1.接地系统
照明系统的接地工程由接地环（网）、接地极（体）和引下线组成，以往常有种误解，把接地环作为接地的主体，而很少使用接地体。当然，在接地要求不高或地质条件相当优越的情况下，接地环也能够起到接地的作用，但是通常情况下，这是不可行的，接地环可以起到辅助接地的作用，主导作用应使用接地体来完成。
接地系统是影响用电系统稳定、安全、可靠运行的一个重要环节，为了用电设备能稳定的工作，需有一个接地参考点。至于如何接地，采用何种接地方式较好、较正确，人们看法不一，国内有关规程也不够明确和统一，国外用电设备厂商对接地系统的要求也不尽相同，但对用电设备必须可靠接地的认识是统一的。接地系统基本分为两种形式：一是有按需要接地系统的功能而单独设计的各自的专用接地系统；二是将各种功能的接地系统连接在一起组成的一个公用接地系统。
为了防止雷击时反击到其他接地系统，应将系统的直流地（逻辑地）与交流工作地、安全保护地和防雷地、供电系统地相互独立，且它们相互之间还应保持的安全距离。采用独立接地方式的目的，是为了保证相互不干扰，当出现雷电流时，仅经防雷接地点流入大地，使之与其他部分隔离起来。有关规程提到：若把直流地（逻辑地）和防雷地分离时，其间距离应相距15m左右。在不受环境条件限制的情况下，采用专用接地系统也是可取的方案，因为这可避免地线之间相互干扰和反击。
现代建筑物多为钢筋混凝土结构，一般采用钢筋主筋作为雷电流的下引线。在这种情况下要和防雷、安全、工作三类接地系统分开有较大的困难，不同接地之间保持安全距离也很难满足，接地线之间还会存在电位差，易引起放电，损害设备和危及人身安全。考虑到独立专用接地系统存在实际困难，现在已趋向于采用防雷、安全、工作三种接地连接在一起的接地方式，称为共用接地系统。在IEC标准和ITU（国际电信联盟）相关的标准中均不提单独接地，我国国标也倾向推荐共用接地系统。共用接地系统容易均衡建筑物内各部分的电位，降低接触电压和跨步电压，排除在不同金属部件之间产生闪络的可能，接地电阻更小。
在共用接地系统基础上，可以进一步把整个控制机房设计成一个等电位准“法拉第笼”。图4-23所示为建筑物笼式结构示意图，建筑物防雷、电力、安全和计算机共用一个接地网，接地下引线利用建筑物主钢筋，钢筋自身上、下连接点应采用搭焊接，上端连接楼顶避雷装置、下端连接接地网、中间与各层均压网、环形接地母线焊接成电气上连通的笼式接地系统。这种结构的接地电阻一般应小于1Ω，为减少外界电磁干扰，建筑物钢筋、金属构架均应相互焊接形成等电位准“法拉第笼”。这种结构系统，不同层接地母线之间可能还有电位差，应用时仍要注意。
图4-23 笼式结构示意图
2.地网形式
地网的形状直接影响接地达到的效果和达到设计要求所需要的地网占地面积。首先应建立接地环（或接地面），提倡使用水平接地极（常用的是外部接地环）和水平垂直接地体配合使用。在很容易达到接地目的，要求低的接地中可以选用平面接地方法（接地环接地）；一般应用接地体和接地环配合使用，形成三维结构。
（1）三维接地
三维接地有三种不同类型：等长接地、非等长接地和法拉第笼式接地。等长接地是用相同长度的接地体，这种方式接地体的埋设深度基本一致，施工方便，同时还可以取得较好的效果。非等长接地是更科学的接地方式，采用不同长度的接地体相互配合，由于接地体长度和埋设深度不同，大大地加大了等势面积，突破地网面积局限。这种接地设计和施工并不困难，使用得当可以完成相当难度的接地工程。非等长接地方法也叫“半法拉第笼”接地工艺。法拉第笼式接地是多层水平接地网，用垂直接地体相互连接形成笼式结构。由于施工量大，并不常用。在设计中还应考虑地网趋肤效应、跨步电压等。
（2）岩土类型
接地网处的岩土条件直接关系接地的难度。设计中最重要的参数之一就是接地网施工地点岩土的土壤电阻率，但仅考虑土壤这个参数是不够的，还要考虑开挖（钻进）难度、破碎还是整体岩石、持水能力等。有的岩土电阻率高，但是在整体岩石之间常有较好的土壤间隙层，在这样的环境中，避开整体岩石，在间隙中开挖灌注降阻剂能取得较好的效果。
（3）地形制约
施工环境常常会受到各种情况的制约，按照理想的模式考虑大面积的地网是不现实的。有专家认为，接地面积一定后，如果接地极长度不超过地网1/20，要想突破局限是不可能的，即使做成整块铜板也没有实际意义。实践中也印证了这一理论。所以，当地形局限时，可以考虑地网的纵深方向，即采用离子接地系统或深井施工工艺。如西昌某航天观测站，土壤电阻率1100Ω·m，设备需要接地电阻小于4Ω，考虑季节因数，应做到2.75Ω，而可供施工的面积只有8m2的狭长位置，选择加长（20m）离子接地系统3套，实施后经测试接地电阻可达到2.5Ω。
（4）含水情况
一般来说，湿润的土壤导电性较好，但是实际工程中发现，当含水量超过饱和值以后，接地效果反而不好。当地底下有潮湿区域，接地体深入到这一潮湿区域时，降阻效果会好得多。例如，某移动通信站，土壤电阻率测量值1200Ω·m，使用接地块240块，接地电阻达到1Ω以下；同样，某地域的土壤电阻率也是1200Ω·m，地表有破碎沙石层，但是开挖150mm发现潮湿土层，埋设接地块80只，原预计达到4Ω的地网，结果达到了1.2Ω。
3.接地系统构成
①接地体（又称接地电极或地网）。接地体是使系统各地线电流汇入大地扩散和均衡电位而设置的与土壤物理结合形成电气接触的金属部件。联合接地方式的接地体由两部分组成，即利用建筑物基础部分混凝土内的钢筋和围绕建筑物四周敷设的环形接地电极（由垂直和水平电极组成）相互焊接组成的一个整体的接地体。
②接地引入线。接地体与接地总汇集排之间相连的连接线称为接地引入线。接地引入线应有足够的导流截面积，并作防腐蚀处理，以提高使用寿命。
③接地汇集线。接地汇集排是指在建筑物内分布设置可与各系统接地线相连的一组接地干线的总称。根据等电位原则，其可提高接地有效性和减少地线上杂散电流回窜。接地汇集排分为垂直接地总汇集线和水平接地分汇集线两部分：
●垂直接地总汇集排。它是垂直贯穿于建筑物各层楼的接地用主干线。其一端与接地引入线连通，另一端与建筑物各层钢筋和各层水平接地分汇集排分层相连，形成辐射状结构。垂直接地总汇集排宜安装在建筑物中央部位，也可在建筑物底层安装环形汇集排，并垂直引到各机房的水平接地分汇集排上。
●水平接地分汇集排。分层设置，各电子设备的接地线就近引入到水平接地分汇集排上。
④接地线。系统内各类需要接地的设备与水平接地分汇集排之间的连线。其截面积应根据可能通过的最大电流确定，并不准使用裸导线布放。
4.地线反击电压
采用共用接地之后出现的新问题是会出现地线反击电压现象。地线反击是由于雷电流流过地网，使正常情况下处于低电位的接地导体的电位升高，再经地线反击到电子设备，使设备出现过电压。地线反击也属传导性干扰，对电子设备会造成很大的危害，而且这也是造成设备损坏的重要因素，但这一点往往被人们忽视。地线反击和接地系统有着密切关系，接地冲击电阻越小，反击电压也就越低，给设备造成的危害也就越小。
建筑物遭雷击后，接地系统的电位升高，使所有与它连接的设备外壳带上了高压。而电子设备外壳又是经过信号线或电源线引至远端的零电位点，于是升高的外壳电位便在设备的平衡电位纵向绝缘上出现高压，并可能导致绝缘被击穿。为此建筑物进线应用金属护套电缆或采用对电力电缆加强绝缘、隔离、分流限幅等方法进行防护。加强绝缘就是提高界面处直接承受冲击电压的介质绝缘水平，使其不被过电压击穿。隔离，如在电源进线上，加装1∶1的隔离变压器，以使电子设备与供电电源没有电气上的连接，相当于将反击电压转移到隔离变压器的一次侧和机壳之间，从而保护了设备的安全，如图4-24所示。信号线侧也可采用类似措施。分流限幅其实就是利用纵向保护，当地线的电位提高之后，启动线路防雷器的纵向保护元件，地电位的提高实际上相当于从线路引入极性相反的冲击波，线路上防止雷电冲击波侵入的纵、横向保护在这种情况也起保护作用。因此不论采用何种接地方式，系统和外界的连线总是应该安装防止纵、横向瞬间过电压的保护设备。采用共用接地后，有可能因设计或施工不合理，在设备之间产生干扰，这应该引起注意，并应采取相应措施予于消除。
处于不同接地点的电子设备（不在一幢大楼内的电子设备，很可能就不是一个接地点）彼此互连时应采取隔离或其他防反击措施。建筑物遭雷击或附近地区雷电放电所产生的瞬变电磁场，会在建筑物内信号线路接口处产生瞬态过电压，此过电压大小与布线走向等有关，因此合理布线、屏蔽及接地是非常重要的。
图4-24 地线反击电压的转移
5.接地电阻
GB 50057—2010中具体而详尽地描述了合格的接地装置，并规定了各类防雷建筑所限定的接地电阻值，有的必须低于5Ω，有的必须低于10Ω，总之，对于防雷已形成一种概念：就是接地电阻越小，防雷效果越好。可是实践并没有提供证据。接地电阻的定义与测量有关联：“接地体的直流（或工频）接地电阻是指：当一定的直流（或工频）电流I流入接地体时，由接地体到无穷远处零位面之间必有电压V，V/I的值定义为接地电阻R”。显然，这里是把接地体和周围的大地一起看作是与金属导体相等同的导体了，并同时承认欧姆定律是适用的。因为欧姆定律是在金属导体上得到确证的，不论电流多大，V/I值总是恒定值，这个值就定义为金属导体的电阻。所以一般从事防雷的人员在接受接地电阻这一物理概念时会把它当作金属导体的电阻考虑，很少人会去思索两者间有很多差异。
金属导体中欧姆定律之所以能够成立，完全可以从金属的电子理论得到解释。这个理论指出：金属导体内有密度非常大的自由电子，这个密度值是不随导体内的电场强度而变化的，所以导致电阻值R是与电压V及电流I无关连的恒量。而大地并不是金属组成的，传导电流的微观结构和载流子等与金属有很大差异。当大地的土壤里的电流或电压足够高时，会出现火花效应，也就是出现击穿效应，载流子数量突然剧增，电阻突然下降，也就是说此种状态不满足欧姆定律。现在，防雷工程界已引入“冲击接地电阻”概念，让人们注意到了“接地电阻”概念并不简单，但不能提出准确的科学理论来定量描述闪电入地后的客观规律。这是由于自然界的落地雷是小概率的、极端无规则的随机现象，目前仍没有通过实验观测来研究出它的规律性。
电阻这个物理概念是在直流电路的范畴里建立的，在高频电路里就出现争议，在高频和微波领域，就要增添种种补充说明。接地电阻这个物理概念就更加复杂，这里仅指出两点：
①由于电流与电压有相位的差异，电阻应以复数取代实数来表征。
②导电媒质不限于金属导体，它们在不同的频率下有不同的导电表现，可以是导体，（当传导电流远大于位移电流）也可能是不良导体，还可能是电介质（当传导电流远小于位移电流）。
例如，以低频下相对电容率ε=14和电导率g=10-2Ω/m的土壤来考察，在103Hz频率下，它的性质像导体，在3×1010Hz的微波频率它的性质为介质或者说是绝缘体，而在107Hz的频率下它的表现为不良导体。众所周知，雷电的频谱甚宽，从直流一直到1016Hz以上。既然雷电是一种频谱极广的电磁现象，那么仅以静电学和直流电路的概念来描绘雷电的物理过程太脱离实际了。
决定接地电阻大小的因素很多，计算传统地网接地电阻的公式（仅以接地环接地时）如下：
式中，ρ为土壤电阻率（Ω·m）；d为钢材等效直径（m）；S为地网面积（m2）；H为埋设深度（m）；L为接地极长度（m）；A为形状系数。
式（4-18）表明，传统的接地方式在土壤电阻率已经确定的情况下，要想达到设计要求的接地电阻值必须有足够的接地面积，要降低接地电阻只有扩大接地面积，每扩大4倍的接地面积，接地电阻会降低1倍。
式（4-19）和式（4-20）表明，在上述的接地网中，要降低接地电阻的另一个方法是加大接地材料的尺寸，但是耗材太大效果并不理想。
单使用接地环要达到某个接地电阻值时，由于接地电阻与接地环包围的面积S和土壤电阻率有关，所以可以从这两方面入手进行限制。以常见的土壤电阻率为200Ω·m来分析，要做接地电阻为1Ω的地网，其占地面积应为10000m2。即使对于大型建筑物而言，本身占地很大，也只能建设一个这样的地网，但是对于这样大型的建筑即使是以联合接地的办法，考虑到要求独立地的设备，一个地网是远远不够的。在建筑林立的城市和地形复杂的山地要求大面积可供施工的土质空地是不太可能的，即使在地理条件许可的地方，由于开挖量大、耗材多、工程费用高，这也是不可取的。所以，需要运用更好的接地材料和施工设计方法。
通常的防雷接地的接地电阻要求是小于10Ω，实际上某些设备防感应防雷的接地电阻要求小于4Ω或小于1Ω。这里常常有个误区，认为做到10Ω、4Ω或1Ω的接地电阻就满足了设计要求，而没有考虑季节因素。因为，土壤电阻率是随季节变化的，规范所要求的接地电阻实际上是接地电阻的最大许可值，为了满足这个要求，地网的接地电阻应按下式修正：
式中，Rmax为接地电阻最大值，如要求值为10Ω、4Ω或1Ω的接地电阻；ω是季节因数，根据地区和工程性质取值，常用值为1.45。所以接地电阻实际值是：R=6.9Ω（Rmax=10Ω）；R=2.75Ω（Rmax=4Ω）；R=0.65Ω（Rmax=1Ω）。
这样，地网才是符合规范要求，在土壤电阻率最高的时候（常为冬季）也要满足设计要求。接地工程本身的特点是周围环境对工程效果有着决定性的影响，脱离了工程所在地的具体情况来设计接地工程是不可行的。设计的优劣取决于对当地土壤环境等诸多因素（如土壤电阻率、土层结构、含水情况、季节因数、气候以及可施工面积等因数决定了接地网形状、大小、工艺材料的选择等）。
接地在防雷工程中的作用举足轻重，一个良好的接地系统不仅会使雷电流泄放的速度加快，缩短雷电压在建筑各系统停留的时间，而且有利于降低雷电流入地时地电位瞬间升高的幅度。
6.接地电阻构成
接地装置的接地电阻由以下几部分构成：
①接地引线电阻。它是指由接地体至需接地设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。
②接地体（水平接地体、垂直接地体）本身的电阻，其阻值与接地体的材质和几何尺寸有关。
③接地体表面与土壤的接触电阻。其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面和接触的紧密程度有关。
④散流电阻是从接地体开始向远处（20m）扩散电流所经过的路径的电阻，决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。
接地电阻虽由四部分构成，但前两部分所占接地电阻的比例较小，起决定作用的是接地体表面与土壤的接触电阻和散流电阻。故降低接地电阻应从这两部分开展工作，从接地体的最佳埋设深度、不等长接地体技术及化学降阻剂等方面来讨论降低接触电阻和散流电阻的方法。
垂直接地体的最佳埋设深度是指能使散流电阻尽可能小，而又易达到的埋设深度。在决定垂直接地体最佳深度时，应考虑到三维地网的因素。所谓三维地网是指接地体的埋设深度与接地网的等值半径处于同一数量级的接地网（即埋设深度与等值半径之比大于1/10）。在可能的范围内埋设深度应尽可能取最大值，但并不是埋设深度越深越好，如果把垂直接地体近似为半球接地体，其电阻为
式中，ρ为土壤电阻率；L为垂直接地体的埋设深度。
从式（4-22）中可见，R与L成反比，为使R减小，L越大越好，但对上式偏微分，得
可以得出，随着L的增大，降阻率∂R/∂L与L2成反比下降，就是当增大L到一定程度后，基本上呈饱和状态，降阻率已趋近于零。垂直接地体的最佳埋设深度不是固定的，在设计中应按接地网的等值半径，区域内的地质情况来确定，一般取1.5～3.5m为宜。
7.接地材料的选型
接地材料是接地的工程的主体材料，它的选择很重要。广泛使用的接地工程材料有各种金属材料（最常用的如扁钢）、接地体、降阻剂和离子接地系统等。金属材料如扁钢，也常用铜材替代，主要用于接地环的建设，这是大多接地工程都选用的；接地体有金属接地体（角钢、铜棒和铜板），这类接地体寿命较短，接地电阻上升快，地网改造频繁（有的地区每年都需要改造），维护费用比较高，但是从传统金属接地极（体）中派生出的特殊结构的接地体（带电解质材料）使用效果比较好，一般称为离子或中空接地系统；另外就是非金属接地体，使用比较方便，几乎没有寿命的约束。降阻剂分为化学降阻剂和物理降阻剂，化学降阻剂自从发现有污染水源事故和腐蚀地网的缺陷以后基本上不再使用，现在广泛接受的是物理降阻剂（也称为长效型降阻剂）。
物理降阻剂是接地工程广泛使用的材料，属于材料学中的不定性复合材料，可以根据使用环境形成不同形状的包裹体，所以使用范围广，可以和接地环或接地体同时运用，包裹在接地环和接地体周围，达到降低接触电阻的作用。物理降阻剂有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。现在的较先进降阻剂都有一定的防腐能力，可以延长地网的使用寿命。其防腐原理一般来说有几种：牺牲阳极保护（电化学防护），致密覆盖金属隔绝空气，加入改善界面腐蚀电位的外加防腐剂等方法。物理降阻剂有超过30多年的工程实践，经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是施工工艺都已相当成熟。降阻剂的主要作用是降低与地网接触的局部土壤电阻率，也就是降低地网与土壤的接触电阻，而不是降低地网本身的接地电阻。
（1）稀土防雷降阻剂
稀土防雷降阻剂是由高分子导电材料制造而成的高科技产品，它是一种高导低阻、高效率的离子型降阻剂，降阻效果好、时效性长、性能稳定、无毒、无腐蚀，并能延缓土壤对接地体的腐蚀，起到保护接地体的作用。
目前，稀土防雷降阻剂在原有降阻效率高的基础上，取得了最大的成功是防腐蚀性能上的突破。当国内众多的降阻剂仍然依靠镀锌才能防腐蚀的情况下，稀土防雷降阻剂已不需要镀锌就能达到防腐蚀效果。采用稀土防雷降阻剂后，不镀锌材料的年腐蚀率为0.0021～0.0033mm/年，比国内同类产品镀锌材料的年腐蚀率为0.0071～0.0082mm/年还要小几倍。稀土防雷降阻剂不仅在防腐蚀方面取得强大的突破，还可为工程节省大量的镀锌费用，避免了因锌腐蚀而产生的重金属污染土质。稀土防雷降阻剂的另一优势在于可直接采用干粉施工，效果与水拌和使用的情况相同。对高山或缺水地区的使用，提供了极大的便利。
先进的稀土防雷降阻剂需要与先进的接地设计理念和先进的施工工艺相协调才能达到理想的接地效果。过去那种靠挖泄流坑，将接地极板、角钢接地框架、降阻剂（甚至还有人会用食盐或工业盐）都通通倒入坑内，再用土盖上的施工方法，只能满足接地电阻值要求不高的系统（用盐只能暂时达到较小的电阻，当盐溶解和挥发时，地电阻会迅速升高，还会严重地腐蚀接地体，甚至造成接地体断裂）。只有采用水平接地极加上垂直接地体形成复合接地网，在网上敷设降阻剂，才可达到降低接地电阻值和瞬间泄流的目的。由于降阻剂的亲和作用和吸附作用，时间一长，接地电阻值会逐步下降并趋于稳定，不会受到季节变化的影响。无论干旱、下雨，冬天、夏天，其接地电阻值几十年都不会发生变化。如某电视发射台在1989年使用稀土防雷降阻剂改造发射台接地电阻为0.48Ω，2000年3月复测仍为0.48Ω；同样在高山上的某微波站1990年使用稀土防雷降阻剂改造后，接地电阻为2.8Ω，2000年3月复测仍为2.8Ω，接地电阻值稳定不变。
（2）非金属接地体(www.xing528.com)
非金属接地体是由导电能力优越的非金属复合材料加工成型的，其加工方法有浇注成型和机械压模成型的，一般来说浇注成型的产品结构松散、强度低、导电性能差，而且质量不稳定。机械压模法是使用设备在几到十几吨的压力下成型的，不仅尺寸精度较高、外观较好，更重要的是材料结构致密、电学性能好、抗大电流冲击能力强，质量也相当稳定，但是生产成本较高。在进行非金属接地体选型时，尽量采用机械压模的非金属接地体，特别是接地体有抗大电流或大冲击电流的要求（如电力工作地、防雷接地）时，不宜采用浇注成型的非金属接地体。非金属接地体的特点是稳定性优越，是不受腐蚀的接地体，所以，其不需要地网维护，也不需要定期改造。此外，非金属接地体施工需要的地网面积比传统接地面积小很多，但是在不同地质条件下也需要保证足够接地面积才可以达到良好的效果。
（3）离子（中空）接地体
离子（中空）接地系统是由传统的金属接地改进而来，从工作原理到材料选用都发生了质的变化，形成各种形状的结构。这些接地系统的共同点是主结构部分采用防腐性更好的金属，内填充的填料为电解物质，外包裹导电性能良好的不定性导电复合材料，一般称为外填料。接地系统的金属材料已有不锈钢、铜包钢和纯铜材的。不锈钢的防腐较钢材好，但是在埋地环境中依然会锈蚀，以不锈钢为主体的接地系统不宜在腐蚀性严重的环境中使用。表面处理过的铜是很好的抗锈蚀材料，铜包钢是铜-钢复合材料，钢材表面覆盖铜，可以节约大量的铜材。采用套管法或电镀法生产，表面铜层的厚度为0.01～0.50mm，厚度越厚防腐效果越好。纯铜材料防腐性能最好，但是要耗用大量的贵金属，只适合在性能要求较高的工程中使用。由于接地系统大多向垂直方向伸展，所以接地面积大多要求很小，可以满足地形严重局限的工程需要。补偿类型的接地系统有加长设计的，使用加长至24m的接地系统，辅以深井法施工，可以达到非常好的效果。
以上介绍的接地材料各有优势，但是都有自身的局限，提倡各取所长，选择适当的材料满足不同的接地工程。各种接地材料特性见表4-7。
表4-7 各种接地材料特性
（续）
图4-25 多根接地体的电流散布图
8.不等长接地体技术
由于在接地网中各单一接地体埋设的间距一般仅等于各单一接地体长度的两倍左右，此时电流流入各单一接地体时，会受到相互的制约而阻止电流的流散，即等于增加了各单一接地体散流电阻。这种影响电流流散的现象，称为屏蔽作用，如图4-25所示。由于屏蔽作用，接地体的散流电阻并不等于各单一接地体散流电阻的并联值，此时，接地体组的散流电阻为
式中，RL为单一接地体的散流电阻；n为接地体组并联单一接地体的根数；η为接地体的利用系数，它与接地体的形状和位置有关。
从理论上说，距离接地体20m处为电气上的“地”，即两接地体间距大于40m时，可以认为接地体的利用系数η为1。在接地网的接地体的布置上，很难做到两个单一接地体相距40m。为解决在设计实践与理论分析中的矛盾，采取不等长接地体技术，能取得良好的效果。不等长接地体技术即为各垂直接地体的长度各不相等，在接地体的布置上，采取垂直接地体布置为两长一短或一长两短，以使接地体间的屏蔽作用减小到最小。不等长接地体技术不论是在理论上还是在实际应用中，都较好地解决了多个单一接地体间的屏蔽作用问题，提高了各单一接地体的利用系数，降低了接地体的散流电阻。
鉴于目前国内各种接地系统的概念并不清晰，以及许多用户对接地概念比较模糊，为此对接地网在接地工程中应用的实效性应进行认真的探讨。根据电工技术理论，接地电阻的计算公式为
式中，R为使用接地棒以后的工频接地电阻；ρ为相应的土壤电阻率；L为接地棒伸入地下的长度；d为接地棒的截面直径。
在实际工程中，采用的是以下几种垂直接地体或垂直接地体与水平接地体结合的方案。现根据电工技术理论，把计算公式阐述如下。
对于几个并联的相同垂直接地体，有
式中，Rn为并联的相同垂直接地体的工频接地电阻；Rc为单根垂直接地体的工频接地电阻；n为垂直接地体的根数；ηc为垂直接地体的利用系数，其值可查阅相关的电工技术手册。
对于垂直、水平综合接地体，有
式中，Rz为垂直、水平综合接地体的工频接地电阻；Rc为单根接地体的工频接地电阻；Rp为单根水平接地体的工频接地电阻；ηc为垂直接地体的利用系数；ηp为水平接地体的利用系数。
选用接地铜棒为垂直接地体，接地扁钢为水平接地体，进行了大量的实测、统计，得出了如图4-26所示曲线。
从图4-26可以看出，接地体在深入地下10m左右土壤时，接地电阻就降到了10Ω左右，深入地下15m以上，再增加深度接地电阻的下降效果显著降低。所以在接地工程中，垂直接地体的工程深度应选为10～12m。
采取多组垂直接地体或垂直、水平综合接地体进行实地测量，现把工程中实测的结果统计绘制如图4-27的曲线。垂直接地体的地下深度为10m，垂直接地体的间距采用10m。
图4-26 接地电阻与接地体的深度曲线
图4-27 接地电阻与垂直接地体根数曲线
从曲线中可以看出采用多根并联垂直接地体比单根垂直接地体，有明显的降阻效果，而采用垂直、水平综合接地体的方案更优于并联接地体方案。
但是，接地工程既要考虑降阻效果又要考虑施工量、施工成本等因素，所以每个工程都要经过严格的工程实地勘测计算和论证，最后确定工程方案。
9.接地装置布置
土壤电阻率的测量是接地工程设计中获得重要的第一手资料的方法，由于受到测量设备、方法等条件的限制，土壤电阻率的测量往往不够准确。特别对地质结构复杂的地域，其占地虽然不大，但多为不均匀地质结构。现在的实测往往只取3～4个测量点，过于简单。采用设计手册中提供的计算平均电阻率的方法，可使设计误差值减小。根据地网接地电阻的估算公式为
式中，ρ为土壤电阻率（Ω·m）；S为接地网面积（m2）；R为地网接地电阻（Ω），
地网面积一旦确定，其接地电阻也就基本确定。因此，在地网布置设计时，应充分利用可利用的全部面积，如果地网面积不增加，其接地电阻是很难减小的。
在采用以水平接地线为主，带有垂直接地极的复合型地网设计中。根据R=0.5ρ/S可知接地网的接地电阻与垂直接地极的关系不大。理论分析和试验也证明，面积为（30×30）～（100×100）m2的水平地网中附加长2.5m×40mm的垂直接地极若干，其接地电阻仅下降2.8%～8%。但是，垂直接地极对冲击散流作用较好，因此，在独立避雷针、避雷线、避雷器的引下线处应敷设垂直接地极，以加强集中接地和泄放雷电流。
地网均压网的设计根据设计规程规定，当包括地网外围4根接地线在内的均压带总根数在18根以下时，宜采用长孔接地网。考虑均压线间屏蔽作用，均压线总根数一般为8～12根。故根据规程规定，一般采用长孔方式布置。而方孔地网纵、横向均压带相互交错，因此地网的分流效果优于长孔地网的均压效果，且可靠性高。长孔地网均压线与主网连接薄弱，均压线距离较长，发生接地故障时，沿均压线电压降较大，易造成信号电缆及设备损坏。当某一条均压线断开时，均压带的分流作用明显降低，而方孔地网的均压带纵横交错，当某条均压线断开时对地网的分流效果影响不大。
地网的敷设深度在规程和新规范中明确指出，接地网的埋设深度宜采用0.6m。在设计手册中又补充到：“在冻土地区宜敷设于冻土层以下”，现设计中一般将地网全部埋设于冻土层以下。地网敷设深度对接触电势的影响较大，它也是地网设计中的一个重要参数。地网设计的问题之一就是如何降低地网的最大接触电势。地网的接触电势的最大接触系数Kjm与地网的埋设深度有关，接地网的埋设深度由零开始增加时，其接触系数Kjm是减少的，但埋深超过一定范围后，Kjm又开始增大。当埋深增加到一定深度后，电流趋向于地层深处流动，地面上的电流密度越来越小，因而网孔中心地面与地网之间的电位差又开始增大。
如地网处于季节性冻土地区，如按规程规定将地网敷设在0.6m深度时，冬季将使地网处于冻土层中。由于土壤冻结后其电阻率将增大为原来的3倍以上，这对地网接地电阻将产生一定的影响。目前采用的地网是以水平接地线为主边缘带有垂直接地极的复合型地网，冬季垂直接地极大部分伸于下层非冻结土壤中。此时土壤结构可以等效为两层电阻率不同的土壤结构。有研究表明，对于处于双层土壤介质中的垂直电极，其各部分的散流密度与周围介质的电阻率成反比，除了在电极尖端处具有ρi×Ji等于常数（其中Ji为处于电阻率，ρi为土壤中的电极部分的散流密度）。此时，当电极有一部分进入下层土壤时，整个电极的散流电阻将主要取决于下层土壤。此时地网的接地电阻也将主要取决于地网的非冻结土壤。因此，在季节性冻土地区非常适合采用这种带有垂直接地极的复合型地网。
如果冻土深度为2m，那么单纯为地网敷设将使工程开挖土方量大大增加，使施工困难，工程造价也随之上升。因冬季土壤的冻结对接地电阻有影响，对此可通过其安全要求的各种因素进行综合比较，合理控制。因此，在工程设计中应合理地确定地网的埋设深度。
深埋接地方法在国外早已使用，并在实际应用中已取得了良好的效果，我国近年来也开始采用这种方法，并在逐步推广。深埋接地有以下几个优点：
①不受地方、环境的限制，尤其适合在建筑物拥挤、地网区域狭窄的场合应用。在这种场合采用传统的方法很难找到埋设接地极的地方，安全距离又无法得到保证。通过深埋措施不但可以起到降阻，又可大大减小跨步电压。
②深埋接地体受季节变化小，可获得稳定的接地电阻。
③深埋接地体可以获得最佳土壤电阻，土壤电阻随着深度的增加而大大减小，尤其是含沙土壤，含沙土壤一般都在3m以内的表面层，在地层深处的土壤电阻系数较低。
10.降阻剂的应用
降阻剂的降阻机理是在液态下从接地体向外侧土壤渗出，经若干分钟固化后起着增大散流电极接触面积的作用。因降阻剂本身是一种良好的导体，将它使用于接地体和土壤之间，一方面能够与金属接地体紧密接触，减小接地体与土壤的接触电阻，形成足够大的电流流通截面；另一方面，它能向周围的土壤渗透，降低土壤的电阻率，在接地体周围形成一个变化的低电阻区域，从而显著扩大接地体的等效直径和有效长度，对降低接触电阻及散流电阻有着明显效果。如JZG-02型长效防腐降阻剂的使用寿命可达20年以上，在其寿命周期内性能稳定，不需要维护保养，并且具有良好的电解质性能和吸水性。
降阻剂是利用膨润土中的稀土金属元素成分和半导体材料，以及土壤的能量密集性，添加高分子导电材料和无机缓蚀剂等组合成的高性能长效降阻剂，具有较高的导电性、吸水性和保水性等优点。
（1）降阻机理
接地体施加了高效膨润土降阻剂以后，由于降阻剂加水后的体积会膨胀到原体积的2～3倍，扩大了接地体的有效截面积，填充了接地体周围的土壤间隙，使接地体的有效散流面积增大，接地电阻降低。
降阻剂一方面与接地体接触紧密，降低了接触电阻；另一方面，降阻剂具有的膨胀特性，施加以后，降阻剂的渗透性能改善了周围土壤的电阻率。增大了大地的泄流面积，使接地体周围的土壤形成一个变化缓慢的低电阻区。降阻剂具有较强的吸水性、保水性，从而大大改善了土壤的导电性能，降阻剂特别适合北方干旱和缺水的高山地区使用。
（2）防腐性能
降阻剂的另一个重要特性是具有良好的防腐性能，降阻剂加水以后施加于接地体周围，一方面与接地体接触紧密，内部不存在空气，避免了接地体的吸氧腐蚀；另一方面，降阻剂中的防腐元素与金属接地体长期接触以后，能与金属接地体发生钝化反应，在金属接地体的周围形成一层钝化膜，对接地体实现保护功能，延长了金属接地体的使用寿命。
（3）稳定性和长效性
①性能稳定。降阻剂的各种特性完全属于物理性，不会因时间的流逝而改变。在大的工程短路电流和雷电流冲击后其特性能基本保持不变。
②吸水性和保水性较强。大地的导电主要靠离子导电，离子又必须在有水的介质中存在，降阻剂具有的吸水性、保水性，施工后的降阻剂保持黏稠的胶体状，保持了充足的水分。
③不易随水土流失。施工后的降阻剂黏性大、胶质价高，结构致密，除了其本身内在的渗透性以外，降阻剂本身不会因水位下降和雨水增多而流失。
（4）污染问题
降阻剂本身不含铅、砷等有害、有毒元素，对环境不存在污染问题。
（5）功效分析
在高土壤电阻率地区（ρ≥500Ω·m以上地区），对各种中小型接地系统，降阻效果显著，可将接地电阻降低到未加降阻剂的1/8～1/10（针对相同规格的接地体系统），且稳定性好；对大型接地系统，由于降阻剂的渗透性、扩散性，使接地系统的二维场变成了三维场，更重要的是降阻的防腐性能使地网免遭腐蚀，延长了地网的使用寿命。
在低土壤电阻率地区（ρ≤500Ω·m以上地区），对于中小型接地系统能使接地电阻降至未加降阻剂的1/4～1/6；对于大型接地系统结合合理施工，也具有良好的降阻效果。更主要的是，施加降阻剂以后可以改善接地体的冲击特性和地网的均压性能，降阻剂的防腐作用可使接地网受到防腐保护，在节约了钢材的同时延长了接地系统的使用寿命。总之，降阻剂的优点可以归纳以下几点：
①具有较低的电阻率、较高的吸水性和保水性，而且还具有的较好的稳定降阻作用。
②具有较好的防腐性、稳定性，并对接地网有良好保护作用，且具有的长效性。
③具有很好的耐冲击特性和均压效果，使其不但具有降低工频接地电阻的作用，而且具有降低冲击接地电阻的功效。
④不仅对中小型接地系统具有较大的降阻功能，而且对大型接地系统也能实现一定的降阻功能，更主要的是防腐作用和均压效果，使接地网系统具有很高的性能指标。
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