高山微波站接地及降阻措施研究

摘要:本文对高山微波站的防雷接地、工作接地和安全接地进行了分析和研究。讨论了目前在高山微波站接地中存在的问题,研究了接地装置的型式以及设备接地,等电位连接和屏蔽接地的方法。探讨了高山微波站在接地中存在的雷电干扰和地电位干扰问题。重点研究了降低高山微波站接地装置的措施,探讨了改善地面电位分布的方法,以及防止地电位干扰的方法。
关键词: 高山微波站 接地方式 接地电阻 降阻措施
1、引言
在微波通信工程中为了减少微波塔的建设或降低微波塔的高度, 经常将微波站选建在高山顶上,微波站建在高山顶上普遍存在着地形复杂、场地狭小和土壤电阻率较高, 给微波站地网的设计和施工带来很大的困难, 不利于接地电阻的达标及通信机房设备的防雷保护。微波站内接地种类较多, 有直流接地、交流接地、工作接地、逻辑接地、防雷接地、安全接地等等。各个接地要求不同, 独立的地网间会产生电位差, 可能会对设备、人身安全构成威胁。而微波通信设施又属于对干扰非常敏感的电子设备,高山微波通信站因为地势高,又有高高的微波通信塔,特别容易遭受雷击,如果接地不好,在雷电流入地时就会产生“反击”,或产生地电位干扰打坏微电子设备［1］。如地网均压不好,地面跨步电压满足不了要求,还会对人身的安全构成威胁。据调查,每年在位于高山上的微波通信站都发生不少雷害事故,表现最为突出的是雷电流入地时造成的地电位干扰和电源干扰。因而,对高山微波站的接地装置的型式和降低接地电阻的方法进行深入的研究,找出合适的接地方式和降低接地装置接地电阻的措施是非常必要的。
2、微波通信站接地电阻和接地方式和要求
（1）、 微波中继站地网的工频接地电阻值应不大于10Ω；重要的微波枢纽站地网的工频接地电阻值应不大于5Ω［2］。
（2）、微波站地网由机房地网、铁塔地网和变压器地网组成，同时应利用机房建筑物的基础（含地桩）及铁塔基础内的主钢筋作为接地体的一部分。机房地网的组成：利用机房建筑物基础自然间横竖梁内的2根以上主钢筋（必要时辅以相同尺寸的钢筋），组成网格不大于3m×3m的机房地网。当机房建筑物基础有桩时，应将地桩内2根以上主钢筋与机房地网就近焊接连通。当微波天线铁塔座落在机房旁边时，其地网面积应延伸到塔基四脚外1.5m以远的范围，网格尺寸应不大于3m×3m，其周边为封闭式。同时，还应利用塔基地桩内2根以上主钢筋作垂直接地体，与地网焊接连通；当微波机房位于微波天线塔内或微波天线铁塔位于机房屋顶时，宜在机房地网四角设置辐射式外引接地体，以利雷电散流。变压器地网的组成：当电力变压器设置在机房内时，其地网可合用机房及铁塔地网组成的地网；当电力变压器设置在机房外，且距机房地网边缘30m以内时，变压器地网与机房地网或与铁塔地网之间，应每间隔3～5m相互焊接连通（至少有两处连通），以相互组成一个周边封闭的地网。
（3）、接地体、接地引下线的材质及规格要求接地体应采用镀锌钢材,钢管宜采用 φ50mm，壁厚应不小于3.5毫米；角钢 应不小于50mm×50mm×5mm；扁钢 应不小于40mm×4mm。垂直接地体长度为1.5-2.5m。垂直接地体间距为其自身长度的1.5-2倍。当垂直接地体埋设有困难时，可设多根环形水平接地体，其彼此间隔可为1-1.5m，且应每隔3米相互焊接连通一次。接地体之间所有焊点。除浇注在混凝土中的以外，均应进行防腐蚀处理。接地引入线长度应不超过30m，其材料为镀锌扁钢，截面积应不小于40mm×4mm。接地引入线座作防腐、绝缘处理，并不得在暖气地沟内布放，埋设时应避开污水管道和水沟，裸露在地面以上部分，应有防止机械损伤的措施。接地引入线应以对称方式(南北或东西)由地网就近引入，其中2根与电力室接地汇集线相连，另2根与机房接地汇集线相连。两接地汇集线之间庭采用截面积不小于40mm×4mm镀锌扁钢相互妥善连通。 （4）、微波站直流工作接地，应从接地汇集线上就近引接，接地线截面积应满足最大负荷要求，一般为35-95mm2，材料为多股铜线。微波站通信设备及供电设备的正常不带电的金属部分、通信设备所设防雷保安器的接地端，均应作保护接地，严禁作接零保护，其接地线截面积应不小于35mm2，材料为多股铜线。出入微波站的电缆金属护套在入站处应作保护接地，电缆内芯线在进站处应加装保安器，电缆内的空线对亦应作保护接地。站区严禁布放架空缆线。机房内的走线架应每隔5m作一次接地。走线架、吊桂铁件、机架(或机壳)、金属通风管道、金属门窗，以及其它金属管线，均应良好接地并相互妥善连通。微波天线的馈线及塔顶航空障碍信号灯馈线的金属外护层，应在顶端及进入机房入口处的外侧就近接地。经走线架上塔的天线的馈线，应在其转弯处上方0.5-lm范围内作良好接地；在进入机房入口处应与地网就近引出的接地线妥善连通。塔灯控制线的每根相线均应在机房入口处分别对地加装氧化锌无间隙避雷器，零线直接接地。微波天线应在避雷针保护范围内。避雷针与引下线应可靠焊接连通，引下线材料为40mm×4mm镀锌扁钢。引下线在地网上连接点与接地引入线在地网上连接点之间的距离宜不小于10m。微波机房屋顶应设避雷网、其网格尺寸不大于3m×3m，且与屋顶避雷带一一焊接连通。微波机房四角应设雷电流引下线，该引下线可利用机房四角房柱内2根以上主钢筋，其上端应与避雷带、下端应与地网焊接连通。机房屋顶上其他金属设施亦应分别就近与避雷带焊接连通。当微波站天线铁塔位于机房旁边时，铁塔地网与机房地网之间，应每间隔3—5m相互焊接连通一次(至少有两处相互连通)，铁塔四脚座与其地网就近焊接连通。当微波站天线铁塔位于机房屋顶时，其四脚应在屋顶与雷电流引下线分别就近连通。电力变压器低压侧的每根相线应分别就近对地加装氧化锌无间隙避雷器。变压器的机壳、低压侧的交流零线，以及与变压器相连的电力电缆的金属外护层，应就近接地。进入微波站的低压电力电缆的长度应不小于50m，其三根相线及零线在进交流屏之前，应分别对地加装氧化锌无间隙避雷器或其他可靠防雷器件，屏内交流零线不作重复接地。
3、高山微波站接地存在的主要问题分析
微波站接地电阻偏高的原因分析 由于微波站为了使于通信的需要,一般
都建在较高的山上,而这些地方往往是雷电活动强烈的地方,加上高高耸立的微波塔最容易遭受雷击,因而对防雷接地就有较事的要求,然而这些地方的土壤电阻率往往较高,给有效降低接地电阻带来了困难,从而造成一些高山微波站雷害事故不断发生。如有一座电力系统的微波通信站建在海拔800m的一高山上,由于该处属于南北气候的过渡带,雷电活动频繁,而微波站建成后接地电阻高达17Ω,不符合要求,结果雷电每年都造成一些雷害事故,如打坏配电变压器,打坏微波机的模块;打坏微波机的电源板等。甚致在雷电活动强烈时金属物体的隙处及建筑物门窗的缝隙处出现电火花,运行值班人员的人身安全构成威胁。还有一座高山微波通信站在一年之内打坏了3台配电变压器,最后检查接地电阻超标是主要的原因。造成高山微波站接地电阻超标主要有以下原因:
1)、地质、地势复杂，特别是山区主要是土壤电阻率偏高，据我们调查北方山区的土壤电阻率一般在1300Ωm-3000Ωm，南方山区的土壤电阻率有的甚至高达5000-10000Ωm，且有的山区土层较薄或根本没有土壤，基本上全为岩石，交通不便。接地施工难度大。还有在北方土壤干燥，而大地导电基本上是靠离子导电、而各类无机盐类只有在有水的情况下，才能离解为导电的金属离子，所以干燥的土壤导电能力是非常差的，这是高山微波站接地电阻偏高的主要原因。
2)、设计施工方面的原因 在山区由于地形复杂，土壤不均匀，土壤电阻变化较大，在设计微波站的接地时需要实地进行认真的勘探，结合实际情况进行认真的设计。但是对实际工程进行调查时发现在设计方面存在一些问题，既设计时有些不到现场进行土壤电阻率测式，不到现场进行地形，地势和地质勘探，根据实际做出符合现场条件的设计，而是对相当大的范围取一平均电阻率。或者套用典型的设计图纸，对接地电阻不进行计算，结果设计与现场实际不符。在施工时由于接地工程是属于隐蔽工程，工程技术监督也存在着不到位的现象，不能严格的按图施工，如接地体的长度，埋深及焊接和回填土不符要求的存在较为普遍。如在工程验收时不严格按进行测试，会使这些隐患一直得不到消除，直到投运。
3)、使用降阻措施的问题,在对微波站的接地及其地网图纸进行检查时还发现了一些不正确的做法,如a、不正确的使用外延接地,有的为了降低接地电阻在很大的范围内设置了外延接地,有的甚致把接地引到山下,这对降低工频接地电阻是有效的方法,但微波站的接地主要是防雷的,即应以有效降低冲击接地电阻为主。过长的外延由于接地体自身的电感作用,对降低冲击接地电阻是无效的。b、采用深井式接地极,深井式接地极也只是对降低工频接地电阻有效,因为雷电流是高频电流,有很强的趋肤效应,一般沿地表散流,并不在深层土壤中流散,因而深井式接地极对以防雷为主的微波站接地无效。C、采用木炭、食盐或化学降阻剂进行降阻,这种方法只能短时有效,随着时间的推移,随着水土流失,木炭、食盐或化学降阻剂会逐渐失去作用,还会造成对接地体的腐蚀,这已为大量的工程实例所证实［3］。
4)、运行维护方面的原因、a、接地体的腐蚀，特别是在山区酸性土壤中，或风化后土壤中，最容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀，最容易发生腐蚀的部位是接地引下线与水平接地体的连接处，由腐蚀电位差不同引起的电化学腐蚀。有时会发生因腐蚀断裂而使设备发生“失地”现象。还有就是接地体的埋深不够，或用碎石、砂子回填，土壤中含氧量高，使接地体容易发生吸氧腐蚀，由于腐蚀使接地体与周围土壤之间的接触电阻变大，甚至使接地体在焊接头处断裂，导致杆塔接地电阻变大，或失去接地。b、在山坡坡带由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露失去与大地的接触。