通信基站选址与地网设置

福建省邮电规划设计院有限公司 江家青

本文在介绍通信基站防雷接地的基础上，阐述基站在选址方面的注意事项，给出地网设置的常用计算方法并展示部分场景的地网方案。

雷电引发的电磁场突变会对通信系统产生干扰。同时，雷击造成的过电压可能对通信设备产生损害并影响通信系统的安全和数据的可靠传输。为避免或减少通信基站因雷击事故造成的危害以确保设备和人员安全，既要关注基站的选址工作又要重视接地系统的建设。

通信机房设备涵盖电子设备和电气设施。按作用分类，接地系统可分为功能性接地和保护性接地。通信机房保障性要求高，通常采用总等电位连接及局部等电位相结合的方式并共用总接地系统。本文将在下文中分别对通信基站选址注意事项、地网设置方法和场景应用案例进行介绍。

1 通信基站选址注意事项

鉴于本文阐述的内容是基站安全与接地，所以此处不探讨电源引入和交通等与基站建设相关的因素而仅着眼于如何通过选址避免或减少雷电对基站的影响。

雷电活动规律与气候、地理纬度、地域甚至季节和时辰等都有关系。虽然基站选址无法避开上述因素的影响，但对地质条件的选择、地形的取舍以及地物的定夺，设计员仍有一定的决定权和可控性。所以，通过选址可在一定程度内提高基站的安全性。在基站选址时，应注意以下事项。

（1）从地质条件角度看，基站选址应尽量避开雷击可能性大的区域。

●大片土地的土壤电阻率较大仅局部区域土壤电阻率较小，该局部区域容易遭受雷击。

●在岩石与土壤，山坡与稻田等交界处，即土壤电阻率出现陡变之处最易遭受雷击。

●而在岩石或者土壤电阻率大的丘陵或山坡，雷击点多出现在山脚，其次是山腰。

●对于土山或土壤电阻率较小的山坡，雷击点则多发生在山顶，其次在山腰。

●在地下埋有导电矿藏(比如金属、煤、盐等矿)的地区，容易遭受雷击。

●同样，在地下水位高、矿泉、小河沟或地下水出口等处，容易遭受雷击。

（2）从地形角度分析，基站选址要避开有利于雷雨云的形成与相遇的处所。

●在我国，山的东坡和南坡遭受雷击的可能性多于山的北坡和西北坡。其原因是海洋潮湿空气自东南进入大陆后，经曝晒遇高山抬升而形成雷雨云。

●山地中的面积不大的平地区域遭受雷击的机会反而大大高于峡谷。其原因是狭谷形状窄长，受阳光照射面小而不易形成对流从而减少雷击机会。

●在沙滩、湖边或海边等地势平坦的地方虽然不太容易遭雷击。但是，若海边有高崖或山岳，则近海侧的高崖或山坡遭受雷击的几率较大。

●雷击并非无迹可寻，其发生地带与风向趋同，在风口或顺风滩头谷口最易遭受雷击。

（3）由地物视角看，基站应尽量避开可成为良好放电通道的建筑或构筑物，避免雷雨云向大地放电产生的雷击。

●当空旷地区出现孤立建筑物，或建筑群中耸起高层建筑时，这些建筑均易遭受雷击。

●兀立高空的废气排放管道也容易引来闪电，成为雷击的目标。

●大楼顶部、室内和地下都有大量金属设备和管道的低电阻场所容易遭受雷击。

●位于建筑群的冷库、铁皮屋等少数潮湿易成导电通道的建筑物容易遭受雷击。

●水塔、瞭望台等高耸建筑物、构筑物或者高尖形的屋顶容易遭受雷击。

当雷电在基站附近发生时，可能产生直接雷击、感应雷击和雷电入侵波等危害。直接雷击危害常见的防御方法有避雷针、防雷器、截获器等，感应雷击和雷电入侵波危害主要采用等电位、隔离、疏导等办法进行应对。本文不再对此展开叙述。

设计时要根据雷击活动情况和雷击的可能性进行综合比较并对周围环境全面分析，进而对基站站址进行确定。一个好的站址意味着拥有一个好的安全先天性条件，好的站址可以提高基站的运行可靠性并降低接地系统的投资。

2 基站地网设置的常用计算方法

基站地网设计时，应当考虑到土壤电阻率变化对接地电阻的影响，因为土壤的干燥或冰冻状态因时而异，土壤电阻率也随之不同。充分考虑变化因素可保证接地电阻在不同季节均能满足要求。接地电阻计算可采用下文所述的计算方法。

（1）土壤电阻率(Ω/m)

在设计地网时，应预先测量土壤电阻率。土壤电阻率并非固定不变，实测的土壤电阻率要考虑可能的变化，采用季节系数予以修正。

（2）人工接地体

在均匀性较好的土壤中，对于单一类型的接地体，其接地电阻可按以下公式计算：

●垂直接地体

垂直接地体主要包括管形接地体和等边角钢接地体。

其中，管形接地体的接地电阻为：

而等边角钢接地体接地电阻为：

●水平接地体

水平接地体材料主要采用扁钢和角钢。

其中，扁钢接地体对应的接地电阻为：

d-圆管接地体的直径(m)；

b-角钢或扁钢接地体的边长(m)；

ι-相应垂直接地极的长度(m)；

t-埋深，即地面到管顶距离(m)。

当采用多个垂直接地体且水平连接带与土壤不绝缘时，其总接地电阻为：

R1-单一垂直接地体对应的接地电阻Ω；

R2-单一垂直接地体间连接带对应的接地电阻Ω；

n-表示垂直接地体的数量；

η1-表示垂直接地体的利用系数；

η2-表示连接带的利用系数。

由公式可知：在土质相同前提下，接地体埋设深大、垂直接地体长则接地电阻小。

基站地网的接地电阻按规范规定不宜大于10Ω。而在土壤电阻率较大地区，比如超过1000Ω·m时不限制工频接地电阻而仅以地网面积大小作为基准。

（3）部分场景应用案例介绍

在进行案例介绍前，先简单说明一下接地系统的组成及对接地体的要求。

●接地系统

接地系统由接地汇集线、接地配线、接地排、接地引入线、接地体以及大地组成。接地就是将不带电的设备金属部件通过导线与接地系统相连。大地因其具有较强导电性且电容量无限大，常作为参考电位。

接地体通常采用角钢、钢管或者圆钢制作而成。接地体的形状可因地制宜、灵活选用，但截面积和厚度应符合规范。

●应用案例或方案

新建基站可按图1所示的最佳基站地网形式执行：第一种是屋顶塔形式(上方)；第二种是塔下屋形式(下左)；第三种是塔边屋形式(下右)。

图1 通信基站地网方案(上为屋顶塔，左下为塔下屋，右下为塔边屋)

当租用地网条件较差的民用建筑物或者没有合格的避雷带或砖混结构建筑物时，必须在楼下设置地网。新设置地网应与建筑物基础钢筋连为一体，并引至楼上接地汇集排。同时，基站机房内应采用环形等电位连接带。租用较差的民用建筑物的新设置地网形式如图2所示。

图2 条件差的民房或没有合格避雷带或砖混结构建筑物的新增地网方案

如图2所示，第一种地网形式如左上方，在地面增设2根放射性地网延伸线；第二种地网形式如右上方，在地面建筑物边沿增设接地装置，同时增设放射性折角地网延伸线；第三种地网形式如下方，在地面建筑物四周增设环形接地装置。此三种形式均可有效降低基站总接地电阻。此外，基站机房内尚应增设环形等电位连接带以提高安全性。

最后，需强调的是，通信基站防雷系统不是单一设备或构筑物局部的防雷。换句话说，基站地网并不是孤立的，而是一套综合性的防雷系统。基站地网应充分利用附近可用设施以减小接地电阻，应与机房建筑基础、铁塔基础的主钢筋和地下其它金属设施连为一体。

正如图3所示，通信基站防雷由外部防雷措施和内部防雷措施组成，外部防雷措施和内部防雷措施通过共用接地系统连为一体。只有外部防雷措施和内部防雷措施都施工到位并满足要求，内外措施互补才能真正降低雷电对通信设备的干扰和影响，才能可靠地保障基站通信的安全和正常运作。

图3 通信基站防雷系统

作者简介：江家青（1974—），男，高级工程师，主要从事通信机房空调与电源的设计工作。