基站地网系统设计及地阻测量方法
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阻测量方法
摘要：电信行业通常将5欧姆作为接地和铁塔的电阻值标准，并且从成本上和物理上尽可能追求最低的接地电阻。本文通过对地网系统的原理分析，介绍了几种地网系统的设计和地阻测量方法,加强地网设计的经济性，提高地网及整个接地系统对通信基站的保护的长期有效性。关键词：地网电阻系数测量中图分类号：tu856文献标识码：a文章编号：1007-9416(2012)01-0042-011、引言接地技术最初是为了把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地从而起到保护建筑物的作用。同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会流经pe线到大地，从而起到保护作用。在电子通信领域，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准‘地’作为信号的参考地，避免信号之间的互扰等电磁兼容问题。良好的接地系统不仅要保证人员的安全而且要保护工厂和设备的安全，还要提高设备的可靠性并降低雷电或故障电流的破坏的可能性。由大地与接地电极构成的地网子系统是防雷接地系统中的重要组成部分。2、接地电极2.1接地电极及电阻接地电极由接地线、接地电极和导线和接地极之间的连接或焊接三个基本部件组成。接地电极的电阻存在于三个地方：(1)接地电极本身以及与之相连部分的电阻：接地电极以及与之相连部分的电阻一般都非常低，接地棒由高传导性/低电阻材料制成，例如铜或包铜。(2)电极和周围土壤的接触电阻：如果接地电极上没有油漆或油脂等，并且接地电极和土壤紧密接触，那么这部分电阻一般可以忽略不计。（根据美国国家标准局测试规定）(3)电极周围大地的电阻：地极由相同厚度的同心壳层组成的土壤包围着。距离地极最近的这些壳层占据的区域很小却形成最大程度的电阻。越靠外的壳层占据的区域越大，但形成的电阻越小。最终到达某点时，其它的壳壳层对该电阻产生的影响就非常微弱。2.2影响接地电极的电阻的四个因素2.2.1接地电极的长度/深度把接地电极插入地下更深是降低电阻的最有效方式。因为大地是分层的，电阻系数会随着层以及层的深度变化面变化。土壤在电阻系数不是固定的，而是很难预测的。除此之外有非常重要的一点：当安装接地极时，要确保它在冰冻以下，因此对地电阻不会随着周围土壤的冻结而急剧增加。总体来说，把地极插入下的深度增加一倍，则会降低40%的电阻。可能有时候会出现不能把接地钉再往深处埋插的情况，比如当遇到石头、花岗岩等时。这种情况下，可以以选择其它的方法，例如在接地电极上围上水泥就是可行的选择。2.2.2接地电极的直径增大接地电极的直径仅会很小程度的降低电阻。例如如果把接地电极的直径加倍，电阻最大只能降低10%2.2.3接地电极的数量降低接地电阻的另一种方法是使用多个接地电极。这种方法是把多个接地电极插入地下，且并联在一起来降低电阻。每一个地极都有自己的影响范围，为了能使其它的接地电极发挥作用，与其它接地电极的间距应该至少是电极插入地下的深度。如果接地电极之间没有适当的间距，接地电极的影响范围就会相互交叉，而使降低电阻的作用非常小，没有了存在的价值。通常接地电极之间的间距是电极长度的1.5～2.5倍为宜。3、地网系统设计和地阻测量的方法3.1土壤的电阻系数为什么要测量土壤的电阻系数？在选择通信基站时，测量土壤电阻系数是为了找一个电阻最低的点。一旦选定地点，测量土壤的电阻系数就能够提供设计和建造能够满足接地要求的地基所必需的信息。影响土壤的电阻系数的因素包括土壤的成分。土壤很少是同质的，土壤的电阻系数会随着地理或深度不同而变化。影响土壤电阻系数的第二个因是潮湿度或土地中的含水量。潮湿度会发生季节性地变化，并随着底层土壤的特性和常年地下水位的深度而不同。当潮湿度增加时，电阻系数会相应的降低，反之亦然，土壤的电阻系数变化可达50倍。测量土壤电阻系数—四极法。该测量方法使用了世界通用的由美国标准管理局的frankwenner博士在1915年发明的wnner方法。公式如下：ρ=2πar其中：ρ=深度为a时土壤的平均电阻系数，单位为ω·cma=电极之间的距离，cmr=仪器测得的电阻值，ω3.2地网系统设计在大多数地方，铁塔塔脚使用铜线单独接地。在铁塔的边上是站点的机房，里面放置基站和传输等设备。在机房里面放置1个室内接地铜排，通过接地线与站点主接地排相连。机房内部沿4个边角布置接地线，直接连接室外机房地网，并接到室内接地铜排。室外机房地网沿机房四周布置，并通过2根接地线相隔一定距离与铁塔的地网相连，保证两个地网连成一体。3.3测试方法针对每一种接地应用场景，可以使用下面三种方法进行测试：无辅助极测量、3极降电位法测量、选择性测量。无辅助极测量：针对站点铁塔，分别测试每一个塔脚和机房的四个脚的接地线；针对机房防雷，测试每一根接地棒以上对单个接地线或接地棒的测量，并不是整个地网的真实地阻，只是确认站点是接地的，说明与地网的电气连接是好的，电流可以通过接地线传到地网。3极降电位法测量：通过3极降电位法测量整个系统的地阻。按照接地极法的测试规则，使用该方法测试的地阻就是整个地网系统的地阻，地阻最少应该每2年测试一次。选择性测量：验证地网每个部分是否正常、连接是否良好，如果某一个接地线地阻明显比其它的要高，那就要查找原因了。4、结语地网系统的设计需要从选址就开始考虑并且不能忽视地网施工完成后的定期维护保养，每个国家的地网设计各有不同，只要掌握了基本原理，万变不离其宗。通过仪器测量的检测，我们能更深入的了解地网系统的设计特点和理解各国地网设计规范，为实际地网设计工作提供了有力的验证手段。参考文献[1]《通讯局站地网阻值测量方法探讨》.中国电信电磁防护支撑中心.[2]《接地电阻原理及测试技术应用》.usa2006,b-en-n.
摘要：电信行业通常将5欧姆作为接地和铁塔的电阻值标准，并且从成本上和物理上尽可能追求最低的接地电阻。本文通过对地网系统的原理分析，介绍了几种地网系统的设计和地阻测量方法,加强地网设计的经济性，提高地网及整个接地系统对通信基站的保护的长期有效性。关键词：地网电阻系数测量中图分类号：tu856文献标识码：a文章编号：1007-9416(2012)01-0042-011、引言接地技术最初是为了把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地从而起到保护建筑物的作用。同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会流经pe线到大地，从而起到保护作用。在电子通信领域，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准‘地’作为信号的参考地，避免信号之间的互扰等电磁兼容问题。良好的接地系统不仅要保证人员的安全而且要保护工厂和设备的安全，还要提高设备的可靠性并降低雷电或故障电流的破坏的可能性。由大地与接地电极构成的地网子系统是防雷接地系统中的重要组成部分。2、接地电极2.1接地电极及电阻接地电极由接地线、接地电极和导线和接地极之间的连接或焊接三个基本部件组成。接地电极的电阻存在于三个地方：(1)接地电极本身以及与之相连部分的电阻：接地电极以及与之相连部分的电阻一般都非常低，接地棒由高传导性/低电阻材料制成，例如铜或包铜。(2)电极和周围土壤的接触电阻：如果接地电极上没有油漆或油脂等，并且接地电极和土壤紧密接触，那么这部分电阻一般可以忽略不计。（根据美国国家标准局测试规定）(3)电极周围大地的电阻：地极由相同厚度的同心壳层组成的土壤包围着。距离地极最近的这些壳层占据的区域很小却形成最大程度的电阻。越靠外的壳层占据的区域越大，但形成的电阻越小。最终到达某点时，其它的壳壳层对该电阻产生的影响就非常微弱。2.2影响接地电极的电阻的四个因素2.2.1接地电极的长度/深度把接地电极插入地下更深是降低电阻的最有效方式。因为大地是分层的，电阻系数会随着层以及层的深度变化面变化。土壤在电阻系数不是固定的，而是很难预测的。除此之外有非常重要的一点：当安装接地极时，要确保它在冰冻以下，因此对地电阻不会随着周围土壤的冻结而急剧增加。总体来说，把地极插入下的深度增加一倍，则会降低40%的电阻。可能有时候会出现不能把接地钉再往深处埋插的情况，比如当遇到石头、花岗岩等时。这种情况下，可以以选择其它的方法，例如在接地电极上围上水泥就是可行的选择。2.2.2接地电极的直径增大接地电极的直径仅会很小程度的降低电阻。例如如果把接地电极的直径加倍，电阻最大只能降低10%2.2.3接地电极的数量降低接地电阻的另一种方法是使用多个接地电极。这种方法是把多个接地电极插入地下，且并联在一起来降低电阻。每一个地极都有自己的影响范围，为了能使其它的接地电极发挥作用，与其它接地电极的间距应该至少是电极插入地下的深度。如果接地电极之间没有适当的间距，接地电极的影响范围就会相互交叉，而使降低电阻的作用非常小，没有了存在的价值。通常接地电极之间的间距是电极长度的1.5～2.5倍为宜。3、地网系统设计和地阻测量的方法3.1土壤的电阻系数为什么要测量土壤的电阻系数？在选择通信基站时，测量土壤电阻系数是为了找一个电阻最低的点。一旦选定地点，测量土壤的电阻系数就能够提供设计和建造能够满足接地要求的地基所必需的信息。影响土壤的电阻系数的因素包括土壤的成分。土壤很少是同质的，土壤的电阻系数会随着地理或深度不同而变化。影响土壤电阻系数的第二个因是潮湿度或土地中的含水量。潮湿度会发生季节性地变化，并随着底层土壤的特性和常年地下水位的深度而不同。当潮湿度增加时，电阻系数会相应的降低，反之亦然，土壤的电阻系数变化可达50倍。测量土壤电阻系数—四极法。该测量方法使用了世界通用的由美国标准管理局的frankwenner博士在1915年发明的wnner方法。公式如下：ρ=2πar其中：ρ=深度为a时土壤的平均电阻系数，单位为ω·cma=电极之间的距离，cmr=仪器测得的电阻值，ω3.2地网系统设计在大多数地方，铁塔塔脚使用铜线单独接地。在铁塔的边上是站点的机房，里面放置基站和传输等设备。在机房里面放置1个室内接地铜排，通过接地线与站点主接地排相连。机房内部沿4个边角布置接地线，直接连接室外机房地网，并接到室内接地铜排。室外机房地网沿机房四周布置，并通过2根接地线相隔一定距离与铁塔的地网相连，保证两个地网连成一体。3.3测试方法针对每一种接地应用场景，可以使用下面三种方法进行测试：无辅助极测量、3极降电位法测量、选择性测量。无辅助极测量：针对站点铁塔，分别测试每一个塔脚和机房的四个脚的接地线；针对机房防雷，测试每一根接地棒以上对单个接地线或接地棒的测量，并不是整个地网的真实地阻，只是确认站点是接地的，说明与地网的电气连接是好的，电流可以通过接地线传到地网。3极降电位法测量：通过3极降电位法测量整个系统的地阻。按照接地极法的测试规则，使用该方法测试的地阻就是整个地网系统的地阻，地阻最少应该每2年测试一次。选择性测量：验证地网每个部分是否正常、连接是否良好，如果某一个接地线地阻明显比其它的要高，那就要查找原因了。4、结语地网系统的设计需要从选址就开始考虑并且不能忽视地网施工完成后的定期维护保养，每个国家的地网设计各有不同，只要掌握了基本原理，万变不离其宗。通过仪器测量的检测，我们能更深入的了解地网系统的设计特点和理解各国地网设计规范，为实际地网设计工作提供了有力的验证手段。参考文献[1]《通讯局站地网阻值测量方法探讨》.中国电信电磁防护支撑中心.[2]《接地电阻原理及测试技术应用》.usa2006,b-en-n.