高山雷達站接地裝置處理

陳桂斌，林 彬，鄭烽鐘，鄭中凱

1.福建省長樂市氣象局，福建 長樂 350200

2.福建省平潭縣氣象局，福建 平潭 350400

0 引言

福州風洞山二次雷達站位于長樂江田鎮(zhèn)，雷達塔高20.8m，加天線罩高度約30.1m。由于雷達站位于海拔600多米的山上，雷達塔又高，周邊又是開闊的田野，長樂區(qū)域年平均雷暴日為53.9天，屬于多雷區(qū)，因此整個雷達站就成了雷電容易襲擊的對象。

1 問題的提出

接地是防雷技術最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷，感應雷或其他形式的雷，最終都是把雷電流泄入大地，因此，沒有合理且良好的接地裝置是不能可靠地避雷的。正因為接地如此重要，設計部門和用戶都對接地電阻值提出較高的要求，即接地電阻值≤4Ω。客觀地說，這阻值對一般場地的要求不算高，但對多巖石的山地難度就大了。

風洞山山頂巖石多，平面面積小，要達到接地電阻值≤4Ω，應該說難度還是比較大的。根據(jù)估算公式R=0.5*ρ/S1/2，風洞山電阻率約ρ=2000Ω·m，設計院圖紙設計的地網(wǎng)總面積為2580m2，經(jīng)計算其接地電阻值為19.9歐與4.0歐相差較大，也說明其難度。

2 解決問題的思路

一個良好的地網(wǎng)除了要有較低的接地電阻外，地網(wǎng)的面積（對地電容），地網(wǎng)的形狀都是至關重要的。可以說接地裝置的防雷效果主要看其結構和阻值:結構合理可以避免雷電反擊；阻值低雷電散流快，被雷擊物體高電位保持時間短，危險性小。

如何降低接地電阻阻值？一般方法是:改變接地電極形狀；增加水平接地體；充分利用建筑物的自然接地體。對電阻率較高的巖石地區(qū)，需要加大接地體的尺寸，使用降阻劑和換土法。

3 采取的具體措施

根據(jù)上述解決問題的思路，在接地裝置結構合理的前提下，采取能降低接地電阻阻值的方法措施。

3.1 采用綜合接地裝置

所謂綜合接地裝置就是多種接地合用一個接地網(wǎng)。它主要特點是防雷效果好，同時又能降低接地電阻值。我們知道獨立接地雖然在通訊方面具有抗干擾的優(yōu)點，但統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明在通訊網(wǎng)中獨立接地系統(tǒng)被雷擊損壞的幾率遠遠大于綜合接地。這是因為獨立接地系統(tǒng)彼此間隔離，當某地被雷擊時產(chǎn)生高電位容易對其它系統(tǒng)進行反擊。而綜合系統(tǒng)彼此相連，即各系統(tǒng)間進行了等電位連接，避免了雷電反擊，因此防雷效果好。另外，綜合系統(tǒng)把各地網(wǎng)連接在一起，相當于把各系統(tǒng)的電阻并聯(lián)在一起，所以接地電阻值就降低。

3.2 應用建筑物自然接地體

3.2.1 建筑物接地體

風洞山雷達站是新建的建筑物，分別由配電房建筑物、雷達塔樓建筑物、生活工作樓組成我們要充分利用其鋼筋混凝土結構和鋼結構，其梁、板、柱及基礎內(nèi)均有大量鋼筋，整體建筑構架根據(jù)法拉第原理可形成一個等電位系統(tǒng)即籠式避雷網(wǎng)，這種網(wǎng)防雷既可靠又經(jīng)濟。同時，這種建筑物有較龐大基礎的接地網(wǎng)，比較一般獨立接地對地電容值顯著增大，就使它的沖擊阻抗顯著降低，提高了雷電流的散流效果。但有兩點必須注意:其一、接地體的鋼筋要通長電氣連接，主鋼筋上的接點還須焊接；其二，對水泥的要求不能用防水水泥、鋁酸鹽水泥、礬土水泥等。

3.2.2 雷達站圍墻建筑物基礎

雷達站圍墻建筑物基礎設計院圖紙無要求作為接地裝置的一部分，其圍墻總面積8000m2,圍墻基礎為鋼筋混凝土結構，充分利用可以有效地降低接地裝置的成本。

應用建筑物自然接地體同時配合回填細土可以達到更佳的效果。

3.3 應用降阻劑

對于多巖石的山地來說，要降低接地裝置，應用降阻劑還是很須要的。但如何應用才能達到效果好又經(jīng)濟，就要熟知降阻劑降低接地電阻的機理和理論依據(jù)。我們知道接地裝置的接地電阻由電極電阻、電極與土壤接觸電阻及土壤散流電阻三部分組成，其中電極是金屬結構，所以電阻可略去不計，接地電阻主要由接觸電阻和散流電阻確定，而接觸電阻與接觸面積成反比，這樣隨著接觸面的增大而減少。由于土壤電阻率比降阻劑電阻率大2-3個量級，所以將降阻劑敷在接地電極和土壤之間有如增大接地電極的直徑，接地體尺寸的增加，而使接地電阻電阻減少。

另外，理論計算可知:對于半徑為r的金屬半球，其接地電阻約90%集中在自接地體表面至距球心10r的半圓球體內(nèi)。例如:半徑為r的半球，其接地電阻R=ρ/2πr，當r1=10r時，R1=0.9R即R1占R的90%。說明:離開接地極中心距離為接地極半徑r的10倍時，在10r以內(nèi)的土壤對接地電阻起很大作用。這就為降阻劑和換土法能降低接地電阻提供了理論依據(jù)。

3.4 接地泄流板的應用

由于雷達站在山上，土質(zhì)為風化巖，采用常規(guī)的接地裝置很難達到4Ω的接地電阻值，在實際施工中會采用較多的1米×1米鋼板坑（或稱接地泄流板），鋼板材料為500×500×5熱鍍鋅材料，鋼板坑回填采用降阻劑或細土，或采用400×400降阻模塊。這種接地裝置的主要原理是:以r為半徑 的金屬圓板，其接地電阻R1=ρ/4r，而以r為半徑 的金屬半球，其接地電阻R2=ρ/2πr，它們的接地電阻比值R2/R1=0.637說明金屬半球接地電阻比金屬圓板接地電阻小，我們的鋼板坑就是模擬將平面接地體分割為若干個半球體，并將它們并聯(lián)在在一起，因此，它們的接地電阻會有明顯的降低。

4 結論

防雷系統(tǒng)六項要素接閃、分流、等電位連接、屏蔽、布線和接地，其中接地是各項的基礎，接地的妥當與否，已成為歷來防雷技術上特別受重視的項目，各種防雷規(guī)范都作出明確的規(guī)定。它又是最費工、費錢、費力的防雷措施，是防雷工程的重點和難點，也是安全檢測中心的主要工作，因此一定要努力做好。

[1]GB50057-94（2000年版）《建筑物防雷設計規(guī)范》.

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

[3]《接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導則第一部分》GB/T17949.1-2000.

[4]《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》03D501-3.