1 地网

无论采用那种防雷措施，雷电流都要导入大地，因此一个快速、安全、可靠的泄流途径对于基站的防雷至关重要。 按照现有的规范要求，移动基站采取联合接地的方式，并围绕机房做环形地网。但是城市移动基站由于大部分设置在租用民房（并且主要在房子稠密的居民区）或者公共建筑内，周围能够用以敷设地网的地方比较少，而且房子周围通常有上、下水管道、电缆等设施，使得敷设地网更加捉襟见肘。因此敷设专用地网显然是比较困难的。但是，这些稠密的房屋的地下建筑基础正为移动基站提供了天然优良并且“免费”的地网，它一般有着较大的面积，而且基础内部钢筋大部分都焊接绑扎连为一体，完全可以为雷电流的泄放提供一个良好的途径。因此，城市基站地网的建设应优先考虑利用建筑物本身的基础。

一般的，租用公共建筑的基站地网可直接利用原有公共建筑物的基础地网。租用民房的基站可新设简易地网，并与原有基础焊接为一体，以尽可能的扩大地网面积。如果租用民房的基础较差，则应考虑利用周围较好的接地体或者自己建设专用地网。总之，地网的设计应综合考虑 建筑钢筋结构情况、周围环境等实际因素，并结合经济有效的原则，不能统而笼之的照搬标准。

2 接地引下线

笔者发现一些城市的移动基站不管机房的位置在哪里，均单独设置了两根接地引下线到地网，一根接地引下线接室外汇流排（馈线外皮的接地排）和天面的天线架以及室外走线架，一根接室内汇流排（机房内设备保护地和工作地连接的接地排），诚然，这和 YD/T5068-98 《移动基站防雷与接地设计规范》中推荐的接地方式是一致的 。但是笔者觉得这种做法用在有些城市移动基站可能是不利的，这里做一些简单的探讨。

2.1 城市基站中两根接地引下线的分析

这种接地方法如图 1 所示：

图 1 两根接地引下线接法示意图

如图所示，我们知道，馈线外皮在室外汇流排接地，在机房内与发射机（ BTS ）外壳连接，而发射机外壳通过接地线是连接到室内汇流排上的，因此，图中室外汇流排与室内汇流排实际上是连通的。雷击时有如下分析：

1 ）当雷电流是由电源线引入时，过电压保护器（ SPD ）导通，雷电流有两个下泄途径。一个途径是从 b 点到 d 点，即经接地引下线二入地；另一个途径是从 b 点到 a 点再到 c 点，即从室内汇流排经室外汇流排和接地引下线一入地。因为 d 、 c 均在地网，所以两者电位相等。此时， SPD 泄放的雷电流会根据两个路径的阻抗比例分流， 流过 b － a 路径的雷电流为：

（ 1 ）

其中： 为流过 b － a 路径的雷电流；

为 SPD 泄放的雷电流；

、 、 为分别各段的阻抗；其中， ≈ 。

当机房较低，离地网较近时， 相对于 、 较大，因此 较小，即此时流过机房的雷电流较小。而当机房位置升高，随着 、 的增大， 也随之增大。由于雷电流在 b － a 路径上流动时会产生电压降 Ldi/dt ，此时会造成发射机与其他设备的电位差增大，，信号端口很可能由于过电压而损坏。

假设一机房高 20 米 ，机房宽度为 8 米 ，图中各段阻抗大小可以近似为与长度成正比。若 SPD 泄放雷电流为 10kA ，那么由（ 1 ）式计算得到，流过 b － a 路径的雷电流 约 4kA 。

2 ）当雷击铁塔时，雷电流沿着引下线泄放时，可以与上面有类似的分析。而且雷电流下泄的过程中，除了 a － c 路径和 a － b － d 路径以外，由于此时室内汇流排的高电位导致 SPD 导通，电源线也会是一个电流泄放的途径，这对整个系统雷电流的分布会有比较大的影响，会加大流过机房的雷电流的比例。更为严重的是，直击雷的能量一般会远远大于由电源线引入的雷电流的能量。因此，这时对于基站来说是将是一个 “灾难”。

2.2 一种简单有效的接地方法

由上面的分析，我们看到单独引接两根接地引下线的做法是危险的。那么怎样才能减小上述进入机房的危险雷电流呢？ 在电气连接较为可靠的公用建筑物 一个简单有效的办法就是尽量利用建筑物本身的结构钢筋做引下线。

由于机房越高，可能的危险就越大。而对于较高建筑而言，其本身具有许多钢筋和连接点，雷电流可以通过建筑物的钢筋结构进行泻放日本学者曾经根据模型法采用等效电路求出了雷电流入侵时大楼中的电流分布，图 2 为大楼钢筋结构，大楼顶上也设有铁塔。当雷直接打在铁塔上时，雷电流沿铁塔塔脚侵入大楼，建筑物的断面 A-A '的电流分布计算结果如图 3 所示。

图 2 大楼模型

图 3 大楼直击雷雷电流的分布

由图 3 可见， 95% 以上的雷电流流经大楼的立柱、墙壁。避雷针引线中的雷电流仅仅是百分之几的比例。而且入侵大楼的雷电流几乎全部集中在外墙，大楼内的柱子中的电流仅占百分之几以下。大楼内的雷电流几乎全是沿纵向柱子入侵，除房顶外，横向电流很少。

因此在这样的情况下雷电流绝大部分都通过建筑钢筋入地了，这样进入机房的危险雷电流就很小了，由此，可以将天线架和室外走线架、室内汇流排、室外汇流排都和建筑钢筋连接，最好是多点连接以尽可能利用建筑钢筋作为主要的泄流渠道。例如，可以将天线架四角均和避雷带连接或者和楼柱钢筋连接；机房内可在墙跟用扁钢环绕机房一圈，扁钢多处与楼柱钢筋焊连，室内汇流排、室外汇流排均连接到此环形扁钢。

这里需要指出一个问题：建筑物钢筋作为雷电引下线是否可靠呢？焊接的结构钢筋的可靠性勿庸置疑，但是有很多建筑的结构钢筋是绑扎的，这样能否满足要求？ GB50057 《建筑物防雷设计规范》指出，钢筋之间的普通金属绑丝连接对防雷保护来说是完全足够的，而且确证，在任何情况下，这样连接雷击时钢筋附近的混凝土不会碎裂，甚至出现雷电流本身把绑在一起的钢筋焊连起来，如点焊一样。国际上，日本、瑞士都做过这样的实验证明绑扎的钢筋是安全的，许多国家也都允许利用绑扎连接的钢筋体做防雷装置。因此，建筑钢筋作为雷电引下线也是可靠的。

一般的，对于大型公用建筑，其钢筋结构框架较大而且焊接良好，因此不单设专用接地引下线而只利用建筑钢筋就足够了。对于民房，其建筑钢筋结构相对于前者较差，可将这两种方式都予以实施。另外，这里单独设置接地引下线除了增加雷电泄流通道的可靠性外，对电气安全来讲是必须的。

3 城市移动基站第一级电源保护器的选用和安装

对于移动基站，无论是沿电源线导入的雷电脉冲过电压还是雷击铁塔引起的地电位升高对电源线的反击，主要的防护措施是选用浪涌保护器（ SPD ）。因此第一级电源保护器的选择与正确安装对于基站防雷而言至关重要。下面就几个主要问题进行说明：

3.1 电源保护器电路结构的选择

城市移动基站主要采用周围的居民用电，我国城市居民用电大都采用 TT 供电系统。目前世界上用于 TT 供电系统的电源保护器有两种电路结构，一种为三根相线和中线分别对地加装 SPD ；一种为“ 3 ＋ 1 ” 模式，即 3 个限压型 SPD 分别接在相线对中线间，一个放电管接在中线对地间。城市移动基站的保护器电路结构必须选择后者，主要原因如下：

1 ）在 TT 供电系统中， SPD 如连接在市电相线与地线之间，电网故障时 ( 我国低压电网质量较差，故障率较高 ) ，比如说中线断开或零点漂移，形成市电故障电压长期高于 SPD 最大持续运行工作电压， SPD 损坏产生回路故障电流。在地阻值高或接地线接触不良的情况下，流经 SPD 的短路电流太小，无法使前级保险丝跳脱，使 SPD 持续过电流，造成损坏，严重时甚至引起机房的火灾。 而采用中线对地模块的 3+1 结构 SPD 在电网故障时，即使地阻值高或地线接触不良的情况下，因为 SPD 接在市电相线与零线回路阻抗，主要是供电变压器及供电电缆，阻抗很低，故此故障电流很大，流经 SPD 的电流可使前级保险（空开）跳脱， SPD 与电网隔离 , 保证了机房与设备的安全。

2 ）目前我国一些大城市内 10kV 电网由于更多的采用地下电缆，电网电容电流剧增，为此将原先的不接地系统改为经小电阻接地系统，这样变电所高压侧的接地故障电流将增大到数百安以至数千安，它在变电所接地电阻上的电压降将达到数百伏以至千伏以上。这时如果 SPD 接在相线、中线和 PE 线之间， SPD 会被击穿导通而被持续数百毫秒的放电热量烧毁。而 “ 3 ＋ 1 ” 模式中中线对地的 SPD 采用放电管 SPD 就可以在上述过电压的情况阻止 SPD 的导通，它只有在雷电脉冲过电压的冲击下才能被击穿导通，这样就防止了上述变电所 10kV 侧接地故障引起的暂态过电压对保护器的损害。

由此上述分析可见，城市移动基站电源保护器在现有条件和环境下必须采用“ 3 ＋ 1 ” 模式电路结构的电源保护器，这是在很多基站失火的惨痛教训中得到的经验，也在大量的城市基站运营中得到了证明。

 

另外限压型 SPD 有着响应时间短、参压低、退耦距离短等优点，能够较好的满足基站防雷的要求。

3.3 第一级电源保护器通流容量的选择

按 YD5098 《通信局（站）防雷接地工程设计规范》的要求，并综合技术经济因素，移动通信基站采用的第一级 SPD 划分为：高危山区型、山区型、郊区型、城市型四个档次，采用不同保护水平的 SPD 。城市型移动基站的冲击通流容量大于或等于 60 ～ 80kA 每线（ 8/20us 波形检测）即可。

3.4 第一级电源保护器的安装

1 ）由于 SPD 导通放电时，施加在被保护装置的残压为 SPD 的残压加上其接地线上的 L · di/dt 电压降（ L 为 SPD 两端接线的电感， di/dt 为雷电脉冲电流的陡度），因此 SPD 两端的接线要求尽量短。这就要求在机房内部电气设计时交流配电箱附近，并与室内汇流排较近的位置设置，这样既能减小 SPD 两端接线，又能便于安装。

2 ）按照要求， SPD 均有防止过热过流的脱扣保护装置，但是为了防止火灾，确保安全，必须在 SPD 的前端再串联一级参数适当、性能优越的空气开关。

第一级电源保护器的正确安装与否直接影响到其防雷效果以及安全，因此我们必须予以足够的重视。

4 电源保护器与漏电保护器（ RCD ）之间的协调

漏电保护器（ RCD ）又称剩余电流动作保护器和漏电开关，是一种防止人身电击以及接地电弧火灾的保护装置，在 TT 供电系统中应用非常广泛。它主要的工作原理是利用零序电流互感线圈检测到泄漏电流而使脱扣器动作，切断电源回路。如果 RCD 安装在 SPD 的电源侧，其通过 SPD 泄放入地时，必然由不平衡电流通过 RCD 的零序电流互感器，而且雷电脉冲电流的波头是高频波，因此很有可能引起 RCD 误动作，造成机房供电中断。要避免这种情况发生，可以有两种措施：

1 ）将 RCD 安装在 SPD 的负荷侧，以避免进线处的大幅值的雷电脉冲电流不必要的通过 RCD 的零序电流互感器。但是这可能给 RCD 的安装带来不便。

2 ）由于这种瞬态脉冲作用时间极短，以微妙计，因此可以采用带少许延时的脉冲电压不动作型 RCD 来避免这种误动作。

一般在移动通信基站应避免使用漏电保护器（ RCD ）。

5 结束语

城市移动基站由于环境复杂多样，其防雷接地要注意根据基站本身的特点，充分利用其自身条件，不能简单的照搬某一种模式，这样很有可能耗费了大量的人力物力仍旧达不到好的效果。对于电源保护器的选择以及其和漏电保护器的协调，不仅对于城市移动基站，对于其他类型的基站也可能遇到类似的问题。上述问题的提出，旨在抛砖引玉，以求得更多同行对城市移动基站防雷接地的思考和探讨！