侯江濤

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時(shí)代的到來(lái)，現(xiàn)在的中波臺(tái)建設(shè)和設(shè)備配置越來(lái)越多的使用以太網(wǎng)、數(shù)字通訊、數(shù)字化廣播機(jī)，日趨大規(guī)模、高標(biāo)準(zhǔn)，而越來(lái)越多的各種電氣設(shè)備，衍生出繁蕪的電磁雜波，對(duì)弱電、微電子設(shè)備造成了不同程度的干擾。尤其是對(duì)廣播發(fā)射機(jī)及其附屬設(shè)備的影響，就很直觀地反映到播音的質(zhì)量，對(duì)計(jì)算機(jī)與通訊設(shè)備，亦會(huì)引起運(yùn)行速度降低、數(shù)據(jù)丟失、誤碼率增高甚至死機(jī)等故障現(xiàn)象。因此，良好的接地系統(tǒng)不可或缺，合理埋設(shè)地線，降低接電電阻，提高信號(hào)傳輸質(zhì)量和效率，就值得我們不斷地實(shí)踐和探討。

本文闡述了104臺(tái)機(jī)房、天饋線系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì)理念和實(shí)踐，希望通過(guò)這篇論文和廣電同行進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流，共同提高，為河南廣播事業(yè)實(shí)現(xiàn)中原崛起而努力。

關(guān)鍵詞：接地；地線；地井；復(fù)合接地體

中波廣播主要靠地面波傳播。因?yàn)榈孛娌▊鞑シ绞绞谴怪睒O化波，所以中波廣播發(fā)射天線都使用垂直鐵塔天線架立在地面上，而大地既不是理想的導(dǎo)電平面，又不是良好的絕緣體，當(dāng)?shù)孛媸艿桨l(fā)射天線輻射空間電磁波的作用時(shí)，在大地中會(huì)產(chǎn)生地電流。由于大地中的地電流必然產(chǎn)生地面的再輻射，因而在天線的輻射空間中，除了天線本身輻射所產(chǎn)生的主電場(chǎng)外，還有地電流所產(chǎn)生的附加副電場(chǎng)。因此，在天線傳播覆蓋范圍內(nèi)，總電場(chǎng)是兩個(gè)電場(chǎng)疊加形成的。在主電場(chǎng)和副電場(chǎng)的共同作用下，總電場(chǎng)是時(shí)刻變化的，同時(shí)會(huì)引起總磁場(chǎng)的變化。

我臺(tái)在建設(shè)初期，根據(jù)專(zhuān)家組的建議，接地系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：機(jī)房的接地和天饋線系統(tǒng)的接地。

1 機(jī)房的接地

1.1 設(shè)計(jì)理念

1.1.1 埋設(shè)點(diǎn)的選取

埋設(shè)點(diǎn)應(yīng)選在土壤潮濕、背陽(yáng)、易于施工的地段，同時(shí)還應(yīng)考慮距離機(jī)房設(shè)備接地線的連接路徑最短。埋設(shè)點(diǎn)土壤的電阻率取值，可以利用接地電阻測(cè)試儀測(cè)得。測(cè)量時(shí)應(yīng)在晴天、陰雨天等不同氣候條件下，在埋設(shè)區(qū)域內(nèi)選幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行。讀出儀器所測(cè)得的讀數(shù)，然后取其平均值，即可計(jì)算出電阻率，以確定所選埋設(shè)點(diǎn)的土質(zhì)優(yōu)劣。土壤電阻率為：ρ=2πaR0（Ω·m）

式中：a——測(cè)土壤電阻率ρ時(shí)輔助棒的間距，a=4米

R0——測(cè)量的表頭讀數(shù)（Ω）

據(jù)此可以進(jìn)行下一步的估算和設(shè)計(jì)，以確定埋設(shè)接地體的規(guī)格、數(shù)量及組合形式，使設(shè)備的接地電阻能達(dá)到預(yù)想的效果。否則，就應(yīng)另選地點(diǎn)，或在埋設(shè)時(shí)使用降阻劑等其它輔助措施。

1.1.2 接地體埋設(shè)

接地體通常采用垂直接地埋設(shè)形式?？蛇x用一段2～3m長(zhǎng)的鋼管、角鋼等，垂直埋入地下，其上端距離土表面不小于600mm為宜，然后焊接一根扁鐵引出地面，作為接地線。這種地線的接地電阻可用下式估算 R=K·（ρ/L）

式中：ρ——土壤電阻率（Ω·m） L——接地體長(zhǎng)度（m）

K——圓柱體形的垂直接地系數(shù)

接地體的直徑對(duì)接地電阻的影響很小，只是在選定長(zhǎng)度后考慮必要的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，才作嚴(yán)格的定量選擇。根據(jù)地的電阻率隨深度而減小的規(guī)律，往往在達(dá)到一定的深度后，地電阻率會(huì)減小很多。因此利用大地性質(zhì)，深埋接地體后，使接地體深入到地電阻率低的地層中，通過(guò)小的地電阻率來(lái)達(dá)到減小接地電阻的目的，但超過(guò)3m時(shí)，雖然可以大大降低直流電阻，但對(duì)降低交流電阻作用不大。故垂直接地體的長(zhǎng)度在2～3m之間。

從單根接地體向土壤中流散的電流，一般在離接地體20m以外才趨近于零，在埋設(shè)多根接地體組合時(shí)，復(fù)合接地體的接地電阻由下式計(jì)算：R復(fù)=R/（N·η）

式中：R——單根接地體的接地電阻

N——接地體的根數(shù)

η——接地體的利用系數(shù)

η的取值因素繁雜，一般在0.6～0.9之間，基本原則是接地體的根數(shù)愈多、間距愈小、組合形式愈密集，取值就愈靠近下限。

1.2 實(shí)踐操作

1.2.1 機(jī)房大樓的接地

根據(jù)測(cè)量值，在規(guī)劃的中心機(jī)房區(qū)域間，從南到北，鉆出12個(gè)直徑30cm，深3m的園柱形孔，再將直徑50mm壁厚5mm的接地體圓鋼打入孔中央，然后撒入降阻劑將接地體四周包裹夯實(shí)，在離地60cm處，用寬40mm，厚5mm的扁鐵將12根鋼管全部接在一起，為保證接地線連接處接觸緊密，接地圓鋼和扁鐵接觸點(diǎn)應(yīng)用電焊，焊接面是扁鐵面積的三倍，而且焊點(diǎn)做防腐處理。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量，機(jī)房大樓接地電阻值小于0.1Ω。

1.2.2 中心機(jī)房的接地

通過(guò)地溝，將接地扁鐵用氣焊和錫焊方式與機(jī)房的接地紫銅帶連接。機(jī)房采用共地的接地方式，即采用單點(diǎn)接地的原理，用25cm寬，0.8mm厚的紫銅帶把所有電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地、防雷接地相互連接，組成一個(gè)封閉式的大接地網(wǎng)。這種接地方式是現(xiàn)今國(guó)際上推舉的最佳接地方式，其優(yōu)點(diǎn)是一方面可以經(jīng)濟(jì)地取得比較低的接地電阻；另一方面可以把因地電位差而產(chǎn)生的破壞減到最小，使其電位差形成“水漲船高”的接地電位網(wǎng)絡(luò)。

機(jī)房?jī)?nèi)各種電線電纜均從暗式線管、線槽中走線，強(qiáng)、弱電信號(hào)線分開(kāi)，電纜橋架進(jìn)行屏蔽，消除地線干擾。

1.2.3 電源系統(tǒng)的接地

通過(guò)地溝，扁鐵引入高、低壓室和電源系統(tǒng)接地扁鐵焊接。高壓輸電線采用屏蔽方式，衰減施加在電源上的電磁干擾和過(guò)電壓能量。將進(jìn)入機(jī)房前100m的架空明線改為地下電纜進(jìn)入高壓室，纜線有金屬外護(hù)層和接地扁鐵緊密相連，并穿金屬管道，衰減施加在電源上的電磁干擾和過(guò)電壓能量。

在雷電波可能侵入的電源線路端口加裝必要的雷電浪涌保護(hù)裝置，將侵入系統(tǒng)的沖擊過(guò)電壓鉗制到允許的范圍。在機(jī)房高壓進(jìn)線處，安裝一套金屬氧化物避雷器；在電源進(jìn)線系統(tǒng)低壓配電盤(pán)處，安裝一套真空放電裝置；在穩(wěn)壓電源上安裝雷電浪涌防護(hù)器等。

1.2.4 備用機(jī)房的接地

在備用機(jī)房附近挖一個(gè)接地井，地井深2.2m，面積1.2m2，使用20kg木炭粒，100kg工業(yè)用鹽，接地體為長(zhǎng)1m、寬0.5m、厚5mm的紫銅板，用寬300mm、厚0.5mm的扁平銅帶連接。下圖為接地井剖面圖。

首先在地井中均勻覆蓋一層50kg工業(yè)鹽，接著覆蓋一層10kg木炭粒，再將接地體放入地井中央，然后再覆蓋一層10kg木炭粒和一層50kg工業(yè)鹽，而后放水，確保整個(gè)地井內(nèi)被水浸濕，保證接地電阻小。其上覆蓋優(yōu)質(zhì)細(xì)土，邊回填邊夯實(shí)，埋在土壤中的接地裝置，其連接采用銅焊接，并在焊接處作防腐處理。

在室內(nèi)部分，采用扁平銅帶并用錫焊接，長(zhǎng)度不超過(guò)20m，焊接截面積不小于150mm×80mm，把所有電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地、防雷接地相互連接，組成一個(gè)封閉式的大接地網(wǎng)。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量，備用機(jī)房接地電阻值小于0.1Ω。

2 天饋線系統(tǒng)的接地

2.1 設(shè)計(jì)理念

我臺(tái)地處平原地帶，有兩部中波發(fā)射天線，塔基相距483米，工作頻率分別為657KHz和603KHz，對(duì)應(yīng)工作波長(zhǎng)分別為456m和498m。為了提高天線的輻射功率，就必須盡量減小天線的損耗功率。天線的功率損耗包括天線電流回路中的地?fù)p耗、天線導(dǎo)體本身的損耗和天線塔基底部絕緣子的高頻損耗。由于后兩者都很小，可以只考慮地?fù)p耗。由于地面波場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)大于天波場(chǎng)強(qiáng)，因此我們搞中波發(fā)射的課題就是如何提高地面波輻射強(qiáng)度，增加有效覆蓋。

為了減小天線輻射時(shí)天波與地波相互干擾造成的衰落現(xiàn)象，增加有效的覆蓋面，經(jīng)實(shí)踐證明，天線架設(shè)高度H=0.53λ為宜。我臺(tái)兩部發(fā)射天線高222m。

我臺(tái)天饋線接地系統(tǒng)由地網(wǎng)和地井構(gòu)成。

敷設(shè)地網(wǎng)是減小地電阻的行之有效的辦法，因?yàn)榱己玫牡鼐W(wǎng)能為天線電流回路提供一個(gè)良好的通路。實(shí)踐證明：當(dāng)塔基底部徑向距離（即以塔基底部中點(diǎn)為圓心劃圓）為0.5λ時(shí)，地電流趨于一個(gè)固定值，與天線架設(shè)高度無(wú)關(guān)，地網(wǎng)線長(zhǎng)度一般取0.5λ。我臺(tái)根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況，我們選取地網(wǎng)線長(zhǎng)度為230米，基本接近0.5λ的取值要求，又保證了兩部發(fā)射天線地網(wǎng)不相連接。

地井的實(shí)現(xiàn)更使設(shè)備的接地電阻能達(dá)到預(yù)想的效果，我臺(tái)地處平原地帶，周?chē)邔咏ㄖ^少，發(fā)射天線高222m，遭受雷擊機(jī)會(huì)大。防雷系統(tǒng)能否起到保護(hù)作用，接地是否良好是關(guān)鍵，良好的接地能將雷電能量迅速釋放入大地。

2.2 實(shí)踐操作

2.2.1 地井設(shè)置

在天線塔基及天調(diào)網(wǎng)絡(luò)匹配室附近專(zhuān)門(mén)做兩個(gè)接地井，地井深4m，面積2m2，埋上長(zhǎng)2m、寬1m、厚5mm的紫銅板。

我臺(tái)接地體采用垂直方式。垂直接地體埋設(shè)按設(shè)計(jì)要求，先鉆出園柱形孔，再將接地體角鋼放入孔中央，然后降阻劑將接地體四周包裹夯實(shí)，后食鹽、木炭屑、鐵屑交替添加，在降阻劑尚未完全凝固發(fā)硬時(shí)，其上覆蓋優(yōu)質(zhì)細(xì)土，邊回填邊夯實(shí)，而后放水，確保整個(gè)坑內(nèi)被水浸濕，保證塔基的接地電阻小。埋在土壤中的接地裝置，其連接采用焊接，并在焊接處作防腐處理。

垂直接地體采用直徑100mm，壁厚5mm圓鋼，接地線與水平接地體的截面相同。接地引線采用寬250mm，厚0.5mm扁平銅帶，室內(nèi)部分采用扁平銅網(wǎng)并用錫焊接，長(zhǎng)度不超過(guò)30m，焊接截面積不小于40mm×4mm。接地引線作防腐、絕緣處理，裸露在地面以上部分，有防止機(jī)械損傷的措施。接地匯集引線設(shè)計(jì)成環(huán)形或排狀，材料為鍍鋅扁鋼，截面積不小于120mm2。經(jīng)實(shí)地測(cè)量，地井地電阻值小于0.1Ω。

2.2.2 天線地網(wǎng)的埋設(shè)

塔基用薄銅皮屏蔽，并在此屏蔽銅皮上焊上1圈匯流條。以天線塔基中心為圓心，以2m為半徑劃圓，將此圓120等分（即每3°為夾角埋1根），以圓心為始點(diǎn)向等分線拉地網(wǎng)線，呈放射狀均勻敷設(shè)到四周。下圖為地網(wǎng)埋設(shè)示意圖。

地網(wǎng)線采用φ3mm的軟銅線，長(zhǎng)230m，拉地網(wǎng)線時(shí)應(yīng)力求端正筆直，但不應(yīng)過(guò)于繃緊，根據(jù)熱脹冷縮的道理，冬季導(dǎo)線可能會(huì)因受冷收縮而被拉斷。地網(wǎng)線拉好后，先將塔基的屏蔽罩、匯流條和各地網(wǎng)線的始端鍍上錫，然后把地網(wǎng)線的始端約50mm長(zhǎng)的導(dǎo)線均勻分布在屏蔽罩的四周，用匯流條將地網(wǎng)線始端緊緊綁扎在屏蔽罩上，然后再用錫將地網(wǎng)線、匯流條深透牢固地焊接在屏蔽罩上，與1根約5m長(zhǎng)的接地棒連接，塔基的防雷放電球下地端也接于此，能起到一定的防雷作用，并與饋線地線、天調(diào)室屏蔽層等相焊牢，這樣不但起到減少高頻損耗作用，而且有助于雜波的衰減，對(duì)發(fā)射機(jī)穩(wěn)定輸出起到了可靠的保障作用。測(cè)量地網(wǎng)地電阻值小于0.1Ω。

通過(guò)十年的實(shí)際運(yùn)用，兩部HARRIS DX-200全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)均運(yùn)行正常，播音質(zhì)量?jī)?yōu)良，沒(méi)有相互干擾串音的現(xiàn)象，取得了比較理想的效果，充分體現(xiàn)了中波臺(tái)接地系統(tǒng)的重要性、必要性，保障了廣播發(fā)送設(shè)備的良好運(yùn)行環(huán)境，為河南廣播事業(yè)發(fā)展實(shí)現(xiàn)中原崛起的新局面做出了貢獻(xiàn)。