地铁综合接地设计研究

中图分类号： U264.7+4 文献标识码： A 文章编号：

地铁内由于接地的需求众多，主要有防雷接地、强电接地、弱电接地、等电位接地等，因此地铁内接地采用综合接地。随着地铁建设规模越来越大，地铁内电子产品也越来越先进，对综合接地的要求随之也越来越高，目前主流的电子产品已经对接地要求达到接地电阻不超过0.5Ω综合接地作为先进的电子产品正常工作的保障也越发显得重要。

目前地铁中综合接地系统主要主要由单独设置的接地网、接地母排、接地端子箱及接地电缆等组成。其中接地母排、接地端子箱和接地电缆相比较而言不受其他因素制约，在设计过程中比较容易掌握。接地网是综合接地系统中的核心部分，接地系统能不能满足接地要求主要取决于接地网的设计是否能满足接地要求。接地网设计受到外部制约因素比较多，包括土壤电阻率、接地网面积、接地网中接地体材质等因素。随着经济技术条件的改善，目前接地体材质受到的制约越来越小，目前均采用紫铜。接地网面积在建筑规模确定时就已经确定，扩大接地网面积的做法也不容易实现。土壤电阻率随机性比较大，实际上已经成为接地网设计中最大的制约因素。

影响土壤电阻率的因素主要由土壤的含水量、土质和土壤的致密性。一般来说土壤的含水量越高土壤电阻率就越小；不同的土质土壤电阻率也有所不同，一般粘土的土壤电阻率比较低，岩石的土壤电阻率比较高；土壤的致密性越高土壤电阻率就越低。土壤电阻率越低对接地网的设计就越有利。在土壤电阻率比较高的情况下进行接地网设计时，采取的各种措施的依据就是尽可能的降低接地网的接地体相对环境内的土壤电阻率。

衡量接地网质量指标主要有以下几个方面：接地网的泄流耗散能力（主要以接地电阻为指标）、接地网结构、接地网寿命和接地网稳定性。接地网的接地电阻主要由地铁功能要求，综合地铁各种接地要求中以信号系统对接地要求最为苛刻，要求接地电阻不超过0.5Ω。因此地铁综合接地中接地网的接地电阻必须满足接地电阻不大于0.5Ω的要求。接地结构的设计根据地铁建筑形式，一般采用复合接地结构采用环形水平接地加垂直接地的接地结构。接地网的使用年限是一个很重要的指标，接地网使用年限应当与地铁的使用年限相匹配，由于地铁接地网目前大部分是设置于底层结构底板以下，一旦地铁建成，接地网进行更新必须要付出高昂的代价。接地网的寿命取决于接地体的材质，接地体的材质主要有钢材和铜材，原来由于经济条件限制基本上采用钢材，接地体采用钢材的接地网寿命一般在4~10年，目前接地体一般采用铜材（T2紫铜），接地网的寿命一般在30~60年之间。根据接地网所处环境决定寿命的长短，相同材质的接地网在不同土壤电阻率环境中的寿命也不同，土壤电阻率越高，土壤的腐蚀性越低，接地网的寿命越长。接地网的稳定性主要指地网性能特别是接地电阻随年代和季节的变化情况。一般情况下，钢质地网随年代增长由于地网材料的腐蚀接地电阻会有显著增大；铜质地网接地电阻增大较慢，地网性能较为稳定。接地电阻随季节的变化也有类似趋势。

根据以上分析，实际上制约接地网设计的主要因素为土壤电阻率以及如何维持接地体周边相对环境中土壤电阻率的稳定性，前者决定了在相同接地网面积的情况下接地网接地电阻是否能达到功能要求，后者决定了相同接地体材质情况下的接地网寿命及稳定性指标，实际意义上就是决定了接地电阻在接地网长时期使用后是否还能满足功能要求。

在接地网设计过程中采用的各种手段从本质上讲就是降低接地体周边相对环境中的土壤电阻率。由于决定土壤电阻率的因素有：土壤的含水量、土质和土壤的致密性。降低土壤电阻率的办法也是从三个方面入手。

首先可以采用的办法就是增加土壤的致密性，通常的办法是接地体敷设后回填土一定要进行夯实，使接地体与周围土壤接触紧密，同时也降低接地体周边的土壤电阻率，从而减小接地网的接地电阻。这种办法最简单易行，投资也相对较少，但是这种办法有其局限性，夯实回填土带来的减小接地电阻的效果有限，只能在本身土壤电阻率就相对较低的地铁站使用，在土壤电阻率比较高的地铁车站，这种办法就无法满足要求。

在地铁建设中经常采用的办法是换土，将接地网中水平接地体周边0.5米的土壤换为土壤电阻率小于100Ω.m的砂质粘土进行回填，然后将回填的砂质粘土夯实。这种办法可以解决不超过300Ω.m的土壤电阻率的地铁车站接地网设置问题，土壤电阻率超过300Ω.m的车站，单纯使用这种办法也无法解决接地电阻不满足小于0.5Ω的问题。这种做法的投资相对较大，需要另行寻找满足要求的砂质粘土，土石方工程量也相对较大。

还有一种办法就是使用降阻剂，采用降阻剂的办法实际上是增加接地体周边的土壤含水量，从而降低土壤电阻率。降阻剂分为化学降阻剂与物理降阻剂，使用化学降阻剂时，化学降阻剂在降低土壤电阻率的同时增大了土壤的腐蚀性，从而降低接地网的使用寿命，并降低接地网的使用稳定性，从而逐渐被淘汰。