老鹰山发射台防雷接地系统
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［提要］本文以中央人民广播电台3套调频节目在南京地区无线落地覆盖为发展机遇，对南京广播电视集团所属老鹰山发射台进行全面系统改造。针对原有高山发射台易遭雷击的情况，建设者在新建铁塔、机房、配电房等基础设施的过程中，对防雷接地进行系统设计和精心施工，为高山发射台的人员设备安全提供了切实保障。
［关键词］ 防雷接地人工接地地网接地电阻
概述
本文就中央人民广播电台节目无线覆盖工程中对防雷接地的探讨和实践作一总结。
二、一般工程建设中对防雷接地的探讨
1、接地
在广电工程设计接地时，通常不仅有防雷接地，还有交流电源接地、设备安全保护接地、直流工作接地等。为了防止各系统之间的互相干扰，以往都强调将各种接地各自独立，它的好处是不会造成互相干扰，但独立接地必然引起各接地系统不同的电位，尤其是发生雷击的时候各系统的接地点的电位可能相差很大，而过大的电位差正是电子设备工作失常和损坏等事故的起因。
当发生雷电时，在防直击雷接地网上产生很高的地电位（如该地网接地电阻为1Ω，雷电流为100kA，则地网的冲击电压可达100kV），当雷电流通过防雷接地极向大地作半球形散开时，在附近距接地极不等的地方必定存在电位梯度（电位差），那么在同一台电子设备的电路板上分别与电源、通信和外壳相接的各部分就承担各地网之间的高电压而被击穿。而如果采用共用接地，雷电流在冲击接地电阻上产生的高电压，将同时存在各系统的接地线上，各系统地线之间不存在上面讲到的高电位差，也不存在同一台设备的各接地系统之间的击穿问题。
2、联合接地
接地系统包括接地装置和连接网络两部分。接地装置的主要任务是尽可能多地将雷电流导入土壤中，同时不在接地装置上产生危险的电位差。等电位连接网络的主要任务是消除建筑物上及建筑物内所有设备之间危险的电位差并减小建筑物内部的磁场强度。
3、合理布局
过去，在讨论接地装置的时候，以往人们总是要求接地电阻小于多少欧姆上，总认为接地电阻越小避雷效果就越好，被保护的对象就越安全。但是，近十几年来理论和实践证明，与其说接地网接地电阻值重要不如说接地网的结构更重要。从电气安全要求来看，过大的电位差是造成人身电击和机电设备工作失常和损坏等事故的起因，这已为国内外无数电气事故所证实。环形接地网较之带状接地网可以使到界面以内的电场分布比较均匀，减少跨步电压对人的危害，也减少室内在被雷击时由于地面电位梯度大而容易产生对设备高压反击的危险。而长度较长的带形接地装置，由于电感的作用，当超过一定长度时，冲击电阻将不再减少（这个极限长度称为有效长度）。《雷击磁脉冲的防护》（IEC 61312）指出：“为了将雷电流散流入大地而不在接地装置上产生危险的过电压，接地装置的形状及尺寸比接地体电阻的具体数值更为重要。然而，通常还是建议接地体要有低的电阻值” 。因此，在设计制作接地装置时，不仅要考虑接地装置的接地电阻，更要注意接地装置的形状和尺寸。
三、本工程具体实施
根据老鹰山发射台以往遭遇过的雷击类型，如：直击雷、滚雷、感应雷、引入雷等，我们在工程建设中对防雷接地重点从以下几个方面加以实施：一是尽可能地增加接地棒数量及与土壤的接触面积，以减少接地电阻，使雷电能得到尽快泄放；二是接地做成环形接地网，减少跨步电压对人的危害，也减少室内在被雷击时由于地面电位梯度大而容易产生对设备高压反击的危险；三是将机房做成法拉第式的屏蔽机房，有效阻挡滚雷、感应雷击对机器设备的侵袭；四是将所有外线（动力电线、光缆线等）入地，避免引入雷损坏机器设备。
利用建筑物基础作为接地体
根据发射台铁塔、机房、配电房、生活用房结构基础平面图，充分利用基础地基的钢筋，在基础地梁平面下利用50mm×5mm热镀锌扁钢铺设成3m×3m的均压辅助地网，并与基础地梁内的钢筋进行可靠焊接后用50mm×5mm的镀锌扁钢引出与人工环形地网联接，以增加接地面积。
做人工环形地网
在建筑结构基础地网外3m处做人工环形地网，每3m为间隔增加人工接地棒。为有效增加接地面积，减小接地电阻，在人工环形地网内也以3m为间隔的田字结构形式结点处增加人工接地棒。
垂直接地棒采用L50mm×50mm×5mm，长度为2000mm的热镀锌角钢，水平接地采用50mm×5mm的热镀锌扁钢。整个基础地网和人工环形地网全部用低电阻率的田土回填。
3、基础接地联网
本工程对新建机房基础接地、新建配电房基础接地、新建生活用房基础接地都参照新建铁塔基础接地的方式进行，即利用建筑物基础作为接地体以外再增加人工环形地网，人工接地的垂直接地棒共有一百多根。各建筑物基础接地系统之间水平均采用两根50mm×5mm的热镀锌扁钢可靠连接，加上同老机房联接在一起的接地面积达到近1000平米。
4、发射机房接地
发射机房的防雷接地是整个系统防雷工程的重中之重，机房建筑物外墙采用植入不锈钢网屏蔽、门窗也进行了防雷接地，将机房做成法拉第式的屏蔽机房，防止滚雷、感应雷击对机器设备的侵袭。在机房内，将信号地线、配电保护线、设备外壳、防雷接地、屏蔽地线、地板支架、金属管道、金属门窗等分别单独用导线或扁钢引入基础接地网，避免雷电引下时对机器和信号设备的冲击，最大限度地保护机房内部人员的人身安全。
5、外线入地
以往老鹰山发射台所遭受的雷击大多为外线引入所致，由于以前动力电缆线为架空到变压器前端，发生过在山下三相电缆架空裸线遭雷击使得山上变压器遭到烧毁的情况，光缆线架空进入机房，光缆线遭雷击后也引起光端机被击坏。在本次工程建设中，将所有外线（包括动力电线、光缆线等）距机房和配电房50m处入地通过电缆沟进入机房和配电房，光缆线的加强筋在进机房前先进行接地处理。
6、施工工艺要求
（1）所有焊接点涂两遍红丹漆和银粉漆进行防腐防锈处理。
（2）工程结束后，做好土壤回埋，现场清理，原貌恢复等。
（3）回土时，不得将杂物填入沟内。回土过程中应将填入的土夯填严实, 夯填次数不小于三次,土质干燥夯实时应浇水。
（4）室外连接点如采用螺栓连接，要保证连接点接触可靠。
四、本工程实施时的讨论
1、关于降低接地电阻
考虑到高山台地质情况，原方案设计中为了有效降低接地电阻，垂直人工接地极采用L2000mm的高效铜接地棒，采用钻孔法每隔3m在沟槽底部分别打孔安装1根L2000mm的高效铜接地棒，在沟槽内以及孔洞内采用降阻剂，将沟槽及孔洞填满并夯实。虽然该方案实施起来也可非常有效地降低接地电阻，但工程费用非常昂贵，不到万不得以是不能采用如此办法。后来我们采用增加接地面积的办法，并在工程实施工艺上严加控制，也同样达到了有效降低接地电阻的目的。
关于增加附属避雷铁塔
原方案曾有建议在山头四角各建一十几米高的避雷铁塔来有效防止直击雷或感应雷击对人体和设备的袭击。然而，国内广电系统有高山台进行过类似试验，其效果反而是更加遭致雷电的袭击，所以经过讨论，我们取消了该方案的实施。通过计算，我们新建铁塔的高度105米（含避雷针）其有效保护范围已涵盖了山头建筑设施。
五、案例工程防雷接地效果
1、在工程建设过程中，我们请江苏省防雷中心对防雷接地进行跟踪检测，如果实际接地效果达不到我们预先的设计方案，将随时调整施工方案。最终实测接地电阻值远远小于我们的预期，铁塔、机房整个接地系统电阻均小于0.6欧姆，远好于国家规定的防雷接地标准值。
2、建成以来，3年已过去，到目前为止，发射台已经历过多次雷电天气，新的防雷接地系统效果得到了成功验证。
参考文献 ：
《雷击磁脉冲的防护》(IEC 61024-1-2)