深圳機(jī)場二次雷達(dá)站防雷地網(wǎng)整改工程設(shè)計(jì)分析

楊國雄 李文飛 鄧慶祥

（廣東天文防雷工程有限公司，廣東 廣州 510080）

1 項(xiàng)目概況

（1）新建深圳二次雷達(dá)站工程，隸屬“珠江三角洲及南中國海地區(qū)雷達(dá)管制工程”的專項(xiàng)工程；由于朱凹山航管雷達(dá)站在深圳機(jī)場實(shí)施雙跑道獨(dú)立進(jìn)近時(shí)成為超高障礙物，因此采用異址更新的方式，新建深圳二次雷達(dá)；目的是替換目前安裝在深圳機(jī)場附近的朱凹山航管雷達(dá)站的二次雷達(dá)。

（2）深圳二次雷達(dá)站建設(shè)在深圳機(jī)場東南側(cè)的求雨壇山上，山頂海拔314．8m，雷達(dá)站四周開闊；站在山頂上，可俯瞰寶安國際機(jī)場全景；目前求雨壇山頂為廣電的發(fā)射臺，經(jīng)深圳市委市政府協(xié)調(diào)后，廣電發(fā)射臺搬遷至新址建設(shè)，深圳二次雷達(dá)站的建設(shè)采取先在空地建設(shè)機(jī)房和雷達(dá)塔，待廣電發(fā)射臺搬遷后再拆除山頂現(xiàn)有建筑物，建設(shè)配套生活設(shè)施。

（3）雷達(dá)是利用電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備，雷達(dá)站周圍空間的電磁場強(qiáng)度極高，造成站內(nèi)空間大氣的電離程度超出正常的強(qiáng)度，給雷電提供了一個(gè)良好的泄放通路，因此雷達(dá)站遭受直接雷擊和感應(yīng)雷擊的強(qiáng)度和概率較高。

2 防雷環(huán)境

（1）根據(jù)深圳市氣象局提供的資料可知：深圳市全年平均氣溫22．5攝氏度，平均相對濕度77%，深圳市年平均降水量為1966．5mm，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，雨量充沛，故深圳氣候以熱濕為特征。由于平原開闊，海風(fēng)調(diào)節(jié)，水網(wǎng)又密，蒸發(fā)時(shí)水汽吸熱多，因此，降水多、霜日少、日照多、風(fēng)速小、雷暴頻繁。深圳市的雷季平均在3月4日至10月12日，持續(xù)223天。最早的雷暴年份是1983年1月4日就響雷了，而1972年則遲至11月15日還聞到雷聲。

（2）根據(jù)深圳市氣象局提供的資料顯示：1953～2006年深圳雷暴日總數(shù)為3691天，年平均雷暴日數(shù)為68．4天，按照我國的標(biāo)準(zhǔn)深圳屬于雷暴多發(fā)區(qū)。深圳雷暴日數(shù)年際差異較大，最大年為103天（出現(xiàn)在1973年），而最少年僅為47天 （出現(xiàn)在1991年）。

（3）根據(jù) MH／T4020－2006《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施防雷技術(shù)規(guī)范》第6條“雷電保護(hù)等級”要求，當(dāng)“所處地區(qū)年平均雷暴日數(shù)大于或等于30d但小于80d，位于曠野、山坡或山頂、大型水體旁、特別潮濕地帶等預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)較多的通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施”按“特級”進(jìn)行雷電保護(hù)。

（4）根據(jù)GB50057－2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50343－2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》等國家相關(guān)的防雷技術(shù)規(guī)范，按照二類防雷技術(shù)要求，對新建深圳二次雷達(dá)站現(xiàn)有的防雷設(shè)施進(jìn)行整改完善。

3 雷達(dá)站土壤情況、地網(wǎng)現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)需求

（1）土壤情況：雷達(dá)站位于小丘陵地帶，表層土是沙土，下層是巖石，土壤電阻率查表可知：在15%的濕度條件下為1500Ω．m。

（2）地網(wǎng)現(xiàn)狀：經(jīng)過第一期施工的防雷接地網(wǎng)，現(xiàn)有的接地電阻值為17．0歐姆。

（3）根據(jù)《民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施防雷技術(shù)規(guī)范》（HM／T4020－2006）第 12．1．1 規(guī)定：“通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施的防雷接地系統(tǒng)宜采用共用接地方式。采用共用接地系統(tǒng)時(shí)，接地裝置的接地電阻值應(yīng)按防雷接地、交流工作接地、安全保護(hù)接地、設(shè)備要求的工作接地等最小值確定。一般情況下，接地電阻不應(yīng)大于4Ω；所以現(xiàn)在地網(wǎng)的接地電阻值不符合要求”［3］。

（4）接地是防雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)之一，不論是直擊雷防護(hù)或雷的靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)和雷電波入侵的防護(hù)技術(shù)，最終都是把電流送入大地。因此，沒有先進(jìn)的接地技術(shù)，就不可能有先進(jìn)的防雷技術(shù)［13］。

（5）根據(jù) 《新一代天氣雷達(dá)站防雷技術(shù)規(guī)范》（QX2－2000）第 12．4 條規(guī)定：“接地電阻值在當(dāng)?shù)赝寥离娮杪市∮?00Ω．m時(shí)，不宜大于1Ω；土壤電阻率大于 100Ω．m 小于 300Ω．m 時(shí)，不宜大于 2Ω；在大于300Ω．m小于1000Ω．m時(shí)，不宜大于4Ω。當(dāng)雷達(dá)站所在地土壤電阻率大于1000Ω．m時(shí)宜在建筑物外埋設(shè)環(huán)型人工輔助接地網(wǎng)，該環(huán)型水平接地體宜在散水坡以外，并在不同方向用四根以上4mm×40mm的鍍鋅扁鋼或Φ12鍍鋅圓鋼與建筑物基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)焊接，此時(shí)共用接地系統(tǒng)的接地電阻值可適當(dāng)放寬?！币虼?，地網(wǎng)的接地電阻值按不大于4Ω設(shè)計(jì)是符合國家規(guī)范要求的［4］。

（6）接地網(wǎng)面積的減少， 高電阻率地區(qū)接地網(wǎng)的施工設(shè)計(jì)變得越來越困難，需要設(shè)計(jì)者更優(yōu)化地施工設(shè)計(jì)［9］。所謂優(yōu)化設(shè)計(jì)， 就是根據(jù)具體情況，應(yīng)用最優(yōu)的方法， 力爭使接地設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化的狀態(tài)。該站應(yīng)充分利用有利地形， 將外引地網(wǎng)設(shè)計(jì)成四周閉合環(huán)形地網(wǎng)［10］。

（7）按照甲方的使用要求，地網(wǎng)接地電阻值按≤1Ω設(shè)計(jì)。

4 地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)方案

4．1 設(shè)計(jì)圖紙

4．2 附加人工地網(wǎng)接地電阻的計(jì)算

（1）地網(wǎng)接地電阻值的大小，主要是由接地電極的尺寸大小和土壤電阻率的高低來決定，而土壤電阻率的高低又主要取決于土壤中導(dǎo)電離子的濃度和土壤中的含水量。［8］雷達(dá)站土壤電阻率約為1500Ω．m。

（2）附加人工地網(wǎng)接地裝置按如下方式實(shí)施：敷設(shè)常規(guī)復(fù)合垂直和水平接地網(wǎng)；垂直和水平接地網(wǎng)填埋降阻劑［11］。 地網(wǎng)需挖深 0．8m，在水平接地體焊接完畢后，回填土過程嚴(yán)格按照“換土＋降阻劑＋換土＋回填土”的方法進(jìn)行，即先在坑內(nèi)鋪墊一層10cm厚度的電阻率較低（如泥塘土、黑土、粘土等）的土后，再將降阻劑包裹敷設(shè)在扁鋼周圍（要求降阻劑需完全包裹扁鋼），另覆蓋一層10cm厚度的電阻率較低的土，再進(jìn)行回填夯實(shí)［12］。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)圖，垂直地極采用 2500mm×Φ25mm的銅包鋼，Φ25mm銅包鋼共315支；

（4）水平地極采用－4×40mm 紫銅帶材料，總長度為2100米。

（5）附加人工地網(wǎng)的接地電阻計(jì)算：

a、單支垂直接地體的接地電阻的計(jì)算［5］

因?yàn)榇怪钡貥O使用Φ25mm銅包鋼，經(jīng)計(jì)算。

式中：：土層土壤電阻率（Ω．m），＝1500Ω．m

l：垂直地極長度（m），l＝2．5m

d：鍍鋅角鋼直徑或等效直徑（m），d＝＝0．025m

將上述數(shù)據(jù)代入得：

b、水平接地體的接地電阻計(jì)算［7］

式中：l：水平地極長度（m），l＝2100m

h：水平地極埋設(shè)深度（m），h＝0．8m

A：水平地極形狀系數(shù)，A＝1．69

d：接地體的直徑或等效直徑 m，d＝0．02m

將上述數(shù)據(jù)代入得：

c、附加人工地極復(fù)合接地體的接地電阻計(jì)算［5］

垂直地極利用系數(shù) η1＝0．7

垂直地極n＝315

水平地極利用系數(shù) η2＝0．8

4．3 在人工地網(wǎng)中釋放降阻劑后，新附加人工地網(wǎng)接地電阻計(jì)算［5］

依據(jù)蘇邦禮等編著的《雷電與避雷工程》，第4章第5節(jié)第1條，降阻劑能夠降低接地電阻的機(jī)理：“降阻劑包裹接地極相當(dāng)于將接地體的幾何尺寸增大，從而使接地電阻減小。實(shí)踐證明，使用降阻劑大約可以使接地電阻減小10%～40%?！保?］

雷達(dá)站站址內(nèi)表層土壤電阻率約為1500Ω．m，土壤電阻率不高不低，屬于中等偏上水平，故設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，新附加人工地網(wǎng)降阻率取30%。

4．4 一期原有地網(wǎng)與新附加人工地網(wǎng)合并后的接地電阻值［6］

5 結(jié)論

（1）第一期防雷地網(wǎng)工程經(jīng)測量接地電阻現(xiàn)為17．0歐姆，地網(wǎng)設(shè)計(jì)要求接地電阻小于等于1．0歐姆；根據(jù)以上計(jì)算可知，增加人工地網(wǎng)并與原地網(wǎng)合并后的接地電阻理論值為0．92Ω。工程完工測試值為0．89Ω，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)計(jì)算過程的合理性。

（2）雷達(dá)站由于土壤電阻率高、土質(zhì)差、土層薄、接地體埋深不夠、地網(wǎng)面積小是造成接地電阻偏高的主要原因。因而進(jìn)行雷達(dá)站的接地設(shè)計(jì)時(shí)要對現(xiàn)場地形、地勢及土壤電阻率等現(xiàn)場條件進(jìn)行綜合分析，通過認(rèn)真的計(jì)算和論證，對雷達(dá)站的接地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件增設(shè)非金屬接地體、鍍銅鋼接地棒并填充長效降阻劑等復(fù)合的降阻措施，是對雷達(dá)站防雷地網(wǎng)進(jìn)行降阻改造的可行方法。

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