移動(dòng)基站電源的接地與等電位連接問題

1、在用于移動(dòng)基站的設(shè)備中，開關(guān)電源的接地問題一直受到廣大設(shè)計(jì)、建設(shè)和使用部門的格外 重視。但是，在移動(dòng)基站開關(guān)電源（下簡(jiǎn)稱基站電源）遭雷擊損壞的事故中，仍有相當(dāng)部分 是因在工程設(shè)計(jì)或施工中接地不當(dāng)所致。假若對(duì)基站電源進(jìn)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(huì)增加建設(shè)投資，有時(shí)反而還能明顯減少在接地系統(tǒng)上的花費(fèi)，例 如當(dāng)采用正確的聯(lián)合接地方式時(shí)，其接地體投資就會(huì)比不正確的分開接地方式要低得多，因 為分開接地時(shí)需要多埋設(shè)至少一組接地體。因此，無論是為了降低基站設(shè)備損壞的幾率，還是為了節(jié)約投資，都有必要對(duì)基站電源 接地問題進(jìn)行認(rèn)真和深入的研究。將移動(dòng)基站的特殊環(huán)境和基站電源的特

2、點(diǎn)相結(jié)合，并依此 提出簡(jiǎn)單、有效和實(shí)用的基站電源接地方法。一、基站電源接地不當(dāng)?shù)闹饕?.1對(duì)現(xiàn)行規(guī)范或規(guī)定的理解、認(rèn)識(shí)和執(zhí)行不統(tǒng)一這幾年移動(dòng)通信的發(fā)展非常迅猛，出現(xiàn)了大量的實(shí)際問題，其解決本身需要一個(gè)過程和 一定時(shí)間。但市場(chǎng)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(shù)量也會(huì)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(guān)技術(shù)規(guī)定主要引自YD2011 93微波站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范和YDJ 26 -89通信局（站）接地設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定，這些規(guī)范對(duì)基站內(nèi)開關(guān)電源設(shè)備本身應(yīng)如 何接地的問題并沒有一個(gè)統(tǒng)一的、明確的和具體的規(guī)定。這樣就

3、使得各地在對(duì)待基站電源接 地問題上，一般是參照?qǐng)?zhí)行普通通信局（站）的相應(yīng)規(guī)定，一旦遇到問題時(shí)由于缺乏判據(jù)和 處理指引，往往將其擱置起來或隨意進(jìn)行處置。例如，在基站電源內(nèi)部是否可以 、三地合 一 的問題上，因在部標(biāo)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(rèn)識(shí)， 沒有得到統(tǒng)一。1.2受到基站環(huán)境和機(jī)房條件的限制大家知道，微波站接地問題曾在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是通信防護(hù)研究的重點(diǎn)，究其原因就在于 微波站所處環(huán)境的特殊性。但同移動(dòng)基站相比，微波站的環(huán)境和機(jī)房條件還算是好的，因?yàn)?它畢竟是按照電信專用房屋的要求來進(jìn)行選址、建設(shè)和維護(hù)的。移動(dòng)基站的機(jī)房，很多是租 借現(xiàn)有民用建筑而來，并且隨著移動(dòng)通信事

4、業(yè)的發(fā)展，這種租借方式會(huì)越來越普遍。在我國(guó)， 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(shí)施造成 了很大困難。1.3屈從于基站內(nèi)其它通信設(shè)備的不合理要求除開關(guān)電源外，移動(dòng)基站內(nèi)還有收發(fā)信機(jī)（BTS）、光端機(jī)或微波等設(shè)備，這些設(shè)備可 能來自不同的廠家和不同的國(guó)家，它們對(duì)接地的要求可能會(huì)有所不同。如個(gè)別廠家就曾要求 用戶為其設(shè)備提供兩個(gè)或三個(gè)的相互獨(dú)立的接地端子，以分別實(shí)現(xiàn)保護(hù)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(dān)云云。這委實(shí)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(diǎn)來處理當(dāng)今數(shù)字設(shè)備和開關(guān)電源的接地

5、問題在模擬通信中，有時(shí)會(huì)使用以大地作為回流導(dǎo)體的發(fā)信令電路，與這些電路進(jìn)行互連的 設(shè)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(duì)這些模擬通信設(shè)備的接地提出了較多要求。但在移動(dòng)基站中，早已是全部由數(shù)字設(shè)備組成 的純粹的數(shù)字通信系統(tǒng)，包括開關(guān)電源在內(nèi)的基站設(shè)備不再存在以大地作為信號(hào)傳輸通道的 問題。因此，基于模擬通信的相應(yīng)接地要求應(yīng)予以廢除。二、防雷接地、保護(hù)接地和直流電源接地的相互關(guān)系2.1防雷接地和保護(hù)接地的關(guān)系基站電源的防雷接地實(shí)際上指的是基站電源內(nèi)電涌保護(hù)器（SPD）的接地。這里需對(duì) 電涌保護(hù)器這一術(shù)語作些簡(jiǎn)單說明。在國(guó)內(nèi)，對(duì)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)

6、準(zhǔn)中采用的SPD （Surge Protective Device的簡(jiǎn)寫）的中文譯法曾有多種，如防雷器、雷電過電壓保護(hù)器、 防雷保安器、避雷器、浪涌保護(hù)器和電涌保護(hù)器等，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒有得到統(tǒng)一。最近，在強(qiáng)制 性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50057-94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（2000年版）中開始統(tǒng)一稱為電涌保 護(hù)器。另外，在通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD50982001通信局（站）雷電過電壓保護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī) 范中也開始參照GB5005794使用電涌保護(hù)器這一術(shù)語。一臺(tái)基站電源，可能用到三種電涌保護(hù)器：對(duì)交流輸入進(jìn)行防護(hù)的交流電源用電涌保 護(hù)器，按規(guī)定所有基站電源都應(yīng)配備；對(duì)直流輸出進(jìn)行防護(hù)的直流電源用電涌保護(hù)器； 對(duì)后臺(tái)或遠(yuǎn)程監(jiān)

7、控用接口電路進(jìn)行防護(hù)的信號(hào)電涌保護(hù)器。無論那種電涌保護(hù)器，其基本功能都是對(duì)侵入的瞬態(tài)過電壓進(jìn)行抑制，旁路浪涌電流， 保護(hù)設(shè)備、電路和元器件的絕緣不被破壞。對(duì)地安裝的電涌保護(hù)器是保護(hù)縱絕緣免遭破壞， 因此電涌保護(hù)器的接地端子必須就近接至欲保護(hù)設(shè)備的保護(hù)地，即對(duì)電涌保護(hù)器的接地線有 兩個(gè)基本要求：接設(shè)備的保護(hù)地，其長(zhǎng)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(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范中就規(guī)定、3.1.7移動(dòng)通信基站 供電設(shè)備的正常不帶電的金屬部分、避雷器的接地端，均應(yīng)作保護(hù)接地，嚴(yán)禁作接零保 護(hù)?！薄?.4.1 .信號(hào)避雷器均應(yīng)作保護(hù)接地?！保赮D/T 944 1998

8、通信電 源設(shè)備的防雷技術(shù)要求和測(cè)試方法中更規(guī)定、4.2.3在電源設(shè)備內(nèi)部防雷地線應(yīng)和機(jī)殼 就近連接。2.2直流電源接地和保護(hù)接地的關(guān)系同防雷接地和保護(hù)接地的關(guān)系相比，直流電源接地 問題更受爭(zhēng)論。直流電源接地是指將基站電源的-48VDC輸出的正極進(jìn)行接地（+24VDC 電源是負(fù)極接地）。關(guān)于直流電源接地這一術(shù)語，需作簡(jiǎn)單說明。它和SPD 一樣，在國(guó)內(nèi) 有多個(gè)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中卻是統(tǒng) 一的，被稱為“ DC return conductor 即直流回流導(dǎo)體，在國(guó)際電聯(lián)的 ITU-T K.27 “ Bonding configurations and

9、earthing inside a telecommunication building 和歐洲電信 標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）的 ETS 300 253 “ Equipment Engineering （ EE）： Earthing and bonding of telecommunication equipment in telecommunication centres 中均如此。對(duì)于 這些稱謂，筆者認(rèn)為在YDJ 26 89通信局（站）接地設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定中得到采用 的 、直流電源接地的叫法是恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)檫@種叫法直觀、簡(jiǎn)明，并且沒有暗含特別的物 理意義，而后者對(duì)不以大地作為信號(hào)傳輸通道的數(shù)字通

10、信系統(tǒng)而言尤為重要。直流電源接地能否與保護(hù)接地合用，長(zhǎng)期以來受到廣泛爭(zhēng)議。下面將依據(jù)有關(guān)國(guó)內(nèi)、國(guó) 際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)直流電源接地線為何可以多點(diǎn)接地、并為何可與保護(hù)接地合用等問題進(jìn)行論述。（1）部標(biāo)明確規(guī)定可以將48VDC正極電源線進(jìn)行重復(fù)接地YDJ 26 89通信局（站）接地設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定中第2.2.2條指出： 、機(jī)房的 直流電源接地垂直引線長(zhǎng)度超過30米時(shí)，從30米處開始，應(yīng)每向上隔一層與接地端子 連接一次?？梢姡繕?biāo)對(duì)48VDC正極電源線重復(fù)接地的做法，非但不否定，而且有明 確要求。同時(shí)可以看出，該規(guī)定的原意是重復(fù)接地點(diǎn)越多越好。（2 ） ITU-T K.27推薦將48VDC正極電源線多點(diǎn)連接到

11、保護(hù)地在國(guó)際電聯(lián)防護(hù)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(nèi)采用直流回流導(dǎo)體跟接地端子互連的 做法，并且指出是沿直流回流導(dǎo)體全長(zhǎng)進(jìn)行廣泛地互連。該建議中的接地端子對(duì)應(yīng)到國(guó)內(nèi)規(guī) 范即是指保護(hù)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(hù)地僅有單點(diǎn)連 接）的星形接地方式。但同時(shí)申明：使用隔離直流回流導(dǎo)體時(shí)，需要隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)視，檢查其 隔離情況。如果在維護(hù)工作期間或作為維護(hù)的后果，違反了隔離這一要求，可能導(dǎo)

12、致系統(tǒng)運(yùn) 行故障或在雷電或電力故障期間甚至產(chǎn)生物理損壞?？梢钥闯觯琁TU-T K.27不但允許直流電源接地和保護(hù)接地合用，并且推薦將它們進(jìn)行 廣泛互連。（3 ） ETS 300 253規(guī)定48VDC正極電源線和保護(hù)地至少要進(jìn)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(gè)電信設(shè)備用直流回流導(dǎo)體至少應(yīng)該在以下點(diǎn)連接到公共接地網(wǎng)（保護(hù)接地裝置）： 在主接地端子、直流配電盤、

13、以及在網(wǎng)狀BN結(jié)構(gòu)中至少一點(diǎn)連接到系統(tǒng)參考地平面。同 時(shí)，在該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電信大樓內(nèi)通信設(shè)備連接圖中也明確地示出設(shè)備的直流回流導(dǎo)體和設(shè)備 的保護(hù)地線應(yīng)在設(shè)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(hù)接地進(jìn)行短接的做法，是國(guó)內(nèi)國(guó)際相關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)所允許和推薦的。三、接地基準(zhǔn)點(diǎn)（ERP ）的選擇依據(jù)2.1及2.2節(jié)所述，基站電源的防雷接地、保護(hù)接地和直流電源接地應(yīng)該合用，即應(yīng)接至同一共用接地系統(tǒng)。但是，這 、三地合一的點(diǎn)是取自接地體、機(jī)房接地排、基 站電源機(jī)架還是其它什么地方呢？這實(shí)際上涉及到如何選擇接地基準(zhǔn)點(diǎn)的問題。接地基準(zhǔn)點(diǎn)即Earthing Reference Point，是指一信息設(shè)備或

14、系統(tǒng)的等電位連接網(wǎng)絡(luò)與 共用接地系統(tǒng)之間唯一的一點(diǎn)連接點(diǎn)。實(shí)際上，接地基準(zhǔn)點(diǎn)并不是一個(gè)點(diǎn)，而必然有足夠的 大小，以適應(yīng)等電位連接導(dǎo)體的連接。接地基準(zhǔn)點(diǎn)只存在于星型（S型）等電位連接網(wǎng)絡(luò)中。這是因?yàn)?，在網(wǎng)狀（M型）等 電位連接網(wǎng)絡(luò)中，必定是有多點(diǎn)連接到共用接地網(wǎng)，是多點(diǎn)接地，故沒有要選取接地基準(zhǔn)點(diǎn) 的問題。選擇接地基準(zhǔn)點(diǎn)的目的是保障設(shè)備及系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這也是判斷接地基準(zhǔn)點(diǎn)選擇恰當(dāng) 與否的標(biāo)志。從防雷保護(hù)角度看，接地基準(zhǔn)點(diǎn)越靠近設(shè)備越好，因?yàn)樵谶@種情況下用于連接 設(shè)備和接地基準(zhǔn)點(diǎn)的等電位連接導(dǎo)體的長(zhǎng)度可以做到最短，從而能保證在雷電流通過時(shí)等電 位連接導(dǎo)體兩端的電壓降最低。四、接地電阻值根據(jù)YD5

15、068-98移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，基站的接地電阻值應(yīng) 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(zhì) 很差、大地電阻率極高，實(shí)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(huì)有什么影響呢？大量實(shí)踐表明，移動(dòng)通信基站的接地電阻值是從幾歐姆到幾十歐姆不等。對(duì)于正在運(yùn)行 的基站設(shè)備，接地電阻值的大小對(duì)其技術(shù)參數(shù)以及信號(hào)傳輸質(zhì)量沒有任何影響。即接地電阻 值是大還是小，都不會(huì)影響到基站設(shè)備的正常工作。從防雷保護(hù)角度上講，接地電阻值是越小越好。這主要是因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)流過雷電流時(shí)會(huì) 使地電位升高，從而產(chǎn)生危險(xiǎn)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(shí)施共用接地以及改進(jìn)接地線敷 設(shè)等方法，可以保證在雷擊時(shí)基站內(nèi)各處電位基本同樣上升，這樣基站設(shè)備內(nèi)部或基站設(shè)備 間沒有危險(xiǎn)的電位差出現(xiàn)，從而可以確?；驹O(shè)備的安全。因此，對(duì)基站的接地電阻值的要求不必過于嚴(yán)格，應(yīng)在力所能及、經(jīng)濟(jì)合理的前提下盡 可能地做小。五、基站電源的接地方法依據(jù)IEC 61312系列標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于防雷區(qū)劃分及實(shí)施等電位連接的理論，可以發(fā)現(xiàn)，基站 電源以機(jī)殼為界面，其內(nèi)部和外部的電磁環(huán)境參數(shù)明顯不一樣，應(yīng)分屬不同的防雷區(qū)?；?電源內(nèi)各部件均應(yīng)在這兩個(gè)防雷區(qū)的交界處，亦即機(jī)架上進(jìn)行防雷等電位連接，以提高基

17、站 電源設(shè)備整體的瞬態(tài)過電壓耐受水平。實(shí)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(dǎo)體，一般是用銅芯導(dǎo)線 或銅排；二是使用電涌保護(hù)器（SPD）。使用電涌保護(hù)器的解決方案，只應(yīng)在確實(shí)無法使 用導(dǎo)體直接短接的情況下才應(yīng)被采納，這是因?yàn)橐坏┦褂秒娪勘Ｗo(hù)器就必然存在成本、監(jiān)測(cè) 與維護(hù)等問題。對(duì)于基站電源的保護(hù)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(dǎo)體進(jìn)行互連的。基站電源因容量較小，往往被設(shè)計(jì)成一體化機(jī)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(jī)架內(nèi)，這是基站電源在結(jié)構(gòu)上的突出特點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)，使 得基站電源的保護(hù)接地、防雷接地和直

18、流電源接地均是從同一機(jī)柜內(nèi)引出，為在機(jī)架上將它 們短接、從而實(shí)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(hù)接地、防雷接地和直流電源接地在機(jī)架上短接后，只要保證在基站電 源內(nèi)部的接地網(wǎng)絡(luò)是星型的，即將基站電源的接地基準(zhǔn)點(diǎn)選在其機(jī)架上，在理論上便不會(huì)有 與雷電流相關(guān)聯(lián)的低頻電流進(jìn)入基站電源，而基站電源本身亦不會(huì)因此產(chǎn)生額外的注入大地 的電流。長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)也表明，采取這種接地方法后，對(duì)基站電源和其它基站設(shè)備的工作沒有 任何不良影響。當(dāng)采用目前比較普遍的將直流電源接地線引出機(jī)架后再同保護(hù)接地及防雷接地短接的做 法時(shí)，由于短接處一般是在機(jī)房接地排甚至是在接地網(wǎng)，它離基站電源相對(duì)較遠(yuǎn)，在基站低 壓供