移動通信基站的雷電防護(hù)

梅容芳　蔡百川　李秀英

摘 要：在日趨惡劣的通信環(huán)境下，可靠的雷電防護(hù)已成為移動通信基站能否安全運(yùn)行的重要保障。本文將從雷電的類型、雷電對基站的危害和雷電防護(hù)方法三個方面論述移動通信基站的雷電防護(hù)。

關(guān)鍵詞：雷電防護(hù)；直擊雷；接閃器；聯(lián)合地網(wǎng)

1.引言

移動通信基站是由電源系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和主設(shè)備組成的一個綜合系統(tǒng)，分城區(qū)站、城郊站和高山站，故絕大部分的基站是位于高樓或是高山上，其海拔高度均要高于周邊的其他建筑物，尤其是暴露在外的天饋部分則自動成為了雷擊的選擇對象，通信鐵塔作為雷電對地放電的主要接閃通道，很容易導(dǎo)致其他基站設(shè)備遭受雷擊。因此，移動通信基站的雷電防護(hù)成為近年來通信行業(yè)研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn)課題之一，具有十分重要的實(shí)際意義。

2.雷電的類型

雷電是天空中帶電云層對地面物體產(chǎn)生的劇烈放電現(xiàn)象，通常伴有閃電和雷鳴，分直擊雷、電磁脈沖、球形雷、云閃四種。

其中，電磁脈沖受感應(yīng)作用所致將主要影響電子設(shè)備；云閃則對人類危害最小，它主要發(fā)生在兩塊云之間或一塊云的兩邊；而直擊雷和球形雷都會對人和建筑造成危害，直擊雷首先通過在云體上聚集大量電荷，然后以某個建筑物、鐵塔或者空曠地方的一個人作為通道將電荷泄放，把人或者建筑物給擊傷，它是威力最大的雷電，球形雷的威力比直擊雷小。

3.雷電對移動通信基站的危害

當(dāng)移動通信基站遭受雷擊時，主要表現(xiàn)為直擊雷、感應(yīng)雷、地電位反擊3種危害形式。

（1）直擊雷：指帶電的云層與基站鐵塔、機(jī)房或其它設(shè)施之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，其持續(xù)時間極短，通常只有幾u(yù)s到幾百us， 電壓峰值通?？蛇_(dá)幾萬伏甚至幾百萬伏，電流峰值可達(dá)幾十KA乃至幾百KA。如果雷電直接擊中移動通信基站鐵塔、通信沒備、通信電纜和維護(hù)人員，可能會造成沒備損壞、人員傷亡和電氣短路，甚至引起火災(zāi)等嚴(yán)重后果。

（2）感應(yīng)雷：是雷電在雷云之間或雷云對地放電時在附近的戶外傳輸信號線路、地埋電力線、設(shè)備間連接線產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備進(jìn)而損壞設(shè)備的現(xiàn)象，又分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷，靜電感應(yīng)雷是由于帶電積云接近地面，在架空線路導(dǎo)線或其他導(dǎo)電凸出物頂部感應(yīng)出大量電荷引起的；電磁感應(yīng)雷是由于雷電放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場引起的。感應(yīng)雷發(fā)生的概率較大，其破壞力不及直擊雷，但它損壞的通常是通信設(shè)備的核心器件，甚至?xí)ㄟ^基站供電線和信號中繼線等傳輸?shù)狡渌荆率估缀Ψ秶鷶U(kuò)大，因此，一般會說移動通信基站的防雷主要是防感應(yīng)雷。

（3）地電位反擊：是建筑物的外部防雷系統(tǒng)遭受直接雷擊，則在接地電阻的兩端產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，當(dāng)雷電流沿基站附近的避雷器對地泄放時，由于接地電阻的存在引起基站的地電位升高，反向擊穿基站內(nèi)部設(shè)備或在沒有離開足夠的安全距離的兩個地網(wǎng)之間，其中一個地網(wǎng)接受了雷電流，產(chǎn)生高電位，則向沒有接受雷擊的地網(wǎng)產(chǎn)生反擊的現(xiàn)象。

4.移動通信基站的雷電防護(hù)方法

20世紀(jì)90年代作為防雷工作大發(fā)展的十年，國際上國際電工委員會頒布了IEC系列防雷標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)頒布了基于IEC標(biāo)準(zhǔn)的國標(biāo)，各相關(guān)行業(yè)將防雷要求列入標(biāo)準(zhǔn)，一直到現(xiàn)在，大家都在努力研究有效防止雷擊的方法和措施。

（1）“引”，通過接閃器進(jìn)行雷電防護(hù)

接閃器是目前公認(rèn)的防直擊雷的最有效方法，它又叫避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)等。這類設(shè)備的防雷原理是將雷電引向自身而防止了被保護(hù)物被雷電擊中。

有鐵塔的移動通信基站其鐵塔本身是最好的接閃器，但需要特別注意的是鐵塔四周與屋頂避雷帶的電氣連接；如果移動通信基站附近無鐵塔的，則宜優(yōu)先采甩避雷網(wǎng)作為建筑物的接閃器；如果屋面有天線等通信設(shè)施可在局部加裝避雷針保護(hù)，以減小通信站的雷擊溉率。其中避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸應(yīng)不大于10 m×10m，避雷針應(yīng)與避雷網(wǎng)可靠連接。

（2）“導(dǎo)”，通過引下線進(jìn)行雷電防護(hù)

引下線這類設(shè)備的防雷原理是將接閃器接閃的雷電流及時安全地導(dǎo)入大地，要求至少有兩根，也可采用多根，這樣在提高防雷裝置可靠性的同時大大降低沿線壓降，減少側(cè)擊危險(xiǎn)，讓雷電流均勻入地，便于地網(wǎng)散流，均衡地電位，減小感應(yīng)雷的危險(xiǎn)。此外，還需要特別注意引下線與接閃器之間是否良好接地和做防腐處理，以確保及時有效地將雷電流導(dǎo)入大地。

在布置引下線時要注意幾個方面：

首先，相互之間的間距控制在18m以內(nèi)，如果是在重要交換局和100m以上的通信樓，則其間距應(yīng)控制在12m以內(nèi)，沿建筑物四周均勻?qū)ΨQ布置；

其次，如果要加長則需要采用lO mm的圓鋼或相同面積的扁鋼，與各層均壓環(huán)焊接。

最后，對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，引下線可用建筑物內(nèi)的鋼筋來完成；有鐵塔的移動通信基站，可用鐵塔本身作為引下線。

（3）“消”，通過接地體進(jìn)行雷電防護(hù)

接地體，是指在土壤中埋下起散流作用的直徑大于50mm，壁厚大于3.5mm鋼管、尺寸不小于50mm×50mm×5mm的角鋼或尺寸不小于40mm×4mm的扁鋼作為導(dǎo)體將雷電流安全有效地導(dǎo)入大地，實(shí)際應(yīng)用中多采用接地體應(yīng)采用多根接地體連接成環(huán)型，以方便雷電流的散流和內(nèi)部電位的均衡，從而消除雷電流的影響。

在安裝地網(wǎng)時應(yīng)注意：垂直接地體一般為1.5-2.5m，埋深0.8m，地極間隔5m，水平接地體應(yīng)埋深lm，向建筑物外引出的長度應(yīng)控制在50m以內(nèi)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的移動通信基站需采用建筑物基礎(chǔ)鋼筋做接地體。

（4）“避”，通過聯(lián)合地網(wǎng)進(jìn)行雷電防護(hù)

聯(lián)合地網(wǎng)是移動通信基站內(nèi)所有設(shè)備共用的接地裝置，將基站的機(jī)房、變壓器臺、鐵塔的接地裝置連接起來，通過合理布置接地線，實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備間的等電位，從而避免了之前分離地網(wǎng)因接地線和接地電阻不同而產(chǎn)生的電位差。因?yàn)榛镜鼐W(wǎng)地電位是否均衡直接影響整個基站接地網(wǎng)的防雷效果，因此在工程建設(shè)時需要注意，從基站鐵塔地網(wǎng)引入至基站內(nèi)部接地排時，必須從地網(wǎng)四周的兩點(diǎn)以上引出扁鋼并禁止從地網(wǎng)四角引出，在走線架旁增設(shè)環(huán)型均壓環(huán)，同時嚴(yán)格保證接地排與整個地網(wǎng)間可靠的閉環(huán)、電氣連接和防腐處理。

5.結(jié)語

通過對現(xiàn)工作單位所在宜賓市翠屏區(qū)某移動通信公司基站進(jìn)行的現(xiàn)場勘查，據(jù)宜賓市氣象局、市防雷中心和四川省雷電監(jiān)測資料統(tǒng)計(jì)，本地區(qū)屬于雷電多發(fā)區(qū)，每年3月份就進(jìn)入雷暴期，一直持續(xù)到10月份，整個雷暴期長達(dá)8個月，其中6、7、8、9月份為雷暴高發(fā)期，因此每年遭受雷擊的通信基站數(shù)量很多，受損嚴(yán)重，根據(jù)現(xiàn)場勘察的結(jié)果，目前基站在建造時已嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)安裝了較為成熟的直擊雷防護(hù)系統(tǒng)，因而遭受直擊雷的概率大大降低，基站受損多數(shù)是由于感應(yīng)雷和地電位反擊兩種雷電危害造成的，其中80%左右是由感應(yīng)雷引起的。

因此，移動通信基站的雷電防護(hù)應(yīng)作為一項(xiàng)綜合系統(tǒng)工程，應(yīng)根據(jù)各地地理環(huán)境和氣象條件，結(jié)合現(xiàn)有移動通信基站雷電防護(hù)設(shè)備設(shè)施建設(shè)情況和產(chǎn)生雷災(zāi)的主要原因與引入雷災(zāi)的主要途徑進(jìn)行方案綜合設(shè)計(jì)，在雷電流引入基站的一切通道上綜合采用引、導(dǎo)、避、消、防、堵等方法，減小雷電對移動通信基站設(shè)備和相關(guān)人員的危害，降低經(jīng)濟(jì)損失，提升雷電防護(hù)能力和水平。

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