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，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，長樂區域年平均雷暴日為53.9天，屬于多雷區，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節，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總面積為2580m2，經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

一個良好的地網除了要有較低的接地電阻外，地網的面積（對地電容），地網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，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。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點，但統計數據表明在通訊網中獨立接地系統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彼此間隔離，當某地被雷擊時產生高電位容易對其它系統進行反擊。而綜合系統彼此相連，即各系統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，綜合系統把各地網連接在一起，相當于把各系統的電阻并聯在一起，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、柱及基礎內均有大量鋼筋，整體建筑構架根據法拉第原理可形成一個等電位系統即籠式避雷網，這種網防雷既可靠又經濟。同時，這種建筑物有較龐大基礎的接地網，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濟，就要熟知降阻劑降低接地電阻的機理和理論依據。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。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。

3.4 接地泄流板的應用

由于雷達站在山上，土質為風化巖，采用常規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，各種防雷規范都作出明確的規定。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）《建筑物防雷設計規范》.

[2]GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》.

[3]《接地系統的土壤電阻率、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.