高山風(fēng)化石土壤防雷接地降阻工程技術(shù)探討

陳昭貴

摘 要 通過對(duì)我國(guó)廣西臨桂縣現(xiàn)存的移動(dòng)基地發(fā)射臺(tái)與桂林電視發(fā)射臺(tái)在防雷接地降阻工程方面的進(jìn)行分析，了解到2臺(tái)存在接地電阻過大等問題，并對(duì)問題進(jìn)行針對(duì)性的工程設(shè)計(jì)以及實(shí)踐工程施工，研究和分析出一套合理有效的思路，從而實(shí)現(xiàn)低接地電阻的目標(biāo)，為今后進(jìn)行類似工程設(shè)計(jì)與施工時(shí)提供有用信息，并創(chuàng)造價(jià)值。

關(guān)鍵詞 高山風(fēng)化石土壤；降阻工程；技術(shù)探討

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2016）01--02

衡量一套防雷裝置性能的好壞，根據(jù)該裝置的接地電阻值的大小即可判斷出。通常接地裝置的電阻可劃分為3部分：第一部分為最基礎(chǔ)的電阻，接地體本身電阻；第二部分是接地極與土壤相接觸所形成的電阻；第三部分是由電流通入接地極而流經(jīng)土壤后散布土壤所形成的電阻。在接地裝置中，接地電阻主要由第二部分和第三部分所組成。桂臨桂縣為山地丘陵地帶，因此高山通訊站所處海拔較高，且相對(duì)高度也較高，這就導(dǎo)致通訊站容易引發(fā)雷擊。高山通訊站建設(shè)在山頭上，而山頭土壤經(jīng)過多年風(fēng)化和日曬，多半變化為巖石土壤，巖石土壤十分特殊，其電阻率極高，因此接地極與土壤的接觸電阻值也十分大[1]。而防雷擊需要電阻較低的接地電阻，這就形成了矛盾，如何解決降低土壤阻值，成為高山通訊站防雷擊的重要工作。

1 兩站防雷接地狀況和降阻施工地質(zhì)地理?xiàng)l件

近年來(lái)，桂林市防雷中心對(duì)桂林臨桂縣電視發(fā)射臺(tái)和中國(guó)移動(dòng)桂林分公司臨桂縣基站進(jìn)行全面檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)兩站的接地電阻阻值遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)電阻值，高達(dá)120 Ω，且部分接地布線沒有按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，存在安全隱患問題。由于兩站安全系數(shù)較低，甲方建議停止工作。根據(jù)以上現(xiàn)狀分析，導(dǎo)致接地電阻如此之大的原因?yàn)閮烧驹诮ㄕ境跗谝驗(yàn)樯铰菲閸?，交通不便，?duì)于接地裝置沒有嚴(yán)格按照要求布置，這就使得兩站未能達(dá)到國(guó)家防雷技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，因?yàn)榕R桂縣雨水較多，容易造成水土流失和器材銹蝕等問題，還缺乏定期的維護(hù)，給兩站的防雷技術(shù)帶來(lái)困難[2]。兩座高山站已經(jīng)發(fā)生多起雷擊事件，但雷擊破壞程度較低，尚未引發(fā)人身安全問題。除了雷擊的影響外，兩站還會(huì)遇到空氣干燥的天氣，由于室內(nèi)空氣過于干燥，雷電感應(yīng)能夠引發(fā)一定強(qiáng)度靜電，可將人體毛發(fā)豎立，因此接地裝置的整改問題已經(jīng)迫在眉睫。

根據(jù)兩站的要求，并結(jié)合臨桂縣實(shí)際情況，將接地電阻阻值整改在4 Ω以下，由桂林相關(guān)公司對(duì)兩站地址地理情況進(jìn)行系統(tǒng)勘察后，測(cè)出臨桂縣土壤平均阻值率為650 Ω·m。根據(jù)勘察結(jié)果以及現(xiàn)有施工條件，電視發(fā)射臺(tái)水平地極可使用準(zhǔn)長(zhǎng)條形，需要將長(zhǎng)度控制在240 m以內(nèi)，受到臨桂縣特殊的地理?xiàng)l件限制，桂林縣移動(dòng)基站水平地極達(dá)240 m，且只能使用“*”形。在抽樣顯示中，受到地質(zhì)條件的限制，兩站垂直地極平均只能打地2 m。

2 設(shè)計(jì)思路

為保證工程造價(jià)過程中的可靠性，同時(shí)使用最小成本，以該工程為基礎(chǔ)實(shí)施理論概算。

2.1 常規(guī)工程計(jì)算

第一，針對(duì)垂直接地極，由于在施工時(shí)，要求細(xì)長(zhǎng)狀態(tài)下的地極直接接近并掩埋于地表，在忽略掩埋深度的清理下，以鏡象原理為理論基礎(chǔ)，可以得出接地電導(dǎo)的理論公式：

公式（1）（2）中，ρ代表自然土壤中存在的電阻率，正常值為6500Ω·m；l代表垂直接地極的實(shí)際長(zhǎng)度，數(shù)值為2 m；d代表垂直接地極的直徑或是等效直徑，單位為m；當(dāng)使用角鋼作為垂直接地極的制作材料時(shí)，d=0.84b（其中，b為角鋼寬度）。

此外，若垂直接地極與地面之間的距離為h，即埋深為h（h取0.6 m）時(shí)，可得出：

在公式（3）（4）中，n代表地表內(nèi)同時(shí)并聯(lián)運(yùn)作的垂直接地極的數(shù)量；ηcn代表垂直接地極實(shí)際運(yùn)用系數(shù)，這里數(shù)值取0.69。

其次，針對(duì)水平接地極，其接地電阻的公式為：

在公式（5）中，L代表水平接地極實(shí)際長(zhǎng)度，正常情況下其數(shù)值為240 m；d代表水平接地極的實(shí)際直徑或是等效直徑，單位m；當(dāng)使用扁鋼作為水平接地極的制作材料時(shí)，此時(shí)可直接理解為（其中，b為扁鋼的實(shí)際寬度）；A代表水平接地極安置是的形狀系數(shù)，當(dāng)安置形狀為條形或是準(zhǔn)條形時(shí)，可視為A=0，此外當(dāng)安置為“*”形時(shí)，視為A=8.81。

在公式（6）中，ηp代表水平地極運(yùn)用系數(shù)，其數(shù)值一般取0.59。

正常情況下，垂直地極所使用的角鋼數(shù)量為60條，其規(guī)格一般擬用50×50×5；而水平地極所使用的扁鋼長(zhǎng)度為240 m，規(guī)格一般擬用40×4。此外，以實(shí)際過程中的取樣資料與不利性質(zhì)喜愛的施工變數(shù)為運(yùn)算基礎(chǔ)，經(jīng)由上述公式進(jìn)行實(shí)際運(yùn)算，以目前施工地的地質(zhì)與地理?xiàng)l件為研究背景，采取常規(guī)性手段，則所使用的接地電阻的大小，最大不可能超過50Ω，而該數(shù)值離工程需要的“電阻不超過4 Ω”還有非常大的距離，所以土壤改良方式就顯得必不可少。

2.2 加降阻劑改良土壤工程計(jì)算

將非巖石土與降阻劑填充混合在一起，混合比例為1∶1，檢測(cè)得出物質(zhì)樣品的電阻率，這就是公式中出現(xiàn)的ρ'，即經(jīng)過改良土壤的電阻率，其數(shù)據(jù)的區(qū)間在500～600 Ω·m；d1則表示填充過降阻劑后巖石土的實(shí)際直徑，單位用m表示。

而改良過后的水平接地體的接地電阻為：

通過改良后的公式可以看出，使用降阻劑對(duì)土壤進(jìn)行改良之后，在促使接地極尺寸增大的同時(shí)也高效性將接地裝置在地表的流散面積進(jìn)行增加，最終達(dá)到接地電阻降低的目的。

3 施工結(jié)果

經(jīng)由電視發(fā)射臺(tái)測(cè)量，工程工頻接地電阻數(shù)值為2.6 Ω，而中國(guó)堯山基地測(cè)量得到的數(shù)值為3.2 Ω，真正意義上實(shí)現(xiàn)了土壤降阻的目標(biāo)并達(dá)到預(yù)期的理想阻值[3]。

以實(shí)際角度出發(fā)，接地裝置最主要的部分應(yīng)該是在雷電沖擊波的刺激下，所展現(xiàn)出來(lái)的沖擊接地電阻，簡(jiǎn)稱阻抗。正常情況下，阻抗的大小低于工頻接地電阻，所以可以得出結(jié)論，當(dāng)工頻接地電阻的數(shù)值達(dá)標(biāo)時(shí)，沖擊接地電阻的阻值自然而然就合乎標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)果與討論

首先，必須考慮工程建設(shè)方在工程價(jià)位方面的實(shí)際接受能力，然后以工程施工地的地質(zhì)地理?xiàng)l件為標(biāo)準(zhǔn)選擇針對(duì)性的接地的裝備工程，采取代表性的抽樣分析，然后向外推廣，設(shè)計(jì)出最合理、優(yōu)質(zhì)的建設(shè)方案，最終建設(shè)可靠性高的施工效果，并在此標(biāo)準(zhǔn)的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)約這一美德。

其次，在實(shí)際施工實(shí)行填充降阻器措施時(shí)，必須嚴(yán)格根據(jù)施工圖內(nèi)容展開施工，同時(shí)盡最大可能使用地溝周圍電阻率相對(duì)較低黏土來(lái)回填。當(dāng)施工完成以后，就可以在接地溝周圍建立大量溝槽，保證接雨數(shù)量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)最后得到結(jié)果可以知道，當(dāng)接地電阻完成測(cè)試以后，接地溝如果能保持水份充足，那么在十天之內(nèi)，電阻值就可以下降大約1 Ω。但從實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，雷暴季節(jié)大多數(shù)為雨季，若有打雷現(xiàn)象發(fā)生普遍會(huì)下雨，進(jìn)而達(dá)到降阻材料保濕，總而言之，將各種不同的措施結(jié)合在一起，就能完成低阻需要具備的標(biāo)準(zhǔn)。

最后，使用接地電阻測(cè)試儀開始測(cè)試工作的時(shí)候，一定要以基準(zhǔn)測(cè)試點(diǎn)作為基礎(chǔ)，不能隨意更換測(cè)樁。換句話說(shuō)，即為電阻測(cè)量?jī)x中電壓極與電流極的位置保持固定不變，進(jìn)而才能保證電阻值的可比性與客觀性。

5 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)桂林市臨桂縣自身地質(zhì)地理情況的影響下，高山地段受到雷擊的概率非常大，所以防雷接地降阻工程就顯得尤為重要。高山風(fēng)化石土壤防雷接地降阻，能夠有效減少雷擊頻率，讓站臺(tái)減少雷擊損害，有效保障站臺(tái)的安全，為民眾提供服務(wù)。不過由于筆者自身理論知識(shí)的缺乏以及能力的不足，所以研究還存在許多不足之處，但依舊希望可以幫助今后研究的學(xué)者及實(shí)際工程設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：劉昀）