海原县广电局马万山微波站接地系统的改造

影子

海原县广电局马万山微波站接地系统的改造

摘  要：本文通过对高山微波站机房接地系统改造工程的四种降阻方案的比较，提出使用降阻剂降阻方案最为可行，并就降阻剂的施工事项作了简要说明。

关键词：微波站    接地系统   降阻剂  

1  前言

海原县马万山多路微波站是海原县广播电视局实施“村村通广播电视”工程的重大项目之一，微波站传输十套电视节目和两套广播节目，覆盖宁夏和甘肃两省七县近60万人口，微波用户近一万户。微波站地处海拔2955米高的马万山最高峰。运行多年来一直遭受着雷电的侵害，曾多次烧毁设备，致使节目转播中断。经实地检测，发现很多防雷和接地措施存在严重的问题，需及时进行防雷和接地系统改造，本文只对将接地系统的改造工程作详细说明。

2  勘测

2002年5月底，受海原县广播电视局领导的邀请，工程技术人员赴现场进行的实地勘测，发现马万山多路微波站机房的防雷措施存在如下几个问题：

⑴ 微波机房没有接地装置；

⑵ 机房内的设备没有任何接地、等电位措施；

⑶ 微波站发射天线所在铁塔的接地电阻经测试为18欧姆，2部卫星电视接收天线和自办台微波接收天线没有接地；

⑷ 电源供电线路的保护地线（PE线）没有接地；

⑸ 电源线路没有安装任何限压分流的防感应雷装置；

⑹ 进入MMDS转播系统的馈线没有安装过电压保护装置。

根据多年气象资料统计，海原县的年雷暴日数平均为28天，属中度雷发区。经计算雷击密度为1.997次/(Km2·a)。经过测试该地区的土壤电阻率高。采用单根垂直接地体测试土壤接地电阻率，计算公式如下：

ρ=R/K（K为简化计算系数，此时的值取0.3）

1米

植被/粘土：400

干燥的风化石：2000-5000

地面

使用4102接地电阻测试仪测量，R=120Ω，则经过计算1米的表层土壤电阻率为400Ω·m。土质结构如下图：

1米以下的无法进行测量，根据参考值可知在2000Ω·m到5000Ω·m之间，周围为空旷的山坡，1公里范围内找不到可以扩展利用的低土壤电阻率的地方。由于海拔高，道路复杂，交通不便，山路达15公里左右，最近的水源在20公里远的海原县城，给接地改造工程增加了不少的难度。

3  方案设计

接地装置一般由垂直接地极和水平接地极（线、带）组成。根据该地区的土质结构，要降低接地电阻的数值，主要采取增大接地极的几何尺寸，采用水平敷设方式，在并在安装时敷设降阻剂，增加降阻效果。使接地电阻满足规范（《微波站防雷与接地设计规范》YD2011-93）要求10欧姆以下。笔者通过四种降阻方案的比较，使用降阻剂降阻方案最为可行。

3.1    常规接地体敷设方案

由于土质和交通不便，只能采取水平接地体（无法打孔或夯入垂直接地体）方案，采用-4*40镀锌扁钢，埋入地下1米深度。此时的接地电阻为：

R=  

式中：ρ0—自然土壤的电阻率，Ω·m

L—水平接地极的长度，m

h—水平接地极的埋设深度，m

d—水平接地极的直径或等效直径，m

A—水平接地极布置的形状系数，可参见SDJ8-79《电气设备接地技术设计规程》中附表，如下表所示

接地极形状

 
 

 

 
   

系数A
0
0.378
0.867
0.48
2.14
1.69
5.27
8.81

雷电流是高频电流，对于单根接地极来讲，往往按照不同的土壤电阻率提出长度的限制，根据计算（Lmax=Le=  ），取土壤电阻率为20005000Ω·m时，接地极最大长度可敷设89.5m，A取0.378，此时的接地电阻应为44.78Ω。

从理论上分析可知，这种方案远远不符合规范要求，不具备可行性。

3.2   传统接地体降阻方案

3.2.1  由于土质结构和交通不便的限制，应用加水、换土或深埋来降低接地电阻的方法很难实施。

3.2.2  对土壤进行化学处理也可以降低接地电阻，但是化学物质往往带有极强的腐蚀性，且易流失，在风化石土质中使用更是不可行的，这些方法有的要耗费大量的钢材，有的降阻效果有限，有的有效期短，如食盐法不仅在几个月内就失效，还严重腐蚀接地体。常用的化学物有炉渣、木炭、氮肥渣、电石渣、石灰和食盐等。

3.3   使用高效接地模块方案

接地模块有以下特点：

3.3.1  采用化学稳定非金属导体材料作为模块的导电介质，其导电性不受季节影响；

3.3.2  能吸湿保湿、能保持与土壤有效接触，接地电阻低；

3.3.3  在高土壤电阻率地区，能有效降低地网接地电阻；

3.3.4  耐大工频和冲击电流冲击，电阻稳定；

3.3.5  耐腐蚀、无毒、使用寿命长、安装简便。

接地模块的方式也是一种有效的降低接地电阻的方法，施工方便简单，但是工程造价太高。预计改造费用在十多万元左右。

3.4   使用降阻剂降阻方案

降阻剂是应用于接地工程中的一种辅助材料和技术手段，其基本性能必须符合接地工程技术特性的要求。降电阻剂是一种良好的导电体，将它使用于接地体和土壤之间，一方面能够与金属接地体紧密接触形成足够大的电流流通面；另一方面，它能向周围土壤渗透，降低周围土壤电阻率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域。降电阻剂有较强的吸水性和保湿性能，使用降阻剂后，能长期地保持电极附近土壤中的湿润状态。凝固后的降阻剂呈弱碱性，结构紧密，对电极有防腐蚀保护作用。除此之外，降阻剂还具有良好的均压作用，改善电位分布，从而降低跨步电压和接触电压，保证人身安全。

现在市场上的降阻剂种类繁多，如何选择降阻剂和使用降阻剂非常重要，一定要根据使用的目的，使用场所的地质、地势以及当地的土壤状况选择合适的降阻剂。一般情况下需要考虑的因素有降阻剂自身的电阻率，对钢材等接地体本身的腐蚀率，它的稳定性和使用寿命，使用中和使用后有无构成污染，是否便于现场操作和敷设，必要时还要考虑它的价格和运输是否经济便捷。总之要做到认真的技术经济分析，用最小的投资，达到最大的经济效益。经过综合分析，我们在本工程中使用青岛胶南降电阻剂厂生产的HCJ-01型降阻剂。

HCJ的性能参数如下：

⑴ 降电阻率：40%—95%（土壤电阻率越高，降电阻率越显著）

⑵ 稳定性及长效性，降电阻剂的理论有效期20—30年。

⑶ 其他性能指标，详见下表：

项目名称
要求
试验结论

室温电阻率试验
ρ≤5Ω·m
ρ=0.5Ω·m

理化性能考核试验

a  失水试验

b  冷热循环试验

c  水浸泡试验
试验后

ρ≤5Ω·m
ρ=0.6Ω·m

ρ=0.48Ω·m

ρ=0.6Ω·m

冲击电流耐受试验
△R≤20%
△R≤2.4%

工频电流耐受试验
△R≤20%
△R≤-27%

PH值测量试验
7≤PH≤12
PH=8

降电阻剂对钢接地体

腐蚀试验

 

纯降电阻剂对钢接地体

腐蚀试验
表面平均腐蚀率

≤0.03mm/年
表面平均腐蚀率

（mm/年）
范围

（mm/年）

圆    钢
0.021
0.020—0.025

扁    钢
0.026
0.021—0.028

镀锌圆钢
0.029
0.024—0.030

镀锌扁钢
0.030
0.018—0.030

3.5  结构设计

接地体总体布置设计是按周围地形、地势、土质情况确定的。主要安装水平接地极，梳子形状，在每个末端打入1米长的垂直接地极。水平接地极采用-4*40热镀锌扁钢，垂直接地极采用φ50长1米的热镀锌钢管，在地面1米以下施工。结构图如下（单位：米）：

10

10

10

10

10

10

10

10

10

引入室内

水平接地极

垂直接地极

　

4  施工

4.1   安装接地极

4.1.1  按照结构设计图先在施工现场划线标示接地体走向。

4.1.2  沿标示开挖地槽，地面宽度为0.8米，深度为1米，底部为0.2米的倒置梯形地槽。并在需要打入垂直接地极的地方，按0.2m•0.2m大小的孔挖的更深一些，以便安装垂直接地极。

4.1.3  将-4*40镀锌扁钢沿地槽敷设好，并按照设计中标示的位置打入垂直接地极。

4.1.4  按照规范要求，将所有接地极焊接连通成一整体。

4.1.5  用直径约为0.1米大小的石块将接地极支起10cm高，固定在沟底的中心位置。

4.2   敷设降阻剂

在挖好的地槽附近，以 降阻剂/水=2.3/1 的比例加水，快速搅拌1-2分钟，要求搅拌均匀，整体成浆糊状后，立即倒入已放好接地体的地槽中（却不可固化后再放入，以防失效，降阻剂的用量按40kg/m敷设），要均匀布于地槽中，尽量避免土壤混入其中影响降阻剂得降电阻率，之后先用细粘土松填盖好，暂不要夯实。敷设完成后的剖面图如下图（单位：mm）：  

200

200

1000

800

水平接地极

降阻剂

 

等待五天以后，粘土有所下沉，在将余土填入，可以稍加夯实。

4.3    测量

回填以后，经过测量，其接地电阻降为6欧姆，符合规范要求。

因此，可计算应用降阻剂后的降电阻率：

△R=  

5  注意事项

5.1  首先在接地装置选址时，尽量选择地土壤电阻率的地区，在山坡上时，还要考虑避开淌水沟，防止降阻剂的流失。

5.2    降阻剂应埋设在冻土层以下。

5.3    再使用降阻剂的过程中，要戴乳胶手套，如粉末溅到手、脸、眼上时，可用清水清洗干净。

5.4    避免大风天气敷设操作，以免造成污染和浪费。

5.5    降阻剂在使用前要注意防水防潮，以免降阻剂固化。

6  结语

海原县广播电视局马万山多路微波站防雷接地系统工程通过测试，能够符合规范和设备安全运行要求，运行实践也证明了事故和故障大为降低。由此可见，降阻剂的技术已成为提高接地系统技术性能和安全运行的技术措施之一。