建甌市廣播電視轉播站梨山差轉站防雷工程設計實施實例分析

摘要:電視轉播站大多建設在高山上，其地理位置高，地質條件差，氣候條件惡劣，很容易受到強雷電的襲擊。筆者從事防雷工作多年，現就防雷工作中遇到的實際設計事例進行總結分析。

關鍵詞: 廣播電視轉播站;防雷工程設計;實施

1 基本情況

1.1建甌市梨山差轉站，位于建甌市境內的梨山頂上，海拔高度868米，地勢高聳，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。經測定大地土壤電阻率大于730Ω.m。四周水平視線無大于0°的障礙物，地處孤立制高點。由于地處高山，氣侯條件復雜，雷雨、大風、天氣等時常發(fā)生，對于影響電視轉播站防雷安全的直擊雷、感應雷、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:建甌市近30年氣象資料統(tǒng)計，建甌市累計年平均雷電日為71天，屬強雷區(qū)。

1.3該站電視轉播天線塔正在建設中。

1.4新建房屋是一個長十二米，寬六米，高六米的二層小型臺站，屋面上沒有設置接閃裝置，原機房屋面避雷帶年久銹蝕嚴重，已不能正常使用。

1.5配電系統(tǒng)未設置雷電電磁脈沖防護設施。

2設計思路

為防止減少轉播站設備受雷擊的危害，對梨山電視轉播站綜合防雷方案包括:直擊雷防護、雷擊電磁脈防護、接地系統(tǒng)三個方面內容。綜合實施均壓、分流、屏蔽、等電位等防雷技術措施，設計一個全面的防雷系統(tǒng)方案:

2.1外部防雷設計:避雷帶(接閃)、引下線等，其主要的動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避雷針、避雷帶、引下線，泄放入大地。具體措施是:在新建轉播塔及建筑物設計一套完整的直擊雷接閃裝置，使轉播站內建筑完全納入直擊雷防護區(qū)內。

2.2內部防雷設計:為保護建筑物內部的設備以及人員而設置:主要以屏蔽、等電位連接、減少耦合、過電壓保護等，在需要保護設備的前端安裝合適的避雷器，使設備、線路與大地形成一個有條件的等電位體。將可能進入的雷電流以及因雷擊而使內部設施所感應的雷電流得以安全泄放入地。具體措施是:①設計雷電磁脈沖防護系統(tǒng)用于防止雷電脈沖對電源系統(tǒng)、轉播系統(tǒng)等感應產生瞬間過電壓對設備造成的損害。②設計接地系統(tǒng)、均壓系統(tǒng)、用于疏導雷電流，減少地電位反擊和實現均壓等電位。

3技術實施方案

3.1直擊雷防護:在轉播站內的建筑物面四周增設直擊雷防護措施--沿屋面敷設避雷帶，避雷帶材料采用國際12mm熱鍍鋅圓鋼，并與引下線做良好的電氣導通，并將屋面其它金屬部件與避雷帶可靠電氣連接。

3.2接地是防雷技術中最為重要的環(huán)節(jié)，一個良好的接地系統(tǒng)是保護人身、設備安全、系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要保證。由于轉播站土壤電阻率高并依據VD5098-2005《通信局(站)防雷與接地工程設計規(guī)范》對梨山轉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，接地網的等效本半徑≥20m，并嚴格按照YD5098-2005《通信局(站)防雷與接地工程設計規(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計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題。以下我先對接地裝置和接地電阻的概念和原理做簡單的介紹，再結合該站的實際情況對該站接地裝置和接地電阻的設計施工做說明: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。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、含水量、顆粒狀況等有關。④散流電阻，是沿接地體開始向遠端擴散電流所經過路徑的土壤電阻，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，在接地接地裝置設計時要重點考慮降低接觸電阻和散流電阻，來達到降低整個接地體的接地電阻。

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度大于2.5m，則要求各接地極間的埋設間距大于等于2倍的單一接地極的長度，其目的就是要減小相互間的影響，但這個間距仍然能使接地極之間產生屏蔽效應。接地體之間的這種影響使每個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單的并聯(lián)值的和來計算接地體的散流電阻。假設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，此時在接地體電阻計算時就引入了接地體利用系數，與接地體的形狀和接地極的位置有關，它是接地裝置中每個接地體的平均接地電阻與單個接地極接地電阻之比。計算時是指沖擊利用系數，如果接地體中2個接地極之間的距離大于等于40m，則利用系數 為1，但在實際中接地體的布設受到環(huán)境位置的限制，很難作到=1，因此為使值盡可能接近1，比較實用的一種方法是在布設接地極時采用不等長技術法，就是讓各垂直直接地極長度不相等，將這些接地極按“一長兩短”或“兩長一短”的形式埋設，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，達到降低接地裝置的接地電阻。

接地體埋設深度的確定:

接地體埋設愈深，其土壤的相對濕度和溫度的變化愈小，接地電阻相對穩(wěn)定，相比垂直接地體經水平接地體埋設要深，在實際設計中一般根據經驗確定埋設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，但常用的接地網其實際測得接地電阻的值，較深埋設和適宜埋設，其阻值相差不明顯，特別是在均勻土壤中阻值變比較小，因此并不是埋設越深越好。利用半球接地體來計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，當埋設深度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。對于接地體的埋設深度，不僅要考慮降低接地電阻，同時也要考慮埋設深度的成本。在設計中主要由接地裝置的等效半徑以及地質環(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深度選取深度為1.5～3.5m。

降阻劑的作用:

質量好的降阻劑對接地極具有保護防腐作用，同時又能改善土壤的電特性，對降低接地電阻有一定的效果，所以在接地體鋪設中都有加入一定量的降阻劑來改善接地效果。降阻劑使用時，①要考慮它的防腐性，其導電墮性物對金屬不發(fā)生化學反應。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的侵襲，對金屬具有保護使用。②它的穩(wěn)定性要好，降阻劑中加入物質都凝固在接地體周圍，它與接地體不能發(fā)現化學變化，而且內部組成物質不因季節(jié)而流失，其導電性不受高低溫、干濕度和環(huán)境介質的影響，降阻作用時間要長。③降阻劑的電特性要好，降阻劑電阻率遠小于土壤電阻率，與土壤和接地體金屬緊密相結合，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。最后對降阻劑的環(huán)保性要考慮，有些降阻劑內的添加物對地下水和周圍根系的損傷，容易造成植物枯死。

接地極周圍土質的更換:

接地體埋設在地面0.6m以下，不同土質的 值對接地電阻有很大的影響，而垂直接地極有時要穿過不同 值的土壤。在實際中多個接地體相比較更換土質對降阻效果明顯，因此在設計和施工中要考慮可能更換 值低的土質，同時要求在施工中將垂直接地體坑內、水平接地體溝內的低電阻率土壤回填后要分層夯實，以防吸氧腐蝕，回填土內不得有石塊、沙子和建筑垃圾等，更不能有腐蝕性物質。一般埋設接地極的坑或溝的寬度要大于1m，如果過小雖然減少了土方的開挖和土質的更換量，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降低該差轉站的接地電阻:

a.更換土質，以降低土壤電阻率，從而達到縮短接地體有效長度的目的。專門選取當地山川地帶的一種粘土壤，這種土含沙粒很少有一定的粘性且保水性好，有利接地電阻的長期穩(wěn)定，測試其土壤電阻率在60Ω·m左右，以1.2米的寬度開挖，將各接地體埋設在地面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，使接地體所有部位都與空氣隔離，測試接地電阻在3.7Ω，達到要求。對接地體各極等驗收后，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，經過一個秋季后測試接地電阻在3.5Ω，來年春季比較干燥時測定為3.6Ω，接地電阻變化比較穩(wěn)定，說時接地裝置的設計和施工都達到了要求。在回填土壤時要注意土壤中加的水和混合的鹽不能過多，過多使初次測試阻值很低，造成接地效果好的現象，但土壤中的鹽分隨著時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)，即站內電源總配電進線端的安裝第一級電源SPD，其標稱通流量In:60KA(8/20μs)，最大允許持續(xù)工作電壓:385VAC。

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

在LPZ2-LPZ3區(qū)，即在站內機房設備電源進線處安裝第三級電源SPD，其標稱通流量:In:20KA(8/20μs)，最大允許持續(xù)工作電壓:385VAC。

3.4信號線、天饋線SPD安裝

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

3.5等電位連接

實行等電位措施可以有效減小地網之間、電子設備之間和電子設備與金屬構件之間的電位差，防止電位的反擊。設計在站內機房內安裝等電位鍍錫紫銅排40*4mm，將設備、金屬構架等穿過各防雷區(qū)交界的金屬部件等進行等電位連接，使雷電咸應在設備上的電荷迅速疏散，避免了在金屬外殼上感應的電荷積聚而形成電位差后產生局部放電現象而使設備內元器件遭到擊穿。

4 綜述

在整個設計和施工方案中，我們始終遵循\"內外防御、綜合治理、多重保護\"的方針，尤其針對該站獨特的地形、土壤、氣候、地理環(huán)境采取先進、可靠的防雷接地技術，有效降低了該站的接地電阻，取得了很好的經濟效益和社會效益，為轉播站建立起一個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。

參考文獻

[1]IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》

[2]GB50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》

[3]GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》

[4]YD5098-2005《通信局(站)防雷與接地工程設計規(guī)范》

[5]99(03)D501《建筑物防雷設施安裝》(圖集)

[6]DB35/715-2006《防雷裝置驗收及檢測規(guī)范》