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6、移動(dòng)通信基站的防雷與接地6，2。地,網(wǎng)。6。2.5。對(duì)于利用商品房作機(jī)房的移動(dòng)通信基站 應(yīng)盡量找出建筑防雷地網(wǎng)或其他專(zhuān)用地網(wǎng),并就近再設(shè)一組地網(wǎng)、三者相互在地下焊接連通、找不到原地網(wǎng)時(shí),應(yīng)因地制宜就近設(shè)一組地網(wǎng)、并與建筑物基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋焊接連通。鐵塔應(yīng)在兩個(gè)方向與建筑物避雷帶就近連接.6 2。6。根據(jù)某地區(qū)數(shù)百個(gè)遭受雷擊損壞設(shè)備的基站接地電阻的統(tǒng)計(jì).5Ω以下的占74、5Ω，10Ω的占19、10Ω以上的占7、在2004年某基站地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及綜合防雷方案科研組對(duì)51個(gè)現(xiàn)場(chǎng)勘察的雷害基站中、山區(qū)型23個(gè)。郊區(qū)型25個(gè) 市區(qū)型3個(gè)、接地電阻在5Ω以下的31個(gè)、5Ω、10Ω的4個(gè)。10Ω以上的16個(gè)、可見(jiàn)接地電阻符合規(guī)范要求5Ω以下,但屢次遭雷害的基站卻占60。左右。比例依然很高 這說(shuō)明雷害同接地電阻值并不是必然對(duì)應(yīng)的關(guān)系。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看,并不是接地電阻越小,遭雷的概率越小。防雷效果也越好 實(shí)踐證明 防雷效果和接地電阻并無(wú)直接關(guān)系、設(shè)備的損壞是由于設(shè)備間存在電位差造成的.1、移動(dòng)基站,包括微波站,的接地。隨著移動(dòng)通信服務(wù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)不斷向郊區(qū)，山區(qū) 交通主干線(xiàn)的延伸,基站所處地理環(huán)境越加惡劣、特別是石頭較多的山上，接地問(wèn)題更難解決.其實(shí)移動(dòng)通信基站的接地問(wèn)題.直困擾著移動(dòng)通信基站的建設(shè)和設(shè)計(jì)單位，另外、對(duì)于建在山區(qū)的基站實(shí)際所處的地理位置與雷電的活動(dòng)區(qū)域有著一定的聯(lián)系.建在山區(qū)的基站，由于土質(zhì)很差 多為碎石土壤，風(fēng)化巖或花崗巖石 表面土壤僅十幾至幾十厘米厚.甚至只有光禿禿的巖石。土壤電阻率極高 要使基站的地網(wǎng)接觸電阻做的很小是極為困難的 基站根據(jù)設(shè)計(jì)的不同分為機(jī)房與鐵塔分別設(shè)立.機(jī)房在鐵塔四腳之內(nèi) 鐵塔四腳建在機(jī)房之上幾類(lèi)情況.因此。各類(lèi)移動(dòng)通信基站接地系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是當(dāng)前移動(dòng)通信基站接地工程中的重要課題。根據(jù) 移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范。YD,5068.98的要求、基站接地電阻應(yīng)小于5Ω.由于基站所處地理環(huán)境千差萬(wàn)別。實(shí)現(xiàn)規(guī)范的要求可能有眾多問(wèn)題 許多工程技術(shù)人員都反映按照規(guī)范設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)不好處理.也做不到條文所要求的接地電阻值。當(dāng)然由于基站的地網(wǎng)類(lèi)型很多.不可能用一種模式去解決所有的問(wèn)題，2 移動(dòng)基站接地的目的.目前建在郊區(qū)或山區(qū)的移動(dòng)通信基站有各種各樣的地網(wǎng)，接地電阻值從幾歐姆至幾十歐姆不等，這主要是由基站所處的地理環(huán)境和土質(zhì)以及站址所在地區(qū)的土壤電阻率決定的，對(duì)于正在運(yùn)行的基站設(shè)備.實(shí)踐證明 接地電阻的大小對(duì)基站設(shè)備技術(shù)參數(shù)以及信號(hào)傳輸沒(méi)有任何影響。從理論上講、防雷接地用的接地電阻越小越好.這是因?yàn)榻拥匮b置上流過(guò)的雷電流會(huì)使接地點(diǎn)的地電位升高。產(chǎn)生過(guò)高的接觸電壓和跨步電壓 因此地網(wǎng)的設(shè)計(jì)主要從防雷保護(hù)的角度考慮,盡可能降低接地電阻的數(shù)值，1，按照.信息技術(shù)設(shè)備的安全、IEC.60950采用通信開(kāi)關(guān)電源供電的通信設(shè)備屬于基本絕緣類(lèi)設(shè)備。所以這類(lèi)設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分一定要可靠接地、其目的是為了防止設(shè)備故障時(shí)的危險(xiǎn)電壓對(duì)人身構(gòu)成電擊危險(xiǎn),2、對(duì)于以分離器件為主的模擬通信設(shè)備。由于考慮干擾信號(hào)的地環(huán)流影響.所以設(shè)備需要獨(dú)立的工作接地，但對(duì)于以大規(guī)模集成電路器件為主的數(shù)字通信設(shè)備 由于設(shè)備本身的抗干擾能力較強(qiáng)但內(nèi)部器件的抗電涌能力極差、所以工作地必須直接和保護(hù)地合一、3，對(duì)于直流系統(tǒng).48V系統(tǒng)為直流正接地 24V系統(tǒng)為直流負(fù)接地.其接地目的至少應(yīng)包括以下兩個(gè)方面、固定.均衡.電位、防止在供電系統(tǒng)故障后，危險(xiǎn)電壓對(duì)人身構(gòu)成電擊危險(xiǎn)，固定,均衡。電位.防止在供電系統(tǒng)故障后,危險(xiǎn)電壓對(duì)設(shè)備本身造成的損壞，4。為防止靜電對(duì)設(shè)備本身的危害的接地,5,為給竄入系統(tǒng)的雷電能量提供一個(gè)泄放渠道的接地.分析以上基站接地的目的?？梢郧宄乜吹?。基站接地電阻的大小是以危險(xiǎn)電壓不能對(duì)人身和設(shè)備的安全構(gòu)成危險(xiǎn)為原則的.即在設(shè)備供電系統(tǒng)發(fā)生對(duì)地短路故障時(shí)。故障電流在接地電阻上的電壓降不能對(duì)接觸設(shè)備的人和設(shè)備本身構(gòu)成安全隱患,3,基站地網(wǎng)的組成形式 移動(dòng)通信基站地網(wǎng)設(shè)計(jì)的主要目的在于。在流往地中的雷電流路徑上得到最低的接地電阻,在保護(hù)范圍內(nèi)把雷電流產(chǎn)生的電勢(shì)保持在安全范圍內(nèi)，一個(gè)由多接地體組成的地網(wǎng)可以近似地當(dāng)作一塊孤立的平板 它的電容主要是由它的面積尺寸來(lái)決定的,附加于這個(gè)平板上的有限長(zhǎng)度，2m、3m,的垂直接地體、不足以改變決定電容大小的幾何尺寸。因而是電容增加不大、亦即接地電阻減小不多.這里接地電阻R為,這個(gè)極為重要的物理概念表明.增大接地網(wǎng)的面積是減少接地電阻的主要因素、只有當(dāng)附加的垂直接地體的長(zhǎng)度與地網(wǎng)的等效半徑可以比較時(shí)、平板趨近于一個(gè)半球時(shí),電容才會(huì)有較大的增加。從而才可能降低接地電阻，但是即使在這種情況下 接地電阻減小僅36,3,這個(gè)結(jié)果可由下式推出。如果將地網(wǎng)等效為埋深為0 半徑為r的圓盤(pán)時(shí).R1。ρ，4r，半徑為r的半圓球時(shí).R2 ρ。2πr R1，R2 0。637，由此可見(jiàn)。接地網(wǎng)的接地電阻主要和接地網(wǎng)面積有關(guān).附加于接地網(wǎng)上的2m，3m的垂直接地體對(duì)減少接地電阻的作用不大、對(duì)于地網(wǎng)的設(shè)計(jì)，那種認(rèn)為加密垂直接地體可減小接地電阻的觀念是不可取的.從宏觀分析。應(yīng)把地網(wǎng)看作一個(gè)二維的平板,采用不長(zhǎng)的垂直接地體.垂直接地體的長(zhǎng)度與地網(wǎng)等值半徑相比，至少小一個(gè)數(shù)量級(jí) 不論打入多少根,即使密集成厚度為2m.3m的實(shí)體鋼板地網(wǎng)，也不會(huì)使接地電阻有多大變化，4 地網(wǎng)大小及網(wǎng)格數(shù)與接地電阻的關(guān)系.1,地網(wǎng)大小與接地電阻的關(guān)系、基站的地網(wǎng)作為復(fù)合接地體。以水平接地體為主 且邊緣閉合，的接地電阻。從式 2,可以看出接地電阻主要取決于接地網(wǎng)的面積。而后一項(xiàng)說(shuō)明接地網(wǎng)的埋深.接地體的直徑以及網(wǎng)內(nèi)的水平和垂直接地體的總長(zhǎng)度對(duì)減少接地電阻的作用很小 通常僅占R總數(shù)的8,左右、根據(jù),工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范。GBJ。65。83，對(duì)于上述復(fù)合式接地網(wǎng)的工頻接地電阻的計(jì)算，上式R約為 2.接地電阻與基站地網(wǎng)面積的大小，從R.0 5ρ,A可以看出，在相同土壤電阻率的條件下,要使地網(wǎng)接地電阻減少。就要增加地網(wǎng)的面積。表1列出了在不同土壤電阻率時(shí)保持R為5Ω時(shí)的地網(wǎng)面積 由此可見(jiàn),在高電阻率的山區(qū)，基站地網(wǎng)的接地電阻要控制在5Ω是難以實(shí)現(xiàn)的。3。地網(wǎng)網(wǎng)孔個(gè)數(shù)和接地電阻的關(guān)系，地網(wǎng)中相距較近的接地體不能充分利用,這種接地體間的相互屏蔽引起的屏蔽效應(yīng)是由電流流入大地時(shí)電場(chǎng)重疊而產(chǎn)生的 接地體的電阻主要是靠位于接地體附近土壤區(qū)域土壤電阻率所決定的.由于上述電場(chǎng)是疊加的 所以每一個(gè)接地體附近的電流密度變得不均勻。使得接地體附近的土壤有效面積減少.或者使流散電阻增加.當(dāng)接地體按照同心圓的方式,即一環(huán)套一環(huán) 或者地網(wǎng)以直角小方格配置時(shí)。由于接地體的相互屏蔽作用,其利用率特別低、此時(shí)設(shè)置在網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的垂直接地體的利用系數(shù)僅僅達(dá)到0。15.0、20。因?yàn)檫@時(shí)對(duì)接地電阻數(shù)值起主要作用的是接地體的外環(huán)部分 而不是網(wǎng)格內(nèi)部接地體的數(shù)量,所以增加地網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)格數(shù)目以減少地網(wǎng)接地電阻值既不經(jīng)濟(jì)又非優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮,據(jù)有關(guān)資料介紹 如果一般復(fù)合式地網(wǎng)的接地電阻R為100.則實(shí)心鋼板地網(wǎng)接地電阻約為90。R，而中空的環(huán)形地網(wǎng) 只有周邊有接地體,的接地電阻約為110。R.房屋建筑物基礎(chǔ) 一般有鋼筋的地基較深，而建筑物中間有空隙.的接地電阻約為80.R、可見(jiàn)加密水平接地體.增設(shè)垂直接地體對(duì)基站地網(wǎng)的接地電阻無(wú)顯著作用、接地電阻與接地網(wǎng)孔的關(guān)系。美國(guó)，電磁兼容性設(shè)計(jì)手冊(cè)、AFSC.DH1。4，認(rèn)為,從設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，地網(wǎng)應(yīng)盡可能覆蓋大的面積以降低其接地電阻、而且網(wǎng)孔數(shù)目不宜多于16個(gè).這與我國(guó)水利電力部門(mén)的試驗(yàn)結(jié)果是相符的 當(dāng)接地網(wǎng)孔大于16個(gè)時(shí).接地電阻減小很慢、如16個(gè)網(wǎng)孔的正方形接地網(wǎng)與2個(gè)網(wǎng)孔的正方形接地網(wǎng)相比.接地電阻減少23，與4個(gè)網(wǎng)孔的正方形接地網(wǎng)相比、僅減小10,網(wǎng)孔個(gè)數(shù)和接地電阻的關(guān)系用圖2表示，圖中R為平板的接地電阻,由此可見(jiàn)。加大地網(wǎng)網(wǎng)格的密度以降低接地電阻的方式并非優(yōu)化設(shè)計(jì)所推薦的、如將多于16個(gè)網(wǎng)孔的接地體用來(lái)增大接地網(wǎng)的面積、對(duì)于減小接地電阻的效果要好得多.5、地網(wǎng)與沖擊半徑及移動(dòng)通信基站地網(wǎng)最佳面積大小 對(duì)于建在山上的移動(dòng)通信基站,由于所處的位置往往比周?chē)纳降仫@得突出 地理位置又與雷電的活動(dòng)區(qū)域有著一定的聯(lián)系、加之山上一般多為巖石或多石土壤、要使防雷接地電阻在有限的面積做的很小。如5Ω、是不可能的，為此建在山上的基站采用了均衡大地電位。實(shí)施聯(lián)合接地及改進(jìn)地線(xiàn)的敷設(shè)方法.可以在雷擊時(shí)使站內(nèi)各處電位同樣上升，以致局內(nèi)設(shè)備相互間的沖擊電壓均衡，增加了雷電泄流能力.1，接地網(wǎng)與沖擊半徑、一個(gè)避雷引的接地體接閃時(shí)所呈現(xiàn)的電阻、與自流 工頻電流的接地電阻有顯著不同。對(duì)于雷電在土壤所發(fā)生的物理過(guò)程和工頻有著相當(dāng)大的區(qū)別.它們的最主要區(qū)別是由雷電的形成過(guò)程以及土壤對(duì)高頻電磁波的傳輸特性決定的 雷電流是個(gè)沖擊波 而且具有非常大的電流值，由于雷電流幅度很大，在接地體附近形成的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了土壤的沖擊擊穿強(qiáng)度而產(chǎn)生電弧式火花放電,結(jié)果相當(dāng)于增加了接地體的尺寸，因此、在實(shí)際雷電流作用下接地網(wǎng)的接地電阻值小了，雷電流通過(guò)接地體向大地散流時(shí)有下列特征。第一.當(dāng)雷電流通過(guò)接地裝置流入土壤時(shí)。由于電流幅值很大,在接地體周?chē)纬蓮?qiáng)大的電場(chǎng)，土壤呈現(xiàn)的電阻率也受到電場(chǎng)強(qiáng)度的影響 隨著電場(chǎng)強(qiáng)度增加 也就是隨著電流密度的增加.土壤電阻率隨之減少,第二，雷電流相當(dāng)于高頻電源，除接地體的電阻和電導(dǎo)外.接地體的電感和電容對(duì)沖擊阻抗發(fā)生作用，其作用的大小決定于接地體的形狀、沖擊電流的波形和幅值.以及土壤中電的參數(shù)εr和ρ。即地的介電系數(shù)和土壤電阻率。第三。沖擊電流在地中流動(dòng)時(shí),由于高頻電流的集膚效應(yīng),不像直流和工頻電流那樣穿透很深的地層、而是在距離地面不太深的范圍流動(dòng).第四，雷電流通過(guò)接地裝置流入土壤時(shí)，當(dāng)接地體周?chē)妶?chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，電壓和電流不是直線(xiàn)關(guān)系。而呈現(xiàn)非線(xiàn)性、所以、沖擊電流或雷電流通過(guò)接地體向大地散流時(shí)，不再是用工頻接地電阻.而是用沖擊接地電阻來(lái)度量沖擊接地的作用 接地裝置對(duì)地沖擊電壓的幅值與沖擊電流幅值之比則稱(chēng)為沖擊接地電阻。由上述沖擊接地電阻的定義可以看出,沖擊接地電阻是一個(gè)人為的概念 并無(wú)具體的物理意義.因?yàn)闆_擊電壓幅值和電流幅值往往不是在同一個(gè)時(shí)間出現(xiàn)的、由于接地體的電感作用 沖擊電壓幅值出現(xiàn)在沖擊電流幅值之前.把兩個(gè)在不同時(shí)間發(fā)生的量之比定義為沖擊接地電阻并無(wú)物理意義 但在工程上利用這個(gè)定義.可在已知沖擊電流的幅值和沖擊電阻的條件下.計(jì)算出沖擊電流通過(guò)接地體散流時(shí)的沖擊電壓幅值、一個(gè)接地地網(wǎng)的面積不論有多大、在工頻時(shí)。是可以把接地體的表面近似地看成等位面的.故接地網(wǎng)全部面積都能得到利用、但是,許多根接地體在地中構(gòu)成的網(wǎng)狀接地體在沖擊電流的作用下,當(dāng)土壤電阻率和介電系數(shù)一定時(shí)，接地網(wǎng)的沖擊等效半徑就是一個(gè)常數(shù)。而沖擊等效半徑要比接地網(wǎng)面積的等值半徑小得多。即在沖擊電流的情況下、僅僅利用接地網(wǎng)很小的一塊面積，在工頻時(shí).接地電阻之所以和接地網(wǎng)面積的平方根成反比、是因?yàn)榻拥鼐W(wǎng)上的電位比較均勻.全部接地體都起著散流作用。接地體得到充分利用的緣故 但在雷電流作用下.情況就不同了,由于接地體的電感作用。接地網(wǎng)的電位呈現(xiàn)不均勻性,離開(kāi)雷電流引入點(diǎn)愈遠(yuǎn)的地方。接地體上的電位就愈低，甚至電位為零.其變化規(guī)律按指數(shù)曲線(xiàn)衰減。只有雷電流引入點(diǎn)附近一塊接地網(wǎng)才起著散流作用.而且散流的程度與這一塊面積上的電位分布成正比.2。地網(wǎng)的最佳面積大小、沖擊等值半徑與接地網(wǎng)面積的等值半徑之比，在不同的土壤電阻率和地網(wǎng)的面積條件下、兩者之比可為基站地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一個(gè)考慮方案。表2列出了土壤電阻率ρ，250Ω.m 2000Ω m,地網(wǎng)面積A 100m2、6400m2時(shí)沖擊等值半徑與接地網(wǎng)面積的等值半徑的變化規(guī)律。從沖擊等值半徑與接地網(wǎng)面積的等值半徑變化規(guī)律得出一個(gè)結(jié)論.在移動(dòng)通信基站地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)移動(dòng)通信基站所處的具體地理環(huán)境。其接地網(wǎng)的大小應(yīng)控制在20m，20m,400m2、內(nèi)，這時(shí)地網(wǎng)在雷擊時(shí)沖擊等值半徑利用率在高電阻率土質(zhì)的情況是較高的,在土壤電阻率為1000Ω m時(shí)為71.63 當(dāng)接地網(wǎng)的大小在40m 40m、1600m2，時(shí)，此時(shí)地網(wǎng)在雷擊時(shí)沖擊等值半徑利用率在電阻率為1000Ω.m的土質(zhì)情況是53。44、沖擊等值半徑利用率較低，在土壤電阻率低于500Ω,m時(shí).地網(wǎng)可小于400m2、這樣加之外引水平接地體.地網(wǎng)的利用率可更高、另外.考慮到垂直接地體能起到集中接地?cái)U(kuò)大散泄雷電流之用.可在沖擊等值半徑處打入一圈垂直接地體 其等效半徑應(yīng)以鐵塔為中心,此時(shí)垂直接地體是為了加速散泄雷電流 而不是以減小地網(wǎng)接地電阻為目的、6。網(wǎng)格與均衡電壓接觸系數(shù)的關(guān)系,實(shí)施基站聯(lián)合接地均衡電位的目的 除了減小設(shè)備上的反擊電壓外 另一個(gè)目的是減小地網(wǎng)內(nèi)的最大接觸電位差.當(dāng)電流流過(guò)接地裝置時(shí)、大地表面形成分布電位,在地面上離設(shè)備水平距離為0,8m處與設(shè)備外殼或墻體離地面的垂直距離1，8m處兩點(diǎn)間的電位差，稱(chēng)為接觸電位差,人體接觸該兩點(diǎn)時(shí)所承受的電壓，稱(chēng)為最大接觸電壓，接地網(wǎng)地面的最大接觸電壓可近似按下式計(jì)算。由此可見(jiàn)，最大接觸系數(shù)隨網(wǎng)孔個(gè)數(shù)增加而下降的梯度和接地電阻隨網(wǎng)孔個(gè)數(shù)增加而下降的梯度是相似的、這說(shuō)明了用增加網(wǎng)孔個(gè)數(shù)而減小接觸系數(shù)和減小接地電阻一樣，不能作為主要方法,一般地網(wǎng)網(wǎng)孔可采用3m,3m或者5m。5m.當(dāng)然。最好能利用沖擊電流進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量和校核.另外.由于現(xiàn)在站內(nèi)地面一般都采用高電阻率的地面結(jié)構(gòu)、其平均擊穿強(qiáng)度遠(yuǎn)高于土壤 并且限制了通過(guò)人體的能量 其效果十分顯著，為了提高地面擊穿強(qiáng)度 在方案實(shí)施時(shí)可以考慮在地面上鋪設(shè)3mm.5mm厚的絕緣橡膠板 7，基站地網(wǎng)是否合格的判定依據(jù)。在移動(dòng)通信基站采用聯(lián)合接地,土壤電阻率較低的情況下，可以規(guī)定一個(gè)接地電阻的要求 以減小建設(shè)地網(wǎng)投資 但在大地電阻較高的地區(qū) 評(píng)價(jià)基站地網(wǎng)接地電阻是否合格應(yīng)采取優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式、換一種方式來(lái)評(píng)價(jià)、即以地網(wǎng)面積的大小為判定依據(jù).看看是否能滿(mǎn)足雷擊時(shí)基站接地的需要,另外。地網(wǎng)四角還應(yīng)輔以20m 30m的熱鍍鋅扁鋼做輻射型接地,以提供更好的雷電流散流通道,