對無線通信塔引發(fā)雷電災(zāi)害的思考

王 堯，閻立娟，豐 雷，王進(jìn)軍

(1.哈爾濱市氣象局，黑龍江 哈爾濱 150080；2.呼蘭區(qū)氣象局，黑龍江 呼蘭150050；3.鶴崗市氣象局，黑龍江 鶴崗 154100)

對無線通信塔引發(fā)雷電災(zāi)害的思考

王 堯1，閻立娟2，豐 雷2，王進(jìn)軍3

(1.哈爾濱市氣象局，黑龍江 哈爾濱 150080；2.呼蘭區(qū)氣象局，黑龍江 呼蘭150050；3.鶴崗市氣象局，黑龍江 鶴崗 154100)

通過對無線通信塔雷電災(zāi)害的分析，采取有利措施，減少無線通信塔引發(fā)雷電災(zāi)害對周圍環(huán)境造成危害。

無線通信塔；雷電；災(zāi)害；分析

1 引言

近年來，無線通信得到了飛速發(fā)展，為了提高通信質(zhì)量和覆蓋率，無線通信塔密度也逐漸增加，從哈爾濱市近年來的雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)看，通信塔周圍的單位、居民區(qū)遭受雷電災(zāi)害的事故也越來越頻繁，加之一些單位的無線通信塔每年只經(jīng)過其系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備檢修，不進(jìn)行防雷專業(yè)年度檢測，存在一定隱患，嚴(yán)重威脅著百姓生命和財(cái)產(chǎn)安全。

2 雷電災(zāi)害概況

2006年6月7日08：20左右，賓縣賓州鎮(zhèn)英杰村一女性村民在一處距某無線通信塔200 m的農(nóng)田地里鏟地時受雷電襲擊，全身著火而死亡。造成此次雷擊事故的主要原因是當(dāng)天雷暴強(qiáng)度大,該村民附近的無線通信塔避雷裝置沒有有效將雷電流導(dǎo)入地下而造成。2007年8月3日10：00木蘭縣某通信公司通信基站造雷擊，基站本身的配電箱被雷擊后燒毀、思倍馳設(shè)備損壞。同時，該無線通信塔西側(cè)500 m范圍內(nèi)20多戶居民的家用電器（包括電視機(jī)、電冰箱、計(jì)算機(jī)、電話等）也在同一時間被擊壞。

3 雷電災(zāi)害分析

以上兩次雷擊事件都是由無線通信塔遭雷擊后導(dǎo)致其它居民或設(shè)備家用電器遭雷擊。無線通信塔高度均在距地面50～100 m之間，并且一些無線通信塔多設(shè)立在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村屯距當(dāng)?shù)鼐用褶r(nóng)作、生活較近的地方，而當(dāng)?shù)氐囊恍┟裼媒ㄖ母叨榷荚? m以下，通信基站電源多是從附近和當(dāng)?shù)鼐用窕煊玫淖儔浩骷芸找搿８浇木用褡舻募矣秒娖骱碗姎庠O(shè)備都沒有接地和安裝防雷裝置。

（1）從雷擊燒毀基站電源配電盤，入戶線和部分設(shè)備燒毀分析原因：一是配電盤空氣開關(guān)或刀閘接處不實(shí)，直擊雷擊中通信鐵塔時強(qiáng)大的感應(yīng)高壓產(chǎn)生電弧引起配電盤起火燒斷入戶線和燒毀部分設(shè)備；二是可能由于雷電瞬間電流超過SPD設(shè)計(jì)能力，造成SPD起火引燃配電盤。

（2）農(nóng)村居民住宅都沒有雷電防護(hù)裝置和接地，電源線都架空敷設(shè)，對直擊雷和雷電感應(yīng)沒有任何防御能力，這是現(xiàn)在農(nóng)村防雷的一個薄弱環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在使用的電視機(jī)、電冰箱、計(jì)算機(jī)、電話機(jī)都屬弱電電器設(shè)備，這些電器設(shè)備承受雷電流的能力相當(dāng)脆弱。通信塔附近住戶家用電器遭雷擊與通信鐵塔泄放雷電流有直接關(guān)系。

（3）瞬間地電位抬高的損害：當(dāng)雷擊中通信鐵塔時，通過鐵塔的雷電流在鐵塔任一點(diǎn)的電位是：U=IRi+LHdi/dt

公式中：I-雷電流，kA；

Ri-接地裝置沖擊電阻，Ω；

L-單位長度電感，約 1.6μH/m；

H-引下線長度,m；

di/dt-雷電流，kA/。

木蘭縣大貴通信鐵塔遭雷擊I=100 kA，波前時間t=2.5 μs,鐵塔高度H=72 m，沖擊電阻（近似工頻電阻）Ri=0.9 Ω則 U=100×103×0.9＋1.6×10-6×72×(100×103)/(2.5×10-6)

=46.98×105=4 698(kV)

可見，瞬間塔基得地單位抬升為4 698(kV)，足以對周圍造成嚴(yán)重的地電位反擊。

（4）靜電感應(yīng)的危害：通信鐵塔接雷泄地后，其周圍感應(yīng)的靜電高壓不能立即泄掉，高壓局部地區(qū)對地的散流電阻（R）越大，放電時間越長，它符合RC放電規(guī)律，即：

Vt=Ve-t/Rc

這個局部感應(yīng)高壓在低壓架空線路上可達(dá)100 kV左右，電視信號線、電話網(wǎng)絡(luò)信號線上可達(dá)50 kV左右。這種感應(yīng)高壓輕而易舉的就可以把住戶沒安裝防雷裝置的電子設(shè)備和電器擊壞。

（5）電磁感應(yīng)的危害：通信鐵塔接雷泄地后，在周圍會產(chǎn)生強(qiáng)大的變化磁場，這鐘電磁場會在周圍導(dǎo)體中感應(yīng)出較大的電動勢。在金屬環(huán)路開口處感應(yīng)最大的電動勢遵循下式：

木蘭大貴通信鐵塔遭雷擊擊壞家用電器距離通信鐵塔最遠(yuǎn)的500 m，因?yàn)檗r(nóng)村住戶的低壓電源線路、電話線路、有線電視線路高低交錯縱橫，我們可以看成在500 m范圍內(nèi)有多個開口環(huán)，雷擊鐵塔泄流時產(chǎn)生強(qiáng)大的變化磁場在這些環(huán)路中產(chǎn)生高電勢給家用電器造成嚴(yán)重破壞。

計(jì)算一下離鐵塔500 m有10 m開口環(huán)，雷擊I=100 kA，波前時間 t=2.5 μs，它的感應(yīng)最大電動勢為：Em=2×10-7×l·ln（510/500）·（105/2.5×10-6）=1.58 kV

4 結(jié)論

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，各種電器設(shè)備走進(jìn)千家萬戶。但是，我國農(nóng)村的防雷意識還非常淡薄，防御雷電的能力十分脆弱。因此，無線通信運(yùn)營商在設(shè)計(jì)建設(shè)通信基站時要盡量遠(yuǎn)離居民區(qū)，避免或減少通信鐵塔接閃電時產(chǎn)生強(qiáng)度較大的電磁脈沖給周圍居民造成危害。

TU895

A

1002-252X(2010)03-0037-02

2010-6-6

王堯(1975-)，男，黑龍江省通河縣人，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，本科生，工程師.