通信基站選址與地網設置

福建省郵電規劃設計院有限公司 江家青

本文在介紹通信基站防雷接地的基礎上，闡述基站在選址方面的注意事項，給出地網設置的常用計算方法并展示部分場景的地網方案。

雷電引發的電磁場突變會對通信系統產生干擾。同時，雷擊造成的過電壓可能對通信設備產生損害并影響通信系統的安全和數據的可靠傳輸。為避免或減少通信基站因雷擊事故造成的危害以確保設備和人員安全，既要關注基站的選址工作又要重視接地系統的建設。

通信機房設備涵蓋電子設備和電氣設施。按作用分類，接地系統可分為功能性接地和保護性接地。通信機房保障性要求高，通常采用總等電位連接及局部等電位相結合的方式并共用總接地系統。本文將在下文中分別對通信基站選址注意事項、地網設置方法和場景應用案例進行介紹。

1 通信基站選址注意事項

鑒于本文闡述的內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相關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。

雷電活動規律與氣候、地理緯度、地域甚至季節和時辰等都有關系。雖然基站選址無法避開上述因素的影響，但對地質條件的選擇、地形的取舍以及地物的定奪，設計員仍有一定的決定權和可控性。所以，通過選址可在一定程度內提高基站的安全性。在基站選址時，應注意以下事項。

（1）從地質條件角度看，基站選址應盡量避開雷擊可能性大的區域。

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

●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，雷擊點多出現在山腳，其次是山腰。

●對于土山或土壤電阻率較小的山坡，雷擊點則多發生在山頂，其次在山腰。

●在地下埋有導電礦藏(比如金屬、煤、鹽等礦)的地區，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入大陸后，經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域遭受雷擊的機會反而大大高于峽谷。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會。

●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，其發生地帶與風向趨同，在風口或順風灘頭谷口最易遭受雷擊。

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

●當空曠地區出現孤立建筑物，或建筑群中聳起高層建筑時，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。

●大樓頂部、室內和地下都有大量金屬設備和管道的低電阻場所容易遭受雷擊。

●位于建筑群的冷庫、鐵皮屋等少數潮濕易成導電通道的建筑物容易遭受雷擊。

●水塔、瞭望臺等高聳建筑物、構筑物或者高尖形的屋頂容易遭受雷擊。

當雷電在基站附近發生時，可能產生直接雷擊、感應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，感應雷擊和雷電入侵波危害主要采用等電位、隔離、疏導等辦法進行應對。本文不再對此展開敘述。

設計時要根據雷擊活動情況和雷擊的可能性進行綜合比較并對周圍環境全面分析，進而對基站站址進行確定。一個好的站址意味著擁有一個好的安全先天性條件，好的站址可以提高基站的運行可靠性并降低接地系統的投資。

2 基站地網設置的常用計算方法

基站地網設計時，應當考慮到土壤電阻率變化對接地電阻的影響，因為土壤的干燥或冰凍狀態因時而異，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均能滿足要求。接地電阻計算可采用下文所述的計算方法。

（1）土壤電阻率(Ω/m)

在設計地網時，應預先測量土壤電阻率。土壤電阻率并非固定不變，實測的土壤電阻率要考慮可能的變化，采用季節系數予以修正。

（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-相應垂直接地極的長度(m)；

t-埋深，即地面到管頂距離(m)。

當采用多個垂直接地體且水平連接帶與土壤不絕緣時，其總接地電阻為：

R1-單一垂直接地體對應的接地電阻Ω；

R2-單一垂直接地體間連接帶對應的接地電阻Ω；

n-表示垂直接地體的數量；

η1-表示垂直接地體的利用系數；

η2-表示連接帶的利用系數。

由公式可知：在土質相同前提下，接地體埋設深大、垂直接地體長則接地電阻小。

基站地網的接地電阻按規范規定不宜大于10Ω。而在土壤電阻率較大地區，比如超過1000Ω·m時不限制工頻接地電阻而僅以地網面積大小作為基準。

（3）部分場景應用案例介紹

在進行案例介紹前，先簡單說明一下接地系統的組成及對接地體的要求。

●接地系統

接地系統由接地匯集線、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備金屬部件通過導線與接地系統相連。大地因其具有較強導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，但截面積和厚度應符合規范。

●應用案例或方案

新建基站可按圖1所示的最佳基站地網形式執行：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 通信基站地網方案(上為屋頂塔，左下為塔下屋，右下為塔邊屋)

當租用地網條件較差的民用建筑物或者沒有合格的避雷帶或磚混結構建筑物時，必須在樓下設置地網。新設置地網應與建筑物基礎鋼筋連為一體，并引至樓上接地匯集排。同時，基站機房內應采用環形等電位連接帶。租用較差的民用建筑物的新設置地網形式如圖2所示。

圖2 條件差的民房或沒有合格避雷帶或磚混結構建筑物的新增地網方案

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

最后，需強調的是，通信基站防雷系統不是單一設備或構筑物局部的防雷。換句話說，基站地網并不是孤立的，而是一套綜合性的防雷系統。基站地網應充分利用附近可用設施以減小接地電阻，應與機房建筑基礎、鐵塔基礎的主鋼筋和地下其它金屬設施連為一體。

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

圖3 通信基站防雷系統

作者簡介：江家青（1974—），男，高級工程師，主要從事通信機房空調與電源的設計工作。