数字微波接地系统及降阻措施研究
2012-10-16王胜利
王胜利
山西省吕梁市龙山电视转播台,山西吕梁 033000
0 引言
为了避免影响建设微波塔或者对微波塔的高度有所影响,大多基地选择在山区建设微波站,但是由于山区的地形复杂,再加上具有土壤电阻率高等特点,无论是微波站地网的设计还是施工,都存在较大难度,如果不能周全考虑,可能造成接地电阻不达标或者通信设备防雷保护措施不到位等问题。对于微波机房的接地建设来说,涉及到安全接地、工作接地或防雷接地等诸多类型,如果各个地网之间形成电位差,对设备和人体造成威胁。对于微波通信设施来说,具有较强的干扰敏感性,而微波通信站的地势较高,其微波通信塔也较高,容易受到雷电冲击;如果不能妥善做好接地处理,一旦发生雷电入地就会形成“反击”或者地电位干扰,对微电子设备造成损坏。近年来,山区微波通信站的雷击事故时常发生,大多为雷电流入地过程引发地电位干扰或者电源干扰问题,对微波设备造成损坏。因此强化数字微波接地系统的降阻措施,具有重要意义。
1 数字微波接地系统存在的问题
对于数字微波站的运行来说,为了更好地满足通信需要,大多在山区空旷地区建设;而考虑到山区的雷电活动较为激烈,因此对如何防雷接地提出较高要求;再加上土壤中也具有极高的电阻率,给控制接地电阻带来困难,造成微波站雷害事故多发。其存在的问题与原因可分析如下:
1)建设地形较为复杂
对于山区来说,土壤的电阻率较高,再加上地势复杂,给接地设计与施工带来难度;如果所处地区的土壤干燥,其导电能力也会降低,这是由于大地的导电是通过离子导线形式实现,而只在有水的情况下,无机盐才可以离解成导电金属离子,因此高山地区建设数字微波接地系统,电阻往往偏高。对于避雷系统的接地装置来说,应该是接地的电阻越小越好,那么土壤的电阻率就对接地电阻的大小起到决定性作用;根据土壤性质、温度、含水量及物理性质、化学成本等不同,土壤电阻率也有所区别。
2)采用了错误的降阻方法
在采用降阻方法时,数字微波站的接地检查过程中,发现了一些问题:其一,采用外延接地的方法不正确。在微波机房中,为了能够控制接地电阻,在一定范围内设置外延接地模式,虽然这种方法在工频接地电阻中较为有效,但是由于微波站采用接地手段的主要目标在于防雷击,也就是减少冲击接地电阻,考虑到接地体自身产生的电感作用,如果外延过长,必将对冲击接地电阻造成影响;其二,利用化学降阻剂、食盐或者木炭等实行降阻,这种方法虽然可以在短时间内发挥作用,但是随着水土流失的推进,化学降阻剂、食盐或者木炭等就会失效,并且造成接地体的腐蚀问题。
3)运行维护措施不到位
首先,如果接地体发生腐蚀作用,那么就可能由于腐蚀电位差的存在而造成电化学腐蚀,甚至由于腐蚀断裂问题而造成设备“失地”;其次,由于接地体的埋深度不足,采用碎石或者砂子进行回填,此时土壤中的含量相对较高,那么接地体就可能出现吸氧腐蚀问题,并且由于腐蚀而造成接地体和周围土壤的接触电阻增大,甚至在焊接位置发生断裂现象,增大了杆塔接地电阻;再次,与微波铁塔靠近的位置,由于山坡的坡度较大,再加上雨水冲刷作用,发生水土流失问题,一旦接地体外露就会直接和大地接触。
2 数字微波接地系统的降阻措施
2.1 合理确定接地方法
在数字微波接地系统中,可以考虑适当地增加地网面积;以微波塔、机房为中心位置,设置以水平接地为主的环形地网;如果接地电阻值不达标,则应适当扩大面积,具体做法如下:在地网的外围设置1-2圈的环形接地,包括水平接地体与垂直接地体,以此控制冲击接地电阻,但同时也对接地体的长度提出了要求,如果接地体过长,可能由于受到电感影响而弱化接地电阻;对于水平接地体来说,应该结合现场的地形、地势以及沿着微波站向四周放射的方法,在周边采取封闭模式,保持水平接地体和地网的同一水平面,而环形接地装置和地网之间则需要焊接连通,一般将延伸的接地体长度控制在100m左右。
2.2 优化采用接地原材料
对于埋设地网的材料来说,大多以镀锌管为主。镀锌管材料不容易腐蚀或者生锈,接地电阻相对较小,并且不会随着时间变化、气候变化等有所影响,使用寿命长,可有效降低材料成本。同时,在埋设地网过程中,应注意避免使用铁屑或者盐,只埋设锯糠、木炭或者降阻荆即可,有效避免镀锌管腐蚀生锈,确保其使用寿命。一般情况下,采取镀锌扁钢作为避雷材料,在屋顶形成2m×2m范围内的网格,将网格和屋面的金属构件实行电气连接处理,构成具有多道屏蔽措施的防雷体系。通过这种方法,可以避免由于雷击作用而对室内设备造成损坏,也可减少电磁干扰作用;如果在微波接地系统的重要部位,也可选择铜板作为接地材料,在条件允许的情况下,选择扁平铜带作为地线引出线,室内则可采取扁平镀银铜网线,保障接地效果。
2.3 有针对性地选择降阻剂
当前,在避雷接地的添加材料中大多采用降阻剂,主要具备如下优势:其一,降阻剂中涉及到多种成本,包括润滑剂、固化剂、电解质、填充材料等,具有一定吸水性和保水性;在接地体与土壤之间使用降阻剂,既可以实现和金属接地体的有效结合,进而形成有效的电流流通面,也可以逐渐渗透到周围,对周围土壤的电阻率实行控制;在接地体的周围,形成了一个平缓过渡的低电阻区域,进而实现控制电阻值的作用;其二,通过应用电阻剂,不仅自身不会发生腐蚀作用,也可缓解金属的腐蚀性,将土壤中含有的有害成分隔离,并且在金属表面形成了一层钝化保护膜;其三,在大电流的冲击作用下,降阻剂不会自燃、炽热或者产生挥发物,可发挥反复流通、耐受冲击的作用。因此在施工过程中,应该添加一定量的降阻剂。在冻土层以下需要埋设水平接地体,并且将埋深控制到0.6m之下;采用细土作为回填土,实行分层夯实方法,不得采用沙子或者碎石进行回填。由于采用的降阻剂大多具有较高的腐蚀电位,因此所有接地体都应该均匀的包裹到降阻剂中,不得出现脱节或者接地体外露问题,避免由于腐蚀电位差的不同而造成电化学腐蚀作用。
在降阻剂使用过程中,还涉及到以下问题:其一,稳定性问题。对于一些化学降阻剂来说,虽然在短时间内的降阻效果良好,但是性能并不稳定,随着降阻剂的不断渗透或扩散,尤其是雨水的流失,对降阻效果造成影响;其二,腐蚀性问题。一些降阻剂的腐蚀性较强,可能对刚接地体造成腐蚀;其三,实效性问题。对于降阻剂的应用效果来说,主要强调自身的电阻率、保水性及渗透性等。因此在选择降阻剂时,必须确保其性能良好、稳定,可延长使用寿命。
2.4 选择恰当的外延接地形式
结合机房的地理地貌、位置来看,应适当修改外延接地;对于降阻措施来说,外延接地简单、有效,也是使用最多的措施之一;在确定外延接地过程中,应结合外延接地的地形、面积、接地装置以及土壤电阻率大小等,确定外延接地的大小。在外延接地部分,接地电阻的面积表达公式为:
应该注意的是,在该公式中的地网网格如果达到一定密度,则可以达到该值目标,否则不能达到该数值。在条件允许的情况下,方可采用该公式对外延接地的数值进行确定。如果外延接地以水平地网形式为主,并且边缘属于闭合状态,则从以下公式分别获得接地地网带宽、边缘闭合接地的接地电阻、工频接地系数和工频接地电阻。
在该公式中,B代表接地地网的带宽;α1代表工频接地技术;h代表水平接地体埋深(m);S代表地网面积(m2);L代表水平接地体总长度(m);L0代表接地网外延的长度(m);ρ代表平均土壤电阻率(Ω);d代表水平接地极直径(m);Rg代表等值方形地网的接地电阻(Ω);Re代表闭合接地因的接地电阻(Ω)。
由上可见,在数字微波接地系统运行中,防雷是最重要的目标,因此在设置接地形式、选择设备接地方法过程中,应充分考虑降阻措施的合理性、有效性,尽量减少冲击接地电阻,一般不考虑采取较长的外延接线或者深井接地方法。结合现场实际情况,可采取深埋接地或放射形接地等,既要满足技术要求,又要考虑经济性,最终提出合理的设计方案,加强维护手段,提高防雷效果。
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