摘要:電視轉(zhuǎn)播站大多建設(shè)在高山上，其地理位置高，地質(zhì)條件差，氣候條件惡劣，很容易受到強(qiáng)雷電的襲擊。筆者從事防雷工作多年，現(xiàn)就防雷工作中遇到的實(shí)際設(shè)計(jì)事例進(jìn)行總結(jié)分析。

關(guān)鍵詞: 廣播電視轉(zhuǎn)播站;防雷工程設(shè)計(jì);實(shí)施

1 基本情況

1.1建甌市梨山差轉(zhuǎn)站，位于建甌市境內(nèi)的梨山頂上，海拔高度868米，地勢(shì)高聳，四周為坡地，陡度大。多為碎石土壤、巖石、地表覆土層只有十到幾十厘米。經(jīng)測(cè)定大地土壤電阻率大于730Ω.m。四周水平視線無(wú)大于0°的障礙物，地處孤立制高點(diǎn)。由于地處高山，氣侯條件復(fù)雜，雷雨、大風(fēng)、天氣等時(shí)常發(fā)生，對(duì)于影響電視轉(zhuǎn)播站防雷安全的直擊雷、感應(yīng)雷、雷電波侵入等多種雷擊均有可能發(fā)生。

1.2歷史資料統(tǒng)計(jì):建甌市近30年氣象資料統(tǒng)計(jì)，建甌市累計(jì)年平均雷電日為71天，屬?gòu)?qiáng)雷區(qū)。

1.3該站電視轉(zhuǎn)播天線塔正在建設(shè)中。

1.4新建房屋是一個(gè)長(zhǎng)十二米，寬六米，高六米的二層小型臺(tái)站，屋面上沒(méi)有設(shè)置接閃裝置，原機(jī)房屋面避雷帶年久銹蝕嚴(yán)重，已不能正常使用。

1.5配電系統(tǒng)未設(shè)置雷電電磁脈沖防護(hù)設(shè)施。

2設(shè)計(jì)思路

為防止減少轉(zhuǎn)播站設(shè)備受雷擊的危害，對(duì)梨山電視轉(zhuǎn)播站綜合防雷方案包括:直擊雷防護(hù)、雷擊電磁脈防護(hù)、接地系統(tǒng)三個(gè)方面內(nèi)容。綜合實(shí)施均壓、分流、屏蔽、等電位等防雷技術(shù)措施，設(shè)計(jì)一個(gè)全面的防雷系統(tǒng)方案:

2.1外部防雷設(shè)計(jì):避雷帶(接閃)、引下線等，其主要的動(dòng)能是為了確保建筑物免受直擊雷的襲擊，將可能擊中建筑物的雷電通過(guò)避雷針、避雷帶、引下線，泄放入大地。具體措施是:在新建轉(zhuǎn)播塔及建筑物設(shè)計(jì)一套完整的直擊雷接閃裝置，使轉(zhuǎn)播站內(nèi)建筑完全納入直擊雷防護(hù)區(qū)內(nèi)。

2.2內(nèi)部防雷設(shè)計(jì):為保護(hù)建筑物內(nèi)部的設(shè)備以及人員而設(shè)置:主要以屏蔽、等電位連接、減少耦合、過(guò)電壓保護(hù)等，在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝合適的避雷器，使設(shè)備、線路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體。將可能進(jìn)入的雷電流以及因雷擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)的雷電流得以安全泄放入地。具體措施是:①設(shè)計(jì)雷電磁脈沖防護(hù)系統(tǒng)用于防止雷電脈沖對(duì)電源系統(tǒng)、轉(zhuǎn)播系統(tǒng)等感應(yīng)產(chǎn)生瞬間過(guò)電壓對(duì)設(shè)備造成的損害。②設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)、均壓系統(tǒng)、用于疏導(dǎo)雷電流，減少地電位反擊和實(shí)現(xiàn)均壓等電位。

3技術(shù)實(shí)施方案

3.1直擊雷防護(hù):在轉(zhuǎn)播站內(nèi)的建筑物面四周增設(shè)直擊雷防護(hù)措施--沿屋面敷設(shè)避雷帶，避雷帶材料采用國(guó)際12mm熱鍍鋅圓鋼，并與引下線做良好的電氣導(dǎo)通，并將屋面其它金屬部件與避雷帶可靠電氣連接。

3.2接地是防雷技術(shù)中最為重要的環(huán)節(jié)，一個(gè)良好的接地系統(tǒng)是保護(hù)人身、設(shè)備安全、系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要保證。由于轉(zhuǎn)播站土壤電阻率高并依據(jù)VD5098-2005《通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)梨山轉(zhuǎn)播站接地電阻不做具體要求，但力求接地電阻做到不大于10Ω，接地網(wǎng)的等效本半徑≥20m，并嚴(yán)格按照YD5098-2005《通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1.5條、第3.2.3條、第6.2.7條、第8.1.3條規(guī)定施工。

由于該站位于孤立的山坡上，而且地面都是碎石土壤和巖石，土壤電阻率高，所以接地裝置和接地電阻的設(shè)計(jì)和施工就成了該站防雷工程中最重要也是難度最大的環(huán)節(jié)，這也是許多剛從事防雷工作的同志最害怕遇到的問(wèn)題。以下我先對(duì)接地裝置和接地電阻的概念和原理做簡(jiǎn)單的介紹，再結(jié)合該站的實(shí)際情況對(duì)該站接地裝置和接地電阻的設(shè)計(jì)施工做說(shuō)明:接地裝置是接地體和接地線的總稱，人工或自然接地體對(duì)地電阻和接地線電阻的總和稱接地裝置的接地電阻。接地裝置的接地電阻主要由4部分 組成:①接地引線的電阻，是指需要接地的設(shè)備到接地體間引線本身的電阻，其阻值與引線的幾何尺寸和材料有關(guān)。②接地體本身的電阻，其阻值由接地體所用的材料和幾何尺寸決定。③接地體的接觸電阻，是接地體表面被土壤包裹后相互產(chǎn)生，其阻值與它們之間的接觸面和接觸的緊密程度以及土壤的理化性質(zhì)、含水量、顆粒狀況等有關(guān)。④散流電阻，是沿接地體開(kāi)始向遠(yuǎn)端擴(kuò)散電流所經(jīng)過(guò)路徑的土壤電阻，其電阻大小主要由土壤的含水量和理化性質(zhì)而定。

接地電阻雖由4部分組成，但起決定作用的是接觸電阻和散流電阻。因此，在接地接地裝置設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮降低接觸電阻和散流電阻，來(lái)達(dá)到降低整個(gè)接地體的接地電阻。

降低接地電阻和接地裝置成本的一些方法:

接地網(wǎng)中都是有多根水平或垂直接地極組成，如垂直直接地極的長(zhǎng)度大于2.5m，則要求各接地極間的埋設(shè)間距大于等于2倍的單一接地極的長(zhǎng)度，其目的就是要減小相互間的影響，但這個(gè)間距仍然能使接地極之間產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)。接地體之間的這種影響使每個(gè)接地極都不能充分發(fā)揮自身的效能，這種作用造成各單一接地極散流電阻并不能以簡(jiǎn)單的并聯(lián)值的和來(lái)計(jì)算接地體的散流電阻。假設(shè)接地體中各接地極用料的幾何尺寸都相同，則接地體的總電阻Rx=RL/n，其中RL為接地極的電阻，n為接地體中并聯(lián)單一接地極的根數(shù)，此時(shí)在接地體電阻計(jì)算時(shí)就引入了接地體利用系數(shù)，與接地體的形狀和接地極的位置有關(guān)，它是接地裝置中每個(gè)接地體的平均接地電阻與單個(gè)接地極接地電阻之比。計(jì)算時(shí)是指沖擊利用系數(shù)，如果接地體中2個(gè)接地極之間的距離大于等于40m，則利用系數(shù) 為1，但在實(shí)際中接地體的布設(shè)受到環(huán)境位置的限制，很難作到=1，因此為使值盡可能接近1，比較實(shí)用的一種方法是在布設(shè)接地極時(shí)采用不等長(zhǎng)技術(shù)法，就是讓各垂直直接地極長(zhǎng)度不相等，將這些接地極按“一長(zhǎng)兩短”或“兩長(zhǎng)一短”的形式埋設(shè)，這樣可以減小接地極間的屏蔽作用，從而降低接地體的散流電阻，達(dá)到降低接地裝置的接地電阻。

接地體埋設(shè)深度的確定:

接地體埋設(shè)愈深，其土壤的相對(duì)濕度和溫度的變化愈小，接地電阻相對(duì)穩(wěn)定，相比垂直接地體經(jīng)水平接地體埋設(shè)要深，在實(shí)際設(shè)計(jì)中一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定埋設(shè)深度與接地體的等效半徑之比大于1/10，雖然理論上深度越深越好，但常用的接地網(wǎng)其實(shí)際測(cè)得接地電阻的值，較深埋設(shè)和適宜埋設(shè)，其阻值相差不明顯，特別是在均勻土壤中阻值變比較小，因此并不是埋設(shè)越深越好。利用半球接地體來(lái)計(jì)算垂直接地體的接地電阻R=/2r=/2h，則R與h成反比，比較它們的變化率，則

由上式可以得知降阻率的變化與h的平方成反比，當(dāng)埋設(shè)深度h到一定值后，降阻率逐漸接近零，因此深度h并不一定要求值大。對(duì)于接地體的埋設(shè)深度，不僅要考慮降低接地電阻，同時(shí)也要考慮埋設(shè)深度的成本。在設(shè)計(jì)中主要由接地裝置的等效半徑以及地質(zhì)環(huán)境而定，如果不是特殊環(huán)境的特殊接地裝置，常用的接地體地埋設(shè)深度選取深度為1.5～3.5m。

降阻劑的作用:

質(zhì)量好的降阻劑對(duì)接地極具有保護(hù)防腐作用，同時(shí)又能改善土壤的電特性，對(duì)降低接地電阻有一定的效果，所以在接地體鋪設(shè)中都有加入一定量的降阻劑來(lái)改善接地效果。降阻劑使用時(shí)，①要考慮它的防腐性，其導(dǎo)電墮性物對(duì)金屬不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。其膠凝物和添加劑與水泥合凝固后緊緊地附著在接地極周圍，防止氧的滲透及土壤腐蝕介質(zhì)的侵襲，對(duì)金屬具有保護(hù)使用。②它的穩(wěn)定性要好，降阻劑中加入物質(zhì)都凝固在接地體周圍，它與接地體不能發(fā)現(xiàn)化學(xué)變化，而且內(nèi)部組成物質(zhì)不因季節(jié)而流失，其導(dǎo)電性不受高低溫、干濕度和環(huán)境介質(zhì)的影響，降阻作用時(shí)間要長(zhǎng)。③降阻劑的電特性要好，降阻劑電阻率遠(yuǎn)小于土壤電阻率，與土壤和接地體金屬緊密相結(jié)合，使接地金屬極與降阻劑層、降阻劑層與土壤間有效接觸面增加，接觸電阻減小有利于穩(wěn)定泄流降阻，這也是隆阻劑的主要作用。最后對(duì)降阻劑的環(huán)保性要考慮，有些降阻劑內(nèi)的添加物對(duì)地下水和周圍根系的損傷，容易造成植物枯死。

接地極周圍土質(zhì)的更換:

接地體埋設(shè)在地面0.6m以下，不同土質(zhì)的 值對(duì)接地電阻有很大的影響，而垂直接地極有時(shí)要穿過(guò)不同 值的土壤。在實(shí)際中多個(gè)接地體相比較更換土質(zhì)對(duì)降阻效果明顯，因此在設(shè)計(jì)和施工中要考慮可能更換 值低的土質(zhì)，同時(shí)要求在施工中將垂直接地體坑內(nèi)、水平接地體溝內(nèi)的低電阻率土壤回填后要分層夯實(shí)，以防吸氧腐蝕，回填土內(nèi)不得有石塊、沙子和建筑垃圾等，更不能有腐蝕性物質(zhì)。一般埋設(shè)接地極的坑或溝的寬度要大于1m，如果過(guò)小雖然減少了土方的開(kāi)挖和土質(zhì)的更換量，但容易造成以后接地電阻突增，這主要是在雨季大量水滲透后，更換的土質(zhì)損失，接地極周圍高 值的沙土滲透，造成散流電阻和接觸電阻增大。

根據(jù)以上降低接地裝置的接地電阻的方法，在本防雷工程的接地裝置施工中，我采取了以下方法來(lái)降低該差轉(zhuǎn)站的接地電阻:

a.更換土質(zhì)，以降低土壤電阻率，從而達(dá)到縮短接地體有效長(zhǎng)度的目的。專門選取當(dāng)?shù)厣酱ǖ貛У囊环N粘土壤，這種土含沙粒很少有一定的粘性且保水性好，有利接地電阻的長(zhǎng)期穩(wěn)定，測(cè)試其土壤電阻率在60Ω·m左右，以1.2米的寬度開(kāi)挖，將各接地體埋設(shè)在地面0.6米以下，。

b.用降阻劑均勻地把垂直和水平接地極包裹，不可留間隙，以防接地極被腐蝕，將適量鹽和木炭與土混合回填，撒水并夯實(shí)，使接地體所有部位都與空氣隔離，測(cè)試接地電阻在3.7Ω，達(dá)到要求。對(duì)接地體各極等驗(yàn)收后，用40cm厚碎石和爐渣鋪墊，防止跨步電壓的危害，最后用20cm混凝土做地面硬化和環(huán)境處理，經(jīng)過(guò)一個(gè)秋季后測(cè)試接地電阻在3.5Ω，來(lái)年春季比較干燥時(shí)測(cè)定為3.6Ω，接地電阻變化比較穩(wěn)定，說(shuō)時(shí)接地裝置的設(shè)計(jì)和施工都達(dá)到了要求。在回填土壤時(shí)要注意土壤中加的水和混合的鹽不能過(guò)多，過(guò)多使初次測(cè)試阻值很低，造成接地效果好的現(xiàn)象，但土壤中的鹽分隨著時(shí)間的增加和雨水的滲透很容易流失，土壤中加的水分散失后，接地電阻反彈比較大，易造成二次施工。

3.3電源SPD安裝

在LPZ0B-LPZ1區(qū)，即站內(nèi)電源總配電進(jìn)線端的安裝第一級(jí)電源SPD，其標(biāo)稱通流量In:60KA(8/20μs)，最大允許持續(xù)工作電壓:385VAC。

在LPZ1-LPZ2區(qū)，即在站內(nèi)機(jī)房配電箱內(nèi)電源進(jìn)線處安裝第二級(jí)電源SPD，其標(biāo)稱通流量In:20KA(8/20μs)，最大允許持續(xù)工作電壓:385VAC。

在LPZ2-LPZ3區(qū)，即在站內(nèi)機(jī)房設(shè)備電源進(jìn)線處安裝第三級(jí)電源SPD，其標(biāo)稱通流量:In:20KA(8/20μs)，最大允許持續(xù)工作電壓:385VAC。

3.4信號(hào)線、天饋線SPD安裝

在信號(hào)線及天饋線輸入端，根據(jù)線路的工作頻率、特性阻抗、平均功率及接口型式選擇相匹配的信號(hào)線、天饋線SPD，其標(biāo)稱通流量:5KA(8/20μs)，避免雷擊電磁脈沖干擾電子設(shè)備數(shù)據(jù)通信的正常運(yùn)行。

3.5等電位連接

實(shí)行等電位措施可以有效減小地網(wǎng)之間、電子設(shè)備之間和電子設(shè)備與金屬構(gòu)件之間的電位差，防止電位的反擊。設(shè)計(jì)在站內(nèi)機(jī)房?jī)?nèi)安裝等電位鍍錫紫銅排40*4mm，將設(shè)備、金屬構(gòu)架等穿過(guò)各防雷區(qū)交界的金屬部件等進(jìn)行等電位連接，使雷電咸應(yīng)在設(shè)備上的電荷迅速疏散，避免了在金屬外殼上感應(yīng)的電荷積聚而形成電位差后產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象而使設(shè)備內(nèi)元器件遭到擊穿。

4 綜述

在整個(gè)設(shè)計(jì)和施工方案中，我們始終遵循\"內(nèi)外防御、綜合治理、多重保護(hù)\"的方針，尤其針對(duì)該站獨(dú)特的地形、土壤、氣候、地理環(huán)境采取先進(jìn)、可靠的防雷接地技術(shù)，有效降低了該站的接地電阻，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為轉(zhuǎn)播站建立起一個(gè)比較完善的綜合防雷體系，可以有效防止和減少雷擊而造成的危害。

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