高山通信基站地网采用换粘土降阻技术的应用

高山通信基站地网采用换粘土降阻技术的应用

孔胜池

封开县气象局

随着国民经济和科学技术的不断发展，无线通信事业迅猛发展，无线通信基站遍布城乡各地。在山区，大多数的无线通信基站都建在土壤环境恶劣的高山顶上，土壤电阻率普遍达到1500-4000Ω·m，甚至更高，由于无线通信基站广泛应用计算机与微电子技术，对接地系统的要求较高。要求接地网的接地电阻应小于5Ω，按照常规，以扩大地网面积的做法，难以降低电阻达到5Ω以下。根据虞昊等编著的现代防雷技术基础所提供的调查数据和实验结果，影响土壤电阻率的最主要因素是湿度，土壤含水量增加，电阻率急剧下降，当土壤中含水量增加到20%-25%以上土壤电阻率保持稳定。其潮湿时土壤电阻率降幅达到60%-75%，粘土具有很好保湿效果，采用换粘土方法降阻效果较好。

承接了广东移动通信有限公司肇庆分公司封开长岗水口基站防雷地网设计服务，采用了换粘土和联合深井粘土地极的方法降阻，取得了良好的效果。

1掌握基站环境情况

经过勘察，基站的环境情况：水口基站位于封开县长岗镇水口村200m高的山顶上。周围有小松树，地面为灰白色硬质粉石，吸水性差，土壤电阻率为1696Ω·m。根据基站的基本环境资料，按科学合理、经济节约的原则，参考有关深井降电阻方法资料的介绍，确定地网安装采用换粘土和联合采用深井粘土地极方法设计安装，跟进测试，研究换粘土降电阻方法安装地极的效果。

2寻找粘土

要实施换土法安装地网，首先要解决粘土的来源问题，寻找土壤电阻率小于60欧姆·米的粘土，在山区，由于粘土资源缺乏，寻找粘土不是一件容易的事。采用接地电阻摇表四极测试法，ρ0=2πaR,ρ=ψ0ρ0,其中a为极间距离（桩距），单位m，R为测出来的电阻值，单位Ω，ψ0为土壤干燥的季节系数，ψ0＝1.5～2.0，如果选定极间距离（桩距）为5米，则ρ0=2πaR＝2*3.14*5R，ρ=ψ0ρ0=(1.5～2.0)31.4R＜60,计算结果为R在1.0～1.3欧姆以下，土壤较潮湿时R选较小值，土壤较干燥时R选较大值，按这个电阻值寻找粘土，在江边、河滩地，水塘坭地，水田地等进行调查、探测，发现极少地方的土壤是粘土，探测到的，算是比较带粘性土壤，略带沙质，最低的测试电阻也有3.5Ω，相应的土壤电阻率也在180欧姆·米左右，最后在封开县江口镇封川六村西江边较大湾水的地方找到了粘土，测试电阻值为1.0～1.2欧姆，土壤粘性很好，证明为粘土，为原封川砖厂使用的土壤。解决了粘土来源问题。实践证明，一般砖厂使用的土壤粘性较好，为粘土。

3施工技术处理

主地网安装：设置3m×3m网络组成的21m×30m长方形主地网，设置9条辐射形接地体，在其中5个辐射形接地体末端设置深井地极。水平体用40mm×4mm镀锌扁钢，垂直接地桩用50mm×50m×5mm镀锌角钢制作，水平体埋深1m，垂直接地桩长1.5m。地网格内，全部回填粘土，把水平接地体全部埋设在粘土中。

深井粘土地极安装:人工开挖1m直径深井，安装4cm厚深井混凝土护壁,井底倒制20cm厚水坭沙浆,利于储水、积水，增加和保持土壤水分和湿度，回填粘土，能够使深井粘土保持较大湿度，土壤散流效果较好。井底安装10mm厚铁板，地极引线采用40mm×4mm热镀锌扁钢。安装好地极后，回填粘土。

深井粘土地极安装方法：一边挖土，一边安装水坭沙浆护壁，壁厚4cm，确保施工安全，井底倒制20cm厚水坭沙浆，利于深井和井内粘土积水，回填粘土时，一边回填，一边冲水，人工夯实，使粘土和地极紧密接触。

4接地网安装

4.1网格地网安装

根据各站的土壤电阻率情况，理论计算出应布设的地网量：

R系统=[（R垂×R水平）/（R垂+R水平）×1/η……(1)

R垂单=（ρ/2πL垂）Ln（4L垂/d）……(2)

R垂=R垂单/（n*η2）……(3)

R水平=[ρ/（2πL水平）（Ln（L2水平/hd）+A）]……(4)

R系统-地网接地电阻；R垂-垂直接地体的接地电阻；R水平-水平接地体的接地电阻，R垂单-单根垂直接地体的电阻；ρ-土壤电阻率（Ω·m）；L垂-垂桩接地体的长度（m），n-垂桩根数；η-地网系统屏蔽系数；η2--垂桩接地体屏蔽系数；L水平-水平接地体的长度（m）；h--水平接地体埋深（m）；A-接地体形状系数；d-水平接地体的等效直径（m）。

按达到接地电阻4.5Ω要求，计算地网长度为：水平体890m（40mm×4mm镀锌扁钢），垂桩222根（1.5米/根，50mm×50m×5mm镀锌角钢）。

前期采用了换粘土安装地网，水口基站水平体安装了515m（40mm×4mm镀锌扁钢），垂桩101根（1.5米/根，50mm×50m×5mm镀锌角钢）。此时实测得的接地电阻为：6.7Ω，继续安装深井粘土地极降阻。

4.2采用深井安装方法降阻

安装五个深井地极，并回填满粘土，分别井深为：29.5m（A），30.2m（B），30.5m（C），12.5m（D），18.1m（E）。安装深井粘土地极后,最后经测试接地电阻为4.3Ω，达到了目的。

求出地网安装后的土壤电阻率值，根据公式计算：

R垂单=（ρ/2πL垂）Ln（4L垂/d）……(5)，

1／R系统=1／η（1／RA+1／RB+1／RC+1／RD+1／RE+1／6.7）=1／4.3……(6)

式中：

η－-地网屏蔽系数，取0.9,

将深井地极深度LA=29.5m,LB=30.2m,LC=30.5m,LD=12.5m,LE=18.1代入上式(5)求得RA，RB，RC，RD，RE，并将其电阻值代入(6)式反求得此时的电阻率为915Ω·m，土壤电阻率从1696Ω·m降至915Ω·m，经过比较，土壤电阻率降低幅度达46%，降阻效果非常明显。

实践证明，换粘土和深井粘土地极起到的作用有:(1)粘土具有很好保湿效果，土壤电阻率较低，降阻效果较好。（2）深井粘土有效储存雨水，雨水在深井不断缓慢向四周渗透，水流失缓慢，能较长时间保持深井粘土周围土壤潮湿，使深井粘土周围土壤电阻率得到显著降低；(3)增加地极埋地深度，降低单桩的接地电阻。

实践证明：换粘土方法降阻效果非常明显，较适合高山无线通信基站地网安装采用。

参考文献

[1]虞昊等。现代防雷技术基础。气象出版社,1995.9

[2]吴建玉，欧平，周建勇.浅谈高山通信基站的防雷地网改造[J].科技创业家，2011（12）：105.