浅谈山区移动通信基站防雷与接地技术

摘要：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5Ω，但由于山区基站所处的地理环境电很难达到这个标准的，本文主要对如何使山区通信基站达到接地电阻要求进行探讨。

关键词：山区；移动通信基站；土壤电阻率；冲击接地电阻；接地形式

Abstract: according to YD5068-98 "mobile base lightning protection and grounding design the requirements of the" standards for the base station of grounding resistance should be less than 5 Ω, but in the mountainous region of the base station geographical environment it is difficult to reach the standard of electric, this paper focuses on how to make the mountainous area communication stations to grounding resistance requirements are discussed.

Keywords: mountain; Mobile base; Soil resistivity; Impact grounding resistance; Grounding form

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

一、引言

近年来，随着移动通信网络覆盖范围的不断扩大，山区通信基站所处地理环境相对恶劣，特别是石头较多的山上，接地问题十分难解决。建在山区的基站，由于土质很差，多为碎石土壤、风化岩或花岗岩石，表面土层十几到几十厘米厚，并且土壤电阻率极高，要使基站的地网冲击接地电阻做到很小是极为困难的。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5Ω，但由于山区基站所处的地理环境电很难达到这个标准的，本文主要对如何使山区通信基站达到接地电阻要求进行探讨。

二、移动通信基站地网的设计

根据经验，一个接地地网的面积不论有多大，在工频时，是可以把接地体的表面近似地看成一个等位面，故接地全部面积都能得到利用。但是，许多根接地体在地中构成的网状接地体，在冲击电流的作用下，当土壤电阻率和土壤介电系数一定时，接地网的冲击等效半径要比接地网面积的等效半径小得多，即在冲击电流的情况下，仅仅利用接地网很小的一块面积。从以上结论，根据移动通信基站所处的具体地理环境，其接地网的大小应控制在（20×20）=400内。

利用正式的土壤电阻率测量方法，即四极法，现用四根直径不少于1.5cm圆钢棒，沿一直线打入地中，深度L不少于40cm，每两根棒的距离为a（≥20L），根据ρ=2πaR（取a=20m，摇表测量得R=5.43Ω），计算得ρ=682.6Ω.m（注:反映土壤表面的土壤电阻率）。

根据水平接地体接地电阻公式： （1）（ρ土壤电阻率，l接地体长度，h为水平接地体埋深，d为接地体直径或等效直径，A为水平接地体形状系数），现以20×20的人工水平接地网考虑，A取1.69，h取0.8,计算水平接地体的接地电阻R=19.82Ω。

又根据复合接地体的接地电阻公式： （2）（S为接地网总面积，l接地体长度，包括垂直接地体在内，d为水平接地体直径或等效直径，h为水平接地体埋深），现以20×20的接地网面积(即400)考虑，每相隔5米布置一条水平接地体和垂直接地体（2.5m/根），即常见的人工接地网，l取140m，计算复合接地体的接地电阻R=18.48Ω。

综合以上分析，在同样的接地面积下，增加了垂直接地体的人工地网接地电阻并没有明显起到降低接地电阻的作用，因为水平接地体可以近似看作一块孤立的平板，它的电容主要是由它的面积尺寸来决定的，附加于这个平板上的有限长度的垂直接地体不足以改变决定电容大小的几何尺寸，因而是电容增加不大，亦即接地电阻减小不多。再看公式 （3）（c为接地体的电容，ρ为土壤电阻率，ε为大地介电系数）这个公式说明了，增大接地网的面积是减少接地电阻的主要因素。只有当附加的垂直接地体的长度与地网的等效半径可以比较时，电容才会有较大的增加，从而才可能降低接地电阻，所以对于地网的设计，那种认为加密垂直接地体可减小接地电阻的观念是不可取的。

由接地体的有效长度 （4）（ρ取682.6），计算le=52.25m。可在20×20的水平接地体的四大角增加四条30m射线水平接地体，如图一所示：

以上是在原来的水平接地体的基础上，设计了地网四角的放射性接地体作为辐射型接地，目的是为机房提供一个更好的雷电散流通道。还考虑到雷电高频电流的趋肤效应，所以可在射线上和机房四周水平接地体上增加一定的垂直接地体，注意这并不是为了减小接地电阻值，而是为了散泄雷电流。

根据R≈0.03ρ(5)(长度60m左右的单根水平接地体的工频接地电阻估算式，ρ取682.6)，计算得单根射线接地电阻R=20.48Ω（由于射线长度与有效长度之比接近为1，故冲击接地电阻换算系数A取1，所以单根射线冲击接地电阻为Ri=R=20.48Ω）。然后根据复合接地体的冲击接地电阻公式： (6)（ 为每根水平放射形接地体的冲击接地电阻， 为接地体的冲击利用系数，这里取0.65,n取4），计算得 =7.9Ω(≥5.0Ω)。由以上分析计算可知，利用放射性接地体，接地形式得到了改变，机房的接地电阻也随着得到了大大的降低，但仍然未能达到小于5Ω的接地电阻要求。由公式（3）可见，从如何增大接地体的电容考虑，再考虑深孔钻桩，在机房四大角附近增加四条钻孔桩（利用50×50×5热镀锌角钢作垂直接地体，然后再向孔内灌满泥浆）如图二所示：

现利用四极法测量深层土壤电阻率，由公式ρ=2πaR（取a=40m，摇表测量得的R=4.8Ω），计算得ρ=1200Ωm，即钻孔有效长度L= =69m，根据移动公司有关规定L只能取到54m。由单根垂直接地体的接地电阻公式： （7）（L为垂直接地体的长度，d为接地体的等效直径，角钢取0.042），计算得 =28.46Ω（Rv冲击接地电阻为21.89Ω，换算系数A取1.3）。由n根垂直接地体的总接地电阻公式： （8）（n为垂直接地体数目，取4， 为接地体的利用系数，取0.82），计算得 =8.67Ω，由于l/le=0.8,故冲击接地电阻换算系数A取1.3，即 冲击接地电阻为6.67Ω。最后由水平接地体连接的n根垂直接地体组成的接地装置的冲击接地电阻为： （9）（ 为每根垂直接地体的冲击接地电阻， 为水平接地体的冲击接地电阻， 为接地体的冲击利用系数，取0.75），计算得 =4.3Ω（≤5Ω）。

三、结论

总之，利用放射性水平接地与钻孔接地的联合接地方式，把接地电阻由原来的19.82Ω降低到现在的4.3Ω，不但达到小于5Ω的接地电阻要求，又使山区通信基站从实际上得到一个良好的接地形式和接地效果。

参考文献：

[1] GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》

[2]《雷电与避雷工程》苏邦礼等.中山大学出版社