高电阻率土壤的高频接地制作

张军虎

国家新闻出版广电总局二〇二二台

 

摘要:本文从大功率广播发射台高频接地的重要性和基本要求入手,主要介绍了高电阻率土壤高频接地系统的制作和地阻的简单测量方法。

关键词: 高电阻率土壤 大功率发射台 高频接地 设计制作 测量

 

一、前言

大功率中短波发射台,特别是超大功率短波发射台考虑到电磁辐射对周边环境的影响,大多建于远离城市的偏远地区,其中部分电台所处的地质环境非常复杂,以国家新闻出版广电总局2022台为例,台区戈壁石厚度达到200百米以上,常年干旱无雨,戈壁土壤电阻率极高,电台技术人员经过多年的摸索,总结出了一套高电阻率土壤高频接地的制作方法,本文将作以简要介绍。

二、高电阻率土壤的概念

电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量,是导体的固有属性,常用ρ表示,国际单位是欧姆·米(Ω. m)。土壤电阻率ρ的大小主要取决于土壤中导电离子的浓度和土壤的含水量,土壤中所含导电离子浓度越高,含水量越大,土壤的导电性就越好,ρ就越小;反之就越大。根据GB/T17949.1-2000标准,表层是沙砾和石子的土壤电阻率都在1000Ω.m以上,实际测量国家新闻出版广电总局2022台所处的戈壁滩土壤电阻率为2430Ω.m,属于超高电阻率土壤。

三、广播发射系统的高频接地

1、高频接地的概念

本文所指的高频特指中短波调幅广播的发射频率,根据GY/T 225-2007广播电影电视行业标准要求,调幅广播发射机频率范围为:中波526.5-1606.5kHz,短波3.2-26.1MHz。高频接地是指将产生高频信号的电路地电位端接地,如发射机高频电路接地、天线交换系统接地、天馈线地网接地等;或是为了确保产生高频信号的设备稳定、安全、环保的工作而采取的接地措施,如设备的屏蔽接地、外壳接地、天馈线的桅杆接地等。发射系统的高频接地不能与电源地或保安地相接,必须单独埋设。

2、高频接地的重要性

(1)良好的高频接地给发射系统提供统一有效的高频地电位,保障发射系统高频电路稳定谐调工作。

(2)地球是中短波信号发射的必要组成部分,良好的高频接地可以增加地表的利用面积,提高天线的传输发射效率。

(3)高频发射系统在产生工作频率的同时也会产生工作频率的谐波,良好的高频接地可以防止它们在从发射机溢出,确保广播发射台环境评估达标。

(4)良好的高频接地可以防止发射系统内部高频信号的互扰,同时也可防止外部信号对发射系统正常工作的干扰。

(5)由于高频信号传输的特殊性,一般的保安接地不能有效的泄放掉存于设备上的高频能量,良好的高频接地可以保障工作人员和设备安全。

3、高频接地的基本要求

高频接地不但要符合一般电气设备接地的要求,还应考虑到发射系统生产高频信号的特殊要求,主要有:

(1)高频接地线不可过长,一般限制在1/4波长以内或1/4波长的偶数倍,以防止在接地线上产生驻波,影响接地效果。根据调幅广播频率范围,中波的波长约为187m-570m,短波的波长约为11.5m-94m。因此,接地线长度一般不应大于8米,且越短越好。对于潮湿地区我们可以把制作好的接地极直接埋设于发射机正下方。

(2)高频屏蔽接地只宜一点接地,多点接地由于不同接地点电位不同,会在接地线中产生有害的不平衡电流,影响设备的稳定性。

(3)接地线应采用多股铜线或宽铜皮,使接地线本身感抗所产生的阻值降到最小。根据实验数据在高电阻率土壤中,中短波高频接地引线使用厚0.5毫米、宽20到30厘米的紫铜带最为理想。

(4)根据广播电视相关行业规定,高频接地对其接地电阻值的要求,其中电路系统地阻值不大于 1Ω,中波地网地阻值不大于 2Ω,短波天线支持物地阻值不大于 4Ω。

四、高电阻率土壤中高频接地的制作

处于高电阻率地质的大功率发射台,需要选择埋设紫铜接地极并加降阻剂的方法制作高频接地,以达到良好的接地效果。

1、接地极的制作

(1)选择1500毫米*600毫米*3毫米的紫铜板三张,将其中一块板的600毫米边折出90度、100毫米宽的面,形成连接板。

(2)以图1中接地极所示,将三块板铆焊连接起来成“工”字或者“门”字形,形成接地极。具体步骤是先将连接板600毫米*100毫米面与另外两块紫铜板铆接在一起,再将接触面的边用铜或银焊条焊接起来。

(3)选择300毫米宽、0.5毫米厚的紫铜带与接地极板正中心铆焊连接,其长度要确保引出地面。不考虑经济因素和条件下,引出线选用300毫米宽、3毫米厚的紫铜板引出地面效果更好。

(4)注意对引出线埋设及焊接部分做防腐处理,防腐济可采用沥青防腐漆,将待涂物表面清洁干净、干燥后直接刷涂或喷涂即可。

2、地线坑的处理

高电阻率的戈壁土质,即便大量浇水,增加湿度,也无法很好的降低接地电阻,为使接地极板与土壤充分接触,应按以下要求处理。

(1)选择距离高频设备较近且便于施工的地方开挖长3米、宽2米、深2.5米的长方形接地坑。

(2)准备足量的木炭、黄土(筛过)、工业盐,按照体积以3﹕3﹕1的比例均匀混合搅拌成降阻剂(市场上也可直接购买成品降阻剂)备用。

(3)在开挖好的地线坑底部铺设30厘米厚的降阻剂。

(4)将接地极按照图1所示放置于地线坑正中心。

(5)填充降阻剂直至覆盖接地极30-50厘米以上。

(6)在降阻剂上回填原土并灌水,回填原土可略低于原地面,便于浇水。

(7)将引出地面的宽铜带与发射机系统的地网连接,并测量其地阻值应在1Ω左右,经过使用维护后阻值逐渐变小。

(8)由于接地坑紧邻机房外墙,地面多被硬化,对于干旱少雨的戈壁滩,应在地线坑正中心预留注水孔,一般用多根大于Ф63厘米的PVC管预先埋设到接地坑的内接近接地极附近,每隔一段时间注水以便降低地阻。

高频接地示意图

图 1 高频接地示意图

五、测量高频接地电阻

为检验高频接地的实际效果,需要对制作好的高频接地电阻进行测量,实际测试中我们常用如图2所示的HIOKI3151地阻测试仪进行测量,测量方法如图3所示,其原理为三极电测深法,通过实践检验,这种测量方法所需仪表设备少,操作简单,结果准确,使地阻测量变得方便易行。

HIOKI3151地阻测试仪

图2  HIOKI3151地阻测试仪

 接地电阻测量示意图

图3 接地电阻测量示意图

六、结束语

我台在高频接地系统维护过程中以上述方法改造了十多处高频接地极,经过运行,稳定后实际测量电阻值都小于1Ω。在复杂的地质环境下,土壤的电阻率较高,科学的高频接地系统制作固然很重要,但也需要定期维护,如定期阻值测量,定期检测地坑的湿度,这样才能有效地提高高频接地的可靠性和使用寿命。

 

参考文献:

[1] 宋树祥. 高频电子线路.清华大学出版社.

[2] 中华人民共和国国家标准. GB/T17949.1-2000.