高山雷達(dá)站接地裝置處理

陳桂斌，林 彬，鄭烽鐘，鄭中凱

1.福建省長(zhǎng)樂(lè)市氣象局，福建 長(zhǎng)樂(lè) 350200

2.福建省平潭縣氣象局，福建 平潭 350400

0 引言

福州風(fēng)洞山二次雷達(dá)站位于長(zhǎng)樂(lè)江田鎮(zhèn)，雷達(dá)塔高20.8m，加天線罩高度約30.1m。由于雷達(dá)站位于海拔600多米的山上，雷達(dá)塔又高，周邊又是開闊的田野，長(zhǎng)樂(lè)區(qū)域年平均雷暴日為53.9天，屬于多雷區(qū)，因此整個(gè)雷達(dá)站就成了雷電容易襲擊的對(duì)象。

1 問(wèn)題的提出

接地是防雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷，感應(yīng)雷或其他形式的雷，最終都是把雷電流泄入大地，因此，沒有合理且良好的接地裝置是不能可靠地避雷的。正因?yàn)榻拥厝绱酥匾?，設(shè)計(jì)部門和用戶都對(duì)接地電阻值提出較高的要求，即接地電阻值≤4Ω。客觀地說(shuō)，這阻值對(duì)一般場(chǎng)地的要求不算高，但對(duì)多巖石的山地難度就大了。

風(fēng)洞山山頂巖石多，平面面積小，要達(dá)到接地電阻值≤4Ω，應(yīng)該說(shuō)難度還是比較大的。根據(jù)估算公式R=0.5*ρ/S1/2，風(fēng)洞山電阻率約ρ=2000Ω·m，設(shè)計(jì)院圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的地網(wǎng)總面積為2580m2，經(jīng)計(jì)算其接地電阻值為19.9歐與4.0歐相差較大，也說(shuō)明其難度。

2 解決問(wèn)題的思路

一個(gè)良好的地網(wǎng)除了要有較低的接地電阻外，地網(wǎng)的面積（對(duì)地電容），地網(wǎng)的形狀都是至關(guān)重要的?？梢哉f(shuō)接地裝置的防雷效果主要看其結(jié)構(gòu)和阻值:結(jié)構(gòu)合理可以避免雷電反擊；阻值低雷電散流快，被雷擊物體高電位保持時(shí)間短，危險(xiǎn)性小。

如何降低接地電阻阻值？一般方法是:改變接地電極形狀；增加水平接地體；充分利用建筑物的自然接地體。對(duì)電阻率較高的巖石地區(qū)，需要加大接地體的尺寸，使用降阻劑和換土法。

3 采取的具體措施

根據(jù)上述解決問(wèn)題的思路，在接地裝置結(jié)構(gòu)合理的前提下，采取能降低接地電阻阻值的方法措施。

3.1 采用綜合接地裝置

所謂綜合接地裝置就是多種接地合用一個(gè)接地網(wǎng)。它主要特點(diǎn)是防雷效果好，同時(shí)又能降低接地電阻值。我們知道獨(dú)立接地雖然在通訊方面具有抗干擾的優(yōu)點(diǎn)，但統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明在通訊網(wǎng)中獨(dú)立接地系統(tǒng)被雷擊損壞的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于綜合接地。這是因?yàn)楠?dú)立接地系統(tǒng)彼此間隔離，當(dāng)某地被雷擊時(shí)產(chǎn)生高電位容易對(duì)其它系統(tǒng)進(jìn)行反擊。而綜合系統(tǒng)彼此相連，即各系統(tǒng)間進(jìn)行了等電位連接，避免了雷電反擊，因此防雷效果好。另外，綜合系統(tǒng)把各地網(wǎng)連接在一起，相當(dāng)于把各系統(tǒng)的電阻并聯(lián)在一起，所以接地電阻值就降低。

3.2 應(yīng)用建筑物自然接地體

3.2.1 建筑物接地體

風(fēng)洞山雷達(dá)站是新建的建筑物，分別由配電房建筑物、雷達(dá)塔樓建筑物、生活工作樓組成我們要充分利用其鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，其梁、板、柱及基礎(chǔ)內(nèi)均有大量鋼筋，整體建筑構(gòu)架根據(jù)法拉第原理可形成一個(gè)等電位系統(tǒng)即籠式避雷網(wǎng)，這種網(wǎng)防雷既可靠又經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，這種建筑物有較龐大基礎(chǔ)的接地網(wǎng)，比較一般獨(dú)立接地對(duì)地電容值顯著增大，就使它的沖擊阻抗顯著降低，提高了雷電流的散流效果。但有兩點(diǎn)必須注意:其一、接地體的鋼筋要通長(zhǎng)電氣連接，主鋼筋上的接點(diǎn)還須焊接；其二，對(duì)水泥的要求不能用防水水泥、鋁酸鹽水泥、礬土水泥等。

3.2.2 雷達(dá)站圍墻建筑物基礎(chǔ)

雷達(dá)站圍墻建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)院圖紙無(wú)要求作為接地裝置的一部分，其圍墻總面積8000m2,圍墻基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，充分利用可以有效地降低接地裝置的成本。

應(yīng)用建筑物自然接地體同時(shí)配合回填細(xì)土可以達(dá)到更佳的效果。

3.3 應(yīng)用降阻劑

對(duì)于多巖石的山地來(lái)說(shuō)，要降低接地裝置，應(yīng)用降阻劑還是很須要的。但如何應(yīng)用才能達(dá)到效果好又經(jīng)濟(jì)，就要熟知降阻劑降低接地電阻的機(jī)理和理論依據(jù)。我們知道接地裝置的接地電阻由電極電阻、電極與土壤接觸電阻及土壤散流電阻三部分組成，其中電極是金屬結(jié)構(gòu)，所以電阻可略去不計(jì)，接地電阻主要由接觸電阻和散流電阻確定，而接觸電阻與接觸面積成反比，這樣隨著接觸面的增大而減少。由于土壤電阻率比降阻劑電阻率大2-3個(gè)量級(jí)，所以將降阻劑敷在接地電極和土壤之間有如增大接地電極的直徑，接地體尺寸的增加，而使接地電阻電阻減少。

另外，理論計(jì)算可知:對(duì)于半徑為r的金屬半球，其接地電阻約90%集中在自接地體表面至距球心10r的半圓球體內(nèi)。例如:半徑為r的半球，其接地電阻R=ρ/2πr，當(dāng)r1=10r時(shí)，R1=0.9R即R1占R的90%。說(shuō)明:離開接地極中心距離為接地極半徑r的10倍時(shí)，在10r以內(nèi)的土壤對(duì)接地電阻起很大作用。這就為降阻劑和換土法能降低接地電阻提供了理論依據(jù)。

3.4 接地泄流板的應(yīng)用

由于雷達(dá)站在山上，土質(zhì)為風(fēng)化巖，采用常規(guī)的接地裝置很難達(dá)到4Ω的接地電阻值，在實(shí)際施工中會(huì)采用較多的1米×1米鋼板坑（或稱接地泄流板），鋼板材料為500×500×5熱鍍鋅材料，鋼板坑回填采用降阻劑或細(xì)土，或采用400×400降阻模塊。這種接地裝置的主要原理是:以r為半徑 的金屬圓板，其接地電阻R1=ρ/4r，而以r為半徑 的金屬半球，其接地電阻R2=ρ/2πr，它們的接地電阻比值R2/R1=0.637說(shuō)明金屬半球接地電阻比金屬圓板接地電阻小，我們的鋼板坑就是模擬將平面接地體分割為若干個(gè)半球體，并將它們并聯(lián)在在一起，因此，它們的接地電阻會(huì)有明顯的降低。

4 結(jié)論

防雷系統(tǒng)六項(xiàng)要素接閃、分流、等電位連接、屏蔽、布線和接地，其中接地是各項(xiàng)的基礎(chǔ)，接地的妥當(dāng)與否，已成為歷來(lái)防雷技術(shù)上特別受重視的項(xiàng)目，各種防雷規(guī)范都作出明確的規(guī)定。它又是最費(fèi)工、費(fèi)錢、費(fèi)力的防雷措施，是防雷工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是安全檢測(cè)中心的主要工作，因此一定要努力做好。

[1]GB50057-94（2000年版）《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》.

[2]GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》.

[3]《接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測(cè)量導(dǎo)則第一部分》GB/T17949.1-2000.

[4]《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》03D501-3.