中波台接地技术及实践

刘 华 周晓川

接地网是对埋在地下的、有一定深度的多个金属接地极，以及由导体将这些接地极相互连接组成一网状结构的接地体的总称。接地是为了满足系统运行的需要和保护设备、人身安全而常用的一种技术。所谓接地，是将设备、仪表仪器、电路等某一部分通过接地装置与大地紧密可靠地连接起来，即设备、仪表仪器、电路等某一部分与土壤间达成良好的电气连接。实践证明，中波转播台接地技术虽然不是一门高精尖技术，若要理论和实践并重，难度相当大、不易掌握。中波转播台普遍应用的接地具体包括：电气接地、工作接地、保护接地、重复接地、共同接地、防雷接地、防静电接地、屏蔽接地、高频接地，等等。

因城市建设规划需要，腾冲中波台（以下简称“我台”）于2010年开始迁建，根据我台的实际情况和工作规范需求，我台接地系统分为工作区接地和天馈线系统接地两个部分。根据JGT/T16—92《民用建筑电气设计规范》，当机房接地与防雷接地系统共用时，接地电阻要求小于1Ω。

1 设计思路

腾冲中波台新址坐落于腾冲城西北方向5 km处，工作区（不含发射塔）占地1万m2，有大小单体建筑物6栋，海拔1902 m，按设计和规范要求各栋建筑物防静电、防雷、保密接地、用电保护接地、高频、音频接地分别小于100Ω、10Ω、8Ω、4Ω和1Ω，均为冲击接地电阻值。经实地检测，该基础地为粘性土壤，土壤电阻率在1500～1600Ω·m，如果将每栋建筑（设备）均做单独接地，其接地电阻极难达到设计和规范要求，同时如各建筑（设备）单独接地，不能达到严格意义上的隔离，且各地网会相互干扰，甚至产生地电位反击。为解决各地网会相互干扰和产生地电位反击的问题，同时节约接地网经费支出，整个工作区共做一个接地网，同时在重点部位如机房、办公楼、高频、音频接地点做加强处理，即加装接地模块、增加垂直接地体，增强其散流作用。

1.1 埋设点的选取

土壤电阻率ρ的影响因素主要是土壤的矿物成分、含水性、结构温度等，土壤中所含导电粒子浓度越高，土壤的导电性越好，ρ就越小，反之就越大；土壤越湿，含水量越多，导电性能就越好，ρ就越小，反之就越大。所以，在选取埋设点时必须从增大接地体几何尺寸和改善地质电学性质等方面考虑。埋设点应选在土壤潮湿、背阳、易于施工的地段，同时应考虑距离机房设备接地线的连接路径最短。

1.2 接地体埋设

垂直接地极的接地电阻可用下式估算。

当L≥d时，有：

式中，R——垂直接地极的接地电阻（Ω）；ρ——土壤接地电阻率（Ω·m）；L——垂直接地极的长度（m）；d——接地极的直径或等效直径（m）；等边角钢，b为角钢边长。

具有垂直接地体和水平接地体的复合接地网的电阻的简化计算公式为：

R=eW为接地网的形状修正系数；

式中，Lo为水平接地网外周边线总长度（m）；s为接地网的总面积（m2）；L为水平和垂直接地极的总长度（m），L=LS+LC；LS为水平接地极的总长度（m）；LC为垂直接地极的总长度（m）；g为定常数，按下列方法选用：

当LC≤LS时，g=1；

当LC≥LS时，g=0.5。

1.3 工作区的接地实践操作

图1 工作区的接地实践操作图

如图1所示，在供电房、机房、办工楼周围挖10个地井，1号地井尺寸为6m×6m×4.5 m，2至10号地井尺寸为2m×2m×2.5 m。每个地井打入4根2.5 m长,50×50×5 mm的热镀锌角钢垂直接地极再焊入一块降阻模块组合而成。东西方向和南北方向各做一接地沟，地沟深度为60 cm，地沟内每3 m埋设一根2.5 m长50×50×5 mm的热镀锌角钢垂直接地极。1号地井倒入矿渣做土质处理，改善接地效果，每个垂直接地体周围倒入降阻剂夯实，再用40×4 mm热镀锌扁钢水平接地极将10个地井沿地沟连成封闭式的环形大接地网。经实地测量，地网地电阻值为0.8 Ω。

1.3.1 机房接地

机房采用共地的接地方式，先用25 cm宽，0.8 mm厚的紫铜带把所有电气设备的工作接地、保护接地、防雷接地相互连接，然后与地网引出接地点用气焊和锡焊方式焊接牢固。采用共用接地，电流在冲击接地电阻上产生的高电压，将同时存在各系统的接地线上，各地线之间不存在高电位差，也不存在同一设备各接地系统之间的击穿问题。

机房内各种电线电缆强、弱电信号线分开穿入PVC管中，从机房线缆沟走线。

1.3.2 防雷接地

每栋单体建筑在靠近环网时引两根接地线和接地网焊接，同时各相邻的单体建筑的接地网也最近两两焊接。如此既能最大可能增加接地体面积，还从根本上解决了整个工作区内跨步电压的危害问题。

1.3.3 电源系统的接地

通过地沟，将扁铁引入供电室与高、低压电源系统接地点牢固焊接。按照《GB50057—2010建筑物防雷设计规范》的要求，第4.3.3条规定：外部防雷装置的接地应和防闪电感应、内部防雷装置，电子和电气系统等接地共用接地装置，并应与引入的金属管线做等电位连接。外部防雷装置的专设接地装置宜围绕建筑物敷设成环形接地体。第4.3.8中的第4条规定：在电气接地装置与防雷接地共用或相连的情况下，应在低压电源线引入的总配电箱、配电柜装设I级实验的电涌保护器。因此在雷电波可能侵入的电源线路端口、稳压电源上加装雷电浪涌保护装置，将侵入系统的冲击过电压钳制到允许的范围。

2 天馈线系统的接地

2.1 设计思路

我台地处高山地带，有一部自立式双频共塔中波发射天线，工作频率分别为540 kHz和990 kHz，对应工作波长分别为555.5 m和303 m，我台天线高度110 m，接近0.25 λ。根据中波广播的传播特点，它既可以沿地面绕射传播，也可以通过电离层反射传播。为有效防止大地对电磁波的吸收，以及避免雷电对发射机系统造成损坏，同时有效提高天线效率，增加节目覆盖率和提高广播质量，发射天线铁塔接地电阻越小越好。在天线高度和天线结构一定的情况下，天线导体本身的损耗和天线塔基底部绝缘子的高频损耗基本是固定的，减小天线的功率损耗主要是减小天线电流回路中的地损耗。地面损耗主要集中在天线底部。提高天线的效率，最直接有效的方法是安装地网。天线地网接地不良，不但影响雷电泄放，还会引起天线电压驻波比升高，严重时能导致发射机保护关机或烧毁功放；同时，还影响天线的辐射效果。

地井复合地网能更好地降低地电阻，我台天馈线接地系统由地井和地网构成。

2.2 实践操做

2.2.1 天馈系统地井的设置

如图2所示，在天线塔基周围做四个接地井，尺寸为4m×4m×2.5m，地井内打入四根50×50×5cm热镀锌角钢和降阻模块焊牢。地井间和天线塔基做一深60cm接地沟，接地沟内同样每3 m打入一根长2.5 m规格为50×50×5cm的热镀锌角钢垂直接地极，再用40×4cm热镀锌扁。

图2 天馈系统地井的设置图

钢水平接地极将四个地井和塔基连成封闭式环状接地网，每个垂直接地体周围倒入降阻剂夯实。经实地测量，复合接地网地电阻值小于1Ω。

2.2.2 天线地网的埋设

考虑我台天线场地实际情况我们采用Φ3 mm的紫铜线做地网线，长度为120 m（基本接近540 kHz波长的1/4），以天线塔基底部中心为圆心以辐射状每3°向外均匀敷设一根地线，共敷设120根。施工时使用经纬仪放样并配合石灰粉划线，确定地网线沟位置，线沟深度为40 cm。拉地网线时应力求端正笔直，松紧适度。地线始端和汇流条与铁塔底部基础屏蔽铜皮用焊枪焊接牢固，塔基的防雷放电球下端也与屏蔽铜皮焊接在一起，同时起到的防雷作用。馈线地线、天调室屏蔽层等也与此焊牢，这样不但能起到减少高频损耗作用，而且有助于杂波的衰减，对发射机稳定输出起到了可靠的保障作用。

3 接地系统的定期检查和维护保养

为防止接地线和接地体因外力破坏损伤或断裂，接地体因腐蚀或土壤变化而导致接地电阻变化，接地系统应定期进行检查和测试。检查内容主要有：系统导线是否有锈蚀，接触部件焊点是否有开焊；接地电阻值须定期复测，并将测试结果认真记录以便进行比对分析，接地电阻值增大时，不可勉强使用，应及时修复。发生强烈雷暴后，应增加临时性检查，对有腐蚀性土壤，每3～5年对接地体检查一次。

经过多年的实际运用，我台两部DAM10 kW全固态中波发射机运行稳定，播音质量均达到甲级指标，在雷雨季节没有发生雷击停播事故，充分说明我们的接地系统安全可靠。

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