雷达装备防雷接地性能测试方法及接地性能改进措施

2020-03-03 04:24:02 来源：范文大全收藏下载本文

徐绵起王斌徐瀚智

（94981部队南昌市330200）

和平时期，对雷达装备及其使用保障人员来说，最大的安全威胁来自于雷电的袭击。雷达站大多部署在高山、海岛等地区，易遭受雷击伤害。在雷达防雷措施中，装备的良好接地是最重要、最经济有效的手段之一。

本文详细分析防雷接地措施和要求，介绍几种接地电阻的测量方法和步骤，提出雷达装备防雷接地性能改进措施。

一、防雷接地措施分析及接地电阻要求

雷电对雷达装备的威胁分为直击雷威胁和感应雷威胁。直击雷主要通过雷达天线对雷达装备造成伤害，感应雷主要通过电源线和信号线对雷达装备造成伤害。防直击雷也称为外部防雷，防感应雷也称为内部防雷。防直击雷和防感应雷两道防线，互相配合，各尽其职，缺一不可。所以说防雷工程是一项系统工程。

（一）外部防雷

外部防雷的目的是将绝大部分雷电流直接引入地下泄散，所以对地泄放电阻越小越好。

1、雷达站外部防雷

雷达天线架设在阵地上，易遭受直击雷伤害，通常采用避雷针将雷电流引入地下，从而保护雷达天线不受雷击伤害。

2、避雷针防雷接地技术措施

避雷针防雷技术措施可分接闪器（避雷针是接闪器之一种）、引下线、接地体。

接闪器——根据建筑物的地理位臵、现有结构、重要程度等情况，决定是否采用避雷针、避雷带、避雷网联合接闪方式。

引下线——断面积足够大，连接牢固。

接地体——防直击雷接地宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装臵，并宜与埋地金属管道相连接；天线阵地避雷针，可以采用独立接地。

3、避雷针防雷接地电阻要求

避雷针防雷设施接地电阻要求小于10Ω。

（二）内部防雷

内部防雷的目的是快速泄放沿着电源或信号线路侵入的雷电波或各种危险

1 过电压。

内部防雷系统主要针对库房内易受过电压破坏的雷达电子设备加装过压保护装臵，在设备受到过电压侵袭时，防雷保护装臵能快速动作泄放能量，从而保护设备免受损坏。内部防雷又可分为电源线路防雷和信号线路防雷。

1、电源线路防雷

电源防雷系统主要是为了防止雷电波通过电源线路而对雷达电子设备造成危害。为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压过大，或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，应采取分级保护、逐级泄流原则。

2、信号线路防雷

由于雷电波在信号线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，而目前大部分雷达电子设备由于电子元器件的高度集成化而致耐过压、耐过流水平下降，设备在雷电波冲击下遭受过电压而损坏的现象越来越多，因此必须加装必要的防雷保护装臵。

3、线路防雷接地电阻要求

无论是电源线防雷装臵还是信号线防雷装臵，都必须有良好的接地，接地电阻要求小于1Ω。

4、雷达工作车、收发车等防雷接地电阻要求

无论是针对防雷、抗电磁干扰还是其它电磁兼容性要求，雷达工作车、收发车等雷达装备车辆都必须有良好的接地，接地电阻要求小于4Ω。

二、防雷接地电阻测量方法

影响接地电阻的因素很多：接地桩的大小（长度、粗细）、形状、数量、埋设深度、周围地理环境（如平地、沟渠、坡地是不同的）、土壤湿度、质地等等。为了保证设备的良好接地，利用仪表对接地电阻进行测量是必不可少的，常用的测量仪器是手摇式地阻表和钳形地阻表。特殊情况下，也可用普通万用表测接地电阻。

（一）手摇式地阻表测量接地电阻

手摇式地阻表是一种较为传统的测量仪表，它的基本原理是采用三点式电压落差法。其测量手段是在被测地线接地桩一侧地上打入两根辅助测试桩，要求这两根测试桩位于被测地桩的同一侧，三者基本在一条直线上，距被测地桩较近的一根辅助测试桩距离被测地桩20米左右，距被测地桩较远的一根辅助测试桩距离被测地桩40米左右。测试时，按要求的转速转动摇把，测试仪通过内部磁电机产生电能，在被测地桩和较远的辅助测试桩之间“灌入”电流，此时在被测地 2 桩和辅助地桩之间可获得一电压，仪表通过测量该电流和电压值，即可计算出被测接地桩的地阻。

（二）钳形地阻表测量接地电阻

钳形地阻表是一种新颖的测量工具，它方便、快捷，外形酷似钳形电流表，测试时不需辅助测试桩，只需往被测地线上一夹，几秒钟即可获得测量结果，极大地方便了地阻测量工作。钳形地阻表还有一个很大的优点是可以对在用设备的地阻进行在线测量，而不需切断设备电源或断开地线。

测量时，钳形地阻表利用电磁感应原理通过其前端环形卡口（内有电磁线圈）所构成的环向被测线缆送入一恒定电压E，该电压被施加在回路中，地阻表可同时通过其前端卡口测出回路中的电流I，根据E和I，即可计算出回路中的总电阻，即：被测地阻Rx=E/I。

事实上，钳形地阻表通过其前端卡环这一特殊的电磁变换器送入线缆的是1.7kHz的交流恒定电压，在电流检测电路中，经过滤波、放大、A/D转换，只有1.7kHz的电压所产生的电流被检测出来。正因这样，钳形地阻表才排除了商用交流电和设备本身产生的高频噪声所带来的地线上的微小电流，以获得准确的测量结果，也正因为如此，钳形地阻表才具有了在线测量这一优势。实际上，该表测出的是整个回路的阻抗，而不是电阻，不过在通常情况下他们相差极小。钳形地阻表可即刻将结果显示在LCD显示屏上，当卡口没有卡好时，它可在LCD上显示“open jaw”或类似符号。

由于钳形地阻表的特殊结构，使它可以很方便地作为电流表使用，很多这类仪表同时具有钳形电流表的功能。另一方面，虽然钳形地阻表测试时使用一定频率的信号以排除干扰，但在被测线缆上有很大电流存在的情况下，测量也会受到干扰，导致结果不准确。所以，按照要求，在使用时应先测线缆上的电流，只有在电流不是非常大时才可进一步测量地阻。有些仪表在测量地阻时自动进行噪声干扰检测，当干扰太大以致测量不能进行时会给出提示。

（三）用普通万用表测试接地电阻

用普通万用表测试接地电阻具体测量方法如下：

找两根8mm粗、1m长的圆钢，将其一端磨尖作为辅助测试棒，分别插入待测接地体A两侧5m远（B、C两处）的地下，深度应在0.6m以上，并使三者保持一条直线。在这里， B、C用做辅助测试棒。

然后用万用表（R×1挡）测量A与B、A与C、B与C之间的电阻值，分别记作RAB、RAC、RBC，再经计算就可求出接地体A的接地电阻值。

由于接地电阻指的是接地体与土壤间的接触电阻。设A、B、C三者的接地电阻分别为RA、RB、RC。再设A与B之间土壤的电阻为RX，因为AC、AB距离相等， 3 可以认为A与C之间的土壤电阻也为RX；又因为LBC=2LAB，所以B与C间的土壤电阻近似为2RX，于是：

RAB=RA+RB+RX （1）

RAC=RA+RC+RX （2） RBC=RB+RC+2RX （3）

综合以上三式，可得：

RA=（RAB+RAC—RBC）/2 （4）

（4）式即为接地电阻的计算公式。

例如，今测得某接地体的数据：RAB=8.4Ω，RAC=9.3Ω，RBC=10.5Ω。于是：

RA=（8.4+9.3—10.5）/2=3.6Ω

即被测接地体A的接地电阻值为3.6Ω。

需要注意的是，测量前需要将A、B、C三个接地体用砂纸打磨发亮，并尽量减少表笔与接地体之间的接触电阻，以减少测试误差。

三、防雷接地电阻测试方法评价

以上三种测试方法各有优缺点，什么情况下采用以及测试结果的可信性分析如下：

（一）手摇式地阻表可获得较高的精度，是常用的地阻测量工具

在许多情况下，需要埋设接地体、引出接地级，以便将仪器设备可靠接地。为确保接地电阻符合要求，通常需要专用的接地电阻测试仪进行测量。

手摇式地阻表在使用时，应将接地桩与设备断开，以避免设备自身接地体影响测量的准确性，手摇式地阻表可获得较高的精度，而不管是单点接地和多点接地系统。

（二）万用表和接地电阻测试仪所测数据相近

实际工作中，专用的接地电阻测试仪价格高，有的雷达站没有配备，可用万用表测量接地电阻。作者用万用表在不同土质的土壤对接地电阻进行了实验，并将万用表所测数据和专用接地电阻测试仪所测数据进行了比较，两者十分接近。

（三）钳形地阻表使用最方便，但不能测量开路接地桩

在单点接地系统中应慎用钳形地阻表，对于已埋设好而尚未与设备连接的开路接地桩，其地阻根本不能用该仪表进行测量。地线上较大的回路电流对测量会造成干扰，导致测量结果不准确，甚至使测试不能进行，很多仪表在这种情况下会显示出“Ｎｏｉｓｅ”或类似符号。

对于钳形地阻表，其最理想的应用是用在分布式多点接地系统中，此时应

4 对接地系统的所用接地桩依次进行测量，并记录下测量结果，然后进行对比，对测量结果明显大于其它各点的接地桩，要着重检查，必要时将该地桩与设备断开后用手摇式地阻表进行复测，以暴露出不良的接地桩。

四、防雷接地性能评价及整改措施

评价防雷接地性能的好坏，主要看各类防雷设备和车辆是否接地以及接地电阻是否符合要求。当接地性能达不到要求时，应该进行整改。下面主要探讨降低接地电阻的方法。

在确定降低接地电阻的具体措施时，应根据阵地原有状态、气候条件、地形地貌特点和土壤电阻率的高低等条件进行全面、综合分析，通过技术经济比较来确定，因地制宜地选择合理的方法。

降低接地电阻可采取以下几种方法：

（一）更换土壤

采用电阻率较低的土壤(如：粘土、黑土及砂质粘土等)替换原有电阻率较高的土壤，臵换范围在接地体周围0.5m以内和接地体的1/3深处。这种方法人力和工时耗费都较大。

（二）改良土壤

在接地体周围土壤中加入化学物，如食盐、木炭、炉灰、氮肥渣、电石渣、石灰等，提高接地体周围土壤的导电性。加入食盐，对于不同的土壤其效果也不同，如粘土用食盐处理后，土壤电阻率可减小1/3～1/2，砂土的电阻率可减小3/5～3/4，砂的电阻率可减小7/9～7/8；对于多岩土壤，用1%食盐溶液浸渍后，其导电率可增加70%。这种方法虽然工程造价较低且效果明显，但土壤经人工处理后，会降低接地的热稳定性、加速接地体的腐蚀、减少接地体的使用年限。因此，一般是在应急时才采用。

（三）深埋接地极

当地下深处土壤的电阻率较低时，可采取深埋接地极来降低接地电阻值。这种方法对含砂土壤最有效果。据有关资料记载，设3m深处的土壤电阻系数为100%，则4m深处为75%，5m深处为60%，6m深处为60%，6.5m深处为50%，9m深处为20%，这种方法可以不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数，但施工困难，土方量大，造价高，在岩石地带困难更大。

（四）利用接地电阻降阻剂

在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低其与周围大地介质之间的接触电阻的作用，因而能在一定程度上降低接地极的接地电阻。降阻剂用于小面积的集中接地、小型接地网时，其降阻效果较为显著。

降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂，是具有导电性能良好的强电

5 解质和水分。这些强电解质和水分被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不致于随地下水和雨水而流失，因而能长期保持良好的导电作用。这是目前采用的一种较新和积极推广普及的方法。

（五）采取伸长水平接地体或布置地网

一般说来，水平接地体的有效长度不应大于接地体的有效长度。布臵地网则工程量极大，一般在阵地建设时便设计施工完成。

（六）采取深井接地

有条件时还可采用深井接地。用钻机钻孔(也可利用勘探钻孔)，把钢管接地极打入井孔内，并向钢管内和井内灌注泥浆。

（七）采取污水引入

为了降低接地体周围土壤的电阻率，可将污水引到埋设接地体处。接地体采用钢管，在钢管上每隔20cm钻一个直径5mm的小孔，使水渗入土壤中。

（八）多支外引式接地装置

如接地装臵附近有导电良好的河流湖泊，可采用此法。但在设计、安装时，必须考虑到连接接地极干线自身电阻所带来的影响，因此，外引式接地极长度不宜超过100m。