移动基站接地等电位技术简介

1、移动基站接地等电位技术简介,移,动,基,站,接,地,等,电,位,?,1,、引论,?,2,、接地的目的与误区,?,3,、移动基站接地的现状,?,4,、基站内经常遭雷击损坏设备的原因与分析,?,5,、机房内等电位连接改造,内容简介,移,动,基,站,接,地,等,电,位,1,、引论,?,随着移动网络覆盖面的增加、网域的扩张，从节约成本等,因素考虑，迫使许多移动通信机房需在高山、民用建筑中,建立。而高山和民用建筑本身的环境对于移动通信机房来,说是比较恶劣的：高山的土质很差，多为碎石土壤、风化,岩或花岗岩石，表面土仅十几至几十厘米厚，并且土壤电,阻率极高；民用建筑本身的接地系统不完善。在这种情形,下如一味

2、的降低机房地阻的代价是极高的且有时也是不可,能的。,?,据相关部门统计，遭雷击损坏的基站中：,机房接地电阻,5,?,以下的占,74%,，,5,?,-10,?,的占,19%,，,10,?,以上的占,7%,；,该数据,表明机房接地电阻的高低与雷击概率的关系为同样的地理,环境下地阻小的机房反而更容易遭受雷击。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,?,当今信息技术的不断发展，大规模集成电路的普遍应用。,通信设备的抗干扰能力增强了，但其耐雷击脉冲的能力降,低了。只有设备间的电位差缩小了，才能减小雷击脉冲对,设备的影响，而对于接地电阻值的大小则无关紧要了。,?,因此，基站的防雷应从综合防雷，系统的进行设计

3、，运用,等电位的理论进行施工改造。才能真正确保“高枕无忧”。,?,本讲稿针对移动机房防雷现状，阐述了等电位理论的概念、,方法、施工要求以及其重要性。望能够给因移动基站被雷,击损坏所困扰的设计施工人员带来一些启示。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,2.1,移动基站接地的目的,2.1.1,按照,IEC60950,信息技术设备的安全规范采用通信开,关电源供电的通信设备属于基本绝缘类设备。所以这类设备,的外露可导电部分一定要可靠接地，其目的是为了防止设备,故障时的危险电压对人身构成电击危险。因此应直接接保护,地；,2.1.2,对于以分离器件为主的模拟通信设备，由于考虑干扰信,号的地环流影响，所以设

4、备需要独立的工作接地，但对于以,大规模集成电路器件为主的数字通信设备，由于设备本身的,抗干扰能力较强但内部器件的抗电涌能力极差，所以工作地,可以也必须直接和保护地合一。,2,、接地的目的与误区,移,动,基,站,接,地,等,电,位,2.1.3,对于直流系统（,-48V,系统为直流正接地，,+24V,系统为,直流负接地）其接地目的至少应包括以下两个方面：,a.,固定电位，防止在供电系统故障后，危险电压对人身构,成电击危险；,b.,固定电位，防止在供电系统故障后，危险电压对设备本,身的危险。,所以该接地也可以且必须和保护地合一。,2.1.4,为防止静电对设备本身的危害，应直接接保护地。,2.1.5,

5、为给窜入系统的雷电能量提供一个泄放的渠道，应直,接接保护地。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,2.2.1,不是因为设备要防雷就一定要接地,手机不接地、电视机不接地、飞机不接地，但其防雷问题都解,决的很好。这是因为雷是天与地之间的一种电荷释放现象，在该过程,中，会在信息技术设备系统中产生感应过电压。对特低安全电压类设,备（手机、飞机）和加强绝缘类设备（电视机），由于其不接地，所,以这两类设备只要处理好差模（线间）感应雷过电压就行了。而对于,基本绝缘类设备，由于安规要求必须接地，所以不但要解决差模（线,间）感应雷过电压的防护问题，而且还要解决共模（线地间）感应雷,过电压的防护问题，并且一般而言

6、差模感应雷过电压的幅值远小于共,模感应雷过电压的幅值。另外，由于移动通信基站是一个非常复杂的,系统，雷电过电压引起的地电位抬高，高电位反击常常是造成设备损,坏的主要原因，所以就造成了人们对接地的偏见，认为防雷就必须接,地，甚至很多人以为防雷就是接地。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,正确的概念是：,基站接地是安规的要求，,而不是防雷的要求；正是由于系统的接地，使得,其防雷问题变得更加复杂。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,2.2.2,不能简单的认为接地电阻越小，防雷效果就越好,通常接地电阻越小，防雷问题就越容易解决，但防,雷效果和接地电阻并无直接关系。这是因为对防雷而言，,接地线电感对

7、设备的影响远大于接地电阻对设备的影响。,这个原因在于只要按照标准设计和施工，,接地电阻上的电,压降对整个机房设备都是等电位的，而不会在设备间形成,大的电位差,，但引线电感上的电位差却是直接加在设备间,的。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,天馈线,开关电源,GSM,SPD,接地电阻,理论地,a,b,配电箱,380V,入,基站等电位示意图,移,动,基,站,接,地,等,电,位,如接地电阻处的电位抬高则整个机房内电位抬高,设备,仍处于等电位中；但如设备至地之间引线较长的话，,a,线为天,馈避雷器接地线（通常长度为,2,3,米，也有的基站为,5,7,米），,b,线为电源,SPD,接地线（通常长度为,

8、3,5,米，也有的基站为,7,9,米，个别甚至有,10,米以上）,其上的电位差都可能引起设备损,坏。这个电位差，可根据下式算出：,U=Ldi/dt+IR,，如引线长,1m,，入侵的雷电流为,20kA,（,8/20,?,s,），则每米导线上的电压,降为,3.6kV,，,b,电位会抬高至,36kV,，开关电源则会因过压导致,损坏。如入侵的雷电流为,5kA,（,8/20,?,s,）则每米导线上的电压,降为,1.2kV,，,a,电位会抬高至,6kV,左右，,GSM,设备会因过压导,致损坏。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,正确的概念是：,对必须接地的设备，从防雷角,度讲，必须进行可靠接地，但地阻值

9、的大小是安规,的要求，对防雷效果并无直接影响。对防雷效果影,响最大的是基站内系统间的等电位连接，因此,为了,保证基站内设备安全，设备间必须进行合理有效的,等电位连接,。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,根据,YD5068-98,移动通信基站防雷与接地设计规范,的要求，基站的接地电阻应小于5，,但基站所处地理环境,千差万别，满足条款的要求可能有众多问题，也难以达到条,文所要求的接地电阻值,，当然由于基站的地网类型很多，不,可能用一种模式去解决所有的问题。那么由于郊区、山区、,城市、专用机房和租用建筑物环境因素不同，基站地网是否,能满足标准的接地电阻的要求呢？下面分别讨论。,3,、移动基站接地

10、的现状,移,动,基,站,接,地,等,电,位,?,3.1,建在郊区或山区的基站地网,目前建在郊区或山区基站移动通信基站有各,种各样的地网，,接地电阻值从几欧至几十欧姆,不等,。这主要由基站所处的地理环境和土质以,及站址所在地区土壤电阻率所决定，对于正在,运行的基站设备实践证明：“,接地电阻的大小,对基站设备技术参数以及信号传输没有任何影,响,”。另外对于建在山区的基站实际所处的地,理位置与雷电的活动区域有着一定的联系，而,且土质很差，大地电阻率极高（,1500,?,.m,以上,），,要使基站的地网电阻做的很小是极为困难的。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,?,3.2,建在城市利用办公大楼和大

11、型建筑物的地网,国家标准,GB50057-94,建筑物防雷设计规范对于,建筑物的接地一般都采用其钢筋混凝土基础作为地网，,因为建筑物其钢筋混凝土基础埋地较深，与大地的接触,面积大，在相同的土质条件下，用其基础作接地体可比,一般人工接地所得的电阻低的多，另外基础钢筋埋设在,混凝土中，作为接地体的钢筋不会受到外力的损伤和破,坏，不需要维护、使用期限长，接地电阻稳定。对于通,信局（站）这种接地方法是相当有效的。同样利用办公,大楼、大型宾馆、高层建筑的基础作为基站机房和天馈,线系统的接地是可行的（,相对而言，此类建筑物内的主,钢筋作为防雷接地系统是安全的,）。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,?,

12、3.3,建在城市和郊区利用小型民用建筑的地网,移动通信系统的扩容，微蜂窝、小区化，城市中多,数基站一般都利用小型民用建筑设立站址，在其建筑物,房顶安装移动通信天线，并在楼顶的某一间房子作为机,房，其接地也是从避雷带或房间中的柱子引出。国家标,准,GB 50057-94,建筑物防雷设计规范，对于通信局,（站）和民用建筑的防雷设计，从建筑物的分类来讲就,不是一个类别，对于通信局（站）的防雷设计要求，远,高于小型民用建筑的防雷设计，不同类别的建筑物使用,的目的是不同的，明明是民用建筑物，基站却要设计在,这里，这就为移动通信基站的防雷接地带来不少的难题，,另外往往由于条件所限或者租用的民用建筑物所处的

13、业,主和环境因素，实施接地系统的改造需要得到业主的同,意。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,3.4,机房内设备接地线的连接方式,设备的接地一般按下图所示方法，呈大星形状接地。,较长的能有十几米，这样当基站受雷击时，设备间的电位,差就会非常大，导致设备发生损坏。,地网,排,状,接,地,汇,流排,设备,移,动,基,站,接,地,等,电,位,通信局（站）地网的概念在小型民用建筑中是不可能存,在的，小型民用建筑本身的防雷接地仅是利用建筑物内的金,属构件和基础内的钢筋作为防雷接地系统，由于作为雷电流,引下线柱内的主钢筋并非要求焊接，此时若将建筑物本身金,属构件的作为唯一的接地系统是不可靠的。,移,动,

14、基,站,接,地,等,电,位,4,、基站内经常遭雷击损坏设备的原,因与分析,曾遭雷击损坏的设备：,电源类占,88%,（变压,器、配电箱、稳压器、整流模块、空调主板、,照明系统），,信号类占,12%,（,GSM,或,CDMA,设备,的核心,CPU,、用户板、监控、传感器、消防控,制板、小微波）。,高压避雷器被雷击损坏,稳压器被雷击损坏,感应过电压造成信号线对机壳放电,光缆终端盒被雷击打掉,移,动,基,站,接,地,等,电,位,?,这些设备的损坏的都是由于机房内某些设备的电源线、,信号线遭受雷击或有感应过电压时，使得自身电位抬高。,而其他设备仍处于低电位或零电位状态，由于机房内设,备通过电源线或信号线

15、均有若干联系，这样就,在设备间,形成了等电位差，导致了设备的绝缘及内部元器件被击,穿所至。,?,机房设备的接地方式的等效图一般如图一所示，当有雷,击时，会在接地引线上产生较大的电位差，这个电位差,有时足以使设备损坏。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,设备,A,设备,B,地电位抬高,U=Ldi/dt+IR,零电位,这个电位差，可根据下式算出：,U=Ldi/dt+IR,，如引线长,1m,，,入侵的雷电流为,20kA(8/20us),则每米导线上的电压降为,3.6kV,如接地线长度为,5,米则地电位抬高为,18kV,。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,为了减小此电位差，可采取如图所示的方法加

16、以改造，这时的电位差，可,根据下式算出：,U=Ldi/dt+IR,如引线长,1m,，入侵的雷电流为,20kA(8/20us),则每米导线上的电压降为,3.6kV,，如果等电位连接点提高到,a,点（,a,至设备,B,之间为,0.5m, a,至,PE,之间为,4.5m,），则设备,A,和设备,B,之间的电位差降为原,来的十分之一,1.8kV,，此改造方法适用于机房设备较多的情况下使用。,采取右图所示的方法改造后设备间的电位差会更低，效果更好。,a,设备,A,设备,B,地电位抬高,U=Ldi/dt+IR,a,设备,A,设备,B,a,地电位抬高,U=Ldi/dt+IR,移,动,基,站,接,地,等,电,

17、位,4.2.3,通信用开关电源必须和电源一级,SPD,进行等电位连接,移动基站机房设备的等电位连接，一般都忽略了一,个至关重要的环节，就是,开关电源与电源一级,SPD,之间,的等电位连接,。因为一般从交流配电箱配送到开关电源,的都是三相四线形式的电源，不做等电位连接的等效形,式如图所示：,移,动,基,站,接,地,等,电,位,被,保,护,设,备,SPD,U,1,U,2,U,3,以上是,SPD,安装后的残压示意图。,当有雷电流时，其中：,U,1,为从配电箱到,SPD,的连线上的残压；,U,2,为,SPD,自身的残压；,U,3,为从,SPD,的接地端子到接地汇流排间连线的残压。,这时，加在被保护设备

18、的上残压为：,U,改造前,=U,1,+U,2,+U,3,SPD,与被保护设备的等电位,移,动,基,站,接,地,等,电,位,为了减小加在被保护设备上的残压，我们可以采取如图所示的,办法，即在,SPD,的接地端子与被保护设备的接地汇流排间加一根等,电位连接线。此时加在被保护设备上的残压为：,U,改造后,=U,1,+U,2,或,U,改造后,=,U,改造前,-U,3,当有雷电流（,8/20,s,）时，在导线上产生的电压降可按下式计,算：,假如引线长,1,米，入侵的雷电流为,20kA,（,8/20us,），则每米导,线上的电压降为：,V= 1,1.44(H),20(kA)/8(s )+IR,1,1.44

19、(H),20(kA)/8(s ),=3.6,（,kV,）,移,动,基,站,接,地,等,电,位,5,、,机房内等电位连接改造,?,5.1,机房内接地汇流排的改造,在机房走线架上依据走线架的位置新设一组环形,（日字形或口字形）接地汇流排，材料采用,30,3mm,铜,排。要求环形接地汇流排为全封闭的且电气连通。环形,接地汇流排在靠近墙壁的两侧用膨胀螺栓和绝缘子将其,固定在墙壁上，位于走线架上的两侧可用螺钉直接固定,在走线架上。根据实际情况，位于走线架上的接地排可,竖立在走线架上，也可横放在走线架上。接地引下线应,就近与环形接地汇流排可靠连接。对于公用建筑或租用,民房还应将房间里柱子的柱钢筋敲出，也与

20、接地汇流排,电气连通。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,机房内各设备应用不锈钢螺钉就近与环形接,地排可靠连接。包括交流配电箱、开关电源、,GSM,设备、,SDH,设备、,DDF,、环境监控设备、,走线架、金属门窗等。,特别说明：,如果机房内空间位置、设备摆放,的情况不能完全做环形地排，可采用将局部设,备做环形地排后，再与其他设备电气连通。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,?,5.2,机房地面的改造,基站的接地电阻为,R,，当,5,R,10,时，沿机房设,备四周铺设一圈厚度,35mm,、宽度为,1m,的绝缘橡胶板；当,10,R,20,时，将机房内的全部地面用厚度,35mm,的绝,缘橡胶板

21、铺设；当,20,R,30,时，全机房水泥毛地面,铺设,100,mm,100,mm,网格尺寸的钢筋网，并和机房地网进行,等电位连接,然后再在其上做水泥或水磨石地面，然后再,用厚度,35mm,的绝缘橡胶板将机房全地面铺设。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,5.3,电源线的改造,根据通信行业标准,YD/T,5098-2001,通信局（站）雷电,过电压保护工程设计规范,3.1,条规定：,“出入通信局（站,）电力电缆（线）、通信缆线应采用金属套电缆或敷设在,金属管内，且电缆的金属套或金属管应两端可靠接地”,。,5.3.1,将变压器架空至机房的电源线穿金属管埋地，埋地,长度应大于,15,米，距离不够时

22、可采用将电源线盘绕成空心,电感圈来增加，并在两端做接地处理。这样可,防止因架空,线感应雷电过电压引入机房而导致的设备损坏。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,5.3.2,已埋地的如未穿金属管，则需穿金属管后再埋地，,并在两端做接地处理。,5.3.3,在电源线进入机房总配电屏处，将其中性线（,N,线）,和机房地线电气连接，形成局部,TNS,系统，有条件时可直,接将变压器的地网与机房地网用,40X4,扁钢焊接连通。,避,免因机房地网与变压器地网电位不同，当变压器地电位抬,升时，造成对机房的反击,。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,5.4,交流,/,直流电源的雷电过电压防护,5.4.1,交流电

23、源的过电压防护：,基站位于高山和郊区的雷,击概率原大于位于市区内的，故从经济适用角度考虑应在,机房总配电处加装一级防雷器（,高山和郊区型基站加装,JD150K385H4J,型,三,相,电,源,防,雷,器,，,城,市,型,基,站,加,装,JD120K385H4J,型三相电源防雷器,），形成电源线与地线,的瞬态等电位。,防止从电源线引入的雷电过电压造成机房,设备的损坏,。,5.4.2,直流电源的过电压防护：,在开关电源的直流输出端,加装,YD30K045EH,型直流电源防雷器,，形成直流电源正、,负极与地的瞬态等电位。,防止因地电位升高造成的电位反,击损坏设备,。,移,动,基,站,接,地,等,电,

24、位,5.5,GSM,和,CDMA,设备的保护,从雷击损坏设备的数据看，,GSM,和,CDMA,设备的,DXU,（核心控制板）受雷击损坏的机率要比其他设备的,机率高，且该设备的重要性比机房内其他设备的重要性,要大，,如该设备损坏，则直接会造成基站闭站,。因此应,在该设备的端口加装信号防雷器，形成,芯线与地线的瞬,态等电位,，从而保护设备。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,5.6,光缆的雷电过电压防护,5.6.1,基站内的光缆加强芯与,ODF,架连接处发现多处雷击引,起的打火痕，严重的甚至将光缆盒从墙上打掉，证明因,光缆架空其内部加强芯感应的雷电流是非常大的。,5.6.2,应将光缆在进入机房后，增加光缆盒，并将其中加,强芯就近入地（条件允许时，应直接接在地网上）,。,避,免由加强芯上感应的过电压对机房传输设备的影响。,移,动,基,站,接,地,等,电,位,5.7,