試論中波臺的接地設(shè)計理念和實踐

侯江濤

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時代的到來，現(xiàn)在的中波臺建設(shè)和設(shè)備配置越來越多的使用以太網(wǎng)、數(shù)字通訊、數(shù)字化廣播機，日趨大規(guī)模、高標(biāo)準(zhǔn)，而越來越多的各種電氣設(shè)備，衍生出繁蕪的電磁雜波，對弱電、微電子設(shè)備造成了不同程度的干擾。尤其是對廣播發(fā)射機及其附屬設(shè)備的影響，就很直觀地反映到播音的質(zhì)量，對計算機與通訊設(shè)備，亦會引起運行速度降低、數(shù)據(jù)丟失、誤碼率增高甚至死機等故障現(xiàn)象。因此，良好的接地系統(tǒng)不可或缺，合理埋設(shè)地線，降低接電電阻，提高信號傳輸質(zhì)量和效率，就值得我們不斷地實踐和探討。

本文闡述了104臺機房、天饋線系統(tǒng)的接地設(shè)計理念和實踐，希望通過這篇論文和廣電同行進行經(jīng)驗交流，共同提高，為河南廣播事業(yè)實現(xiàn)中原崛起而努力。

關(guān)鍵詞：接地；地線；地井；復(fù)合接地體

中波廣播主要靠地面波傳播。因為地面波傳播方式是垂直極化波，所以中波廣播發(fā)射天線都使用垂直鐵塔天線架立在地面上，而大地既不是理想的導(dǎo)電平面，又不是良好的絕緣體，當(dāng)?shù)孛媸艿桨l(fā)射天線輻射空間電磁波的作用時，在大地中會產(chǎn)生地電流。由于大地中的地電流必然產(chǎn)生地面的再輻射，因而在天線的輻射空間中，除了天線本身輻射所產(chǎn)生的主電場外，還有地電流所產(chǎn)生的附加副電場。因此，在天線傳播覆蓋范圍內(nèi)，總電場是兩個電場疊加形成的。在主電場和副電場的共同作用下，總電場是時刻變化的，同時會引起總磁場的變化。

我臺在建設(shè)初期，根據(jù)專家組的建議，接地系統(tǒng)分為兩個部分：機房的接地和天饋線系統(tǒng)的接地。

1 機房的接地

1.1 設(shè)計理念

1.1.1 埋設(shè)點的選取

埋設(shè)點應(yīng)選在土壤潮濕、背陽、易于施工的地段，同時還應(yīng)考慮距離機房設(shè)備接地線的連接路徑最短。埋設(shè)點土壤的電阻率取值，可以利用接地電阻測試儀測得。測量時應(yīng)在晴天、陰雨天等不同氣候條件下，在埋設(shè)區(qū)域內(nèi)選幾個點進行。讀出儀器所測得的讀數(shù)，然后取其平均值，即可計算出電阻率，以確定所選埋設(shè)點的土質(zhì)優(yōu)劣。土壤電阻率為：ρ=2πaR0（Ω·m）

式中：a——測土壤電阻率ρ時輔助棒的間距，a=4米

R0——測量的表頭讀數(shù)（Ω）

據(jù)此可以進行下一步的估算和設(shè)計，以確定埋設(shè)接地體的規(guī)格、數(shù)量及組合形式，使設(shè)備的接地電阻能達到預(yù)想的效果。否則，就應(yīng)另選地點，或在埋設(shè)時使用降阻劑等其它輔助措施。

1.1.2 接地體埋設(shè)

接地體通常采用垂直接地埋設(shè)形式?？蛇x用一段2～3m長的鋼管、角鋼等，垂直埋入地下，其上端距離土表面不小于600mm為宜，然后焊接一根扁鐵引出地面，作為接地線。這種地線的接地電阻可用下式估算 R=K·（ρ/L）

式中：ρ——土壤電阻率（Ω·m） L——接地體長度（m）

K——圓柱體形的垂直接地系數(shù)

接地體的直徑對接地電阻的影響很小，只是在選定長度后考慮必要的機械強度時，才作嚴(yán)格的定量選擇。根據(jù)地的電阻率隨深度而減小的規(guī)律，往往在達到一定的深度后，地電阻率會減小很多。因此利用大地性質(zhì)，深埋接地體后，使接地體深入到地電阻率低的地層中，通過小的地電阻率來達到減小接地電阻的目的，但超過3m時，雖然可以大大降低直流電阻，但對降低交流電阻作用不大。故垂直接地體的長度在2～3m之間。

從單根接地體向土壤中流散的電流，一般在離接地體20m以外才趨近于零，在埋設(shè)多根接地體組合時，復(fù)合接地體的接地電阻由下式計算：R復(fù)=R/（N·η）

式中：R——單根接地體的接地電阻

N——接地體的根數(shù)

η——接地體的利用系數(shù)

η的取值因素繁雜，一般在0.6～0.9之間，基本原則是接地體的根數(shù)愈多、間距愈小、組合形式愈密集，取值就愈靠近下限。

1.2 實踐操作

1.2.1 機房大樓的接地

根據(jù)測量值，在規(guī)劃的中心機房區(qū)域間，從南到北，鉆出12個直徑30cm，深3m的園柱形孔，再將直徑50mm壁厚5mm的接地體圓鋼打入孔中央，然后撒入降阻劑將接地體四周包裹夯實，在離地60cm處，用寬40mm，厚5mm的扁鐵將12根鋼管全部接在一起，為保證接地線連接處接觸緊密，接地圓鋼和扁鐵接觸點應(yīng)用電焊，焊接面是扁鐵面積的三倍，而且焊點做防腐處理。經(jīng)過實際測量，機房大樓接地電阻值小于0.1Ω。

1.2.2 中心機房的接地

通過地溝，將接地扁鐵用氣焊和錫焊方式與機房的接地紫銅帶連接。機房采用共地的接地方式，即采用單點接地的原理，用25cm寬，0.8mm厚的紫銅帶把所有電氣設(shè)備的工作接地、保護接地、防雷接地相互連接，組成一個封閉式的大接地網(wǎng)。這種接地方式是現(xiàn)今國際上推舉的最佳接地方式，其優(yōu)點是一方面可以經(jīng)濟地取得比較低的接地電阻；另一方面可以把因地電位差而產(chǎn)生的破壞減到最小，使其電位差形成“水漲船高”的接地電位網(wǎng)絡(luò)。

機房內(nèi)各種電線電纜均從暗式線管、線槽中走線，強、弱電信號線分開，電纜橋架進行屏蔽，消除地線干擾。

1.2.3 電源系統(tǒng)的接地

通過地溝，扁鐵引入高、低壓室和電源系統(tǒng)接地扁鐵焊接。高壓輸電線采用屏蔽方式，衰減施加在電源上的電磁干擾和過電壓能量。將進入機房前100m的架空明線改為地下電纜進入高壓室，纜線有金屬外護層和接地扁鐵緊密相連，并穿金屬管道，衰減施加在電源上的電磁干擾和過電壓能量。

在雷電波可能侵入的電源線路端口加裝必要的雷電浪涌保護裝置，將侵入系統(tǒng)的沖擊過電壓鉗制到允許的范圍。在機房高壓進線處，安裝一套金屬氧化物避雷器；在電源進線系統(tǒng)低壓配電盤處，安裝一套真空放電裝置；在穩(wěn)壓電源上安裝雷電浪涌防護器等。

1.2.4 備用機房的接地

在備用機房附近挖一個接地井，地井深2.2m，面積1.2m2，使用20kg木炭粒，100kg工業(yè)用鹽，接地體為長1m、寬0.5m、厚5mm的紫銅板，用寬300mm、厚0.5mm的扁平銅帶連接。下圖為接地井剖面圖。

首先在地井中均勻覆蓋一層50kg工業(yè)鹽，接著覆蓋一層10kg木炭粒，再將接地體放入地井中央，然后再覆蓋一層10kg木炭粒和一層50kg工業(yè)鹽，而后放水，確保整個地井內(nèi)被水浸濕，保證接地電阻小。其上覆蓋優(yōu)質(zhì)細土，邊回填邊夯實，埋在土壤中的接地裝置，其連接采用銅焊接，并在焊接處作防腐處理。

在室內(nèi)部分，采用扁平銅帶并用錫焊接，長度不超過20m，焊接截面積不小于150mm×80mm，把所有電氣設(shè)備的工作接地、保護接地、防雷接地相互連接，組成一個封閉式的大接地網(wǎng)。經(jīng)過實際測量，備用機房接地電阻值小于0.1Ω。

2 天饋線系統(tǒng)的接地

2.1 設(shè)計理念

我臺地處平原地帶，有兩部中波發(fā)射天線，塔基相距483米，工作頻率分別為657KHz和603KHz，對應(yīng)工作波長分別為456m和498m。為了提高天線的輻射功率，就必須盡量減小天線的損耗功率。天線的功率損耗包括天線電流回路中的地損耗、天線導(dǎo)體本身的損耗和天線塔基底部絕緣子的高頻損耗。由于后兩者都很小，可以只考慮地損耗。由于地面波場強遠大于天波場強，因此我們搞中波發(fā)射的課題就是如何提高地面波輻射強度，增加有效覆蓋。

為了減小天線輻射時天波與地波相互干擾造成的衰落現(xiàn)象，增加有效的覆蓋面，經(jīng)實踐證明，天線架設(shè)高度H=0.53λ為宜。我臺兩部發(fā)射天線高222m。

我臺天饋線接地系統(tǒng)由地網(wǎng)和地井構(gòu)成。

敷設(shè)地網(wǎng)是減小地電阻的行之有效的辦法，因為良好的地網(wǎng)能為天線電流回路提供一個良好的通路。實踐證明：當(dāng)塔基底部徑向距離（即以塔基底部中點為圓心劃圓）為0.5λ時，地電流趨于一個固定值，與天線架設(shè)高度無關(guān)，地網(wǎng)線長度一般取0.5λ。我臺根據(jù)場地實際情況，我們選取地網(wǎng)線長度為230米，基本接近0.5λ的取值要求，又保證了兩部發(fā)射天線地網(wǎng)不相連接。

地井的實現(xiàn)更使設(shè)備的接地電阻能達到預(yù)想的效果，我臺地處平原地帶，周圍高層建筑較少，發(fā)射天線高222m，遭受雷擊機會大。防雷系統(tǒng)能否起到保護作用，接地是否良好是關(guān)鍵，良好的接地能將雷電能量迅速釋放入大地。

2.2 實踐操作

2.2.1 地井設(shè)置

在天線塔基及天調(diào)網(wǎng)絡(luò)匹配室附近專門做兩個接地井，地井深4m，面積2m2，埋上長2m、寬1m、厚5mm的紫銅板。

我臺接地體采用垂直方式。垂直接地體埋設(shè)按設(shè)計要求，先鉆出園柱形孔，再將接地體角鋼放入孔中央，然后降阻劑將接地體四周包裹夯實，后食鹽、木炭屑、鐵屑交替添加，在降阻劑尚未完全凝固發(fā)硬時，其上覆蓋優(yōu)質(zhì)細土，邊回填邊夯實，而后放水，確保整個坑內(nèi)被水浸濕，保證塔基的接地電阻小。埋在土壤中的接地裝置，其連接采用焊接，并在焊接處作防腐處理。

垂直接地體采用直徑100mm，壁厚5mm圓鋼，接地線與水平接地體的截面相同。接地引線采用寬250mm，厚0.5mm扁平銅帶，室內(nèi)部分采用扁平銅網(wǎng)并用錫焊接，長度不超過30m，焊接截面積不小于40mm×4mm。接地引線作防腐、絕緣處理，裸露在地面以上部分，有防止機械損傷的措施。接地匯集引線設(shè)計成環(huán)形或排狀，材料為鍍鋅扁鋼，截面積不小于120mm2。經(jīng)實地測量，地井地電阻值小于0.1Ω。

2.2.2 天線地網(wǎng)的埋設(shè)

塔基用薄銅皮屏蔽，并在此屏蔽銅皮上焊上1圈匯流條。以天線塔基中心為圓心，以2m為半徑劃圓，將此圓120等分（即每3°為夾角埋1根），以圓心為始點向等分線拉地網(wǎng)線，呈放射狀均勻敷設(shè)到四周。下圖為地網(wǎng)埋設(shè)示意圖。

地網(wǎng)線采用φ3mm的軟銅線，長230m，拉地網(wǎng)線時應(yīng)力求端正筆直，但不應(yīng)過于繃緊，根據(jù)熱脹冷縮的道理，冬季導(dǎo)線可能會因受冷收縮而被拉斷。地網(wǎng)線拉好后，先將塔基的屏蔽罩、匯流條和各地網(wǎng)線的始端鍍上錫，然后把地網(wǎng)線的始端約50mm長的導(dǎo)線均勻分布在屏蔽罩的四周，用匯流條將地網(wǎng)線始端緊緊綁扎在屏蔽罩上，然后再用錫將地網(wǎng)線、匯流條深透牢固地焊接在屏蔽罩上，與1根約5m長的接地棒連接，塔基的防雷放電球下地端也接于此，能起到一定的防雷作用，并與饋線地線、天調(diào)室屏蔽層等相焊牢，這樣不但起到減少高頻損耗作用，而且有助于雜波的衰減，對發(fā)射機穩(wěn)定輸出起到了可靠的保障作用。測量地網(wǎng)地電阻值小于0.1Ω。

通過十年的實際運用，兩部HARRIS DX-200全固態(tài)中波發(fā)射機均運行正常，播音質(zhì)量優(yōu)良，沒有相互干擾串音的現(xiàn)象，取得了比較理想的效果，充分體現(xiàn)了中波臺接地系統(tǒng)的重要性、必要性，保障了廣播發(fā)送設(shè)備的良好運行環(huán)境，為河南廣播事業(yè)發(fā)展實現(xiàn)中原崛起的新局面做出了貢獻。