属实的统计数据中有效成分值得怀疑

3.属实的统计数据中有效成分值得怀疑

即使是属实的统计数据,其有效成分也值得怀疑。

正常情况下,我们通过三极法、三角法所测得的数据为工频接地电阻值,但决定防雷效果的为冲击接地电阻值。只有设计能够满足一定条件时,所测工频接地电阻值才能大致反映出冲击接地电阻值。譬如,辐射形接地极长度满足本书第13章所引用的GB 50169—2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》中表3.7.5(即表14-2)的要求。否则,很有可能是所测工频接地电阻合格了,而冲击接地电阻却不合格,起不到理想的防雷效果。非常遗憾的是,通信系统之前的接地系统多属于后面的现象,很多时候,往往是通过一根引至低电阻率区的很长的辐射形接地极将接地电阻降至理想值,但冲击电阻还很高,达不到相应的防雷效果。而且,这种错误的设计方案还是通信系统早期内部规范所推荐的。

表14-2 放射形接地极每根的最大长度

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另外需要说明的是,对冲击电阻而言,土壤电阻率越低,单根辐射形接地极有效长度越短(详细仍可参见表14-2)。这就是说,对早期通信系统中那些所测工频接地电阻值很低的接地装置,其冲击电阻其实很高,防雷效果往往也较差。

下面给出了对YD 5098—2005其他有关接地的细节问题点评。

3.2.1 在土壤较薄的石山或碎石多岩地区可根据具体情况决定接地体埋深,在雨水冲刷下接地体不应暴露于地表。

点评:对于这一条,建议加上“山坡上的接地沟应沿等高线开挖以免冲刷,回填土应清除石块杂物并夯实”。

3.2.2 垂直接地体,宜采用长度不小于2.5米的热镀锌钢材、铜材、铜包钢或其他新型接地体,垂直接地体间距为垂直接地体长度的1~2倍,具体数量可根据地网大小、地理环境情况来确定,地网四角的连接处应埋设垂直接地体。

点评:首先,垂直接地体长度不宜小于2.5m的建议并不合理,这相当于传达这样一则信息,如果想解决实际问题,则别将该规范当回事。事实上,我们所接触的联通、移动等通信单位,从未有布置2.5m长垂直接地体的。这很不现实,布置垂直接地体时,去掉地沟的0.7m,仍旧有1.8m高出地面,比施工工人头顶还高,很难施工。一般地,只有变电站才有条件布置不小于2.5m的垂直接地体,大部分时候只有1.5m。

“垂直接地体间距为垂直接地体长度的1~2倍”不合理,容易导致屏蔽,一般要求间距不小于接地体长度2倍。

3.2.3 在大地土壤电阻率较高的地区,地网的接地电阻难以满足要求时,可设置辐射形接地体、使用液态降阻剂或使用专用接地棒。

点评:“设置辐射形接地体”是可行的建议,也是最经济的方法。

“使用液态降阻剂”(最典型的便是盐水)是糟糕的主意,只能在短期内起到一定效果,但效果很快就会消失,而且还会腐蚀接地体,早已被电力系统等禁止。

“使用专用接地棒”同样不可取。首先高阻区使用接地棒早已被证实是低效的无用功,一方面无法打入石头中去,难以布置;另一方面,效果基本会被屏蔽。所以,本书第13章所提供线路高阻区案例中,从未使用接地棒。其次,接地棒降阻效果与材料无关,所以也没有什么可以产生奇效的“专用接地棒”。

3.2.7 接地体应避开污水排放口和土壤腐蚀性强的区段。难以避开时,其接地体截面应适当增大,镀层不宜小于86μm。也可选用混凝土包封电极或其他新型材料。

点评:首先,增大截面难以起到有效防腐作用。钢接地体接头和钢接地体本身在腐蚀的过程中会出现点腐蚀情况,钢材点腐蚀的速度会是均匀腐蚀速度的4~60倍。正是由于点腐蚀的存在,所以无法通过增加钢接地截面积的方式来增加其使用年限,因此,目前国际上普遍采用昂贵的铜材来延长接地体寿命。

“混凝土包封电极”只对能包封住的部分起到一定保护作用,但会对包与不包的交界处起到腐蚀的反作用。从整体来说,这只会加速接地体腐蚀。唯一的方法便是全包,这就得是导电混凝土,也就是所谓的降阻剂。而降阻剂在工程实践中不可能真正包封好,早已被大量实践所证实,目前已基本被电力系统所禁用。

6.2.3 铁塔地网应采用40mm×4mm的热镀锌扁钢,将铁塔四个塔脚地基内的金属构件焊接连通,铁塔地网的网格尺寸不应大于3m×3m”。8.1.2第3条也有类似规定。

点评:“网格不大于3m×3m”有着很好的均压作用,不过对铁塔毫无意义,主要是因为效率极低,内部网格降阻效果多被屏蔽。正确的方式应该是外扩地网降低接地电阻值,其中最经济的是布置辐射形接地极以进一步降阻,增加雷电流疏散通道。

7.4.4 室外站、边界站使用通信塔杆时,宜围绕杆塔半径3m范围设置封闭环形接地体,并与杆塔地基钢板四角可靠焊接连通,如接地电阻大于10Ω,应在环形接地体的四角敷设10~20m的辐射形水平接地体,参考图7.3.4执行。见图14-2。

点评:除非电阻率低达120Ω·m,否则,封闭环形接地体均不可能将接地电阻降至10Ω以下,则须再增加4条辐射形接地极。

假设封闭环形接地体总长24m,辐射形接地极总长40m,那么土壤电阻率从200Ω·m变化至1000Ω·m时,接地电阻值也从8Ω变化至37Ω,防雷效果相差非常大。

建议通信系统参考电力系统输电线路杆塔接地,根据不同电阻率设定不同的接地电阻要求。

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图14-2 YD 5098—2005中的“图7.3.4 室外通信塔杆地网示意图”

“8.1.2…

7 加强对雷电流的散流、降低地网地电位,可以在联合地网四周土壤情况较好的地方,增设辅助地网和附加集中接地装置,集中接地装置一般可敷设3~5根垂直接地体;

8 在土壤电阻率较高的地区,可在地网外围增设一圈环形接地体以扩大其面积,并在四周敷设多根辐射形水平接地体,其长度宜在20~30m;增设的环形接地体与联合地网(包括均压网)之间应每间隔10m左右相互焊接连通一次;外围环形接地体可根据具体地形、土层情况决定其边界形状,当垂直接地体埋设有困难时,可以根据土层情况减少埋设深度或数量;

9.高山微波站地网可参照图8.1.2执行。”见图14-3

点评:图示的“辅助地网”只能起到均压作用,降阻效果几可忽略,基本被屏蔽掉了,只有外扩地网、增设辐射形接地极才能起到进一步散流和降阻作用。

集中接地装置(3~5根垂直接地体)同样只能起到均压作用,可布置在避雷针引下线处以加速雷电流的泄放速度。对降低整体地网对地电位来说,集中接地装置无疑是最低效的策略,不可取。

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图14-3 YD 5098—2005中的“图8.1.2 高山微波站地网示意图”

C.2.1 土壤电阻率是土壤的一种基本物理特性,是土壤在单位体积内的正方体相对两面间在一定电场作用下,对电流的导电性能。一般取每边长为10mm的正方体的电阻值为该土壤电阻率,单位为Ω·m。点评:定义错误,“10mm”应为1m。

C.2.2 土壤电阻率的影响因子有:土壤类型、含水量、含盐量、温度、土壤的紧密程度等化学和物理性质,同时土壤电阻率随深度变化较横向变化要大很多。因此,对测量数据的分析应进行相关的校正。本规范只对接地装置所在的上层(几米以内)土壤层进行测量,不考虑土壤电阻率的深层变化。

点评:对山地等高阻区,“接地装置所在的上层土壤层”常常只有1~2m,但对整个地网起决定作用的却是下层高电阻率区,仅以上层土壤作为参数进行设计显然会导致较大差错。测量深度应达到5~10m为宜(理想的是最大对角线的2/3,但不建议,因为四极法测量出来的是视在电阻率,分析难度较大)

C.2.3 在进行土壤电阻率测量之前,宜先了解土壤的地质期和地质构造,并参照表C.2.3,对所在地土壤电阻率进行估算”。见表14-3。

表14-3 YD 5098—2005中的“表C.2.3 地质期和地质构造与土壤电阻率”

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点评:即使是有着相应专业知识和丰富经验的变电站勘测专家,通过土质估算出来的电阻率也基本会与实际测量值保持着较大差别。至于通信系统相应工程技术人员,情况可能更不用说了。另外,当下通信系统的微薄投资也不允许相应工程技术人员从事相应估算。

因此,除非不具备电阻率勘测条件的,否则土质估算均应省略。

C.2.5 在采用四点法测量土壤电阻率时,应注意如下事项。

1 测试电极应选用钢质接地棒,且不应使用螺纹杆。在多岩石的土壤地带,宜将接地棒按与铅垂方向成一定角度斜向打入,倾斜的接地棒应躲开石头的顶部。

点评:接地棒倾斜打入的创意并无道理,显然会导致偏差。电力系统以及国际公认的方式都是垂直打入。