移动通信基站防雷接地一些问题的讨论.

∙移动通信基站防雷接地方案

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本文结合通信工程设计中的经验，从技术可行性、经济实用性的角度出发，对工程中遇到的、但在YD 5098-2005《通信局(站防雷与接地工程设计规范》[１]（以下简称“设计规范”）中没有明确的一些问题进行了阐述，并对“设计规范”中值得商榷之处进行了分析，提出了相应的技术解决方案。

1 概述

移动通信基站是电源系统、接收/发射系统、天馈线系统以及中继传输系统等构成的一个综合系统。防雷的目的是保证各系统不受雷电以及浪涌（以下简称雷击）的干扰和破坏。防雷最终是通过等电位连接实现的，雷击能量通过接地系统引入大地。

雷电波入侵基站的途径主要有两种：直击雷和感应雷，其中感应雷除通过线路、电磁感应等侵入方式之外，雷电电磁脉冲还可通过接地系统进入基站内部（即常说的地电位反击）。在现代防雷技术中，针对上述各种雷电入侵途径已经形成了完善的防护体系和技术，比如对直击雷采用接闪器系统，对线路入侵的感应雷则通过安装多级SPD来逐级实现动态等电位连接而达到良好的防护效果；对电磁感应通过屏蔽接地措施，也可达到较好的效果。本文主要针对工程实际中遇到的一些防雷问题，通过技术、经济分析而得到实际可行的解决方案，对工程实际有一定的参考价值。

2 基站防雷工程实践中值得探讨的五个问题

在工程实践中，通信防雷相关规范已经为我们提供了比较完备的解决方案，但往往在一些细节上尚欠缺明确规定，值得我们去探讨。

2.1 基站是否合设一个室内地线排

基站系统的“地”主要包括直流工作地、交流工作地、机壳保护地、防静电接地和防雷接地。防雷接地技术发展到现阶段，基站所有的地均接入联合地网已是不争的事实，但是在工程中却常会遇到机房直流工作接地、通信设备防静电接地是否与其它接地分开设置地线排的问题。在相当长的时间内，某运营公司要求基站机房内的工作地、保护地合设一个地线排，而另一运营公司则要求基站机房内的工作地与保护地分别设置地线排。

机房内使用两个地线排看似符合等电位原则，但是由于没有考虑系统的最佳接地参考点和引线的阻抗效应，并不能有效地抑制各部件间危险电位差的出现。假设雷电流从交流线路侵入，由于瞬时电压往往达几万伏乃至几十万伏，而另一个地线排处于地电位，这样两个地线排之间存在电位差，从而会使开关电源机壳与直流单板间存在危险的电位差，可能导致敏感的器件损坏，危及基站设备的安全运行。

正确的做法是基站内的直流工作地、安全保护地、防静电接地和防雷接地合设1个室内地线排。采用两个室内地线排的基站存在着雷害风险，应着手进行接地系统的改造，最简单的改造措施就是在两个室内地线排之间采用不小于70mm2的铜芯电缆进行等电位连接。

笔者曾见到一个AC屏内存在相互隔离的机壳保护地排、SPD接地排，这也是一种类似的错误接地方式。实际上在AC屏机架内部将SPD的接地直接连接到保护地线排上，这样才能使SPD的接地线足够短，地线上产生的残压足够小，使SPD起到有效的防护作用。

2.2 基站的室内接地汇集线采用地线排还是接地汇流条

在“设计规范”中，对接地排、环形接地汇集线的应用场所并无明确规定。在工程实践中，已出现一种更为有效的接地汇集线方案——接地汇流条。接地汇流条方案是指用架设在主走线架上方的镀锌扁钢或铜条作为接地汇集线。现从防雷接地效果、经济性和机房美观等方面对这三种方案进行比较。

首先从防雷效果来说，采用接地汇流条的方案优于采用地线铜排的方案，与环形接地汇集线的方案效果等同。在采用地线铜排方案的基站内，常常会出现总AC屏内SPD接地线过长，或者迁就了总AC屏的接地但是会产生其它设备的接地线过长而影响整体的防雷接地效果。采用接地汇流条的方案，容易实现SPD、设备外壳就近接地的要求，能取得更好的防雷效果。实际上，在雷害比较严重的基站防雷接地改造工程中，将地线排改为架设在主走线架上的接地汇流条是一种常用的改造措施。

其次从经济上分析，虽然由于沿主走线架敷设接地汇流铜条，其价格较地线排高（实际上也可采用同阻抗的镀锌扁钢，且成本不会比传统的地线铜排高），但由于该方案可以大大减少35mm2的电缆长度（每个基站约50米），综合成本实际上较采用接地铜排的方案会有所降低。类似地，接地汇流条方案的综合成本较环形接地汇集线方案的综合成本低。

第三，从机房的整齐美观方面考虑，由于各种设备地线直接从其上方的接地汇流铜条上引线，采用接地汇流条的方案比采用地线排的方案效果明显。

图1 基站接地汇流条示意图

综上所述，虽然机房采用单个地线排也是一个久经考验的设计方案，但是无论从防雷效果，还是经济分析、机房美观看，采用沿走线架布置接地汇流条的方案不失为一个完美的方案，值得在新建基站中广泛采用。

2.3 室内地线排是否与建筑钢筋绝缘

目前在通信防雷业界中存在两种观点：一种认为基站室内地线排应与建筑物的主钢筋连接，构成完全的等电位系统；而另一种观点则认为基站室内地线排应该与建筑物的泻流钢筋系统良好绝缘，以避免直击雷通过钢筋泻流时产生的杂散电流对通信系统产生干扰。

有关雷电流在建筑物中分布规律的研究[2][3]有如下结论：（1）在多层结构中，雷电流主要分布在建筑物的最上面两层，分别达到总电流的50％和30％，越向下面楼层雷电流的分布电流越小；（2）在垂直支路中的电流比水平支路中的电流大得多；并且水平支路的电流波形无振荡，垂直支路的电流波形有振荡，离雷击点越远，振荡越厉害，最大时其振幅甚至可达到雷电流的40％；（3）边缘柱的电压降比中间柱的电压降大，边缘柱的电位不均比中间柱的电压不均厉害；（4）柱的电位是振荡的，梁、地板的电位没有振荡；（5）接地电阻的大小对各支路中电流分布规律影响不大，而只对地电位升高的影响大；（6）不仅雷电流的幅值大小对电位不均有影响，而且雷电流的波形陡度对电位不均也有影响。

通过以上分析可以看出，对以建筑主钢筋作为直击雷引下系统的基站来说，建筑钢筋若与地线排连接存在以下危害：

（1）由于竖向雷击压降大，地线排与钢筋连接处的压降与楼板处的压降较大，极易引入雷电脉冲电流对设备造成冲击产生危害；

（2）建筑物通常采用建筑的主钢筋作为引下线，当雷击建筑物时，成为雷电流泄放到地的主导体，竖向钢筋上流过很大的雷电流，会在屏蔽体（机房）内部空间产生很大的电磁场，尤其是引下线附件的区域；

（3）建筑物内的等电位状态不像静电学等电位那样理想，大楼内还有杂散电流在钢筋中分布。

据此，笔者认为室内地线排是否应与建筑钢筋构成等电位连接，需要根据直击雷引下线的设置情况区别对待。以建筑物钢筋作为直击雷引下系统的基站，室内地线排不能与建筑钢筋连接，并且还要注意接地汇集排、接地线的布置应尽量避免紧靠建筑物立柱，特别应尽量远离包含大楼避雷主要引下线钢筋的立柱，以防止雷电流对地线的反击；在设置独立直击雷引下线的基站内，则室内地线排可以与建筑钢筋连接。

2.4 馈线避雷器的接地应该接室内地线排还是室外地线排

在“设计规范”中，对馈线的三点接地做了详细的要求（如图2的A、B、C三点），馈线与通信设备的连接处加装SPD要求其地线应就近引接到馈线入口处的室外地线排上。根据笔者分析，馈线SPD 地线的接法值得商榷。