移动通信基站的联合接地系统及电源防雷系统

移动通信基站整体足球计算器让球胜平负篇幅较长,这里从主要的联合接地及电源系统两方面来讲解基站防雷。

一、移动通信基站的联合接地系统

1      接地
术语
(1)   环形接地装置
 围绕移动通信基站机房四周,按规定深度埋设于地下的封闭环形接地体(含垂直接地体)。 
(2)   接地体
埋入地下并直接与大地接触的导体。
(3)   接地汇集线
引出机房、电力室等各种接地线的公共接地母线。
(4)   接地引入线
接地汇集线与接地体之间的连接线。
(5)   接地线
通信设备与接地汇集线之间的连线。
(6)   接地系统
接地线、接地汇集线、接地引入线以及接地体的总和。  

2          接地的目的
(1)     接地是为了防止电磁干扰起屏蔽作用;
(2)     接地是为了泄放过电压以保护设备和人身安全;
(3)     接地是为了起着工作回路的作用;
(4)     接地是为了给通信设备提供零电位参考点。

3          地网的组成
1)移动通信基站应按均压、等电位的原理,将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入。

2)移动通信基站地网由机房地网、铁塔地网和变压器地网组成,地网的组成如下图所示。基站地网应充分利用机房建筑物的基础(含地桩)、铁塔基础内的主钢筋和地下其他金属设施作为接地体的一部分。当铁塔设在机房房顶,电力变压器设在机房楼内时,其地网可合用机房地网。

3)机房地网组成:机房地网应沿机房建筑物散水点外设环形接地装置,同时还应利用机房建筑物基础横竖梁内两根以上主钢筋共同组成机房地网。当机房建筑物基础有地桩时,应将地桩内两根以上主钢筋与机房地网焊接连通。当机房设有防静电地板时,应在地板下围绕机房敷设闭合环形接地线,作为地板金属支架的接地引线排,其材料为铜导线,截面积应不小于50mm2,并从接地汇集线上引出不少于二根截面积为50~75mm2的铜质接地线与引线排的南、北或东、西侧连通。

4)对于利用商品房作机房的移动通信基站,应尽量找出建筑防雷接地网或其他专用地网,并就近再设一组地网,三者相互在地下焊接连通,有困难时也可在地面上可见部分焊接成一体作为机房地网。找不到原有地网时,应因地制宜就近设一组地网作为机房工作地、保护地和铁塔防雷地。工作地及防雷地在地网上的引接点相互距离不应小于5m,铁塔尚应与建筑物避雷带就近两处以上连通。

5)铁塔地网的组成:当通信铁塔位于机房旁边时,铁塔地网应延伸到塔基四脚外1.5m远的范围,网格尺寸不应大于3m×6m,其周边为封闭式,同时还要利用塔基地桩内两根以上主钢筋作为铁塔地网的垂直接地体,铁塔地网与机房地网之间应每隔3~5m相互焊接连通一次,连接点不应少于两点。
 当通信铁塔位于机房屋顶时,铁塔四脚应与楼顶避雷带就近不少于两处焊接连通,同时宜在机房地网四角设置辐射式接地体,以利雷电流散流。

6)变压器地网的组成:当电力变压器设置在机房内时,其地网可合用机房及铁塔地网组成的联合地网;当电力变压器设置在机房外,且距机房地网边缘30m以内时,变压器地网与机房地网或铁塔地网之间,应每隔3~5m相互焊接连通一次(至少有两处连通),以相互组成一个周边封闭的地网。

7)当地网的接地电阻值达不到要求时,可扩大地网的面积,即在地网外围增设1圈或2圈环形接地装置。环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成,水平接地体周边为封闭式,水平接地体与地网宜在同一水平面上,环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间应每隔3~5m相互焊接连通一次;也可在铁塔四角设置辐射式延伸接地体,延伸接地体的长度宜限制在10~30m以内。

4      接地体
1)          接地体宜采用热镀锌钢材,其规格要求如下:
钢管  φ50mm,壁厚不应小于3.5mm。
角钢  不应小于50×50×5mm。
扁钢  不应小于40×4mm。

2)垂直接地体长度宜为1.5~2.5m,垂直接地体间距为其自身长度的1.5~2倍。若遇到土壤电阻率不均匀的地方,下层的土壤电阻率低,可以适当加长。当垂直接地体埋设有困难时,可设多根环形水平接地体,彼此间隔为1~1.5m,且应每隔3~5m相互焊接连通一次。

3)在沿海盐碱腐蚀性较强或大地电阻率较高难以达到接地电阻要求的地区,接地体宜采用具有耐腐、保湿性能好的非金属接地体。

4)接地体之间所有焊接点,除浇柱在混凝土中的以外,均应进行防腐处理。接地装置的焊接长度:对扁钢为宽边的2倍,对圆钢为其直径的10倍。

5)接地体的上端距地面不应小于0.7m,在寒冷地区,接地体应埋设在冻土层以下。安迅防雷www.ansunspd.com

5          接地线和接地引入线
1)接地线宜短、直,截面积为35~95mm2,材料为多股铜线。
2)接地引入线长度不宜超过30m,其材料为镀锌扁钢,截面积不宜小于40mm×4mm或不小于95mm2的多股铜线。接地引入线应作防腐、绝缘处理,并不得在暖气地沟内布放,埋设时应避开污水管道和水沟,裸露在地面以上部分,应有防止机械损伤的措施。
3)接地引入线由地网中心部位就近引出与机房内接地汇集线连通,对于新建站不应小于两根。

6         接地汇集线
1)接地汇集线一般设计成环形或排状,材料为铜材,截面积不应小于120mm2,也可采用相同电阻值的镀锌扁钢。
2)机房内的接地汇集线可安装在地槽内、墙面或走线架上,接地汇集线应与建筑钢筋保持绝缘。

7          接地电阻
1)移动通信基站地网的接地电阻值应小于5Ω,对于年雷暴日小于20天的地区,接地电阻值可小于10Ω。
2)架空电力线与电力电缆接口处的保护接地以及电力变压器(10kVA以下)保护接地的接地电阻值应小于10Ω。
3)架空电力线上方的避雷线及增装在高压线上的避雷器的接地电阻值,其首端(即进站端)应小于10Ω,中间或末端应小于30Ω。

5          移动基站接地地网接地电阻值的测量
电流极与接地网边缘之间的距离为d13,一般取接地网最大对角线长度D的4~5倍,以使其间的电位分布出现一平缓区域。在一般情况下,电压极到接地网的距离约为电流极到接地网的距离的50%~60%。测量时,沿接地网和电流极的连线移动三次,每次移动距离为d13的5%左右,如三次测得值接近即可。

若d13取4~5D有困难,在土壤电阻率较均匀的地区,可取2D,D12取D;在土壤电阻率不均匀的地区或城区,d13可取3D,d12取值1.7D。
电压极、电流极也可采用三角形布置方法。一般d12=d13>2D,夹角 θ=29°≈30°。

电流极和电压极应可靠接地,如果接地不良,甚至晃动而致与土壤形成空气间隙,则可能导致较大的误差。
两种测试方法具体如图1、图2所示。


9  移动基站防雷接地存在的问题及可能造成的影响
1) 由于基站通信的电波传播为直线传播,因此要求基站建在较高的地方,相对周围环境而言,形成一个十分突出的目标,从而导致基站易遭受雷击,因此损坏通信设备,中断通信的事故时有发生,尤其雷暴日高的地区更为严重,有的基站直接经济损失几十甚至上百万元。根据实地调查,各地的防雷接地通常存在以下问题:
 
(1)强、弱地线串用
a. 铁塔避雷针接地线与机房接地汇集线共用一根接地引入线与地网相连。当铁塔避雷针遭受雷击时,大量的瞬间雷电流就会沿着铁塔接地线进入到机房设备中,造成设备因雷击过电压而损坏。
b. 铁塔避雷针接地线与机房接地汇集线虽然经各自的接地引入线与地网连通。但两根接地引入线在地网上的入地点相同,没有拉开5米以上的距离。可能产生的影响是当铁塔避雷针遭受雷击时,大量的瞬间雷电流沿着接地引入线泄放到地网时,入地点的电位骤然上升,机房通信设备因地电压的高位反击而损坏。
c. 天馈线的第一或第三外屏蔽接地线接到了机房内的接地汇集线上。此时天馈线上感应过电压也会损坏机房内的设备。
d. 有的基站机房内通信设备保护接地不规范,直接与屋顶女儿墙上的避
e. 有的基站机房内通信设备保护接地不规范,直接与屋顶女儿墙上的避雷带相连,其后果与a相同,并且接地电阻太大。安迅防雷www.ansunspd.com
 
(2)接地不完善
a. 天馈线进入机房前其外屏蔽层没有接地;
b. 天线铁塔接地和机房接地没有形成联合接地,两者之间存在地电位差,易造成地电位反击损坏机房设备;
c. 有的基站铁塔接地不规范,只用一根扁铁从铁塔一个角与机房建筑搭在一起,而且与地网之间电气也没连通;
d. 有的基站机房屋顶上所有金属突出物没有和女儿墙上避雷带电气连通;
e. 有的基站铁塔高为70米,天馈线中段屏蔽层和在机房入口处的外屏蔽层都没有接地。
 
(3)有的接地引线和螺丝拧在一起,而且螺丝已生锈,造成接地不可靠没有达到接地的要求;
 
(4)有的基站铁塔上避雷针尺寸不符合规范要求,应严格按照滚球法计算其尺寸。
 
2) 上述情况均不符合防雷要求,会在雷击中引起损失。当基站遭受雷击时,可能对基站造成危害的主要部位有:
(1)基站收发信机的馈线入口;
(2)基站收发信机的电源入口;
(3)基站所有电源设备将会受到危害;
(4)中继传输设备和通信电缆接口;
(5)有线中继线路。
 
10 充分理解规范,因地制宜实施防雷接地工程
 
由于各基站的环境和建设方式不同,所以对基站防雷接地不能一概而论,应根据具体情况采取防雷与接地措施,将基站接地系统按照均压等电位的原理进行设计和改造,即通信设备的工作地、保护地、防雷地、建筑地合用一组接地体的联合接地方式,将接地线和接地引入线按照“共地不共线,一点接地法”的原则进行合理布线。根据不同情况,具体分析如下:
1)楼顶建铁塔,机房所在建筑物女儿墙上有避雷带,市电引入机房
 
(1)由于移动基站租用商品房或民房情况较普遍,此种情况占到全部基站的60-70%。
    首先在楼顶铁塔的基脚处南北或东西方向置180°两处与楼顶避雷带相连,连接材料为40×4mm镀锌扁钢,利用建筑主钢筋多处泄放雷电流,并在楼下合适的位置建一地网,地网建成以后利用扁钢与建筑主钢筋两处焊接组成联合地网,从地网相距5m以上的位置抽两个头引出地面1.5m处做断接点,分别作为避雷针、机房工作保护接地引入线的接地点,机房内设置设备工作保护接地汇集线,其接地引入线接机房工作保护接地点;雷电流引下线下端接避雷针接地点,上端在楼顶与楼顶接地汇集线相连。接地引入线采用40×4mm镀锌扁钢或95mm2多股铜芯线。

 
铁塔上避雷针接地线,基站同轴电缆馈线的金属外屏蔽层的上部、下部接地线均与楼顶接地汇集线相连,同轴电缆馈线的金属外屏蔽层的下部接地也可就近与铁塔中部相连。外屏蔽在机房入口处的接地与机房工作保护接地点引出的接地线妥善连通,接地线材料可采用35mm2铜芯线。同轴电缆线进入机房后与通信设备连接处安装馈线避雷器,馈线避雷器接地端子接到室外入口处馈线屏蔽接地线上,接地线为≥6mm2铜芯线。机房内的交流配电箱处应三相五线或单相三线,其中的PE线接配电箱及电源避雷器。机房内-24V直流避雷器的接地线接机房工作保护接地汇集线。
机房内设备的工作接地、保护接地及走线架共用一个室内接地汇集线。如下图所示。

(2)对于利用商品房作机房的移动通信基站。
此建筑有防雷接地网或其他专用地网(如广播电视系统接地网或固定接入网的接地网),应就近再设一组地网,三者相互在地下焊接连通,有困难时也可在地网上可见部分焊接成一体作为机房地,其它方面与(1)相同。如原专用地网与基站新建地网边缘相距>20米以上,并且连接有困难,可以不作连接处理。

(3)对于铁塔建在机房所在建筑顶端,楼顶女儿墙上没有避雷带(此种情况只占极少数)。
应在铁塔基脚两处成180°引接地线与地网环形接地装置相连,使铁塔多处泄放雷电流,连接材料可采用40×4mm热镀锌扁钢或ф12圆钢。如在楼下设置环形接地装置有困难,可在铁塔接地线的入地点分别建简易地网,地网地阻值应≤10Ω,并使其中一个简易地网与机房地网相连,其他情况与(1)同。
 
2)独立铁塔
 
(1)由于租用的民房本身只有一层,而其房顶不宜建铁塔,将铁塔建在附近山坡上,而铁塔与机房相距一定的距离。
此时,铁塔地网应延伸到塔基四脚1.5m远的范围,网格尺寸不应大于3m×3m,其周边为封闭式,同时还要利用塔基地桩内两根以上主钢筋作为铁塔地网的垂直接地体,铁塔地网与地网之间应每隔3~5m相互焊接连通一次,连接点不应不少于两点。铁塔避雷针接地,馈线金属外层的上部、下部接地就近接入铁塔地网,馈线金属外护层在入机房前处的接地线与机房地网相连,而天馈避雷器接地线就近与入机房前馈线金属外护层接地线相连,其他部分与楼顶塔(1)相同。


(2)通信铁塔位于机房建筑旁。铁塔尚应与建筑物避雷带就近两处以上连接,其他部分与上同,具体见示意图。
3) 没有设铁塔的移动基站由于机房所在建筑物本身具有相当的高度,周围没有其他高大建筑物,而且所需覆盖的范围有限或建此基站的初衷是为增加信道,所以将天线面包板架设在建筑物四周的女儿墙上。
利用安放在楼顶平台中央位置的优化避雷针防止直接雷击,避雷针的基座应与楼顶避雷带就近不少于两处焊接连通,避雷针接地线、馈线金属外护层的上部、下部接地线与楼顶接地汇集线相连。其它部分与楼顶塔(1)相同,


二 、移动通信基站电源防雷系统
通信局(站)的电源是整个设备正常工作的能源保证,因此,电源系统的防雷保护措施是相当关键和必要的环节。
首先,通信局(站)的供电体制应采用TN-S(三相五线)制。由于局(站)内供电大多采用交流市电主供电、油机及电瓶作辅助供电的方式,因此,电源防雷首先要从外部输电线路开始。
参照YD5078-98《通信工程电源竞彩足球数据技术规定》的条款5《通信电源竞彩足球数据措施》中的条款5.1《电力线路防雷措施》,首先需在电力线路上方架设避雷线,并在避雷线(除终端杆处)每杆作一次接地,或在电力线路终端杆及其前第一、第三或第二、第四杆增设避雷器,同时在第三杆或第四杆增设高压保险丝,然后电力电缆或工频低压配电线应选用带金属铠装层或其他护套电缆穿钢管埋地引入局(站),其中电力变压器高,低压侧均应各装一组避雷器。
根据条款3.0.1,综合通信局(站)的电源系统如图1所示:

  注:A、B、C、D、E即为避雷器安装位置。

其中,根据设备安装地点条件和额定工作电压的不同,参照条款4.0.2,通信工程电源系统设备按耐雷电冲击指标可分为5类,参照条款4.0.3及IEC1312-1.2.3《雷电电磁脉冲及其防护》通信工程电源系统耐雷电冲击指标,根据相应设备的耐压情况来选择避雷器的参数,下面就每级设备作具体阐述:

5类设备:
在交流稳压器的输入端采用安迅AM120系列浪涌保护器作为第一级防雷保护器
4类设备:
在市电、油机转换屏、交流配电屏,低压配电屏的输入端采用安迅AM80系列浪涌保护器作为第二级防雷保护
3类设备:
在整流器及交流不间断电源(UPS)输入端采用AM40系列浪涌保护器,作为限压设备
2类设备:
在直流配电屏的输出端采用AM20-48,作为限压设备,详细参数见下表
1类设备:
在通信设备机架交、直流电源输入口及DC/AC,DC/DC变换器的输入口采用AM40、AM20-24、AM20-48,作为限压设备

基站设备在选择电源浪涌保护器时,应根据现场实际供电情况配以相应的三相、单相或直流浪涌保护器。
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