移動通信鐵塔對周邊建筑物防雷的影響及解決方法

何治東

【摘要】坐落在居民密集的民用建筑上的鐵塔更易產(chǎn)生雷擊的二次效應(yīng)，引發(fā)附近居民住宅樓、辦公樓內(nèi)家用電器、計算機等電子設(shè)備的損壞，造成財產(chǎn)損失，甚至威脅到人身安全。對電磁敏感的設(shè)備及與大面積的線路相連接的設(shè)備，都可能會受到雷擊的間接影響和損壞。其距鐵塔的距離越小，所面臨的危害程度越大。本文分析了移動通信鐵塔對周邊建筑物防雷的影響，并提出了相應(yīng)的解決辦法。

【關(guān)鍵詞】移動通信;鐵塔;周邊建筑物;防雷;解決方法

【 abstract 】 is located in dense civil construction on the residents of the towers are more likely to have struck by lightning secondary effect, cause nearby residents residential buildings and in the office building domestic electric appliances, computer and other electronic equipment damage, property damage, and even threaten the security of person. On the electromagnetic sensitive equipment and with a large area of the circuit connected devices, was likely to get struck by lightning indirect effects and damage. The Eiffel Tower is the smaller the distance, the greater the damage degree of face. This paper analyzes the mobile communication tower of the neighboring building lightningproof influence, and puts forward the corresponding solutions.

【 keywords 】 mobile communication; Eiffel Tower; Surrounding buildings; Lightning protection; solution

中圖分類號： TN929.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

通信高塔的存在對于其臨近的建筑物來說，雷擊環(huán)境的改變是不爭的事實。與野外基站鐵塔相比，坐落在居民密集的民用建筑上的鐵塔更易產(chǎn)生雷擊的二次效應(yīng)，引發(fā)附近居民住宅樓、辦公樓內(nèi)家用電器、計算機等電子設(shè)備的損壞，造成財產(chǎn)損失，甚至威脅到人身安全。對電磁敏感的設(shè)備及與大面積的線路相連接的設(shè)備，都可能會受到雷擊的間接影響和損壞。其距鐵塔的距離越小，所面臨的危害程度越大。因此，除了嚴格做好基站鐵塔本身的防雷措施外，還須對周邊環(huán)境帶來的雷災(zāi)影響進行評估，并綜合運用分流、屏蔽、等電位聯(lián)結(jié)、共用接地等防雷技術(shù)，做好鄰近建筑物的整體防護，從根本上減少雷擊損失，避免事故擴大。

一、移動通信鐵塔對周邊建筑物防雷的影響

1、雷擊效應(yīng)對臨近區(qū)域的干擾分析

（1）空間電磁輻射脈沖

依據(jù) 《 電子計算機機房設(shè)計規(guī)范 》GB50174-93， 在雷電活動時，磁場強度達到800A/m時，無屏蔽的計算機等電子設(shè)備將有造成損壞的威脅。鐵塔接閃時作為獨立避雷針看待，在接閃后 泄放雷電主放電電流時，在與其距離為 r 的圓圈上產(chǎn)生的最大的磁場強度 H 為：

H=I0/2πr（3）

其中， I0 （KA） 是可能接閃的雷電流幅值，r 為距離 （km）

當(dāng)雷電流強度I0 按二類最大雷電流取150KA 時， 其損害無屏蔽保護的微電子設(shè)備的覆蓋 半徑（ H ＞800A/m） 為 ： r =I0/2πH， 約 為0.03km， 即 30m。 也就是說養(yǎng)鴿場內(nèi)鐵塔 周邊30m 內(nèi)的無屏蔽保護的計算機等弱電設(shè)備， 有遭受雷擊電磁輻射脈沖損壞的威脅。

事實上800A/m 的磁場強度，若用磁感應(yīng)強度描述大致為 10Gs （B=I0/2πrK； K 為系數(shù)取7．96×105）； 按美國研究報告 （AD-72275） 所指出的：在雷電活動時，若磁感應(yīng)強度達到B＝2．4Gs，將可能發(fā)生器件永久性損壞的話， 無屏蔽保護的計算機等設(shè)備可能受損范圍將擴大到 120m 以上。

（2）靜電感應(yīng)

當(dāng)雷云靠近而又未接閃時， 地面上與雷云所攜相異的電荷以塔尖為中心集聚， 這一過程

是漸進的， 電場經(jīng)逐步累積而漸強。 當(dāng)高塔接閃后， 雷云迅速放電， 這些累積的電荷因失去束縛， 將以 RC 電路放電的形式快速入地， 在養(yǎng)鴿場區(qū)域內(nèi)的各種金屬導(dǎo)體上形成強大的沖擊電流， 與其相連接的電子設(shè)備也將承受這一沖擊， 一旦過載嚴重， 必也會受損。

（3）電磁感應(yīng)

通信塔接閃， 雷電流沿通道迅猛入地， 形成強大的瞬變電磁場。 穿過臨近的養(yǎng)鴿場建筑物內(nèi)的各種導(dǎo)體所圍成的區(qū)間的磁力線瞬變會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 在某一金屬開口環(huán)上， 感應(yīng)的最大電壓如下式：

Uoc/max=μ0?b?l?H1/max ／ T1（V）（4）

式中μ0—真空的磁導(dǎo)系數(shù)，其值等于4π?10－7［V?S ／ （A?m）］

b—環(huán)路的寬 （m）

l—環(huán)路的長 （m）

H1/max—LPZ1 區(qū)內(nèi)最大的磁場強度（A/m），

T1—雷電流的波頭時間 （S）

因為T1值很小，此值可能很大而形成擊穿，造成雷災(zāi)。

（4）瞬態(tài)地電位抬高

通信塔作為避雷針在接閃時， 塔體上任一點的暫態(tài)電位 Um 為：

Um＝ Rgi0＋L0 ×di/dt（5）

式中 Rg 為防雷接地電阻， i0 為雷電流， L0為單位引下線的自電感。 由于雷電流波頭很陡，di/dt 很大， 所以 Um 可以達到很高的數(shù)值。 通信塔接閃時必造成其瞬間地電位的大幅度抬升 ，相對于周邊建筑物的地電位有一個很大的暫態(tài)電位差， 高塔接地部件與臨近建筑物及其所布設(shè)的線纜間將會產(chǎn)生高的暫態(tài)電壓， 造成對場所內(nèi)弱電設(shè)備形成 “反擊” 的危險。

2、臨近建筑物因建塔所需的防雷加強

不管通信塔離臨近建筑物是有一定距離的（未共地），還是緊靠在一起甚至是通信塔就建于其樓頂，為了建筑物內(nèi)人和設(shè)備的安全，防雷保護要相應(yīng)的加強。對建筑物的防雷分類和其內(nèi)弱電設(shè)備的防護級別，應(yīng)計算落雷概率，因高塔影響各參數(shù)項的計算取值，絕大部分情況雷電防護級別會提高。 而從經(jīng)濟角度來說 ，該建筑物因為高塔的建成所需要增加的防雷投入，也就是其相對于無此鐵塔時，尚需要加強的各項措施的投入總和。

（1）建筑物空間屏蔽的加強

一般的建筑物內(nèi)， 電子設(shè)備肯定有， 所以初級屏蔽必不可少， 框架建筑因構(gòu)造時縱橫鏈接的鋼構(gòu)框架可形成初級屏蔽； 對于本身忽視（如養(yǎng)鴿場建筑較矮）直擊雷防護的非框架

建筑，應(yīng)采用避雷帶加多條引下線的方式組成粗的法拉第籠， 以保證一般用電設(shè)備的安全。對于弱電機房等， 還應(yīng)按式

H1=H0/10SF/20 （6）

的要求進行機房空間屏蔽 （式中： H0： 無屏蔽區(qū)域場強； H1： 屏蔽后場強； SF： 屏蔽系數(shù)），使 H1＜800A/m （或更高要求按前述將磁感應(yīng)強度限制在 2．4Gs 以內(nèi)）， 嚴防強磁場的侵入。

對于塔建于樓頂?shù)那闆r， 若塔基有多條引線連接樓頂避雷帶， 又有多條引下線入地， 那就等同于采用了共用接地的防雷系統(tǒng)， 應(yīng)與臨近的建筑物同等對待。 關(guān)鍵是要保證多點下引。

（2）線路屏蔽的加強

由于通信塔頻繁接閃時電磁環(huán)境的改變 ，臨近通信塔布設(shè)的各種電源、 信號線路均應(yīng)穿金屬管 屏蔽。 按 GB50057-94 （2000 年版 ） 的描述： 兩端接地的屏蔽層， 在其屏蔽長度滿足規(guī)定要求時， 可視為完整有效的屏蔽。 屏蔽層能導(dǎo)走大部分雷電流， 屏蔽效能可按衰減到原來的 30％估算， 即達到 10dB 以上的屏蔽效能。

（3）均壓和浪涌防護措施的加強

因為防護級別的提高而對接地、浪涌保護的要求提高： 應(yīng)采用相應(yīng)級數(shù)的 SPD 分流限壓措施將弱電設(shè)備前端的高壓脈沖限制在 1500V以內(nèi)，并確保弱電場所的均壓和等電位措施到位，避免在雷擊時產(chǎn)生大的瞬態(tài)電位差。

二、移動通信鐵塔對周邊建筑物防雷影響的解決方法

經(jīng)調(diào)查分析表明，通信鐵塔對所在建筑物及鄰近建筑有一定的防直擊雷作用，但由于鐵塔高度較高，致使其自身落雷概率增加，而雷擊鐵塔時產(chǎn)生的二次效應(yīng)會在附近建筑物內(nèi)外的金屬導(dǎo)線、金屬構(gòu)件及電氣等電位不良處，產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)，包括線路的雷電感應(yīng)、地電位反擊、高電位引出（引入）及雷電電磁脈沖等，造成設(shè)備損壞和財產(chǎn)損失。針對以上問題，解決方法有以下幾種:

1、通信基站在選址時，要考慮鐵塔對周邊雷電環(huán)境的影響，作雷擊風(fēng)險評估，并對可能發(fā)生的雷電危害做好相應(yīng)的防護措施。

2、確保鐵塔與建筑物的安全 距離 電 磁感應(yīng)的強度隨距離成級數(shù)減小，距離越遠，電磁強度也越小。

3、如果基站及建筑物均已建 成，在鐵塔與建筑物無法保證安全距離的情況下( 如鐵塔設(shè)置在建筑物屋面) ，還需加強就近建筑物內(nèi)部設(shè)備的雷電電磁脈沖防護措施。

4、采取完備的內(nèi)部雷電電磁脈沖防護措施:

第一、做好配電系統(tǒng)接地。重新做好配電接地，并盡量改造成TN-S制式。

第二、在設(shè)備較多的辦公室、機房等設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié)銅排，將設(shè)備電源地、靜電地、保護地、金屬門窗、浪涌保護裝置接地分別就近連接到該銅排。

第三、合理布線。網(wǎng)絡(luò)線進出盡量從建筑物內(nèi)部走線，若無法由內(nèi)部進出，則在建筑外墻經(jīng)由金屬屏蔽槽或屏蔽管走線。屏蔽管、槽在穿越建筑物墻體時做好接地，屏蔽管槽的布設(shè)盡量遠離作為引下線的結(jié)構(gòu)柱，減小感應(yīng)強度。

第四、電源系統(tǒng)和信號系統(tǒng)按規(guī)范要求設(shè)置浪涌保護裝置。

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