楊國雄 李文飛 鄧慶祥

（廣東天文防雷工程有限公司，廣東 廣州 510080）

1 項目概況

（1）新建深圳二次雷達(dá)站工程，隸屬“珠江三角洲及南中國海地區(qū)雷達(dá)管制工程”的專項工程；由于朱凹山航管雷達(dá)站在深圳機(jī)場實施雙跑道獨立進(jìn)近時成為超高障礙物，因此采用異址更新的方式，新建深圳二次雷達(dá)；目的是替換目前安裝在深圳機(jī)場附近的朱凹山航管雷達(dá)站的二次雷達(dá)。

（2）深圳二次雷達(dá)站建設(shè)在深圳機(jī)場東南側(cè)的求雨壇山上，山頂海拔314．8m，雷達(dá)站四周開闊；站在山頂上，可俯瞰寶安國際機(jī)場全景；目前求雨壇山頂為廣電的發(fā)射臺，經(jīng)深圳市委市政府協(xié)調(diào)后，廣電發(fā)射臺搬遷至新址建設(shè)，深圳二次雷達(dá)站的建設(shè)采取先在空地建設(shè)機(jī)房和雷達(dá)塔，待廣電發(fā)射臺搬遷后再拆除山頂現(xiàn)有建筑物，建設(shè)配套生活設(shè)施。

（3）雷達(dá)是利用電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備，雷達(dá)站周圍空間的電磁場強(qiáng)度極高，造成站內(nèi)空間大氣的電離程度超出正常的強(qiáng)度，給雷電提供了一個良好的泄放通路，因此雷達(dá)站遭受直接雷擊和感應(yīng)雷擊的強(qiáng)度和概率較高。

2 防雷環(huán)境

（1）根據(jù)深圳市氣象局提供的資料可知：深圳市全年平均氣溫22．5攝氏度，平均相對濕度77%，深圳市年平均降水量為1966．5mm，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，雨量充沛，故深圳氣候以熱濕為特征。由于平原開闊，海風(fēng)調(diào)節(jié)，水網(wǎng)又密，蒸發(fā)時水汽吸熱多，因此，降水多、霜日少、日照多、風(fēng)速小、雷暴頻繁。深圳市的雷季平均在3月4日至10月12日，持續(xù)223天。最早的雷暴年份是1983年1月4日就響雷了，而1972年則遲至11月15日還聞到雷聲。

（2）根據(jù)深圳市氣象局提供的資料顯示：1953～2006年深圳雷暴日總數(shù)為3691天，年平均雷暴日數(shù)為68．4天，按照我國的標(biāo)準(zhǔn)深圳屬于雷暴多發(fā)區(qū)。深圳雷暴日數(shù)年際差異較大，最大年為103天（出現(xiàn)在1973年），而最少年僅為47天 （出現(xiàn)在1991年）。

（3）根據(jù) MH／T4020－2006《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施防雷技術(shù)規(guī)范》第6條“雷電保護(hù)等級”要求，當(dāng)“所處地區(qū)年平均雷暴日數(shù)大于或等于30d但小于80d，位于曠野、山坡或山頂、大型水體旁、特別潮濕地帶等預(yù)計雷擊次數(shù)較多的通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施”按“特級”進(jìn)行雷電保護(hù)。

（4）根據(jù)GB50057－2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》、GB50343－2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》等國家相關(guān)的防雷技術(shù)規(guī)范，按照二類防雷技術(shù)要求，對新建深圳二次雷達(dá)站現(xiàn)有的防雷設(shè)施進(jìn)行整改完善。

3 雷達(dá)站土壤情況、地網(wǎng)現(xiàn)狀及設(shè)計需求

（1）土壤情況：雷達(dá)站位于小丘陵地帶，表層土是沙土，下層是巖石，土壤電阻率查表可知：在15%的濕度條件下為1500Ω．m。

（2）地網(wǎng)現(xiàn)狀：經(jīng)過第一期施工的防雷接地網(wǎng)，現(xiàn)有的接地電阻值為17．0歐姆。

（3）根據(jù)《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施防雷技術(shù)規(guī)范》（HM／T4020－2006）第 12．1．1 規(guī)定：“通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施的防雷接地系統(tǒng)宜采用共用接地方式。采用共用接地系統(tǒng)時，接地裝置的接地電阻值應(yīng)按防雷接地、交流工作接地、安全保護(hù)接地、設(shè)備要求的工作接地等最小值確定。一般情況下，接地電阻不應(yīng)大于4Ω；所以現(xiàn)在地網(wǎng)的接地電阻值不符合要求”［3］。

（4）接地是防雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)之一，不論是直擊雷防護(hù)或雷的靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)和雷電波入侵的防護(hù)技術(shù)，最終都是把電流送入大地。因此，沒有先進(jìn)的接地技術(shù)，就不可能有先進(jìn)的防雷技術(shù)［13］。

（5）根據(jù) 《新一代天氣雷達(dá)站防雷技術(shù)規(guī)范》（QX2－2000）第 12．4 條規(guī)定：“接地電阻值在當(dāng)?shù)赝寥离娮杪市∮?00Ω．m時，不宜大于1Ω；土壤電阻率大于 100Ω．m 小于 300Ω．m 時，不宜大于 2Ω；在大于300Ω．m小于1000Ω．m時，不宜大于4Ω。當(dāng)雷達(dá)站所在地土壤電阻率大于1000Ω．m時宜在建筑物外埋設(shè)環(huán)型人工輔助接地網(wǎng)，該環(huán)型水平接地體宜在散水坡以外，并在不同方向用四根以上4mm×40mm的鍍鋅扁鋼或Φ12鍍鋅圓鋼與建筑物基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)焊接，此時共用接地系統(tǒng)的接地電阻值可適當(dāng)放寬?！币虼耍鼐W(wǎng)的接地電阻值按不大于4Ω設(shè)計是符合國家規(guī)范要求的［4］。

（6）接地網(wǎng)面積的減少， 高電阻率地區(qū)接地網(wǎng)的施工設(shè)計變得越來越困難，需要設(shè)計者更優(yōu)化地施工設(shè)計［9］。所謂優(yōu)化設(shè)計， 就是根據(jù)具體情況，應(yīng)用最優(yōu)的方法， 力爭使接地設(shè)計達(dá)到最優(yōu)化的狀態(tài)。該站應(yīng)充分利用有利地形， 將外引地網(wǎng)設(shè)計成四周閉合環(huán)形地網(wǎng)［10］。

（7）按照甲方的使用要求，地網(wǎng)接地電阻值按≤1Ω設(shè)計。

4 地網(wǎng)改造設(shè)計方案

4．1 設(shè)計圖紙

4．2 附加人工地網(wǎng)接地電阻的計算

（1）地網(wǎng)接地電阻值的大小，主要是由接地電極的尺寸大小和土壤電阻率的高低來決定，而土壤電阻率的高低又主要取決于土壤中導(dǎo)電離子的濃度和土壤中的含水量。［8］雷達(dá)站土壤電阻率約為1500Ω．m。

（2）附加人工地網(wǎng)接地裝置按如下方式實施：敷設(shè)常規(guī)復(fù)合垂直和水平接地網(wǎng)；垂直和水平接地網(wǎng)填埋降阻劑［11］。 地網(wǎng)需挖深 0．8m，在水平接地體焊接完畢后，回填土過程嚴(yán)格按照“換土＋降阻劑＋換土＋回填土”的方法進(jìn)行，即先在坑內(nèi)鋪墊一層10cm厚度的電阻率較低（如泥塘土、黑土、粘土等）的土后，再將降阻劑包裹敷設(shè)在扁鋼周圍（要求降阻劑需完全包裹扁鋼），另覆蓋一層10cm厚度的電阻率較低的土，再進(jìn)行回填夯實［12］。

（3）根據(jù)設(shè)計圖，垂直地極采用 2500mm×Φ25mm的銅包鋼，Φ25mm銅包鋼共315支；

（4）水平地極采用－4×40mm 紫銅帶材料，總長度為2100米。

（5）附加人工地網(wǎng)的接地電阻計算：

a、單支垂直接地體的接地電阻的計算［5］

因為垂直地極使用Φ25mm銅包鋼，經(jīng)計算。

式中：：土層土壤電阻率（Ω．m），＝1500Ω．m

l：垂直地極長度（m），l＝2．5m

d：鍍鋅角鋼直徑或等效直徑（m），d＝＝0．025m

將上述數(shù)據(jù)代入得：

b、水平接地體的接地電阻計算［7］

式中：l：水平地極長度（m），l＝2100m

h：水平地極埋設(shè)深度（m），h＝0．8m

A：水平地極形狀系數(shù)，A＝1．69

d：接地體的直徑或等效直徑 m，d＝0．02m

將上述數(shù)據(jù)代入得：

c、附加人工地極復(fù)合接地體的接地電阻計算［5］

垂直地極利用系數(shù) η1＝0．7

垂直地極n＝315

水平地極利用系數(shù) η2＝0．8

4．3 在人工地網(wǎng)中釋放降阻劑后，新附加人工地網(wǎng)接地電阻計算［5］

依據(jù)蘇邦禮等編著的《雷電與避雷工程》，第4章第5節(jié)第1條，降阻劑能夠降低接地電阻的機(jī)理：“降阻劑包裹接地極相當(dāng)于將接地體的幾何尺寸增大，從而使接地電阻減小。實踐證明，使用降阻劑大約可以使接地電阻減小10%～40%?！保?］

雷達(dá)站站址內(nèi)表層土壤電阻率約為1500Ω．m，土壤電阻率不高不低，屬于中等偏上水平，故設(shè)計計算時，新附加人工地網(wǎng)降阻率取30%。

4．4 一期原有地網(wǎng)與新附加人工地網(wǎng)合并后的接地電阻值［6］

5 結(jié)論

（1）第一期防雷地網(wǎng)工程經(jīng)測量接地電阻現(xiàn)為17．0歐姆，地網(wǎng)設(shè)計要求接地電阻小于等于1．0歐姆；根據(jù)以上計算可知，增加人工地網(wǎng)并與原地網(wǎng)合并后的接地電阻理論值為0．92Ω。工程完工測試值為0．89Ω，驗證了設(shè)計計算過程的合理性。

（2）雷達(dá)站由于土壤電阻率高、土質(zhì)差、土層薄、接地體埋深不夠、地網(wǎng)面積小是造成接地電阻偏高的主要原因。因而進(jìn)行雷達(dá)站的接地設(shè)計時要對現(xiàn)場地形、地勢及土壤電阻率等現(xiàn)場條件進(jìn)行綜合分析，通過認(rèn)真的計算和論證，對雷達(dá)站的接地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)現(xiàn)場實際條件增設(shè)非金屬接地體、鍍銅鋼接地棒并填充長效降阻劑等復(fù)合的降阻措施，是對雷達(dá)站防雷地網(wǎng)進(jìn)行降阻改造的可行方法。

［1］李文飛．淺談神農(nóng)架機(jī)場下滑臺接地網(wǎng)降阻的方法 ［J］．廣東氣象， 2014， 36 （S1）： 56－57．

［2］陳柯．建筑物防雷接地網(wǎng)設(shè)計及其接地電阻計算 ［J］．廣東氣象， 2014， 36 （S1）： 107－108．

［3］鄧宇翔．關(guān)于 《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范的幾點思考》 ［J］．廣東氣象， 2009， 31 （S1）： 14－15．

［4］蔡建初．高土壤電阻率地區(qū)大中型接地網(wǎng)施工設(shè)計的探討 ［J］ ．氣象研究與應(yīng)用， 2010， 31 （4）： 100－103．

［5］趙偉明．變電站接地電阻實例計算及降阻分析 ［J］．氣象研究與應(yīng)用， 2008， 29 （4）： 53－55．

［6］吳松．淺談桂林市新一代天氣雷達(dá)防雷措施 ［J］．氣象研究與應(yīng)用， 2010， 31 （4）： 96－99．

［7］李宏景，甘寶， 陸啟東．雷電災(zāi)害風(fēng)險評估在實際工作中的運用 ［J］ ．氣象研究與應(yīng)用， 2014， 35 （3）： 105－107．

［8］侯安校．強(qiáng)雷區(qū)高層建筑雷電風(fēng)險評估技術(shù)探討 ［J］．氣象研究與應(yīng)用， 2014， 35 （3）： 99－102．

［9］王義耕，韋卓運，黃文高等．2006～2010年廣西雷電災(zāi)害特征 ［J］ ．氣象研究與應(yīng)用， 2011， 32 （4）： 77－79．

［10］何慶團(tuán)．崇左市防雷科技服務(wù)存在的問題及其應(yīng)對措施［J］．氣象研究與應(yīng)用， 2010， 31 （1）： 91－93．

［11］覃寬澤，陳華宣．新建建筑物防雷設(shè)計技術(shù)評價應(yīng)注意的問題 ［J］ ．氣象研究與應(yīng)用， 2010， 31 （2）： 85－87．

［12］吳海，潘家利．建筑物雷擊風(fēng)險評估的風(fēng)險分量及其影響因素 ［J］ ．氣象研究與應(yīng)用， 2010， 31 （2）： 88－90．

［13］趙學(xué)華，潘家利，黃明旺．海口淘金大廈雷擊風(fēng)險評估分析 ［J］ ．氣象研究與應(yīng)用， 2011， 32 （1）： 79－83＋87．

［14］李國強(qiáng)，林政，龍依琳．淺析SPD連接導(dǎo)線及接入方法對SPD保護(hù)效果的影響 ［J］．氣象研究與應(yīng)用，2011， 32 （3）： 100－102