生電化學腐蝕，即與土壤接觸的接地線和基礎鋼筋有不同的電位，兩者會形成一個電池，土壤和水泥形成的電解質成為電池的內電路，接地線與基礎鋼筋的連接成為電池的外電路，結果電位較負的將先被腐蝕，進而腐蝕到結構基礎內的鋼筋網，影響結構安全[1]。此時，電氣專業可取消預埋于地下的接地板，使用耐腐蝕材料與基礎內的主筋焊接，直接引出與其他接地裝置相連。

耐腐蝕材料通常包括銅材、鍍銅扁鋼、銅包鋼、不銹鋼等在土壤內的電位較接近基礎內鋼材的材料，而不能使用熱鍍鋅扁鋼，因為鋅是這些材料中最容易發生電化學腐蝕反應的。在腐蝕性的土壤環境中，與土壤相接觸的導體也可采用水泥砂漿包裹起來，水泥砂漿保護厚度應不小于50 mm，以免土壤的化學腐蝕，達到接地裝置與建筑物具有相同使用壽命的目的[1]。

對于某些預應力鋼筋混凝土基礎，結構人員也可能不允許利用其作為接地裝置，此時最好、最有效的辦法不是打人工接地極，而是在建筑物基礎的混凝土層內預置扁鋼或圓鋼，形成網眼不大于20 m×20 m的網格做水平接地體，這樣既可以節省大量的土石方開挖工作量，又可以兼起接地和地面等電位的作用[1]。

1.2? ? 樁基基礎

樁基基礎分為承臺基礎、閥板基礎、箱式基礎等，是結構專業先將鋼筋混凝土柱子打入地中，樁基上部再澆筑鋼筋混凝土承臺和地梁，使其與樁基連成一體，承臺上面是建筑的剪力墻和柱子。

樁基基礎接地體的一般做法是，利用樁基內的主鋼筋作為垂直接地體，樁基主鋼筋在其頂部與承臺和地梁主筋焊接，利用承臺、地梁內主鋼筋作為水平接地體，承臺的主筋再與上面作為引下線的柱（或剪力墻）中鋼筋焊接。

預制樁基的接地一般是待預制樁基就位后，在頂端鑿掉一定長度的混凝土，將鑿出外露的鋼筋與承臺和地梁中的鋼筋焊接，焊接應采用搭接焊，搭接焊有效長度>100 mm[2]。

筆者在實際項目中遇到過結構專業不同意鑿掉預制樁頂部混凝土的情況，特別是預應力高強度混凝土管樁，結構專業認為，此類型的管樁為高強度混凝土樁，一方面鑿樁難度較大，另一方面，由于結構對單樁的豎向承載力要求很高，對管樁頂部的破壞有可能極大地降低其承載力，留下安全隱患。這種情況下，電氣專業可放棄利用樁基內的鋼筋，在接地電阻達不到要求時，在承臺邊上預埋接地鋼板將基礎內的主鋼筋引出，在附近增設人工接地裝置。

2? ? 接地裝置接地電阻設計值

建筑物基礎作為接地裝置，通常為防雷接地、工作接地、保護接地、電子設備接地、各專用設備接地的聯合接地體，即各接地系統共用接地裝置。對于共用接地裝置接地電阻的大小，不同的規范要求并不一致。

2.1? ? 國家現行標準規范對接地裝置接地電阻的規定

《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010）[3]第4.3.6條：共用接地裝置的接地電阻應按50 Hz電氣裝置的接地電阻確定，不應大于按人身安全所確定的接地電阻值。

《民用建筑電氣設計標準》（GB 51348—2019）[4]第12.5.11條：建筑物各電氣系統的接地，除另有規定外，應采用同一接地裝置，接地裝置的接地電阻應符合其中最小值的要求。各系統不能確定接地電阻值時，接地電阻不應大于l Ω。

《民用閉路監視電視系統工程技術規范》（GB 50198—2011）[5]第3.5.4條：采用專用接地裝置時，其接地電阻值不得大于4 Ω。采用綜合接地網時，其接地電阻不得大于1 Ω。

《石油庫設計規范》（GB 50074—2014）[6]第14.2.13條：接閃桿（網、帶）的接地電阻，不宜大于10 Ω。第14.3.16條：防靜電接地裝置的接地電阻，不宜大于100 Ω。

《汽車加油加氣加氫站技術標準》（GB 50156—2021）[7]第13.2.2條：汽車加油加氣加氫站的防雷接地、防靜電接地、電氣設備的工作接地、保護接地及信息系統的接地等宜共用接地裝置，接地電阻不應大于4 Ω。第13.2.15條：防靜電接地裝置的接地電阻不應大于100 Ω。

《交流電氣裝置的接地設計規范》（GB/T 50065—2011）[8]第7.2.11條：建筑物處的低壓系統電源中性點、電氣裝置外露導電部分的保護接地、保護等電位聯結的接地極等，可與建筑物的雷電保護接地共用同一接地裝置。共用接地裝置的接地電阻，不應大于各要求值中的最小值。

《數據中心設計規范》（GB 50174—2017）[9]第8.4.2條：保護性接地和功能性接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻應按其中最小值確定。

2.2? ? 對不同規范中接地電阻規定值的分析

上面列舉的規范涉及民用建筑、閉路監視電視、電子計算機、移動通信、石油庫加油站等行業，可以看出，所有國標中，對單一接地系統接地電阻的要求最嚴格的是不應大于4 Ω。而對于共用接地系統的接地電阻，有的規范要求不大于1 Ω;有的規范要求不大于4 Ω;有的規范僅提出了共用接地電阻應達到的要求，而沒有要求具體數值。

GB 51348—2019和GB 50198—2011對共用接地裝置的接地電阻要求相對較高，主要是考慮到民用建筑中有較多的電子設備、計算機及閉路監視電視等對過電壓及信號干擾比較敏感的弱電系統，故要求其接地電阻小一些。而對于工廠中的大部分建筑物，并沒有很重要的電子設備，加上很多地區由于土壤電阻率高，若要求過低的接地電阻值，往往會造成施工難度加大，工程費用提高，甚至某些地區即便采取了增打接地極、換土降阻等多項措施后，仍難以滿足設計要求。

對共用接地裝置接地電阻值究竟應要求多少，GB 50057—2010作為我國最具權威的防雷接地設計規范，對接地電阻做了詳細的要求，并在條文說明中做了解釋。條文說明第4.2.4條第5款：“關于共用接地裝置……一般來說，接地電阻越低，防雷得到的改善越多。但是，不能由于要達到某一很低的接地電阻而花費過大……考慮到已采取嚴格的各種金屬物與防雷裝置之間的連接和均壓措施，故不必要求很低的接地電阻?！钡?款：“為了將雷電流散入大地而不會產生危險的過電壓，接地裝置的布置比接地裝置的特定值更重要……”

關于電子系統接地，GB 50057—2010第6.3.4條第5款：“電子系統的所有外露導電物應與建筑物的等電位連接網絡做功能性等電位連接……”條文說明第4.2.4條第6款：“現代電子系統絕大多數為數字化，其怕干擾的頻率為數十乃至數百兆赫茲……所以，功能性接地要求很低的直流至工頻的接地電阻（如0.5～1 Ω）是毫無意義的。”

根據GB 50057—2010的這些條文可以看出，為保證人身安全及電子設備的安全運行，做好等電位連接比做到更小的接地電阻更為簡單有效。

另外，受傳統觀念和做法的影響，對于有的業主或電子設備供貨商要求儀表控制系統或某些弱電系統設置獨立的接地裝置的做法，GB 50057—2010第6.3.4條第5款也明確規定：電子系統不應設獨立的接地裝置。

2.3? ? 工程設計中對接地電阻值的確定

接地電阻值的確定必須從實際出發、因地制宜，不能一概而論，應根據建筑物的使用性質以及不同地區的土壤環境區別對待。

對于工業建筑來說，工廠中的主控室、機柜間、IT機房這些電子設備較多、對干擾比較敏感的建筑，接地電阻應要求小一些;對于大部分工廠中的倉庫、壓縮機房、生產裝置等采用共用接地裝置時，其接地電阻不大于4 Ω即可，在部分土壤電阻率較高的地區，難以做到4 Ω時，可適當放寬一些，并采取其他等電位連接的措施。

而對于民用建筑，不像工廠一般都配備有專業電氣維護人員和絕緣靴、橡膠手套等專業設備，用戶大多為不熟悉電氣安全的普通老百姓，在利用建筑物基礎作為接地裝置時，由于基礎體積大、鋼筋多，樁基也較深，而且位于地下的量大面廣的水泥也是導電的，容易實現較小的電阻接地，設計時可直接要求其共用接地電阻不大于l Ω。

3? ? 結語

工欲善其事，必先利其器。建筑電氣的接地設計是一個系統工程，涉及與電信、結構、工藝等專業間的配合，電氣專業在設計時應充分了解相關專業的需求及結構的地基構造，結合項目所在地的地勘情況，因地制宜，綜合考慮，使設計方案既符合國家標準規范要求，又滿足安全性、經濟性、合理性要求，從而確保各設備的長期正?？煽窟\行及用電安全。

[參考文獻]

[1] 王厚余.建筑物電氣裝置600問[M].北京：中國電力出版社，2013.

[2] 電氣裝置安裝工程 接地裝置施工及驗收規范：GB 50169—2016[S].

[3] 建筑物防雷設計規范：GB 50057—2010[S].

[4] 民用建筑電氣設計標準：GB 51348—2019[S].

[5] 民用閉路監視電視系統工程技術規范：GB 50198—2011[S].

[6] 石油庫設計規范：GB 50074—2014[S].

[7] 汽車加油加氣加氫站技術標準：GB 50156—2021[S].

[8] 交流電氣裝置的接地設計規范：GB/T 50065—2011[S].

[9] 數據中心設計規范：GB 50174—2017[S].

收稿日期：2021-10-18

作者簡介：劉吉松（1983—），男，河南人，工程師，主要從事建筑及化工領域電氣設計工作。