接地的设计.doc

接地的设计章长东接地的目的是要保证电气系统和电气设备的正常运行和人身安全。由于接地所牵涉的范围很广，因此必须在设计前进行详细的调查研究和收集资料工作。为了保证接地的正确性并避免今后在施工中发生返工现象，必须进行完善的设计工作。一、设计的阶段和步骤1设计的阶段设计的阶段根据设计的规模及实施的方法而定。在一般情况下，按以下阶段进行。对于整个电力系统、整个企业或整个地区的设计，一般分为三阶段，即：方案设计、初步设计及施工图设计。在方案设计中主要解决设计的技术可能性和经济合理性，并决定接地方案。在初步设计中，主要进行接地计算，绘制接地系统图，编写说明书，开列材料清单，作为施工备料的准备。在施工图设计时，主要根据具体情况绘制各种施工图，以电气装置国家标准图集中接地装置安装篇（BD16-66 D521）和全国建筑标准设计电气装置标准图集中的接地装置安装（JSJT-85）为主要依据。由于国内在接地施工方面已有较多的经验，并有比较完整的施工图，因此在施工图设计时，主要工作是根据典型的施工图选择其适用部分，同时针对该项设计的具体情况补制部分施工图。目前在接地工作实施方法上，有一种由承包商承包的方法。在这种情况下，只需进行两阶段设计。第一阶段为方案设计，即根据接地要求，编写接地方案。对于特别简单的建筑物或对接地要求不高的建筑物，只要说明接地方法和高低压系统的接地制式就行了。第二阶段为招标图设计，其作用是作为承包商所承包任务的依据。在这阶段中，必须有接地系统图，即接地标准图。因为接地工作影响人身安全，因此除采用国家标准图外，特别应附有等电位措施的标准图。2资料的收集为了进行接地的设计，必须收集下列资料。对于中小型系统，则可根据情况酌量降低要求。（1）当地土壤电阻率最好要有实测数据，并须说明实测时的季节、日期以及实测前土壤是否潮湿及落雨量大小的情况。如当地土壤电阻率较高，则应了解附近有无土壤电阻率较低的地方，是否有水源，如河、溪、湖及井等。如有土壤电阻率较低的地方或有水源时，则应取得其电阻率资料。如根据地质勘测资料，在所设计地区内土壤的性质变化较大，则在不同的土壤地区应分别测得土壤电阻率的数据。如在设计前无法取得实测资料，可向当地电业单位或有关企业取得土壤电阻率资料。如系新建地区，当地缺乏该项资料，而且在设计前又无法取得实测资料时，可根据地质勘测中的土壤性质作初步估计，在设计时并应留有余地，有增设接地极的可能。同时在施工后要进行测量，如与原估计土壤电阻率有出人时，应根据实测资料计算而得的结果补打接地极或采取其它有效措施。（2）土壤结冰厚度、化学成分，对铜、钢等常用接地装置的腐蚀情况，电解时产生活性物的分量。（3）地下水深度及其中所含腐蚀性物质的浓度。（4）最炎热月份（我国一般为7 月份）下午2 时的平均地下温度，以及平均年降雨量和每月平均降雨量。（5）雷电日及雷电活动情况。以上第（2）（5）项资料，一般可向电业单位收集，如电业单位无该项资料时，其中第（2）项及第（3）项资料可向勘察单位收集，并请其根据要求进行必要的化学分析工作。第（4）项及第（5）项可向当地气象台索取。对于有些长期积累性的资料，在新建工业区如无法取得时，可向当地气象部门或有经验的人请教作为估计资料。（6）系统、发电机及变压器的接地制式。（7）系统运行方式及单相短路电流值。（8）架空线路的回路数、长度及档距。如有避雷线，则应了解其长度、材料及截面。（9）电缆线路的回路数、长度、型号、截面和敷设方法。以上第（6）（9）项的资料应向当地电业单位或电业设计单位取得。（10）水管、金属结构及构筑物等自然接地极的钢材规格及联结方法。（11）建筑物防雷、防爆及防火的等级，用电设备的性质和接地要求。以上两项如为旧有系统或建筑，则应向基建单位取得资料。如为新建或扩建，则应向有关设计单位取得资料。（12）接地极材料如角钢、扁钢等的价格以及有关接地附件的加工费用。该项资料可以向当地材料供应部门及加工企业取得。根据以上资料，即可进行设计。如要求简单或仅进行部分设计时，可根据具体情况简化设计步骤。3设计的步骤（1）根据系统中性点工作制及用电设备的接地要求，确定接地的范围和系统。（2）根据接地系统情况，确定共同接地和重复接地或集中接地和辅助集中接地的范围和地点。（3）根据不同接地的要求，选择接地电阻值。（4）根据测定资料计算最不利的情况下的土壤电阻率，或根据土壤勘测资料估计土壤电阻率。（5）根据接地电阻要求及土壤电阻率计算接地极及接地线的数量和截面，并选定材料及埋设方法；同时还须检验其机械强度，必要时还要检验其热稳定度。（6）根据不同接地制式的要求，选用适当的L 线、N 线、PE（或PEN）线及保护设备。（7）确定等电位联结的范围及措施。当采用人工等电位同时，根据计算接触电压和跨步电压确定等电位同的布置及结构。根据上述步骤进行设计时，在初步设计的文件中须有中性点工作制选择的说明及接地系统方案，有整个系统、整个地区或全厂的接地网总图，以及各配电所、变电所、率间及重要建筑物的接地布置图。如接地网不复杂，也可以将接地网画在各有关设计的电力照明平面图上，同时须开列材料清单，并附有概算。在施工图的文件中须有成套的施工图，并附有施工说明。对于特殊项目尚须附以计算书。当进行方案及招标图设计时，在方案文件中的说明与上述初步设计相同；在招标图中，除有上述技术文件的内容外，应有典型的等电位联结图、标准接地端子图及接地连接箱典型连接图。二、接地范围和接地电阻的确定1接地范围的确定接地是保障电气安全所必须采用的重要措施之一。但并不是所有的电力、通信系统、电力和通信设备以及线路都需要接地。电力系统及通信系统的工作接地是根据系统要求决定的，例如高压的不接地系统和低压的IT 系统就不能直接接地。保护接地则根据电气设备和线路的安全要求以及所采用的电气安全措施所决定的。例如采用不接地的局部等电位联结作为安全保护措施，就严禁。通过外露导电部分和外部导电部分接地而引入地电位以致造成危险，在有些情况下，没有必要或没有可能进行接地，例如具有双重绝缘或加强绝缘的类电气设备，已有充分电气安全条件，不必进行接地，而且在很多情况下，整个设备为绝缘所覆盖，也无法进行接地，如破坏绝缘进行接地，反而导致危险。又如在伸臂范围以外的电气设备，在正常条件下，人不可能触及，也毋需接地。但在非常潮湿环境内，其它电气安全措施均难以适用，接地和等电位联结措施就显得非常重要了。从电气安全要求看，确定接地范围具有重大意义。在进行接地设计时，首先必须根据不同的接地系统、不同的电力和通信设备、不同的建筑物环境及防雷分类，确定接地范围。2接地电阻值的确定确定接地电阻的作用是使接地设计工作简化。因为工作接地电阻值的决定，要考虑系统的稳定运行，系统免受外界干扰和防止对电气参数敏感设备的干扰，还要考虑到系统保护的可靠性。保护接地电阻值的决定，要确保接触电压和跨步电压在安全范围以内或者能在规定时间内自动切断电源。防雷用的接地电阻值要能使设备或建筑免受直击雷、感应雷和引入雷造成危险。其它如防静电的接地电阻值、防止电磁干扰的接地电阻值都要能满足静电或电磁防护要求。如按以上要求，一一进行计算，则非常繁琐。因此很多国家的规程对接地电阻值进行规定，这些接地电阻值是根据经常遇到的条件，考虑到有关的情况确定下来的，因此只要能满足规程中的接地电阻值，在正常情况下就能满足相应的保护要求，这样可以减少设计工作量。但对于一些特殊情况或特殊要求的，以及规程上未能确定的部分，还必须根据要求进行计算。常用的工频接地电阻如表1 所示。表1 中的入地电流除按510 年发展后的系统最大运行方式确定外，还应按不同接地制式考虑以下因素。（1）有效接地和低值电阻按地的系统 在接地装置内或外短路时，入地短路电流采用经接地装置流入地中的最大短路电流周期分量的起始有效值，并应考虑系统中各接地中性点间的短路电流分配。当R 按0.5，应计入避雷线中分走的接地短路电流，但架空避雷线对地绝缘者除外；当R 按2000/I 计算时，也应计入引进线路的避雷线接地作用。（2）消弧线圈接地和高值电阻接地的系统 入地短路电流按以下方法考虑。对装有消弧线圈的自备发电站、变电所或电气设备的接地装置，该电流等于该站、所内接在同一系统中各消弧线圈额定电流总和的1.25 倍。对不装消弧线圈的自备发电站、变电所或电气设备的接地装置，该电流等于系统中断开最大一台消弧线圈时的最大可能残余电流，但不小于30A。（3）不接地系统 入地短路电流I 按下列单相接地电容电流计算：I=U(35Lf+LI)/350(1)式中：U系统线电压，kVLf 电缆线路长度，kmLl 架空线路长度，km3选用接地电阻时应注意的问题（l）了解确定接地电阻的条件 如上所述，接地电阻值是根据一定的条件所决定的数值，如条件不同，就不能采用。如当变压器高低压侧采用共同接地时，接地电阻为1。决定这个数值的条件是：高压为不接地系统，且电容电流不超过30A。如果高压侧是接地系统，或电容电流大于30A，这个1 的接地电阻就不能用。如果变电所内已采取等电位措施，且能满足接触电压和跨步电压的要求，则接地电阻可以大于1，如采用4。因此采用接地电阻时，首先应了解决定这个电阻值的条件，才不致导致危险。（2）明确接地电阻的性质 接地电阻有工频接地电阻和冲击接地电阻两种，同样是防雷用的接地电阻，作为防直击雷引下线的为冲击接地电阻，作为防感应雷用的接地电阻则为工频接地电阻，两者可以根据一定条件进行换算，但不可混淆。（3）作为多种用途的接地电阻 有些接地装置不仅作为工作接地，又作为保护接地，或既作保护接地，又作防雷和防静电接地。在这些情况下，选用其中最小值作为该接地装置的电阻。例如一般重复接地要求接地电阻力10，而此重复接地又作防静电接地，一般防静电接地电阻要求为100，即使有爆炸危险物体防静电接地电阻要求也只是30，都大于重复接地所要求的接地电阻10，则此接地装置的接地电阻选用10。（4）复杂电气装置或多功能建筑采用共同接地 由于复杂电气装置或多功能建筑内金属管线纵横交叉，地上及地下钢结构甚多，很难按不同系统或设备采用单独接地，因此只能采用共同接地。由于这类装置和建筑内的电气设备有各种不同要求的接地电阻，同时为了防止彼此产生干扰及意料不到的影响，一般采用l，这样对泄漏大电流和减少雷电反击都是有利的。三、接地介质的接地电阻率接地的介质有土壤、混凝土和水三种，最常用的接地是将作为接地极的导体置于土壤中，与土壤紧密接触，所以土壤电阻率对干作为接地的主要指标之一的接地电阻影响很大。有时因为利用基础内的钢筋或在基础内设置接地极，此时混凝上的电阻率主要影响接地电阻值。有时因为土壤，电阻率很高，必须利用水源，将接地极置于水中，这时就必须了解水的电阻率。现将这三种电阻率的确定方法依次说明如下。（一）土壤电阻率及其确定方法决定接地电阻的主要因素是土壤电阻。土壤电阻的大小一般以土壤电阻率来表示。土壤电阻率是以每边长10mm 的正立方体的土壤电阻来表示。土壤电阻率根据土壤性质、含水量、温度、化学成分、物理性质等情况而有所变化。因此在设计时要根据地质情况，并考虑到季节影响，选取其中最大值作为设计依据。影响土壤电阻率的主要因素有下列几个：1土壤性质土壤性质对土壤电阻率影响最大。不同性质的土壤，其电阻率甚至相差几千到几万倍。不同性质的土壤电阻率见表2。为了初步估算，也可采用表3 的数值。2含水量含水量对电阻率也有很大影响。绝对干燥的土壤电阻率可以认为接近无穷大。含水量增加到15左右时，土壤电阻率显著降低；如继续增加水分直到75左右时，电阻率改变很小；当含水量超过75时，土壤电阻率反而增加。含水量对土壤电阻率的影响，不仅随土壤种类不同而有所不同，而且与所含的水质也有关系。例如在电阻率较低的土壤中，加上比较纯洁的水，反而增加电阻率因此在采用加水改良土壤时，也要注意这一点不同性质和含水量的土壤电阻率见表2，估算时可采用表3 的数值。3温度当土壤温度在0及以下时，由于其中水分结冰，土壤冻结，电阻率突然增加，因此一般都将接地极放在冰冻层以下，以避免产生很高的流散电阻。温度自0继续上升时，由干其中溶解盐的作用，电阻率逐渐减小，温度到达100时，由于土壤中水分蒸发，电阻率又增高。4化学成分当土壤中含有盐、酸、碱成分时，电阻率会显著下降。一般即利用这种特性来进行改善土壤的。管形接地极经过食盐处理后的电阻率降低情况见表4。5物理性质土壤中的物理因素可使电流密度分布的情况改变，尤以含有金属成分时影响最大。此外，土壤本身是否紧密，与接地极是否紧接，对电阻率也都有很大影响。土壤本身的颗粒越紧密，电阻率就越低，其减低程度随土壤的种类而异。例如砂土及岩石等受压后，颗粒不易紧密，电阻率下降较少；粘土、黑土等受压后，颗粒易于紧密，因此电阻率下降较大。根据试验证明：当粘土含水量为10，如温度不变，单位压力由20MPa 增加到 200MPa 时，电阻率可下降到原来数值的 65。同时土壤与接地极接触得越紧，流散电阻也越小。因此，为了减少接地极的流散电阻，常采用将管形接地极打入地下的办法。这种施工方法既简便，又可将附近土壤压实，并可使接地极与土壤紧密接触，从而能达到减少土壤电阻率的效果。如采用其它方法敷设接地极时，必须夯实接地极附近的土壤，以减小土壤电阻率。6土壤热阻系数由干不同季节中，土壤的温度不同，土壤的热阻系数也随之变化，接地电阻也随季节不同而有所增减。一般冬季最大，夏季最小，因此推荐将测得的数据换算为冬季时的最大值，以保证接地极在最不利温度下也仍能具备其应有的功能。由于影响土壤电阻率的因素很多，因此在设计时最好选用实测的数值。因为测量时的具体情况不同，土壤电阻率也有所改变。为了能使测量所得的值反映最不利情况时的土壤电阻率，必须将所测得的土壤电阻率0 根据测量时的具体情况，乘以表5 的换算系数，则得到设计时所采用的土壤电阻率，即=0但在有些情况下，由于一时无法取得实测数据时，可根据已了解的土壤性质，根据表2 所推荐的土壤电阻率进行设计。如土壤性质亦无法了解。可根据地质勘察报告按表2 采取近似数值。无论采用表2 或表3 中的数值，在施工后必须进行测量核算。如接地电阻超过原设计数值，必须补打接地极，使具体实测的接地电阻符合设计的要求。（二）混凝土电阻率及其确定方法在地下的混凝土有从土壤吸收水分的倾向和保持水分的能力因此具有导电性能。混凝土的导电性由混凝土本身及从土壤吸取水分中有许多溶解混合物形成电解液所决定的。影响混凝土电阻率的主要因素如下。1 凝土的性质混凝土中所含的硅酸钙的成份越高，则电阻率越低。混凝土的沙子成份越多则电阻率越高。含有一般硅酸钙成分的混凝土掺入不同成份沙子后的电阻率平均值如表6 所示。2温度在常温时混凝土的电阻率由其电解质的导电性能决定。当混凝土温度增加到100以上时，混凝土中的水分转化为蒸汽，不仅使电阻率增加，而且增大的蒸汽压力可能使混凝土遭受机械破坏。如混凝土温度在0以下，混凝土的水分冻结成冰，电阻率也增加。在永久冻土带内对混凝土的导电性进行测定，其结果是：在这种情况下，电阻率增高，但仍能导电。3密度混凝土温度升到100以上主要是通经大量电流所造成的。通过测定，当电流密度达到41.7kAm2 时，足以使混凝土层产生破坏。混凝土内钢筋的温度达到350400时，就能破坏混凝土对钢筋的附着力。当钢筋迅速加热到高的温度时，混凝土保护层顺着主筋轴线或垂直于主筋轴线产生裂缝。顺着主筋的裂缝最危险，因此有些混凝土制造商规定混凝土长期耐受温度极限为80。即使混凝土制造商没有做出规定，混凝土短时耐受温度也不应超过100。利用混凝土基础作为接地极有两种方式，一种是在混凝土内设置导体作为接地极，一种是利用混凝土中钢筋作为接地极。当在混凝土内设置导体作接地极时，一般兼作等电位联结之用。为了防止故障时流过这些导体的电流密度过大而造成过热，因此埋入混凝土中的导体的规格有些国家作以下规定。（1）根据德国VDEM1967 规定，埋入基础的接地极材料可以是：热镀锌钢带 30mm×3.5mm 或 25mm×4mm。热镀锌圆钢最小直径10mm。（2）根据奥地利标准ONORM E2790（1975 年）：全镀锌或不镀锌钢带截面90mm2，且最小厚度为3mm。全镀锌或不镀锌圆钢最小直径10mm。在潮湿阻挡层以下的基础，埋入的钢带或线材形成一闭环，为电气安全计，地下室地坪上任何一点距基础内接地极应不大于10m（NORM 标准为5m），否则应在部分墙内埋设导体形成等电位联结。我国建筑物防雷规范中也说明埋入混凝土的导体，其截面不小于直径为10mm 圆钢的截面，基础内埋设接地极的示意图如图1 所示。从基础接地极引出接地线如图2 所示。钢筋或其它钢结构应与在地吸连接，用螺栓、电焊或采用特殊型式的连接船（用锁扣或弹簧夹子）进行连接。建筑物的伸缩缝处，在墙外应用伸缩弧片加以连接，见图3。接地网中至少留出两个端头以便测量之用。为扩充接地，按需要多留些端头更好，而且至少有一处作为例8 主要接地干线或等电位联结之用。伸出基础外的接地线端头应有防腐措施（涂塑料、上轴漆或镀锌），伸出部分应位于地下室地坪之上约300mm，伸出长度至少要1.5mm，防雷保护可以直接接至这个接地线端头上。混凝土内设置的钢带或圆钢设在基础底上面约100mm 处，水泥份量应不低于300kg/m3。用预制附垫以防止沉陷，钢带敷设于边缘，适当弯曲的线材出可以用作衬垫。对于砖基础，先制作100mm 厚的混凝土条形基础，如前法埋以接地极，然后在其上建造砖基础。（三）水的电阻率及其确定方法水的电阻率随其中含量不同而变化，水越纯净，电阻率越高，水的电阻如表7 所示，可作参考。当水温为335 时，水电阻率的温度修正系数可用下式计算。=0e0.025(t0-t)式中：0水温为t0（）的水电阻系数实测值；水温为t（）的水电阻系数值。四、接地极的选用接地时的选用是接地设计的主要环节之一。首先必须了解接地极选用原则，有哪些导体可作为接地极，最小规格的接地极应该是什么，然后再根据接地电阻的要求和接地用的土壤电阻率等，通过计算来确定接地极的材质、形状、数量和采用什么布置方法。（一）接地极选用的原则及其类型1接地极的选用原则（1）保护接地或功能接地所需的接地电阻必须稳定和持久。（2）流过接地故障和泄漏电流时应不致造成危险，特别是材料的热稳定应力。（3）接地系统所用材料应达到相应的质量要求，并定期加以维护，使其能承受周围环境以及腐蚀的影响。（4）接地装置不应由于电化学作用而破坏其他金属结构，如水管、建筑基础或地下结构等。2接地极的型式下列导体可作为接地极：（1）钢棒、钢管、扁钢、线缆、金属板、埋人基础的导体、混凝土中的钢筋和其它适当的地下结构。（2）金属水管、电缆的铅包外皮和金属铠装等也可用作接地极。为安全计，不应把可燃液体、煤气和热力金属管道系统作为接地极，仅在设备功能需要的一些特例中才有可能用作接地极。3接地极的类型（1）按理深的情况分类：水平接地极：埋于地中的表层，有扁钢、线缆及其金属包皮和埋入基础内的导体等。垂直接地极：埋于较深的土壤内，有钢棒、钢管、混凝土柱内的钢筋、自流井管等。（2）按自然或人工的接地导体分类：自然接地极：混凝土中钢筋、水管、电缆、自流井管等。人工接地极：扁钢、棒、管道、埋入基础的接地极。（二）接地极的电池作用及防止方法1电池作用金属物埋浸于土壤或水中可能因下述影响而腐蚀：（l）土壤中的直流泄漏电流。（2）化合物及其在土壤中或水中的浓度。（3）不同金属材料的电池现象。电池是由于不同金属材料做的接地极在潮湿土壤这一电解质成分中所形成。在电解液中的阳极和阴极之间，由于电池的电势差影响，通过两极的连接，产生直流电流。在阳极范围内，这电流离开电极表面流向电解液，分解阳极的金属，流进阴极区域内电极的金属表面，而造成阳极材料的腐蚀。电解电流消耗阴极电极的重量，其金属消失的速度（腐蚀率），主要与电池的电压及两个电极的表面积有关。这种电池作用，对于接地极并不严重，因为接地极的寿命也有3040 年，只要选用适当的材质并定期更换就可以了。比较严重的是接地极与接地极之间，接地极与埋地的金属管道、与地下的金属结构或建筑基础等等之间形成电池的情况，如图4 所示。在该图中接地极和其它土壤中的外露导体好比是电解槽里的阳极，建筑基础里的钢筋好比是电解液里的阴极，它对土壤的这些金属部分如水管、管道或电极等产生侵蚀破坏作用。当前建筑及其基础不断增大而管道或土壤中电极的外露金属表面部分相应地日益减少，阴极和阳极的表面积关系变得很不合理，如使用不适当材料势必增加侵蚀的危险性。常用作接地极的几种金属在电解液中由于电池作用产生的电势差由K·V ?gtil ， Bern 或E·H?nninger,Graz 按图5 的方法测定，结果见表8。如果埋在地下的金属结构和管道在正常时有绝缘外包层加以保护，一旦在某一点遭到破坏，就会出现一小片金属面积与电极周围的土壤接触，这样就处于严重危险之下，在某种环境下，结果往往很快在管子或电缆上形成穿孔。2防止电池作用的方法为防止这种电解电流对地下接地极、金属结构及管道等的侵蚀，可采用涂保护层，就是采用绝缘（隔离）的方法，避免产生侵蚀；也可采用阴极保护法，即向被保护的接地极或地下金属结构通入一定量的直流电，使其免受电化学侵蚀。阴极保护有两种方法。一种是利用不同金属间电位差或不同电解质中的金属自由电子和氧离子交换产生的直流电流来保护接地板或地下金属物。即将被保护的接地极或地下金属物作为阴极，利用镁合金、铝合金、锌合金等金属做阳极，将阳极与阴极连接起来。如上所述，作为阳极的保护物将不断消蚀，因此也称为牺牲阳极法。另一种是利用石墨等作阳极，被保护的接地极或地下金属物作阴极，两者之间加以直流电源，电源的正极接在阳极上，负极接在被保护的接地极或地下金属物上。直流电源可采用降压变压器和整流器。牺牲阳极不需外接电源，且无需维修，阳极消耗也很小，由于电池作用产生的电流小，只用于对电流量需要不太大的地方。如果电源容易解决，而且工程规模较大，则以采用外加电源法为宜。一般只在沿海地区和土质、土壤腐蚀性较强的规模大的工程才采用阴极保护法。3牺牲阳极法的设计目前在地下钢质物体，如接地极、地下金属结构及地下钢质管道方面的防腐保护，多采用牺牲阳极法的阴极保护。由于锌合金阳极只适用于土壤电阻率低于1520·m 的地区，铝合金阳极性能又不够稳定，所以大多用镁合金阳极。这种阳极已有成品， 其规格长× 上底× 下底× 高分别为700mm×75mm×85mm×75mm，700mm×88mm×101mm×88mm 及700mm×10lmm×110mm×101mm；其重量相应为8，11 及14kg，其化学配方、电化学性能及填料配方分别见表9、表10 及表11。在进行阴极保护设计时，首先了解被保护的钢质物体附近有无杂散电流及是否有危害。如确有危害时，则应了解被保护物是裸露的、还是有保护层，如有保护层及涂层，应了解保护层及涂层的材料，并了解当地土壤电阻率及被保护物的物理性能，如材质、长度及分布情况等，然后按下述方法依次进行计算。（1）防蚀电流的计算 当已知被保护钢质物质的防蚀表面S(m2)及其涂层的材料时,可根据表12 查得其所需的防蚀电流密度（mA/m2）,由下式计算得防蚀电流I。I = S / (3)（2）按预定阳极之间的间距L（m）和被保护物的绝缘层电阻r1 按下式计算所需的牺牲阳极发生的电流I=(E-E0 )/ (rI/SI+R) (4)R=(rI / SI)×(E-E)/(E-E0) (5)式中：Ea保护阳极的开路电位，VEp设计保护电位，VE0被保护物体的自然电流，VS1被保护物体的表面积，m1被保护物体L 间距内的外敷绝缘层的电阻率·m2R阳极组的接地电阻，（3）阳极输出电流的计算当被保护物的绝缘差时，r1 2 1500K KI = （6）当被保护物的绝缘完好时，11r1 2 1200K KI = (7)式中：I单只输出电流，mAK1被保护物地电位调整系数，见表14K2镁合金阳极重量系数，见表15土壤电阻率，·m由此可得并联阳极组输出电流IA ，即IA = IK3N （mA） (8)式中：N阳极组内阳极的根数K3多根阳极的敷设系数，见表16（4）阳极寿命T 的计算IGA KT87601000 4 h= （年） (9)式中：G 阳极重量，kgA 理论电流产量。A·h/kg 阳极电流效率，K4 利用系数,一般采用外0.8I 阳极输出电流，A对于镁合金阳极A=2205Ah/kg, =60, Ki =0.8，则上式可简化为IGT = 121 (10)按以上计算公式分析。设计牺牲阳极法阴极保护时。应考虑以下几点；（1）牺牲阳极应设在土潮湿润、地势低洼，且透气性差的地区。土壤电阻率以5060·m 为宜，不超过80·m。（2）被保护物外护层的绝缘层越好，所需保护电流越小，阳极间距越大。（3）为了减少屏蔽作用，阳极间距以3m 为宜，阳极与被保护物的间距也以3m 为宜。阳极组适于小集中、大分散布置。每组阳极根数以6 根为宜，可水平或垂直敷设。阳极组的间距一般为12km。（4）穿越河流等的地下钢质物体，如水下管道，不宜采用牺牲阳极保护。124接地级的最小规格通常人们以为土壤中的交流电是使多处产生侵蚀破坏的原因。然而。一些试验证明当交流电为16×2/3和50Hz。等频率时，如电流符合标准，而且接地极选用得当的话，则不会产生危险。为防止对接地极侵蚀的危害，其最小尺寸和最小截面按各有关标准列于表17。（三）自然接地极的计算自然接地极一般较长，与地的接触面积较大，因此流散电阻较小，有时能够达到采用专门接地极所不能达到的效果。同时由于自然接地极在大多数情况下与用电设备已经相连，大部分事故电流从自然接地极的开始段即行流散，所以已很安全。而且自然接地极在地下纵横交叉，如将其连接起来作为接地极，又可以作等电位联结，降低接触电压及跨步电压。在投资方面。仅需一些联结导体，又可节约投资。因此在1000V以下的系统以及1000V 以上的小接地短路电流的系统中，可以利用自然接地极作为唯一的接地极，只要达到所要求的接地电阻值，就不必另行敷设人工接地极。当采用电缆外皮作为唯一的接地极时。为了防止电缆外皮折断或腐蚀以致不能成为连续导体而发生危险，必须采用两条电缆的外皮作为接地极。在大接地电流系统中，因为所要求的接地电阻值较低，防止自然接地极因各种原因造成不连续或增加电阻值，因此不论自然接地极电阻值多大，都要敷设电阻不大于l 的人工接地极。在直流回路中，除了作为工作电流流过的接地极以外，均可采用自然接地级。但要考虑土壤有无腐蚀情况，以免自然接地极腐蚀。凡是敷设在地下的水管和其它非可燃液体及非可燃或非爆炸气体的金属管道、自流井插入管、钻管，以及建筑物和构筑物的地下金属结构和电缆外皮等部可作为自然接地极。按以下方法计算流散电阻。1电缆的金属外皮电缆外皮的流散电阻RId 根据下式计算：( )11 lRRR K R R cth Pld P = × (11)式中：K考虑到电缆外皮麻层对接地电阻的影响的系数,见表18R1沿电缆直线方向每1m 的土壤的流散电阻,该值一般采用1.69, 为土壤电阻率，·mRP沿电缆直线方向的电缆外皮电阻·m ，常用的电缆外皮电阻见表19l_电缆长度，mcth双曲线函数的余切13如为一束n 条同样截面的电缆,其总接地电阻Re'可按下列公式近似确定：nRR ee¢ = (12)为计算简便起见，一般采用表20 所示的疏散电阻值乘以表21 所示的修正系数K'。铝包电缆的外皮因为容易腐蚀，一般不作为接地极。2水管2km 及以上的水管（包括钢管和钢筋混凝土管）也可按式（11）计算，但Rp 为沿水管直线方向的水管电阻，R1 仍采用1.69，K 为1。当水管长度在2km 及以下时，则按下式计算：r hllRsls2 20.366 lgr= (13)式中：土壤电阻率，·m2l水管长度，mrs水管半径，mh埋设深度，m因为水管的按地电阻计算起来很复杂，而且也不易准确，为了简化起见，根据实测结果。当土壤电阻率为100·m 时，水管的流散电阻如表22 所示。当土壤电阻率为其他数值时，应乘以表21 中的修正系数K。3自流井插入管自流井插入管的流散电阻，根据测量结果，如表23 所示。钻井的加固管道的流散电阻通常不超过2。在设计时可采用此数值，不必计入其它修正系数。4电杆的基础及其上的架空避雷线和中性线当利用钢筋混凝土电杆的埋地部分作为接地极时，其接地电阻dhhR4lg0.64= r () (14)式中：土壤电阻率，·m14h电杆埋地深度，md电杆埋地部分的平均直径，m当电杆上的架空避雷线或中性线在适当地点进行接地时，如果把这些接地极与架空地线或中性线连接起来，可以有效地降低接地电阻，并能大量地节约接地费用。一般说来，如每个接地极的接地电阻不超过300 时，可以得到良好的效果；如超过300 时，效果就不显著。当这种接地系统的接地极的数目大于20 时，其总接地电阻4121+ +=tddRRRR () （15）SLR str= （16）式中：Rd每个接地极的电阻，Rt每段架空地线或中性线的电阻，s避雷线或中性线的电阻系数，如为钢材，则为0.56×10-6·mL档距长度，mS避雷线或中性线截面积，mm2为简化计，也可按下式计算。t d R = R R (17)当接地极数目小于20 时，系统总接地电阻按下式计算( n)RRR R R cthdtt d = （18）式中：n带避雷线或中性线的杆数5. 建筑构或构筑物基础利用建筑构或构筑物基础中的钢筋作为接地极，是最有效、最方便和最节约投资的方法。建筑物或构筑物基础中的钢筋虽然在混凝土中，但在很多地区，钢筋混凝土基础经常在地下水位以下，由于毛细管作用，混凝土经常保持潮湿状态。混凝土的电阻率与其所在土壤的潮湿程度有关：土壤越潮湿，混凝土的电阻率就越低。即使混凝土基础理设在地下水位以上，在一般情况下，混凝土的电阻率也不大于当地土壤的电阻率。因此除了土壤电阻率特别高的地区以外，采用建筑物或构筑物中的钢筋作为接地极，一般不必另设人工接地极。即使在土壤电阻率非常高的地区，也可以利用建筑物基础中的钢筋作为主要接地极，另外再埋设辅助极地极，这样可以节约大量钢材。利用建筑物或构筑物基础中的钢筋作接地极时，其接地电阻最好实测确定。在敷设前可利用下式估算：221 2 1 1 20.366 lg2( )bhlbl lhRr r r+-= (19)式中：R钢筋基础的援地电阻值，h1基础底层钢筋网到混凝土顶层表面的高度，cm1土壤的电阻率，·m2混凝土的电阻率，mb基础底层钢筋网的宽度，ml基础底层钢筋网的长度，mh2基础底层钢筋网离地面的深度，m在非常潮湿的土壤中，2 的值在75100·m 范围内；在中等潮湿的土壤中，2 的值在10015200m 范围之间；在较干燥的土壤中，2 的值在200400·m 范围内；如混凝土基础在特别干燥的土壤中，即在地下水位以上；则2 可看成与1 相等。式(19)右侧第一项等于零，就相当于钢筋网直接埋设在干燥土壤中。利用建筑物或构筑物基础中的钢筋作接地极时，最好将钢筋焊接，但在土建施工中，往往不容易做到这一点。经过实际测定证明，利用一般扎结的钢筋基础作为接地极，也能达到较好的效果。经测定，在一般土壤中（电阻率100400·m ），中型厂房和多层建筑物的基础作为接地极时，其接地电阻都在0.50以下。当整个建筑物的基础钢筋连续焊接或绑扎成网，接地电阻abKRr= (20)当整个建筑物的基础钢筋连续焊接或绑扎成网，接地电阻式中：a、b建筑物的长和宽,m土壤电阻率, ·mK系数，由表24 查得对于一个厂区或一个建筑群，如所有基础用40mm×4mm 扁钢在地下相连，则总的接地电阻：Rs =R (21)式中；R按式（20）计算而得，但a 和b 为全厂或整个建筑物群的长度和宽度，均以m 计系数，由表25 查得表中 为建筑密度，由下式求得：SSSl = (22)式中:S厂区内或建筑物内具有钢筋混凝土基础且采取焊接或绑扎成网的建筑物占地面S厂区或建筑物总平面面积，即a×b， m2如该建筑为钢筋混凝土衬砌的地下式厂房，则其接地电阻pprAdhddR6)( )41 (2= + W(23)式中；地下厂房四周土壤或岩石电阻率，·md地下厂房的等效直径，mA地下厂房的体积，m316h地下厂房中心距地面距离，m，一般hd /46钢筋混凝土或钢板衬砌的地下竖井当竖井直径为d（m）、深度为l（m），竖井周围岩石或土壤电阻率为（·m）时，其接地电阻dl d llR4 2ln22 + 2 +=pr（） (24)7金属板板桩