通信基站選址與地網(wǎng)設(shè)置

福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 江家青

本文在介紹通信基站防雷接地的基礎(chǔ)上，闡述基站在選址方面的注意事項(xiàng)，給出地網(wǎng)設(shè)置的常用計(jì)算方法并展示部分場景的地網(wǎng)方案。

雷電引發(fā)的電磁場突變會(huì)對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。同時(shí)，雷擊造成的過電壓可能對通信設(shè)備產(chǎn)生損害并影響通信系統(tǒng)的安全和數(shù)據(jù)的可靠傳輸。為避免或減少通信基站因雷擊事故造成的危害以確保設(shè)備和人員安全，既要關(guān)注基站的選址工作又要重視接地系統(tǒng)的建設(shè)。

通信機(jī)房設(shè)備涵蓋電子設(shè)備和電氣設(shè)施。按作用分類，接地系統(tǒng)可分為功能性接地和保護(hù)性接地。通信機(jī)房保障性要求高，通常采用總等電位連接及局部等電位相結(jié)合的方式并共用總接地系統(tǒng)。本文將在下文中分別對通信基站選址注意事項(xiàng)、地網(wǎng)設(shè)置方法和場景應(yīng)用案例進(jìn)行介紹。

1 通信基站選址注意事項(xiàng)

鑒于本文闡述的內(nèi)容是基站安全與接地，所以此處不探討電源引入和交通等與基站建設(shè)相關(guān)的因素而僅著眼于如何通過選址避免或減少雷電對基站的影響。

雷電活動(dòng)規(guī)律與氣候、地理緯度、地域甚至季節(jié)和時(shí)辰等都有關(guān)系。雖然基站選址無法避開上述因素的影響，但對地質(zhì)條件的選擇、地形的取舍以及地物的定奪，設(shè)計(jì)員仍有一定的決定權(quán)和可控性。所以，通過選址可在一定程度內(nèi)提高基站的安全性。在基站選址時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

（1）從地質(zhì)條件角度看，基站選址應(yīng)盡量避開雷擊可能性大的區(qū)域。

●大片土地的土壤電阻率較大僅局部區(qū)域土壤電阻率較小，該局部區(qū)域容易遭受雷擊。

●在巖石與土壤，山坡與稻田等交界處，即土壤電阻率出現(xiàn)陡變之處最易遭受雷擊。

●而在巖石或者土壤電阻率大的丘陵或山坡，雷擊點(diǎn)多出現(xiàn)在山腳，其次是山腰。

●對于土山或土壤電阻率較小的山坡，雷擊點(diǎn)則多發(fā)生在山頂，其次在山腰。

●在地下埋有導(dǎo)電礦藏(比如金屬、煤、鹽等礦)的地區(qū)，容易遭受雷擊。

●同樣，在地下水位高、礦泉、小河溝或地下水出口等處，容易遭受雷擊。

（2）從地形角度分析，基站選址要避開有利于雷雨云的形成與相遇的處所。

●在我國，山的東坡和南坡遭受雷擊的可能性多于山的北坡和西北坡。其原因是海洋潮濕空氣自東南進(jìn)入大陸后，經(jīng)曝曬遇高山抬升而形成雷雨云。

●山地中的面積不大的平地區(qū)域遭受雷擊的機(jī)會(huì)反而大大高于峽谷。其原因是狹谷形狀窄長，受陽光照射面小而不易形成對流從而減少雷擊機(jī)會(huì)。

●在沙灘、湖邊或海邊等地勢平坦的地方雖然不太容易遭雷擊。但是，若海邊有高崖或山岳，則近海側(cè)的高崖或山坡遭受雷擊的幾率較大。

●雷擊并非無跡可尋，其發(fā)生地帶與風(fēng)向趨同，在風(fēng)口或順風(fēng)灘頭谷口最易遭受雷擊。

（3）由地物視角看，基站應(yīng)盡量避開可成為良好放電通道的建筑或構(gòu)筑物，避免雷雨云向大地放電產(chǎn)生的雷擊。

●當(dāng)空曠地區(qū)出現(xiàn)孤立建筑物，或建筑群中聳起高層建筑時(shí)，這些建筑均易遭受雷擊。

●兀立高空的廢氣排放管道也容易引來閃電，成為雷擊的目標(biāo)。

●大樓頂部、室內(nèi)和地下都有大量金屬設(shè)備和管道的低電阻場所容易遭受雷擊。

●位于建筑群的冷庫、鐵皮屋等少數(shù)潮濕易成導(dǎo)電通道的建筑物容易遭受雷擊。

●水塔、瞭望臺(tái)等高聳建筑物、構(gòu)筑物或者高尖形的屋頂容易遭受雷擊。

當(dāng)雷電在基站附近發(fā)生時(shí)，可能產(chǎn)生直接雷擊、感應(yīng)雷擊和雷電入侵波等危害。直接雷擊危害常見的防御方法有避雷針、防雷器、截獲器等，感應(yīng)雷擊和雷電入侵波危害主要采用等電位、隔離、疏導(dǎo)等辦法進(jìn)行應(yīng)對。本文不再對此展開敘述。

設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)雷擊活動(dòng)情況和雷擊的可能性進(jìn)行綜合比較并對周圍環(huán)境全面分析，進(jìn)而對基站站址進(jìn)行確定。一個(gè)好的站址意味著擁有一個(gè)好的安全先天性條件，好的站址可以提高基站的運(yùn)行可靠性并降低接地系統(tǒng)的投資。

2 基站地網(wǎng)設(shè)置的常用計(jì)算方法

基站地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到土壤電阻率變化對接地電阻的影響，因?yàn)橥寥赖母稍锘虮鶅鰻顟B(tài)因時(shí)而異，土壤電阻率也隨之不同。充分考慮變化因素可保證接地電阻在不同季節(jié)均能滿足要求。接地電阻計(jì)算可采用下文所述的計(jì)算方法。

（1）土壤電阻率(Ω/m)

在設(shè)計(jì)地網(wǎng)時(shí)，應(yīng)預(yù)先測量土壤電阻率。土壤電阻率并非固定不變，實(shí)測的土壤電阻率要考慮可能的變化，采用季節(jié)系數(shù)予以修正。

（2）人工接地體

在均勻性較好的土壤中，對于單一類型的接地體，其接地電阻可按以下公式計(jì)算：

●垂直接地體

垂直接地體主要包括管形接地體和等邊角鋼接地體。

其中，管形接地體的接地電阻為：

而等邊角鋼接地體接地電阻為：

●水平接地體

水平接地體材料主要采用扁鋼和角鋼。

其中，扁鋼接地體對應(yīng)的接地電阻為：

d-圓管接地體的直徑(m)；

b-角鋼或扁鋼接地體的邊長(m)；

ι-相應(yīng)垂直接地極的長度(m)；

t-埋深，即地面到管頂距離(m)。

當(dāng)采用多個(gè)垂直接地體且水平連接帶與土壤不絕緣時(shí)，其總接地電阻為：

R1-單一垂直接地體對應(yīng)的接地電阻Ω；

R2-單一垂直接地體間連接帶對應(yīng)的接地電阻Ω；

n-表示垂直接地體的數(shù)量；

η1-表示垂直接地體的利用系數(shù)；

η2-表示連接帶的利用系數(shù)。

由公式可知：在土質(zhì)相同前提下，接地體埋設(shè)深大、垂直接地體長則接地電阻小。

基站地網(wǎng)的接地電阻按規(guī)范規(guī)定不宜大于10Ω。而在土壤電阻率較大地區(qū)，比如超過1000Ω·m時(shí)不限制工頻接地電阻而僅以地網(wǎng)面積大小作為基準(zhǔn)。

（3）部分場景應(yīng)用案例介紹

在進(jìn)行案例介紹前，先簡單說明一下接地系統(tǒng)的組成及對接地體的要求。

●接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)由接地匯集線、接地配線、接地排、接地引入線、接地體以及大地組成。接地就是將不帶電的設(shè)備金屬部件通過導(dǎo)線與接地系統(tǒng)相連。大地因其具有較強(qiáng)導(dǎo)電性且電容量無限大，常作為參考電位。

接地體通常采用角鋼、鋼管或者圓鋼制作而成。接地體的形狀可因地制宜、靈活選用，但截面積和厚度應(yīng)符合規(guī)范。

●應(yīng)用案例或方案

新建基站可按圖1所示的最佳基站地網(wǎng)形式執(zhí)行：第一種是屋頂塔形式(上方)；第二種是塔下屋形式(下左)；第三種是塔邊屋形式(下右)。

圖1 通信基站地網(wǎng)方案(上為屋頂塔，左下為塔下屋，右下為塔邊屋)

當(dāng)租用地網(wǎng)條件較差的民用建筑物或者沒有合格的避雷帶或磚混結(jié)構(gòu)建筑物時(shí)，必須在樓下設(shè)置地網(wǎng)。新設(shè)置地網(wǎng)應(yīng)與建筑物基礎(chǔ)鋼筋連為一體，并引至樓上接地匯集排。同時(shí)，基站機(jī)房內(nèi)應(yīng)采用環(huán)形等電位連接帶。租用較差的民用建筑物的新設(shè)置地網(wǎng)形式如圖2所示。

圖2 條件差的民房或沒有合格避雷帶或磚混結(jié)構(gòu)建筑物的新增地網(wǎng)方案

如圖2所示，第一種地網(wǎng)形式如左上方，在地面增設(shè)2根放射性地網(wǎng)延伸線；第二種地網(wǎng)形式如右上方，在地面建筑物邊沿增設(shè)接地裝置，同時(shí)增設(shè)放射性折角地網(wǎng)延伸線；第三種地網(wǎng)形式如下方，在地面建筑物四周增設(shè)環(huán)形接地裝置。此三種形式均可有效降低基站總接地電阻。此外，基站機(jī)房內(nèi)尚應(yīng)增設(shè)環(huán)形等電位連接帶以提高安全性。

最后，需強(qiáng)調(diào)的是，通信基站防雷系統(tǒng)不是單一設(shè)備或構(gòu)筑物局部的防雷。換句話說，基站地網(wǎng)并不是孤立的，而是一套綜合性的防雷系統(tǒng)?；镜鼐W(wǎng)應(yīng)充分利用附近可用設(shè)施以減小接地電阻，應(yīng)與機(jī)房建筑基礎(chǔ)、鐵塔基礎(chǔ)的主鋼筋和地下其它金屬設(shè)施連為一體。

正如圖3所示，通信基站防雷由外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施組成，外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施通過共用接地系統(tǒng)連為一體。只有外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施都施工到位并滿足要求，內(nèi)外措施互補(bǔ)才能真正降低雷電對通信設(shè)備的干擾和影響，才能可靠地保障基站通信的安全和正常運(yùn)作。

圖3 通信基站防雷系統(tǒng)

作者簡介：江家青（1974—），男，高級(jí)工程師，主要從事通信機(jī)房空調(diào)與電源的設(shè)計(jì)工作。