中波發(fā)射臺接地地井的設(shè)計與建造

黃伯嘉

摘 要：中波發(fā)射的實質(zhì)就將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的大功率高頻信號通過發(fā)射天線發(fā)送到覆蓋區(qū)域，以達(dá)到節(jié)目覆蓋的目的，在整個發(fā)射系統(tǒng)中，工作穩(wěn)定的發(fā)射機(jī)、維護(hù)良好的饋線和天線、設(shè)計良好的天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)是發(fā)射質(zhì)量的根本保證，除此之外，還有一個不可或缺的重要因素——中波發(fā)射臺接地系統(tǒng)。設(shè)計合理的接地系統(tǒng)，可以起到防雷、防干擾、提高播出效率的作用。本文通過對中波發(fā)射臺接地的重要性進(jìn)行分析，結(jié)合筆者多的工作實踐，對中波發(fā)射臺機(jī)房設(shè)備、天饋線接地系統(tǒng)及接地地井的設(shè)計和建造方法進(jìn)行論述，希望通過這篇論文能為中波同行的工作實踐提供借鑒。

關(guān)鍵詞：中波發(fā)射臺；機(jī)房設(shè)備；天饋線系統(tǒng)；接地地井

1.中波發(fā)射臺接地系統(tǒng)

1.1 接地的實質(zhì)與作用

通常意義上的接地就是將電路某一等電位點、設(shè)備機(jī)殼等用低電阻導(dǎo)線連接起來，以構(gòu)成儀器或設(shè)備的基準(zhǔn)電位。若該點與大地進(jìn)行低電阻連接，則該點為大地電位；若不跟大地連接，則它僅是儀器設(shè)備的基準(zhǔn)電位，即浮地。本文所述的接地，都是設(shè)備機(jī)殼或電路等電位與大地實現(xiàn)低電阻連接。通常意義上的接地有兩個作用：一是為了安全，即電子設(shè)備出現(xiàn)漏電時能最大程度的保證人身安全；二是消除各電路電流流經(jīng)公共地線時產(chǎn)生的干擾電壓，也就是起到抗干擾作用。

1.2中波發(fā)射接地重要性

隨著時代的發(fā)展，中波發(fā)射臺已不是傳統(tǒng)的節(jié)目傳輸和發(fā)射，互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化廣播的普及與使用，越來越多的電氣設(shè)備，衍生出繁蕪的電磁雜波，這些雜波會不同程度的干擾廣播設(shè)備和廣播附屬設(shè)備，尤其是節(jié)目信號設(shè)備，這是一方面。另一方面，由于中波臺發(fā)射機(jī)房距離發(fā)射天線比較近，中波高頻電磁波又會反過來干擾中波臺的發(fā)射設(shè)備及弱電設(shè)備。如果發(fā)射臺同時發(fā)射多個頻率，那么中波臺附近的電磁環(huán)境會變得異常復(fù)雜。另外還有各種形態(tài)的雷電侵襲、發(fā)射機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的串?dāng)_問題、高頻電磁波之間的交調(diào)問題，都需要良好屏蔽接地來消除。因此，中波發(fā)射臺的接地問題是一個十分重要的問題。

1.3中波發(fā)射接地要求

通常意義上的接地是為了人身安全和抑制干擾，中波發(fā)射臺的接地還應(yīng)該具有防雷和提高播出質(zhì)量的作用。按照發(fā)射系統(tǒng)流程，中波臺的接地可分為以下三個部分。

一是信號源接地，信號源設(shè)備要單獨接地，不要與發(fā)射設(shè)備共用一個接地，避免發(fā)射機(jī)的交調(diào)信號串入信號源系統(tǒng)。信號源設(shè)備包括衛(wèi)星信號接收設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)信號接收設(shè)備、自動化監(jiān)聽監(jiān)控設(shè)備以及其他弱電設(shè)備；二是發(fā)射設(shè)備接地，發(fā)射設(shè)備主要是發(fā)射機(jī)，因為發(fā)射機(jī)是產(chǎn)生高頻大功率的電氣設(shè)備，為了防止高頻外泄，發(fā)射機(jī)在設(shè)計時都充分考慮了這一點，發(fā)射機(jī)的信號處理電路、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)都采用獨立的屏蔽箱，避免相互干擾。為了防止發(fā)射機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的接地等電位有差別，一般采用多個發(fā)射機(jī)共用一個等電位接地；三是天饋線系統(tǒng)接地，這也是中波發(fā)射臺接地方面的難點和重點。上面提到過接地的常規(guī)作用是安全和抗干擾，而天饋線系統(tǒng)的接地主要是解決發(fā)射效率和防雷的問題。因此，天饋線系統(tǒng)的接地問題比信號源系統(tǒng)和發(fā)射設(shè)備接地更復(fù)雜，涉及的問題更多。另外，中波發(fā)射臺的供配電系統(tǒng)可以與發(fā)射設(shè)備共用一個等電位接地系統(tǒng)。

接地系統(tǒng)的設(shè)計與建造，都要符合廣播電視安全播出管理細(xì)則的要求標(biāo)準(zhǔn)來實施。中波發(fā)射系統(tǒng)接地一般采用直接接地方式，接地線通常都采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。接地線引向接地極。由于中波發(fā)射系統(tǒng)工作頻率高，接地引線最好使用較寬的銅帶，或大截面銅母線，利用趨膚效應(yīng)可提高接地效果。機(jī)房所有接地電阻要小于1Ω，接地極最好埋在距設(shè)備5～15m遠(yuǎn)處，信號源接地和發(fā)射設(shè)備接地最好不要靠的太近，應(yīng)保持5米以上。

2.機(jī)房接地系統(tǒng)

中波發(fā)射臺的機(jī)房是各種強電、弱電、發(fā)射設(shè)備集中的地方，設(shè)計和建造良好的接地，既可以起到安全防干擾的作用，又可以起到防雷做好用。提高整個發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.1地井位置選擇

無論哪一種接地，最終都要引入到接地地井里面。地井位置應(yīng)選土壤潮濕、朝陰、易于挖掘的土質(zhì)地面，在條件允許的情況下，距離機(jī)房越近越好。也可以通過測量土壤的電阻率來選擇地井埋設(shè)地點。在預(yù)選的埋設(shè)區(qū)域選幾個測量點，使用電阻測試儀測量幾個點的電阻率，然后取其平均值，以確定預(yù)選的埋設(shè)點土質(zhì)電阻率的大小。

土壤電阻率為：ρ=2πaR0（Ω·m）

式中：a—土壤電阻率，ρ為輔助棒的間距，a=4米，R0—測量的表頭讀數(shù)（Ω）

通過測量計算，來確定接地電阻是否能達(dá)到預(yù)期效果，通過這種方法，多測量幾個預(yù)選點，以電阻率最低的點為地井埋設(shè)點。

2.2 地井的建造

機(jī)房接地地井一般挖2-3m深，面積1.5-3m2，圖2為接地井剖面圖。接地體為長1m、寬0.5m、厚5mm的紫銅板，使用30cm寬、0.5mm厚的銅帶連接。先在地井中均勻撒入一層10-20kg的工業(yè)鹽，再均勻撒入10kg的木炭粒，將接地體放在地井中間，然后再分別撒入適量的工業(yè)鹽和木炭，接著向地井里面灌注水，確保整個地井內(nèi)被水浸濕。最后再回填優(yōu)質(zhì)細(xì)土，一邊回填一邊用重物夯實。地井中的接地體與機(jī)房來的引線用氧焊焊牢，把所有的接地體連接好后，使用地阻儀測量接地電阻，如果電阻低于0.4Ω，說明接地良好。

3.天饋線系統(tǒng)的接地

3.1 天饋線接地接構(gòu)成

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，鋪設(shè)地網(wǎng)的目的是提高大地的導(dǎo)電率，為發(fā)射天線電流回路提供一個良好的回路，提高發(fā)射效率。除了地網(wǎng)以外，建造一定數(shù)量的地井可以使天饋線系統(tǒng)的接地地阻更小，使得接地系統(tǒng)防雷效果更好，同時也能提高了接地效果。

3.2 天線地網(wǎng)的設(shè)計與埋設(shè)

中波發(fā)射臺常用的發(fā)射天線為桅桿式拉線天線和自立塔天線，以三角形自立塔為例，在三個塔基組成的三角形外切圓上，用薄銅皮組成一個封閉圓（姑且稱為內(nèi)環(huán)）。在天線場區(qū)外圍（外圍半徑以場區(qū)可使用的最大半徑為準(zhǔn)）敷設(shè)一圈較粗的銅線（如果銅線較細(xì)，可以使用多根銅線并聯(lián)），作為地網(wǎng)的外環(huán)。在內(nèi)環(huán)銅帶上平均分出120個連接點（即每3°為1根），以圓心為始點向外環(huán)等距離等角度敷設(shè)120根Φ3mm的軟銅線，地網(wǎng)埋設(shè)深度一般為30-50cm，太淺了容易受植被和人為損壞，太深了增加施工的難度。每根地網(wǎng)線都與外環(huán)線焊牢。地網(wǎng)線敷設(shè)時應(yīng)盡量拉直，但不要繃得太緊，避免季節(jié)變化熱脹冷縮而被拉斷。塔基內(nèi)環(huán)上焊接下引線，按照機(jī)房地井接地方式連接到塔基中心的地井里面。天調(diào)室屏蔽層接地引線也一并接入到塔基中心的地井里面。這樣做可以最大程度的起到防雷作用，同時還可以減小高頻損耗。對發(fā)射機(jī)穩(wěn)定輸出起到了可靠的保障作用。測量地網(wǎng)地電阻值應(yīng)小于O.4Ω。

3.3 天線地井的設(shè)計與建造

由于受施工限制，地網(wǎng)不可能埋設(shè)的太深。埋設(shè)地網(wǎng)只能解決地表的導(dǎo)電率，而不能更進(jìn)一步的解決接地效果，也就是說，不能很好地起到防雷作用。眾所周知，中波發(fā)射天線一般都比較高，遭遇雷擊的幾率比較大，假如雷電電壓為1萬伏，接地電阻按0.5Ω算，那么雷電對大地的沖擊電流理論上為2萬安，如果接地電阻降低到0.1Ω，雷電對大地的沖擊電流理論上為10萬安，強大的雷電通過大地泄放，那么天饋線匹配網(wǎng)絡(luò)上的雷電能量就會成倍減小，同樣道理，發(fā)射機(jī)遭遇雷擊損壞的概率也會大大減小。由此可見，鋪設(shè)地井，減小接地電阻是天饋線接地系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。

按照圖3所示，自立塔天線共建造五個接地地井，塔基中心一個，地網(wǎng)外環(huán)東西南北方向分別建造一個。如果不太考慮成本問題，地井可以按照機(jī)房地井的設(shè)計和建造方式，造價相對較高；如果想節(jié)約成本，可考慮建造小口徑地井，小口徑地井的挖掘可使用洛陽鏟，這種方式挖出的井深，口徑小，施工效率高，最適合天線場區(qū)地井的建造。

小口徑天線接地地井深度以4-7m為宜，口徑30-50cm。地井底端接地體使用直徑5cm，壁厚5mm的銅棒，上引線使用30cm寬、0.5mm厚的銅帶，埋設(shè)時，同樣撒入適量的工業(yè)鹽和其它降阻劑。上引線距離地面接地體距離越近越好，所有地面以下的焊接點都要做防腐、絕緣處理，裸露在地面以上部分，要有防止機(jī)械損傷的措施。

4 結(jié)束語

設(shè)計良好的接地系統(tǒng)可以確保發(fā)射系統(tǒng)的安全性、可靠性，能提高抗干擾能力和防雷性能，可以確保中波發(fā)射的質(zhì)量。由于接地系統(tǒng)和地井的建造都需要埋入地下，這些工程一旦完工，即成了隱蔽工程或永久性工程，因此，一定要在施工之前最好系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計工作，施工過程中應(yīng)高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，把接地系統(tǒng)工作做扎實，避免后期故障，給維修維護(hù)帶來困難。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 金明.DX發(fā)射機(jī)與天饋網(wǎng)絡(luò).[J]北京：中國廣播電視出版社

（作者單位：廣東省饒平中波轉(zhuǎn)播臺）