通訊基站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)方案淺析

盧克明

(四川省電力公司廣安電業(yè)局，四川 廣安 638000)

通訊基站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)方案淺析

盧克明

(四川省電力公司廣安電業(yè)局，四川 廣安 638000)

現(xiàn)今社會(huì)是信息的時(shí)代，也是通信行業(yè)迅速發(fā)展的時(shí)代，全球各地都離不開(kāi)通信行業(yè)。通訊基站也遍布到世界的各個(gè)角落。目前，因?yàn)槿祟?lèi)的人口劇增，加之經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致地球氣候多變，極端氣候也越來(lái)越多。其中雷擊災(zāi)害天氣對(duì)通訊基站的影響最為嚴(yán)重。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通訊基站已經(jīng)從大規(guī)模化過(guò)度為集成化、小型化。通訊基站設(shè)備屬于微電子設(shè)備，所以通訊基站是否能正常進(jìn)行運(yùn)作是關(guān)系到移動(dòng)通信的重要前提條件，正是因?yàn)榇嗽颍Y(jié)合可續(xù)技術(shù)手段，通訊基站的抗雷電和抗電子干擾能力越來(lái)越高。通訊基站在進(jìn)行建設(shè)的同時(shí)已經(jīng)安裝了一些避雷裝置，雖然已經(jīng)做了預(yù)防措施，但是基站還是會(huì)因?yàn)槔讚舳斐赏ㄓ嵵袛?，從而給工作和生活帶來(lái)很多不便甚至造成損失，那么，如何做好通訊基站的綜合防雷工作，保障通訊系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行是我們首要考慮的問(wèn)題。

通訊基站；防雷設(shè)計(jì)；輻射；雷電襲擊

通訊基站防雷工作是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)，系統(tǒng)性高的雷電防護(hù)工程，通訊基站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)主要是從基站的構(gòu)成特點(diǎn)、地理環(huán)境、系統(tǒng)設(shè)備工程界面等方面進(jìn)行全面考慮。通訊基站主要構(gòu)成部分為供電電源設(shè)施以及通信信號(hào)傳輸、基站系統(tǒng)設(shè)備。供電電源設(shè)施與通信信號(hào)傳輸設(shè)備之間的各個(gè)設(shè)備緊密連接，共同構(gòu)成基站通訊系統(tǒng)。從防雷的角度來(lái)看，這些設(shè)備引入雷電的危害形式是多種多言過(guò)的。這些危害性是組要包括接雷擊、感應(yīng)雷擊、電磁脈沖輻射、雷電過(guò)電壓侵入和雷擊高電壓反擊。假如說(shuō)，某一設(shè)備遭受到雷電的襲擊，就一定會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)程度的破壞，同時(shí)也會(huì)直接或間接的影響到與其相連接的其他設(shè)備，進(jìn)而影響通訊設(shè)備的正常運(yùn)作。

根據(jù)通訊基站遭受雷擊的不同情況，我們將通訊基站的組成概括為基站鐵塔、基站店里、信號(hào)傳輸和基站機(jī)房，本文將對(duì)通信基站的整體防護(hù)進(jìn)行分析，詳細(xì)分析每一組成部分中各設(shè)備設(shè)施的具體提防雷設(shè)計(jì)和措施，并應(yīng)用這些措施對(duì)通訊基站進(jìn)行防雷方案的具體設(shè)計(jì)。

一、雷電對(duì)通訊基站的危害

雷電是一種自然現(xiàn)象，是大自然中強(qiáng)大的脈沖放電過(guò)程，雷電入侵移動(dòng)通信基站所造成的破壞是多渠道的，破壞力是巨大的主要有通過(guò)接地系統(tǒng)危害、通過(guò)信號(hào)傳輸危害、通過(guò)基站電力傳輸危害和通過(guò)鐵塔天線(xiàn)部分危害。雷電有天空中不同帶電云層之間、帶電云層和建筑物之間等等。經(jīng)過(guò)總結(jié)分析，我們一般情況下將雷電放電對(duì)通訊基站系統(tǒng)設(shè)備可能產(chǎn)生的危害形式主要?jiǎng)澐譃椤苯永讚粲绊?、感?yīng)雷擊、雷電過(guò)電壓侵入和高電壓反擊。下面我們進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 直接雷擊影響

在雷暴活動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，雷云直接通過(guò)人體、建筑物或設(shè)備等對(duì)地放電所產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象，稱(chēng)之為直接雷擊。此時(shí)雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產(chǎn)生的高電位，我們可由基站天線(xiàn)和機(jī)房遭受直擊雷的情況看出它對(duì)基站的危害。當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)并擊中基站機(jī)柜或基站機(jī)房時(shí)，強(qiáng)大的雷電電流就能迅速將電能轉(zhuǎn)換為熱能，雷電流的高溫?zé)崮苣軌蛞l(fā)機(jī)房等建筑物發(fā)生大火燃燒，甚至還會(huì)致使金屬柜融化發(fā)生爆炸事故。在雷電流流過(guò)的通道上，物體水分受熱迅速汽化，進(jìn)而發(fā)生劇烈膨脹，因此會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊性機(jī)械力，因而可使機(jī)房建筑物結(jié)構(gòu)斷裂破壞，導(dǎo)致人員和設(shè)備破壞?；咎炀€(xiàn)也是雷擊的主要破壞點(diǎn)，天線(xiàn)大多設(shè)置在機(jī)房的房頂之上，也有一少部分安裝字鐵塔上，從防雷的角度來(lái)看，基站天線(xiàn)就成為了在周?chē)h(huán)境中十分突出的雷擊目標(biāo)。

2 感應(yīng)雷擊

在發(fā)生閃電的過(guò)程中，雷電的活動(dòng)區(qū)域內(nèi)幾乎會(huì)同時(shí)出現(xiàn)三種物理現(xiàn)象——靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電磁脈沖輻射。其中靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種物理現(xiàn)象是造成感應(yīng)雷擊的主要危害形式。感應(yīng)雷擊與直接雷擊相比，其猛烈程度相對(duì)較小，但發(fā)生幾率高很多。

3 雷電過(guò)電壓侵入

基站機(jī)房建筑物不處于雷暴活動(dòng)區(qū)域內(nèi)時(shí)或者處于雷暴活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，但機(jī)房設(shè)備已受到防直擊雷的避雷裝置的保護(hù)與屏蔽時(shí)，仍然會(huì)遭受到雷電危害。其原因可能是其原因可能是在電力電纜、同軸電纜或金屬管道上未采用防止雷電過(guò)電壓侵入的措施。

例如雷電過(guò)電壓通過(guò)電力電纜對(duì)基站所造成的危害，直接雷和感應(yīng)雷都可能是只是電力電纜產(chǎn)生過(guò)電壓。這種過(guò)電壓可沿著電力電纜從遠(yuǎn)處雷區(qū)或防雷保護(hù)區(qū)域之外傳來(lái)，并侵入設(shè)備內(nèi)部，使交、直流電源和整流器損壞。由于雷電過(guò)電壓波沿電力電纜傳播的距離遠(yuǎn)，擴(kuò)散面大，特別是當(dāng)?shù)夭o(wú)雷電活動(dòng)，工作人員毫無(wú)準(zhǔn)備的情況下，突發(fā)雷電現(xiàn)象，雷電過(guò)電壓侵入造成的損失也比較嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電子設(shè)備遭受的雷擊事故中，雷電過(guò)電壓沿電源線(xiàn)侵入設(shè)備而造成的雷擊故障，大約要占80﹪。

4 高電壓反擊

在雷電頻繁發(fā)生的活動(dòng)區(qū)域當(dāng)中，當(dāng)雷電閃擊到基站的接閃裝置上時(shí)，及時(shí)接閃裝置的接地系統(tǒng)十分良好，但也會(huì)因?yàn)槔纂娏鞣递^大，波頭陡度高致使雷電流流過(guò)是是接地引下線(xiàn)和接地裝置的電位聚升到成百上千伏。如果基站的接地引下線(xiàn)與各種金屬管道或用電設(shè)備的工作地線(xiàn)間的絕緣距離未達(dá)到安全要求，則可能造成引下線(xiàn)與各種金屬管道或用電設(shè)備的工作地線(xiàn)之間放電。從而使這些金屬管道或用電設(shè)備的工作地線(xiàn)上引入反擊電流，造成工作人員和設(shè)備雷擊事故。

通過(guò)上述情況來(lái)看，通訊基站的防雷既要做到能防直擊雷，又要能防感應(yīng)雷，既要防止高電壓雷電波從金屬線(xiàn)纜輸入，又要防止高電壓的反擊。

二、防雷的設(shè)計(jì)方案

在機(jī)房的內(nèi)部直流工作地、保護(hù)接地、安全接地接到一個(gè)總接地匯集線(xiàn)上；一級(jí)電源避雷器接地、二級(jí)電源避雷器接地、光纜加強(qiáng)芯以及金屬防護(hù)層接地應(yīng)該獨(dú)立接入另外一個(gè)總接地匯集線(xiàn)上，同時(shí)考慮選擇合理的接地導(dǎo)線(xiàn)以及接地線(xiàn)的布局。外部防雷設(shè)計(jì)：

建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)應(yīng)按下式確定：

其中N是建筑物預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（次/a），k是校正系數(shù)，在一般情況下取1（位于曠野孤立的建筑物取2，金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1.7，位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風(fēng)口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1.5）；Ng為建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度［次/（km2·a）］；Ae為與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2）。

雷擊大地的年平均密度應(yīng)按下式確定：

Td代表年平均雷暴日，一般都是根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)和氣象站資料來(lái)確定（d/a）。由上述公式算得基站的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，以及屬于第幾類(lèi)防雷建筑物。

在接閃器的設(shè)計(jì)上，首先在鐵塔上安裝避雷針對(duì)建筑物進(jìn)行直接雷保護(hù)，避雷針的高度以及保護(hù)范圍可以根據(jù)建筑物防雷規(guī)范《GB50057-94》中的要求計(jì)算得出，避雷針可用鐵塔作引下線(xiàn)，因鐵塔已良好接地，所以，只需在安裝避雷針時(shí)保證避雷針與鐵塔有良好的電氣連接，并將鐵塔分別在四個(gè)角上與建筑物混凝土內(nèi)的鋼筋相連即可，同時(shí)還要做好防腐處理。

基站天線(xiàn)架設(shè)在屋頂?shù)慕ㄖ镞€應(yīng)該在屋頂女兒墻上敷設(shè)避雷帶，材料為熱鍍鋅圓鋼，直徑12mm。如果還不能完全保護(hù)建筑物，需利用建筑物屋頂?shù)匿摻钭鳛楸芾拙W(wǎng)，對(duì)建筑物以及機(jī)房等進(jìn)行保護(hù)。機(jī)房建筑物避雷網(wǎng)可用建筑物內(nèi)的鋼筋作引下線(xiàn)，同時(shí)建筑物內(nèi)的鋼筋也起到了均壓環(huán)的作用

結(jié)語(yǔ)

在通信遍布全球的這個(gè)時(shí)代，為了保證通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，也保障人們?nèi)粘Ｉ?、工作和學(xué)習(xí)的便利以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，對(duì)移動(dòng)通訊基站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)要做到全面、嚴(yán)密，做好通訊基站系統(tǒng)防雷的工作，保障通訊系統(tǒng)正常、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行是首要考慮的問(wèn)題，也是防止雷電給我們生活帶來(lái)巨大損失的有效途徑，希望在不久的將來(lái)會(huì)有更加完善的防雷設(shè)計(jì)方案來(lái)保障通訊基站的正常運(yùn)作。

[1]劉磊.完善移動(dòng)通信基站的防雷保護(hù)措施[J].山東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（02).

[2]倪榮祥.微波通訊基站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)方案[J].中國(guó)科技博覽，2010（31）.

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