深圳市气象局 广东省深圳市 518001
摘要：本文结合国家无委深圳马峦山短波监测站的，结合南方山区普遍的砂岩环境；阐述了，在砂岩环境下的接地工程设计及施工。
关键词：接地电阻 砂岩 防雷 等电位 接地网
1.工程背景
深圳监测站是国家无线电监测网重要的组成网点，马峦山监测站设备的雷电安全直接影响监测信号的质量和监听水平及定位精度。由于检测站地理位置处于我过雷电活动密集地区，并且检测站曾发生雷击事件，造成了电源系统的损坏。为保证监测站建成后，卫星监测备的正常运行，完善监测站的综合防雷系统显的尤为重要。
马峦山短波监测站，位于深圳龙崗马峦山顶，短波天线场及机房是将马峦山的一个山顶整体推平而建，所以短波天线场和机房都处于山体的最高点，所以对直击雷和接地的要求非常严格。
2.马峦山短波天线场的现场条件及雷电防护分类
2.1马峦山短波天线场的现场条件
马峦山位于深圳市龙岗区的三洲田及涌溪水库之间，山体海拔高度540m，山体土质为晚第三季玄武岩，浅层主要由风化岩组成，浅表土壤层薄。平均土壤电阻率3190Ω?m。
图4.建筑物与周围山丘的高度
短波天线场位于上图北侧，天现场主体为25m的圆形共9做短波天线。
2.2短波天线场的防雷等级分类
①防雷分类计算公式 ：
计算公式：N＝K?Ng?Ae
其中：N为建筑物年预计雷击次数
K为校正系数，一般环境取值为1，旷野孤立取值为2，金属屋面的建筑物取值为1.7，湖、河边及潮湿地区取值1.5。
Ng为建筑物所在地的雷击大地年平均密度，单位：次／Km2?a。
Ae为建筑物截收相同雷击次数的等效面积，单位：Km2。
a为国际法定时间单位。
Td 为年平均雷暴日。
②工作面的等效截收面积的计算：
由于天线场为半径25m的圆形，为便于计算天线场的取值为：长=50m、宽50m、高=5m、π=3.14，建筑物的取值为：长=10m、宽6m、高=3m、π=3.14，小木屋的取值为：长=2.25m、宽2.25m、高=1.8m、π=3.14深圳年平均雷暴日取值为：Td=74。
Ae天线场＝[L?W+2（L+W）
? +πH(200-H)] ?10-6
……………………………………………………………………. 公式1
=[50×50+200×31.22+3061.5] ?10-6
=1.18×10-2 Km2
③年雷击密度Ng的计算（Ng取最小值）
Ng ＝0.024×Td1.3………………………………………… 公式2
= 7.10次／Km2?a
④年预计雷击次数N的计算
N天线场＝K?Ng?Ae…………………………………… 公式3
＝2×7.1×1.18×10-2
＝0.16(次/a)
人工计算值0.16(次/a),天线场按照50×50×5m物理尺寸考虑时,每年的预计雷击次数为0.16次/a,依据GB50057-94/2000《建筑物防雷设计规范》第2.0.3条：预计雷击次数大于或等于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑应划为第二类防雷建筑。结合天线场设备的使用性质，天线场可作为第二类防雷建（构）筑物，应采取第二类防雷措施。
3.短波天线场的等电位接地设计
3.1设计依据
在高土壤电阻率地区通过多年的工程经验认为可不必一味追求低电阻，参照YD5068-2005《移动通信基站防雷设计规范》中第6.2.7条：‘当基站的土壤电阻率大于700Ω?m时，可不对基站的接地电阻予以限制，此时地网等效半径应大于20m,并在地网的四周辐射20-30m的辐射型水平接地体。’据此，为短波天线场设计联合的等电位地网。
3.2短波天线场的地网设计：
为避免在天线场地表下敷设金属对信号接收造成的影响，设计采用换土法改变天线场工作面的整体接地电阻，使天线基础及信号传输线整体处于低电阻的环境。由于马峦山的年降水量较大，考虑使用化学降阻剂存在沉降及雨水冲刷问题。设计使用物理型长效低电阻降阻剂，该中产品的主要成为是高纯度石墨粉，而经过处理的石墨粉的导电性、自身电阻率均符合接地要求，并且不会对天线场的信号接收造成影响。主要施工工艺为：在天线场设备联络线地表下1.7m深度敷设一层厚度为0.2m的降阻剂层夯实，为增加导电性并提高电流的散流效果，同时布放一条40×4的热镀锌扁钢。在降阻剂层上层敷设更新的土壤，厚度不小于0.2m。最后在敷设一层降阻剂层，厚度为0.5m夯实后敷设饱水剂，回填土并夯实。
3.3化学降阻沉降对接地电阻的影响
无论土壤的含沙率如何，根据其地区不同的降水率，都存在雨水冲刷的影响及不同的土壤保水能力的物理沉降问题：
图5.历年电阻值示意图 图6.化学降阻剂沉积示意图
从图3和图4可看出，化学降阻剂的沉降和接地电阻之间的关系，既降阻剂的下沉直接影响接地电阻的阻值。所以，在失水性土壤及年降水充沛的环境下，不宜使用化学降阻材料。同时，由于在接地工程施工前，对土壤环境没有详细地进行（酸、碱）分析，所以最初使用的降阻材料改变了土壤环境，一般化学降阻材料呈酸性，由此使土壤酸化，加速了接地材料的腐蚀速度，同时使接地材料迅速老化。
3.4接地网的结构对接地电阻的影响
对接地网的设计时，接地网的等效面积与垂直深度也是影响接地电阻的因素之一。在常规地网的设计上，一般情况接地网的内部网格的垂直接地体间距是垂直接地体长度的2倍，距离过近垂直接地体之间的相互泄流将产生互相屏蔽作用，直接影响地网对雷电流的泄放能力。
3.5 垂直接地体与水平接地体之间的相互屏蔽对接地电阻的影响
对于砂岩环境，在单位面积内垂直接地极之间会产生电流消散的屏蔽区，单位面积内的闭合环路地网内中心散流能力由于受到屏蔽的影响远远低于外缘地网的散流能力。为了减小水平地网对垂直接地极的屏蔽作用，垂直接地极一般布置在水平地网的外围，与外围接地导体相连。当单位面积不变时，垂直接地体根数变化对地网接地电阻呈倒数关系，接地系统的接地电阻R随垂直接地体根数N的增加而降低，当布置的垂直接地极根数达到一定数量时，接地电阻R的减小趋于饱和，其主要原因是垂直接地极间距减小后，相互之间屏蔽作用增强的缘故。另外，垂直接地体显然对水平网散流有抑制作用。即添加垂直接地体后接地系统总的接地电阻并不是垂直接地体与水平网的接地电阻的简单并联，而是存在一个屏蔽系数，垂直接地体的根数越多，屏蔽系数越大，接地电阻越高，地网效能越低。
3.6本工程设计特点
本工程采用了开放式结构的地网设计，放弃固有的封闭式地网，同时加大了垂直接地体之间间距，一般间距为3米，本工程采取平均5米的间距，为了减小垂直接地体与水平接地体之间的相互屏蔽作用及减小外围地网对内部地网的屏蔽，在地网外缘增加了平均15-20米的水平放射地线。
4.结合实际，保障安全
结合实际情况，采用多种方式来提高地网的效能，减小人为因素对接地的影响，本工程2007年9月竣工，已经经过了一次雨季的检验，监测站设备工作正常今年正值雨季的到来，接地网的实际效果将再次接受考验，也籍此验证高土壤电阻率地区的接地效果的好坏不是单一的有接地电阻的大小决定。
参考文献：
[1]YD5068-2005 通信局（站）防雷与接地工程设计规范
[2]庄严 接地网设计 第四届中国国际防雷论坛
[3]高山地网设计 防雷中国2008年第一期
论文作者:康豪
论文发表刊物:《防护工程》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/12
标签：天线论文; 电阻论文; 短波论文; 地网论文; 防雷论文; 土壤论文; 监测站论文; 《防护工程》2017年第19期论文;