试论中波台的接地设计理念和实践

侯江涛

摘 要：随着科学技术的飞速发展和信息时代的到来，现在的中波台建设和设备配置越来越多的使用以太网、数字通讯、数字化广播机，日趋大规模、高标准，而越来越多的各种电气设备，衍生出繁芜的电磁杂波，对弱电、微电子设备造成了不同程度的干扰。尤其是对广播发射机及其附属设备的影响，就很直观地反映到播音的质量，对计算机与通讯设备，亦会引起运行速度降低、数据丢失、误码率增高甚至死机等故障现象。因此，良好的接地系统不可或缺，合理埋设地线，降低接电电阻，提高信号传输质量和效率，就值得我们不断地实践和探讨。

本文阐述了104台机房、天馈线系统的接地设计理念和实践，希望通过这篇论文和广电同行进行经验交流，共同提高，为河南广播事业实现中原崛起而努力。

关键词：接地；地线；地井；复合接地体

中波广播主要靠地面波传播。因为地面波传播方式是垂直极化波，所以中波广播发射天线都使用垂直铁塔天线架立在地面上，而大地既不是理想的导电平面，又不是良好的绝缘体，当地面受到发射天线辐射空间电磁波的作用时，在大地中会产生地电流。由于大地中的地电流必然产生地面的再辐射，因而在天线的辐射空间中，除了天线本身辐射所产生的主电场外，还有地电流所产生的附加副电场。因此，在天线传播覆盖范围内，总电场是两个电场叠加形成的。在主电场和副电场的共同作用下，总电场是时刻变化的，同时会引起总磁场的变化。

我台在建设初期，根据专家组的建议，接地系统分为两个部分：机房的接地和天馈线系统的接地。

1 机房的接地

1.1 设计理念

1.1.1 埋设点的选取

埋设点应选在土壤潮湿、背阳、易于施工的地段，同时还应考虑距离机房设备接地线的连接路径最短。埋设点土壤的电阻率取值，可以利用接地电阻测试仪测得。测量时应在晴天、阴雨天等不同气候条件下，在埋设区域内选几个点进行。读出仪器所测得的读数，然后取其平均值，即可计算出电阻率，以确定所选埋设点的土质优劣。土壤电阻率为：ρ=2πaR0（Ω·m）

式中：a——测土壤电阻率ρ时辅助棒的间距，a=4米

R0——测量的表头读数（Ω）

据此可以进行下一步的估算和设计，以确定埋设接地体的规格、数量及组合形式，使设备的接地电阻能达到预想的效果。否则，就应另选地点，或在埋设时使用降阻剂等其它辅助措施。

1.1.2 接地体埋设

接地体通常采用垂直接地埋设形式。可选用一段2～3m长的钢管、角钢等，垂直埋入地下，其上端距离土表面不小于600mm为宜，然后焊接一根扁铁引出地面，作为接地线。这种地线的接地电阻可用下式估算 R=K·（ρ/L）

式中：ρ——土壤电阻率（Ω·m） L——接地体长度（m）

K——圆柱体形的垂直接地系数

接地体的直径对接地电阻的影响很小，只是在选定长度后考虑必要的机械强度时，才作严格的定量选择。根据地的电阻率随深度而减小的规律，往往在达到一定的深度后，地电阻率会减小很多。因此利用大地性质，深埋接地体后，使接地体深入到地电阻率低的地层中，通过小的地电阻率来达到减小接地电阻的目的，但超过3m时，虽然可以大大降低直流电阻，但对降低交流电阻作用不大。故垂直接地体的长度在2～3m之间。

从单根接地体向土壤中流散的电流，一般在离接地体20m以外才趋近于零，在埋设多根接地体组合时，复合接地体的接地电阻由下式计算：R复=R/（N·η）

式中：R——单根接地体的接地电阻

N——接地体的根数

η——接地体的利用系数

η的取值因素繁杂，一般在0.6～0.9之间，基本原则是接地体的根数愈多、间距愈小、组合形式愈密集，取值就愈靠近下限。

1.2 实践操作

1.2.1 机房大楼的接地

根据测量值，在规划的中心机房区域间，从南到北，钻出12个直径30cm，深3m的园柱形孔，再将直径50mm壁厚5mm的接地体圆钢打入孔中央，然后撒入降阻剂将接地体四周包裹夯实，在离地60cm处，用宽40mm，厚5mm的扁铁将12根钢管全部接在一起，为保证接地线连接处接触紧密，接地圆钢和扁铁接触点应用电焊，焊接面是扁铁面积的三倍，而且焊点做防腐处理。经过实际测量，机房大楼接地电阻值小于0.1Ω。

1.2.2 中心机房的接地

通过地沟，将接地扁铁用气焊和锡焊方式与机房的接地紫铜带连接。机房采用共地的接地方式，即采用单点接地的原理，用25cm宽，0.8mm厚的紫铜带把所有电气设备的工作接地、保护接地、防雷接地相互连接，组成一个封闭式的大接地网。这种接地方式是现今国际上推举的最佳接地方式，其优点是一方面可以经济地取得比较低的接地电阻；另一方面可以把因地电位差而产生的破坏减到最小，使其电位差形成“水涨船高”的接地电位网络。

机房内各种电线电缆均从暗式线管、线槽中走线，强、弱电信号线分开，电缆桥架进行屏蔽，消除地线干扰。

1.2.3 电源系统的接地

通过地沟，扁铁引入高、低压室和电源系统接地扁铁焊接。高压输电线采用屏蔽方式，衰减施加在电源上的电磁干扰和过电压能量。将进入机房前100m的架空明线改为地下电缆进入高压室，缆线有金属外护层和接地扁铁紧密相连，并穿金属管道，衰减施加在电源上的电磁干扰和过电压能量。

在雷电波可能侵入的电源线路端口加装必要的雷电浪涌保护装置，将侵入系统的冲击过电压钳制到允许的范围。在机房高压进线处，安装一套金属氧化物避雷器；在电源进线系统低压配电盘处，安装一套真空放电装置；在稳压电源上安装雷电浪涌防护器等。

1.2.4 备用机房的接地

在备用机房附近挖一个接地井，地井深2.2m，面积1.2m2，使用20kg木炭粒，100kg工业用盐，接地体为长1m、宽0.5m、厚5mm的紫铜板，用宽300mm、厚0.5mm的扁平铜带连接。下图为接地井剖面图。

首先在地井中均匀覆盖一层50kg工业盐，接着覆盖一层10kg木炭粒，再将接地体放入地井中央，然后再覆盖一层10kg木炭粒和一层50kg工业盐，而后放水，确保整个地井内被水浸湿，保证接地电阻小。其上覆盖优质细土，边回填边夯实，埋在土壤中的接地装置，其连接采用铜焊接，并在焊接处作防腐处理。

在室内部分，采用扁平铜带并用锡焊接，长度不超过20m，焊接截面积不小于150mm×80mm，把所有电气设备的工作接地、保护接地、防雷接地相互连接，组成一个封闭式的大接地网。经过实际测量，备用机房接地电阻值小于0.1Ω。

2 天馈线系统的接地

2.1 设计理念

我台地处平原地带，有两部中波发射天线，塔基相距483米，工作频率分别为657KHz和603KHz，对应工作波长分别为456m和498m。为了提高天线的辐射功率，就必须尽量减小天线的损耗功率。天线的功率损耗包括天线电流回路中的地损耗、天线导体本身的损耗和天线塔基底部绝缘子的高频损耗。由于后两者都很小，可以只考虑地损耗。由于地面波场强远大于天波场强，因此我们搞中波发射的课题就是如何提高地面波辐射强度，增加有效覆盖。

为了减小天线辐射时天波与地波相互干扰造成的衰落现象，增加有效的覆盖面，经实践证明，天线架设高度H=0.53λ为宜。我台两部发射天线高222m。

我台天馈线接地系统由地网和地井构成。

敷设地网是减小地电阻的行之有效的办法，因为良好的地网能为天线电流回路提供一个良好的通路。实践证明：当塔基底部径向距离（即以塔基底部中点为圆心划圆）为0.5λ时，地电流趋于一个固定值，与天线架设高度无关，地网线长度一般取0.5λ。我台根据场地实际情况，我们选取地网线长度为230米，基本接近0.5λ的取值要求，又保证了两部发射天线地网不相连接。

地井的实现更使设备的接地电阻能达到预想的效果，我台地处平原地带，周围高层建筑较少，发射天线高222m，遭受雷击机会大。防雷系统能否起到保护作用，接地是否良好是关键，良好的接地能将雷电能量迅速释放入大地。

2.2 实践操作

2.2.1 地井设置

在天线塔基及天调网络匹配室附近专门做两个接地井，地井深4m，面积2m2，埋上长2m、宽1m、厚5mm的紫铜板。

我台接地体采用垂直方式。垂直接地体埋设按设计要求，先钻出园柱形孔，再将接地体角钢放入孔中央，然后降阻剂将接地体四周包裹夯实，后食盐、木炭屑、铁屑交替添加，在降阻剂尚未完全凝固发硬时，其上覆盖优质细土，边回填边夯实，而后放水，确保整个坑内被水浸湿，保证塔基的接地电阻小。埋在土壤中的接地装置，其连接采用焊接，并在焊接处作防腐处理。

垂直接地体采用直径100mm，壁厚5mm圆钢，接地线与水平接地体的截面相同。接地引线采用宽250mm，厚0.5mm扁平铜带，室内部分采用扁平铜网并用锡焊接，长度不超过30m，焊接截面积不小于40mm×4mm。接地引线作防腐、绝缘处理，裸露在地面以上部分，有防止机械损伤的措施。接地汇集引线设计成环形或排状，材料为镀锌扁钢，截面积不小于120mm2。经实地测量，地井地电阻值小于0.1Ω。

2.2.2 天线地网的埋设

塔基用薄铜皮屏蔽，并在此屏蔽铜皮上焊上1圈汇流条。以天线塔基中心为圆心，以2m为半径划圆，将此圆120等分（即每3°为夹角埋1根），以圆心为始点向等分线拉地网线，呈放射状均匀敷设到四周。下图为地网埋设示意图。

地网线采用φ3mm的软铜线，长230m，拉地网线时应力求端正笔直，但不应过于绷紧，根据热胀冷缩的道理，冬季导线可能会因受冷收缩而被拉断。地网线拉好后，先将塔基的屏蔽罩、汇流条和各地网线的始端镀上锡，然后把地网线的始端约50mm长的导线均匀分布在屏蔽罩的四周，用汇流条将地网线始端紧紧绑扎在屏蔽罩上，然后再用锡将地网线、汇流条深透牢固地焊接在屏蔽罩上，与1根约5m长的接地棒连接，塔基的防雷放电球下地端也接于此，能起到一定的防雷作用，并与馈线地线、天调室屏蔽层等相焊牢，这样不但起到减少高频损耗作用，而且有助于杂波的衰减，对发射机稳定输出起到了可靠的保障作用。测量地网地电阻值小于0.1Ω。

通过十年的实际运用，两部HARRIS DX-200全固态中波发射机均运行正常，播音质量优良，没有相互干扰串音的现象，取得了比较理想的效果，充分体现了中波台接地系统的重要性、必要性，保障了广播发送设备的良好运行环境，为河南广播事业发展实现中原崛起的新局面做出了贡献。