數(shù)字微波接地系統(tǒng)及降阻措施研究
2012-10-16 08:13:26王勝利
科技傳播 2012年22期
王勝利
山西省呂梁市龍山電視轉(zhuǎn)播臺，山西呂梁 033000
0 引言
為了避免影響建設(shè)微波塔或者對微波塔的高度有所影響，大多基地選擇在山區(qū)建設(shè)微波站，但是由于山區(qū)的地形復(fù)雜，再加上具有土壤電阻率高等特點，無論是微波站地網(wǎng)的設(shè)計還是施工，都存在較大難度，如果不能周全考慮，可能造成接地電阻不達標或者通信設(shè)備防雷保護措施不到位等問題。對于微波機房的接地建設(shè)來說，涉及到安全接地、工作接地或防雷接地等諸多類型，如果各個地網(wǎng)之間形成電位差，對設(shè)備和人體造成威脅。對于微波通信設(shè)施來說，具有較強的干擾敏感性，而微波通信站的地勢較高，其微波通信塔也較高，容易受到雷電沖擊；如果不能妥善做好接地處理，一旦發(fā)生雷電入地就會形成“反擊”或者地電位干擾，對微電子設(shè)備造成損壞。近年來，山區(qū)微波通信站的雷擊事故時常發(fā)生，大多為雷電流入地過程引發(fā)地電位干擾或者電源干擾問題，對微波設(shè)備造成損壞。因此強化數(shù)字微波接地系統(tǒng)的降阻措施，具有重要意義。
1 數(shù)字微波接地系統(tǒng)存在的問題
對于數(shù)字微波站的運行來說，為了更好地滿足通信需要，大多在山區(qū)空曠地區(qū)建設(shè)；而考慮到山區(qū)的雷電活動較為激烈，因此對如何防雷接地提出較高要求；再加上土壤中也具有極高的電阻率，給控制接地電阻帶來困難，造成微波站雷害事故多發(fā)。其存在的問題與原因可分析如下：
1）建設(shè)地形較為復(fù)雜
對于山區(qū)來說，土壤的電阻率較高，再加上地勢復(fù)雜，給接地設(shè)計與施工帶來難度；如果所處地區(qū)的土壤干燥，其導(dǎo)電能力也會降低，這是由于大地的導(dǎo)電是通過離子導(dǎo)線形式實現(xiàn)，而只在有水的情況下，無機鹽才可以離解成導(dǎo)電金屬離子，因此高山地區(qū)建設(shè)數(shù)字微波接地系統(tǒng)，電阻往往偏高。對于避雷系統(tǒng)的接地裝置來說，應(yīng)該是接地的電阻越小越好，那么土壤的電阻率就對接地電阻的大小起到?jīng)Q定性作用；根據(jù)土壤性質(zhì)、溫度、含水量及物理性質(zhì)、化學(xué)成本等不同，土壤電阻率也有所區(qū)別。
2）采用了錯誤的降阻方法
在采用降阻方法時，數(shù)字微波站的接地檢查過程中，發(fā)現(xiàn)了一些問題：其一，采用外延接地的方法不正確。在微波機房中，為了能夠控制接地電阻，在一定范圍內(nèi)設(shè)置外延接地模式，雖然這種方法在工頻接地電阻中較為有效，但是由于微波站采用接地手段的主要目標在于防雷擊，也就是減少沖擊接地電阻，考慮到接地體自身產(chǎn)生的電感作用，如果外延過長，必將對沖擊接地電阻造成影響；其二，利用化學(xué)降阻劑、食鹽或者木炭等實行降阻，這種方法雖然可以在短時間內(nèi)發(fā)揮作用，但是隨著水土流失的推進，化學(xué)降阻劑、食鹽或者木炭等就會失效，并且造成接地體的腐蝕問題。
3）運行維護措施不到位
首先，如果接地體發(fā)生腐蝕作用，那么就可能由于腐蝕電位差的存在而造成電化學(xué)腐蝕，甚至由于腐蝕斷裂問題而造成設(shè)備“失地”；其次，由于接地體的埋深度不足，采用碎石或者砂子進行回填，此時土壤中的含量相對較高，那么接地體就可能出現(xiàn)吸氧腐蝕問題，并且由于腐蝕而造成接地體和周圍土壤的接觸電阻增大，甚至在焊接位置發(fā)生斷裂現(xiàn)象，增大了桿塔接地電阻；再次，與微波鐵塔靠近的位置，由于山坡的坡度較大，再加上雨水沖刷作用，發(fā)生水土流失問題，一旦接地體外露就會直接和大地接觸。
2 數(shù)字微波接地系統(tǒng)的降阻措施
2.1 合理確定接地方法
在數(shù)字微波接地系統(tǒng)中，可以考慮適當?shù)卦黾拥鼐W(wǎng)面積；以微波塔、機房為中心位置，設(shè)置以水平接地為主的環(huán)形地網(wǎng)；如果接地電阻值不達標，則應(yīng)適當擴大面積，具體做法如下：在地網(wǎng)的外圍設(shè)置1-2圈的環(huán)形接地，包括水平接地體與垂直接地體，以此控制沖擊接地電阻，但同時也對接地體的長度提出了要求，如果接地體過長，可能由于受到電感影響而弱化接地電阻；對于水平接地體來說，應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場的地形、地勢以及沿著微波站向四周放射的方法，在周邊采取封閉模式，保持水平接地體和地網(wǎng)的同一水平面，而環(huán)形接地裝置和地網(wǎng)之間則需要焊接連通，一般將延伸的接地體長度控制在100m左右。
2.2 優(yōu)化采用接地原材料
對于埋設(shè)地網(wǎng)的材料來說，大多以鍍鋅管為主。鍍鋅管材料不容易腐蝕或者生銹，接地電阻相對較小，并且不會隨著時間變化、氣候變化等有所影響，使用壽命長，可有效降低材料成本。同時，在埋設(shè)地網(wǎng)過程中，應(yīng)注意避免使用鐵屑或者鹽，只埋設(shè)鋸糠、木炭或者降阻荊即可，有效避免鍍鋅管腐蝕生銹，確保其使用壽命。一般情況下，采取鍍鋅扁鋼作為避雷材料，在屋頂形成2m×2m范圍內(nèi)的網(wǎng)格，將網(wǎng)格和屋面的金屬構(gòu)件實行電氣連接處理，構(gòu)成具有多道屏蔽措施的防雷體系。通過這種方法，可以避免由于雷擊作用而對室內(nèi)設(shè)備造成損壞，也可減少電磁干擾作用；如果在微波接地系統(tǒng)的重要部位，也可選擇銅板作為接地材料，在條件允許的情況下，選擇扁平銅帶作為地線引出線，室內(nèi)則可采取扁平鍍銀銅網(wǎng)線，保障接地效果。
2.3 有針對性地選擇降阻劑
當前，在避雷接地的添加材料中大多采用降阻劑，主要具備如下優(yōu)勢：其一，降阻劑中涉及到多種成本，包括潤滑劑、固化劑、電解質(zhì)、填充材料等，具有一定吸水性和保水性；在接地體與土壤之間使用降阻劑，既可以實現(xiàn)和金屬接地體的有效結(jié)合，進而形成有效的電流流通面，也可以逐漸滲透到周圍，對周圍土壤的電阻率實行控制；在接地體的周圍，形成了一個平緩過渡的低電阻區(qū)域，進而實現(xiàn)控制電阻值的作用；其二，通過應(yīng)用電阻劑，不僅自身不會發(fā)生腐蝕作用，也可緩解金屬的腐蝕性，將土壤中含有的有害成分隔離，并且在金屬表面形成了一層鈍化保護膜；其三，在大電流的沖擊作用下，降阻劑不會自燃、熾熱或者產(chǎn)生揮發(fā)物，可發(fā)揮反復(fù)流通、耐受沖擊的作用。因此在施工過程中，應(yīng)該添加一定量的降阻劑。在凍土層以下需要埋設(shè)水平接地體，并且將埋深控制到0.6m之下；采用細土作為回填土，實行分層夯實方法，不得采用沙子或者碎石進行回填。由于采用的降阻劑大多具有較高的腐蝕電位，因此所有接地體都應(yīng)該均勻的包裹到降阻劑中，不得出現(xiàn)脫節(jié)或者接地體外露問題，避免由于腐蝕電位差的不同而造成電化學(xué)腐蝕作用。
在降阻劑使用過程中，還涉及到以下問題：其一，穩(wěn)定性問題。對于一些化學(xué)降阻劑來說，雖然在短時間內(nèi)的降阻效果良好，但是性能并不穩(wěn)定，隨著降阻劑的不斷滲透或擴散，尤其是雨水的流失，對降阻效果造成影響；其二，腐蝕性問題。一些降阻劑的腐蝕性較強，可能對剛接地體造成腐蝕；其三，實效性問題。對于降阻劑的應(yīng)用效果來說，主要強調(diào)自身的電阻率、保水性及滲透性等。因此在選擇降阻劑時，必須確保其性能良好、穩(wěn)定，可延長使用壽命。
2.4 選擇恰當?shù)耐庋咏拥匦问?/h3>
結(jié)合機房的地理地貌、位置來看，應(yīng)適當修改外延接地；對于降阻措施來說，外延接地簡單、有效，也是使用最多的措施之一；在確定外延接地過程中，應(yīng)結(jié)合外延接地的地形、面積、接地裝置以及土壤電阻率大小等，確定外延接地的大小。在外延接地部分，接地電阻的面積表達公式為：
應(yīng)該注意的是，在該公式中的地網(wǎng)網(wǎng)格如果達到一定密度，則可以達到該值目標，否則不能達到該數(shù)值。在條件允許的情況下，方可采用該公式對外延接地的數(shù)值進行確定。如果外延接地以水平地網(wǎng)形式為主，并且邊緣屬于閉合狀態(tài)，則從以下公式分別獲得接地地網(wǎng)帶寬、邊緣閉合接地的接地電阻、工頻接地系數(shù)和工頻接地電阻。
在該公式中，B代表接地地網(wǎng)的帶寬；α1代表工頻接地技術(shù)；h代表水平接地體埋深（m）；S代表地網(wǎng)面積（m2）；L代表水平接地體總長度（m）；L0代表接地網(wǎng)外延的長度（m）；ρ代表平均土壤電阻率（Ω）；d代表水平接地極直徑（m）；Rg代表等值方形地網(wǎng)的接地電阻（Ω）；Re代表閉合接地因的接地電阻（Ω）。
由上可見，在數(shù)字微波接地系統(tǒng)運行中，防雷是最重要的目標，因此在設(shè)置接地形式、選擇設(shè)備接地方法過程中，應(yīng)充分考慮降阻措施的合理性、有效性，盡量減少沖擊接地電阻，一般不考慮采取較長的外延接線或者深井接地方法。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，可采取深埋接地或放射形接地等，既要滿足技術(shù)要求，又要考慮經(jīng)濟性，最終提出合理的設(shè)計方案，加強維護手段，提高防雷效果。
[1]張亞軍，陳時敏，王魯寧.可靠性實驗室接地技術(shù)研究[J].艦船電子工程，2012(7).
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