中波臺接地技術(shù)及實踐

劉 華 周曉川

接地網(wǎng)是對埋在地下的、有一定深度的多個金屬接地極，以及由導(dǎo)體將這些接地極相互連接組成一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的接地體的總稱。接地是為了滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需要和保護(hù)設(shè)備、人身安全而常用的一種技術(shù)。所謂接地，是將設(shè)備、儀表儀器、電路等某一部分通過接地裝置與大地緊密可靠地連接起來，即設(shè)備、儀表儀器、電路等某一部分與土壤間達(dá)成良好的電氣連接。實踐證明，中波轉(zhuǎn)播臺接地技術(shù)雖然不是一門高精尖技術(shù)，若要理論和實踐并重，難度相當(dāng)大、不易掌握。中波轉(zhuǎn)播臺普遍應(yīng)用的接地具體包括：電氣接地、工作接地、保護(hù)接地、重復(fù)接地、共同接地、防雷接地、防靜電接地、屏蔽接地、高頻接地，等等。

因城市建設(shè)規(guī)劃需要，騰沖中波臺（以下簡稱“我臺”）于2010年開始遷建，根據(jù)我臺的實際情況和工作規(guī)范需求，我臺接地系統(tǒng)分為工作區(qū)接地和天饋線系統(tǒng)接地兩個部分。根據(jù)JGT/T16—92《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》，當(dāng)機(jī)房接地與防雷接地系統(tǒng)共用時，接地電阻要求小于1Ω。

1 設(shè)計思路

騰沖中波臺新址坐落于騰沖城西北方向5 km處，工作區(qū)（不含發(fā)射塔）占地1萬m2，有大小單體建筑物6棟，海拔1902 m，按設(shè)計和規(guī)范要求各棟建筑物防靜電、防雷、保密接地、用電保護(hù)接地、高頻、音頻接地分別小于100Ω、10Ω、8Ω、4Ω和1Ω，均為沖擊接地電阻值。經(jīng)實地檢測，該基礎(chǔ)地為粘性土壤，土壤電阻率在1500～1600Ω·m，如果將每棟建筑（設(shè)備）均做單獨(dú)接地，其接地電阻極難達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求，同時如各建筑（設(shè)備）單獨(dú)接地，不能達(dá)到嚴(yán)格意義上的隔離，且各地網(wǎng)會相互干擾，甚至產(chǎn)生地電位反擊。為解決各地網(wǎng)會相互干擾和產(chǎn)生地電位反擊的問題，同時節(jié)約接地網(wǎng)經(jīng)費(fèi)支出，整個工作區(qū)共做一個接地網(wǎng)，同時在重點(diǎn)部位如機(jī)房、辦公樓、高頻、音頻接地點(diǎn)做加強(qiáng)處理，即加裝接地模塊、增加垂直接地體，增強(qiáng)其散流作用。

1.1 埋設(shè)點(diǎn)的選取

土壤電阻率ρ的影響因素主要是土壤的礦物成分、含水性、結(jié)構(gòu)溫度等，土壤中所含導(dǎo)電粒子濃度越高，土壤的導(dǎo)電性越好，ρ就越小，反之就越大；土壤越濕，含水量越多，導(dǎo)電性能就越好，ρ就越小，反之就越大。所以，在選取埋設(shè)點(diǎn)時必須從增大接地體幾何尺寸和改善地質(zhì)電學(xué)性質(zhì)等方面考慮。埋設(shè)點(diǎn)應(yīng)選在土壤潮濕、背陽、易于施工的地段，同時應(yīng)考慮距離機(jī)房設(shè)備接地線的連接路徑最短。

1.2 接地體埋設(shè)

垂直接地極的接地電阻可用下式估算。

當(dāng)L≥d時，有：

式中，R——垂直接地極的接地電阻（Ω）；ρ——土壤接地電阻率（Ω·m）；L——垂直接地極的長度（m）；d——接地極的直徑或等效直徑（m）；等邊角鋼，b為角鋼邊長。

具有垂直接地體和水平接地體的復(fù)合接地網(wǎng)的電阻的簡化計算公式為：

R=eW為接地網(wǎng)的形狀修正系數(shù)；

式中，Lo為水平接地網(wǎng)外周邊線總長度（m）；s為接地網(wǎng)的總面積（m2）；L為水平和垂直接地極的總長度（m），L=LS+LC；LS為水平接地極的總長度（m）；LC為垂直接地極的總長度（m）；g為定常數(shù)，按下列方法選用：

當(dāng)LC≤LS時，g=1；

當(dāng)LC≥LS時，g=0.5。

1.3 工作區(qū)的接地實踐操作

圖1 工作區(qū)的接地實踐操作圖

如圖1所示，在供電房、機(jī)房、辦工樓周圍挖10個地井，1號地井尺寸為6m×6m×4.5 m，2至10號地井尺寸為2m×2m×2.5 m。每個地井打入4根2.5 m長,50×50×5 mm的熱鍍鋅角鋼垂直接地極再焊入一塊降阻模塊組合而成。東西方向和南北方向各做一接地溝，地溝深度為60 cm，地溝內(nèi)每3 m埋設(shè)一根2.5 m長50×50×5 mm的熱鍍鋅角鋼垂直接地極。1號地井倒入礦渣做土質(zhì)處理，改善接地效果，每個垂直接地體周圍倒入降阻劑夯實，再用40×4 mm熱鍍鋅扁鋼水平接地極將10個地井沿地溝連成封閉式的環(huán)形大接地網(wǎng)。經(jīng)實地測量，地網(wǎng)地電阻值為0.8 Ω。

1.3.1 機(jī)房接地

機(jī)房采用共地的接地方式，先用25 cm寬，0.8 mm厚的紫銅帶把所有電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地、防雷接地相互連接，然后與地網(wǎng)引出接地點(diǎn)用氣焊和錫焊方式焊接牢固。采用共用接地，電流在沖擊接地電阻上產(chǎn)生的高電壓，將同時存在各系統(tǒng)的接地線上，各地線之間不存在高電位差，也不存在同一設(shè)備各接地系統(tǒng)之間的擊穿問題。

機(jī)房內(nèi)各種電線電纜強(qiáng)、弱電信號線分開穿入PVC管中，從機(jī)房線纜溝走線。

1.3.2 防雷接地

每棟單體建筑在靠近環(huán)網(wǎng)時引兩根接地線和接地網(wǎng)焊接，同時各相鄰的單體建筑的接地網(wǎng)也最近兩兩焊接。如此既能最大可能增加接地體面積，還從根本上解決了整個工作區(qū)內(nèi)跨步電壓的危害問題。

1.3.3 電源系統(tǒng)的接地

通過地溝，將扁鐵引入供電室與高、低壓電源系統(tǒng)接地點(diǎn)牢固焊接。按照《GB50057—2010建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求，第4.3.3條規(guī)定：外部防雷裝置的接地應(yīng)和防閃電感應(yīng)、內(nèi)部防雷裝置，電子和電氣系統(tǒng)等接地共用接地裝置，并應(yīng)與引入的金屬管線做等電位連接。外部防雷裝置的專設(shè)接地裝置宜圍繞建筑物敷設(shè)成環(huán)形接地體。第4.3.8中的第4條規(guī)定：在電氣接地裝置與防雷接地共用或相連的情況下，應(yīng)在低壓電源線引入的總配電箱、配電柜裝設(shè)I級實驗的電涌保護(hù)器。因此在雷電波可能侵入的電源線路端口、穩(wěn)壓電源上加裝雷電浪涌保護(hù)裝置，將侵入系統(tǒng)的沖擊過電壓鉗制到允許的范圍。

2 天饋線系統(tǒng)的接地

2.1 設(shè)計思路

我臺地處高山地帶，有一部自立式雙頻共塔中波發(fā)射天線，工作頻率分別為540 kHz和990 kHz，對應(yīng)工作波長分別為555.5 m和303 m，我臺天線高度110 m，接近0.25 λ。根據(jù)中波廣播的傳播特點(diǎn)，它既可以沿地面繞射傳播，也可以通過電離層反射傳播。為有效防止大地對電磁波的吸收，以及避免雷電對發(fā)射機(jī)系統(tǒng)造成損壞，同時有效提高天線效率，增加節(jié)目覆蓋率和提高廣播質(zhì)量，發(fā)射天線鐵塔接地電阻越小越好。在天線高度和天線結(jié)構(gòu)一定的情況下，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基本是固定的，減小天線的功率損耗主要是減小天線電流回路中的地?fù)p耗。地面損耗主要集中在天線底部。提高天線的效率，最直接有效的方法是安裝地網(wǎng)。天線地網(wǎng)接地不良，不但影響雷電泄放，還會引起天線電壓駐波比升高，嚴(yán)重時能導(dǎo)致發(fā)射機(jī)保護(hù)關(guān)機(jī)或燒毀功放；同時，還影響天線的輻射效果。

地井復(fù)合地網(wǎng)能更好地降低地電阻，我臺天饋線接地系統(tǒng)由地井和地網(wǎng)構(gòu)成。

2.2 實踐操做

2.2.1 天饋系統(tǒng)地井的設(shè)置

如圖2所示，在天線塔基周圍做四個接地井，尺寸為4m×4m×2.5m，地井內(nèi)打入四根50×50×5cm熱鍍鋅角鋼和降阻模塊焊牢。地井間和天線塔基做一深60cm接地溝，接地溝內(nèi)同樣每3 m打入一根長2.5 m規(guī)格為50×50×5cm的熱鍍鋅角鋼垂直接地極，再用40×4cm熱鍍鋅扁。

圖2 天饋系統(tǒng)地井的設(shè)置圖

鋼水平接地極將四個地井和塔基連成封閉式環(huán)狀接地網(wǎng)，每個垂直接地體周圍倒入降阻劑夯實。經(jīng)實地測量，復(fù)合接地網(wǎng)地電阻值小于1Ω。

2.2.2 天線地網(wǎng)的埋設(shè)

考慮我臺天線場地實際情況我們采用Φ3 mm的紫銅線做地網(wǎng)線，長度為120 m（基本接近540 kHz波長的1/4），以天線塔基底部中心為圓心以輻射狀每3°向外均勻敷設(shè)一根地線，共敷設(shè)120根。施工時使用經(jīng)緯儀放樣并配合石灰粉劃線，確定地網(wǎng)線溝位置，線溝深度為40 cm。拉地網(wǎng)線時應(yīng)力求端正筆直，松緊適度。地線始端和匯流條與鐵塔底部基礎(chǔ)屏蔽銅皮用焊槍焊接牢固，塔基的防雷放電球下端也與屏蔽銅皮焊接在一起，同時起到的防雷作用。饋線地線、天調(diào)室屏蔽層等也與此焊牢，這樣不但能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(jī)穩(wěn)定輸出起到了可靠的保障作用。

3 接地系統(tǒng)的定期檢查和維護(hù)保養(yǎng)

為防止接地線和接地體因外力破壞損傷或斷裂，接地體因腐蝕或土壤變化而導(dǎo)致接地電阻變化，接地系統(tǒng)應(yīng)定期進(jìn)行檢查和測試。檢查內(nèi)容主要有：系統(tǒng)導(dǎo)線是否有銹蝕，接觸部件焊點(diǎn)是否有開焊；接地電阻值須定期復(fù)測，并將測試結(jié)果認(rèn)真記錄以便進(jìn)行比對分析，接地電阻值增大時，不可勉強(qiáng)使用，應(yīng)及時修復(fù)。發(fā)生強(qiáng)烈雷暴后，應(yīng)增加臨時性檢查，對有腐蝕性土壤，每3～5年對接地體檢查一次。

經(jīng)過多年的實際運(yùn)用，我臺兩部DAM10 kW全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，播音質(zhì)量均達(dá)到甲級指標(biāo)，在雷雨季節(jié)沒有發(fā)生雷擊停播事故，充分說明我們的接地系統(tǒng)安全可靠。

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