移動基站電源的接地與等電位連接問題

1、在用于移動基站的設備中，開關電源的接地問題一直受到廣大設計、建設和使用部門的格外 重視。但是，在移動基站開關電源（下簡稱基站電源）遭雷擊損壞的事故中，仍有相當部分 是因在工程設計或施工中接地不當所致。假若對基站電源進行了正確的接地，這些事故原本 是可以避免的。正確的接地，一般不會增加建設投資，有時反而還能明顯減少在接地系統(tǒng)上的花費，例 如當采用正確的聯(lián)合接地方式時，其接地體投資就會比不正確的分開接地方式要低得多，因 為分開接地時需要多埋設至少一組接地體。因此，無論是為了降低基站設備損壞的幾率，還是為了節(jié)約投資，都有必要對基站電源 接地問題進行認真和深入的研究。將移動基站的特殊環(huán)境和基站電源的特

2、點相結合，并依此 提出簡單、有效和實用的基站電源接地方法。一、基站電源接地不當的主要原因1.1對現(xiàn)行規(guī)范或規(guī)定的理解、認識和執(zhí)行不統(tǒng)一這幾年移動通信的發(fā)展非常迅猛，出現(xiàn)了大量的實際問題，其解決本身需要一個過程和 一定時間。但市場不等人，即便這些問題沒有得到深入研究（有些問題根本就來不及研究）， 基站數量也會照樣急劇增加，遺留的問題和隱患也是越來越多?；窘拥貑栴}就是屬于這種 情況?，F(xiàn)行相關技術規(guī)定主要引自YD2011 93微波站防雷與接地設計規(guī)范和YDJ 26 -89通信局（站）接地設計暫行技術規(guī)定，這些規(guī)范對基站內開關電源設備本身應如 何接地的問題并沒有一個統(tǒng)一的、明確的和具體的規(guī)定。這樣就

3、使得各地在對待基站電源接 地問題上，一般是參照執(zhí)行普通通信局（站）的相應規(guī)定，一旦遇到問題時由于缺乏判據和 處理指引，往往將其擱置起來或隨意進行處置。例如，在基站電源內部是否可以 、三地合 一 的問題上，因在部標中沒有明確規(guī)定，在不同地區(qū)、不同使用單位就存在不同的認識， 沒有得到統(tǒng)一。1.2受到基站環(huán)境和機房條件的限制大家知道，微波站接地問題曾在相當長時間內是通信防護研究的重點，究其原因就在于 微波站所處環(huán)境的特殊性。但同移動基站相比，微波站的環(huán)境和機房條件還算是好的，因為 它畢竟是按照電信專用房屋的要求來進行選址、建設和維護的。移動基站的機房，很多是租 借現(xiàn)有民用建筑而來，并且隨著移動通信事

4、業(yè)的發(fā)展，這種租借方式會越來越普遍。在我國， 民用建筑的接地系統(tǒng)一般是不完善和不可靠的。這在客觀上給基站電源接地的正確實施造成 了很大困難。1.3屈從于基站內其它通信設備的不合理要求除開關電源外，移動基站內還有收發(fā)信機（BTS）、光端機或微波等設備，這些設備可 能來自不同的廠家和不同的國家，它們對接地的要求可能會有所不同。如個別廠家就曾要求 用戶為其設備提供兩個或三個的相互獨立的接地端子，以分別實現(xiàn)保護接地、工作接地、防 雷接地或防靜電接地等，并申明 、若不這樣做，其后果需由用戶承擔云云。這委實是逼 迫用戶去采用本不正確的分開接地方式。1.4按過去模擬通信觀點來處理當今數字設備和開關電源的接地

5、問題在模擬通信中，有時會使用以大地作為回流導體的發(fā)信令電路，與這些電路進行互連的 設備就需要工作接地，并且還要考慮通道電阻（接地電阻是其一部分）和抗干擾問題，從而 對這些模擬通信設備的接地提出了較多要求。但在移動基站中，早已是全部由數字設備組成 的純粹的數字通信系統(tǒng)，包括開關電源在內的基站設備不再存在以大地作為信號傳輸通道的 問題。因此，基于模擬通信的相應接地要求應予以廢除。二、防雷接地、保護接地和直流電源接地的相互關系2.1防雷接地和保護接地的關系基站電源的防雷接地實際上指的是基站電源內電涌保護器（SPD）的接地。這里需對 電涌保護器這一術語作些簡單說明。在國內，對國際電工委員會（IEC）標

6、準中采用的SPD （Surge Protective Device的簡寫）的中文譯法曾有多種，如防雷器、雷電過電壓保護器、 防雷保安器、避雷器、浪涌保護器和電涌保護器等，長時間內沒有得到統(tǒng)一。最近，在強制 性國家標準GB50057-94建筑物防雷設計規(guī)范（2000年版）中開始統(tǒng)一稱為電涌保 護器。另外，在通信行業(yè)標準YD50982001通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規(guī) 范中也開始參照GB5005794使用電涌保護器這一術語。一臺基站電源，可能用到三種電涌保護器：對交流輸入進行防護的交流電源用電涌保 護器，按規(guī)定所有基站電源都應配備；對直流輸出進行防護的直流電源用電涌保護器； 對后臺或遠程監(jiān)

7、控用接口電路進行防護的信號電涌保護器。無論那種電涌保護器，其基本功能都是對侵入的瞬態(tài)過電壓進行抑制，旁路浪涌電流， 保護設備、電路和元器件的絕緣不被破壞。對地安裝的電涌保護器是保護縱絕緣免遭破壞， 因此電涌保護器的接地端子必須就近接至欲保護設備的保護地，即對電涌保護器的接地線有 兩個基本要求：接設備的保護地，其長度越短越好。這在一些規(guī)范中已有規(guī)定，例如 在YD 5068 98移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范中就規(guī)定、3.1.7移動通信基站 供電設備的正常不帶電的金屬部分、避雷器的接地端，均應作保護接地，嚴禁作接零保 護?！?、3.4.1 .信號避雷器均應作保護接地?！?，在YD/T 944 1998

8、通信電 源設備的防雷技術要求和測試方法中更規(guī)定、4.2.3在電源設備內部防雷地線應和機殼 就近連接。2.2直流電源接地和保護接地的關系同防雷接地和保護接地的關系相比，直流電源接地 問題更受爭論。直流電源接地是指將基站電源的-48VDC輸出的正極進行接地（+24VDC 電源是負極接地）。關于直流電源接地這一術語，需作簡單說明。它和SPD 一樣，在國內 有多個稱謂如直流工作接地、直流地、工作接地和直流電源接地等，但在國際標準中卻是統(tǒng) 一的，被稱為“ DC return conductor 即直流回流導體，在國際電聯(lián)的 ITU-T K.27 “ Bonding configurations and

9、earthing inside a telecommunication building 和歐洲電信 標準組織（ETSI）的 ETS 300 253 “ Equipment Engineering （ EE）： Earthing and bonding of telecommunication equipment in telecommunication centres 中均如此。對于 這些稱謂，筆者認為在YDJ 26 89通信局（站）接地設計暫行技術規(guī)定中得到采用 的 、直流電源接地的叫法是恰當的，因為這種叫法直觀、簡明，并且沒有暗含特別的物 理意義，而后者對不以大地作為信號傳輸通道的數字通

10、信系統(tǒng)而言尤為重要。直流電源接地能否與保護接地合用，長期以來受到廣泛爭議。下面將依據有關國內、國 際標準，對直流電源接地線為何可以多點接地、并為何可與保護接地合用等問題進行論述。（1）部標明確規(guī)定可以將48VDC正極電源線進行重復接地YDJ 26 89通信局（站）接地設計暫行技術規(guī)定中第2.2.2條指出： 、機房的 直流電源接地垂直引線長度超過30米時，從30米處開始，應每向上隔一層與接地端子 連接一次?？梢?，部標對48VDC正極電源線重復接地的做法，非但不否定，而且有明 確要求。同時可以看出，該規(guī)定的原意是重復接地點越多越好。（2 ） ITU-T K.27推薦將48VDC正極電源線多點連接到

11、保護地在國際電聯(lián)防護系列建議 ITU-T K.27 “ Bonding configurations and earthing inside a telecommunication building 中，推薦在電信大樓內采用直流回流導體跟接地端子互連的 做法，并且指出是沿直流回流導體全長進行廣泛地互連。該建議中的接地端子對應到國內規(guī) 范即是指保護接地裝置。ITU-T K.27也指出可以采用隔離直流電力回流（即48VDC正極和保護地僅有單點連 接）的星形接地方式。但同時申明：使用隔離直流回流導體時，需要隨時進行監(jiān)視，檢查其 隔離情況。如果在維護工作期間或作為維護的后果，違反了隔離這一要求，可能導

12、致系統(tǒng)運 行故障或在雷電或電力故障期間甚至產生物理損壞?？梢钥闯?，ITU-T K.27不但允許直流電源接地和保護接地合用，并且推薦將它們進行 廣泛互連。（3 ） ETS 300 253規(guī)定48VDC正極電源線和保護地至少要進行三次互連在 ETS300 253 “ Equipment Engineering （ EE ）: Earthing and bonding of telecommunication equipment in telecommunication centres 中指出：每一個電信設備用直流回流導體至少應該在以下點連接到公共接地網（保護接地裝置）： 在主接地端子、直流配電盤、

13、以及在網狀BN結構中至少一點連接到系統(tǒng)參考地平面。同 時，在該標準規(guī)定的電信大樓內通信設備連接圖中也明確地示出設備的直流回流導體和設備 的保護地線應在設備上短接起來。綜上所述，將基站電源的直流電源接地和保護接地進行短接的做法，是國內國際相關標 準所允許和推薦的。三、接地基準點（ERP ）的選擇依據2.1及2.2節(jié)所述，基站電源的防雷接地、保護接地和直流電源接地應該合用，即應接至同一共用接地系統(tǒng)。但是，這 、三地合一的點是取自接地體、機房接地排、基 站電源機架還是其它什么地方呢？這實際上涉及到如何選擇接地基準點的問題。接地基準點即Earthing Reference Point，是指一信息設備或

14、系統(tǒng)的等電位連接網絡與 共用接地系統(tǒng)之間唯一的一點連接點。實際上，接地基準點并不是一個點，而必然有足夠的 大小，以適應等電位連接導體的連接。接地基準點只存在于星型（S型）等電位連接網絡中。這是因為，在網狀（M型）等 電位連接網絡中，必定是有多點連接到共用接地網，是多點接地，故沒有要選取接地基準點 的問題。選擇接地基準點的目的是保障設備及系統(tǒng)的正常運行，這也是判斷接地基準點選擇恰當 與否的標志。從防雷保護角度看，接地基準點越靠近設備越好，因為在這種情況下用于連接 設備和接地基準點的等電位連接導體的長度可以做到最短，從而能保證在雷電流通過時等電 位連接導體兩端的電壓降最低。四、接地電阻值根據YD5

15、068-98移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范的要求，基站的接地電阻值應 小于5 Q。但是，許多建在山上的基站因所處地理環(huán)境特殊，多為巖石或多石土壤，土質 很差、大地電阻率極高，實際上很難做到規(guī)范所要求的這一接地電阻值。那么，接地電阻值 的大小究竟會有什么影響呢？大量實踐表明，移動通信基站的接地電阻值是從幾歐姆到幾十歐姆不等。對于正在運行 的基站設備，接地電阻值的大小對其技術參數以及信號傳輸質量沒有任何影響。即接地電阻 值是大還是小，都不會影響到基站設備的正常工作。從防雷保護角度上講，接地電阻值是越小越好。這主要是因為接地系統(tǒng)流過雷電流時會 使地電位升高，從而產生危險的接觸電壓和跨步電壓。但是，同

16、低的接地電阻值相比，正確 的等電位連接措施顯得更為重要。通過采用均衡大地電位、實施共用接地以及改進接地線敷 設等方法，可以保證在雷擊時基站內各處電位基本同樣上升，這樣基站設備內部或基站設備 間沒有危險的電位差出現(xiàn)，從而可以確?；驹O備的安全。因此，對基站的接地電阻值的要求不必過于嚴格，應在力所能及、經濟合理的前提下盡 可能地做小。五、基站電源的接地方法依據IEC 61312系列標準中關于防雷區(qū)劃分及實施等電位連接的理論，可以發(fā)現(xiàn)，基站 電源以機殼為界面，其內部和外部的電磁環(huán)境參數明顯不一樣，應分屬不同的防雷區(qū)。基站 電源內各部件均應在這兩個防雷區(qū)的交界處，亦即機架上進行防雷等電位連接，以提高基

17、站 電源設備整體的瞬態(tài)過電壓耐受水平。實現(xiàn)這種防雷等電位連接的方法有兩種：一是使用等電位連接導體，一般是用銅芯導線 或銅排；二是使用電涌保護器（SPD）。使用電涌保護器的解決方案，只應在確實無法使 用導體直接短接的情況下才應被采納，這是因為一旦使用電涌保護器就必然存在成本、監(jiān)測 與維護等問題。對于基站電源的保護接地、防雷接地和直流電源接地，按照第2章的論述， 它們是可以直接通過等電位連接導體進行互連的?；倦娫匆蛉萘枯^小，往往被設計成一體化機柜，即將交流配電單元、整流單元、直流 配電單元和監(jiān)控單元放置在同一機架內，這是基站電源在結構上的突出特點。這種結構，使 得基站電源的保護接地、防雷接地和直

18、流電源接地均是從同一機柜內引出，為在機架上將它 們短接、從而實現(xiàn)基站電源的防雷等電位連接提供了有利條件。將基站電源的保護接地、防雷接地和直流電源接地在機架上短接后，只要保證在基站電 源內部的接地網絡是星型的，即將基站電源的接地基準點選在其機架上，在理論上便不會有 與雷電流相關聯(lián)的低頻電流進入基站電源，而基站電源本身亦不會因此產生額外的注入大地 的電流。長時間觀測也表明，采取這種接地方法后，對基站電源和其它基站設備的工作沒有 任何不良影響。當采用目前比較普遍的將直流電源接地線引出機架后再同保護接地及防雷接地短接的做 法時，由于短接處一般是在機房接地排甚至是在接地網，它離基站電源相對較遠，在基站低 壓供