一起移動(dòng)通信基站及臨近民居雷災(zāi)的分析與思考

李韜，李順，梁毅

（1．賀州市氣象局；2．鐘山縣氣象局）

賀州市位于桂東北，在桂、粵、湘三省交界處。屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，市內(nèi)地形地貌各異，山嶺河流交錯(cuò)，造成市內(nèi)雷電天氣多發(fā)，通信基站幾乎每年都有雷災(zāi)發(fā)生，同時(shí)隨著移動(dòng)通信基站的密集建設(shè)，在郊區(qū)及農(nóng)村移動(dòng)通信基站距離民居越來越近，臨近基站的民居時(shí)常發(fā)生家用電器受損的情況，使得基站與附近居民的矛盾加劇。本文通過2013年在本市一鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)上的移動(dòng)通信基站部分電源線路受損與附近民居大批家用電器及線路損壞的雷災(zāi)事故，分析雷災(zāi)原因，對(duì)基站與臨近民居雷電防護(hù)提出建議。

1 雷災(zāi)概況

2013年6月9日21時(shí)左右，賀州市平桂管理區(qū)公會(huì)鎮(zhèn)突發(fā)雷雨天氣，鎮(zhèn)上的移動(dòng)通信基站部分電源線路受損，附近民居大批家用電器及線路損壞。據(jù)附近居民介紹，6月9日21點(diǎn)10分左右，閃電不斷，雷聲震耳欲聾，當(dāng)時(shí)大家都在家里看電視、上網(wǎng)等，在聽到幾聲巨大的雷響后，看到很亮的電光在房屋周圍閃過（因閃擊點(diǎn)較近，部分居民感覺電光似乎進(jìn)入了室內(nèi)，打在自己旁邊一般，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解的情況，閃電并未入戶，也沒有居民受傷），過后發(fā)現(xiàn)，移動(dòng)通信機(jī)房其中一相市電線路損壞，附近民居共有包括電視機(jī)、電腦在內(nèi)的數(shù)十臺(tái)家電不同程度損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)10萬元左右。

2 雷災(zāi)調(diào)查

2．1 現(xiàn)場(chǎng)勘查

防雷中心人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該移動(dòng)通信基站位于公會(huì)鎮(zhèn)鎮(zhèn)上邊緣地帶 （N：24°23′68．4＂，E：111°31′76．6＂，海拔 132m），基站鐵塔高 45 米，立于移動(dòng)公司自建的兩層建筑物上，該建筑物的第二層為移動(dòng)通信機(jī)房。臨近基站無高大建筑物，基站幾乎緊鄰居民區(qū)，間距不足2m左右，附近的密集居民樓均在四層以下。

2．2 防雷措施現(xiàn)狀

2．3．1 移動(dòng)通信基站防雷現(xiàn)狀

該基站1999年建成投入使用，有接閃桿（鐵塔）等防直擊雷措施，地網(wǎng)布置情況不詳，接地電阻為3．5Ω，電阻值滿足滿足《通信局（站）防雷接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50689－2010）的要求；通信機(jī)房電源線、信號(hào)線架空引入，未采取防閃電電涌侵入和閃電電磁感應(yīng)措施，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備機(jī)柜已做等電位連接，但走線架和蓄電池沒有進(jìn)行等電位連接。

2．3．2 臨近民居防雷現(xiàn)狀

通信基站附近的民居均未安裝防雷裝置，電源線、信號(hào)線架空引入。

2．3．3 電源線路敷設(shè)

通信基站的電源線路從大約100米處的變壓器架空引入至機(jī)房配電箱內(nèi)，采用三相四線制進(jìn)線，居民區(qū)電源線路與通信基站共用線路系統(tǒng)，最近民居與通信基站配電箱節(jié)點(diǎn)電源線長度不到5米。

2．3 數(shù)據(jù)收集

2．3．1 剩磁檢測(cè)：

由于電流的磁效應(yīng)，在電流周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，處于磁場(chǎng)中的鐵磁體收到磁化作用，當(dāng)磁場(chǎng)逸去后鐵磁體仍保持一定磁性。處于磁場(chǎng)中的鐵磁體被磁化后保持磁性的大小與電流的大小和距離有關(guān)。通長導(dǎo)線中的電流在正常狀態(tài)下，雖然也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，但其強(qiáng)度小，留在鐵磁體上的剩磁也有限。當(dāng)線路發(fā)生雷擊或建筑物遭受雷擊時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生異常大的電流，從而出現(xiàn)具有相當(dāng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)，鐵磁體也隨之受到強(qiáng)磁化作用，保持較大的磁性。磁化規(guī)律：鐵磁體磁性的強(qiáng)弱與其距導(dǎo)線 （有強(qiáng)電流通過）的距離有關(guān)，距導(dǎo)線越近其磁性越強(qiáng)。

在雷災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)中，采用對(duì)導(dǎo)線及雷擊周圍鐵磁體進(jìn)行剩磁檢測(cè)的方法，依據(jù)剩磁的有誤和大小判定是否出現(xiàn)過雷擊現(xiàn)象，一般雷擊發(fā)生3天內(nèi)檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)剩磁值進(jìn)行對(duì)照分析，判定是否發(fā)生雷擊災(zāi)害：

?

經(jīng)檢測(cè)，雖然調(diào)查時(shí)間離雷災(zāi)發(fā)生時(shí)間較長（17天），但各個(gè)關(guān)鍵部位剩磁仍然明顯。因雷擊損壞的機(jī)房配電箱內(nèi)受損痕跡明顯，剩磁較大，樓面鐵塔也有較大的剩磁；一些損壞的家用電器、電腦等已進(jìn)行了修理，對(duì)損壞情況已較難取證，也無法測(cè)到剩磁。但對(duì)入戶的配電箱還是能測(cè)到較大剩磁。

?

2．3．2 雷電環(huán)境

6月9日天氣形勢(shì)：6月9日20時(shí)，廣西上空500hPa受高原槽東移影響，槽線位于105°E附近，賀州處于槽前正渦度區(qū)，有利于上升氣流發(fā)展；700hPa有冷平流自桂西北侵入，850－925hPa暖濕氣流輸送明顯，溫度露點(diǎn)差小于3℃，低層水汽含量豐富，這樣的上下層配置有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展。850hPa切變線自桂西南向桂東北伸展，低層輻合明顯。

分析6月9日20時(shí)梧州站T－lnP圖可以發(fā)現(xiàn)，探空曲線有弱的喇叭口形狀，說明桂東地區(qū)有上干下濕的濕度分布，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)。同時(shí)，9日 20 時(shí)梧州站 K 指數(shù)達(dá) 43℃，Si指數(shù)達(dá)－2．88，說明大氣不穩(wěn)定層結(jié)非常明顯，有利于雷暴天氣的發(fā)生發(fā)展。

根據(jù)廣西雷電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)顯示，編號(hào)1863閃電與造成事故的閃電最為接近，其發(fā)生時(shí)間為 21點(diǎn) 8分 22秒，強(qiáng)度為－36．2KA。

圖1 廣西雷電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)顯示圖

3 結(jié)果分析

（1）從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和附近居民的介紹，以及雷電數(shù)據(jù)、剩磁測(cè)試結(jié)果分析，2013年6月9日21時(shí)10分左右，賀州市平桂管理區(qū)公會(huì)鎮(zhèn)移動(dòng)通信基站附近出現(xiàn)了雷電，公會(huì)鎮(zhèn)一帶也屬于雷電高發(fā)區(qū)，較大的可能是通信鐵塔受到直接雷擊，雷電流通過鐵塔本身及引下線泄流到地網(wǎng)，同時(shí)因雷擊產(chǎn)生的電磁感應(yīng)侵入到架空電源線路，而通信機(jī)房的電源線路無良好的泄流通道，導(dǎo)致受損。同樣的，附近居民的家用電器受損，主要也是因?yàn)殡娫淳€路受到閃電電涌侵入和電磁感應(yīng)，而各個(gè)民居本身又沒有采取任何防雷措施，閃電電涌沿著電源線路傳導(dǎo)到家用電器使其燒壞或損毀。

（2）經(jīng)計(jì)算（利用滾球法），通信基站高45米的鐵塔對(duì)三層半樓房的保護(hù)半徑約為25米，客觀上對(duì)25米范圍內(nèi)的臨近民居防直擊雷起到了一定的保護(hù)作用。但高架避雷針因側(cè)向下行雷電出現(xiàn)擊中避雷針附近地面而產(chǎn)生的散擊區(qū) （散擊區(qū)的雷擊率要高于遠(yuǎn)離避雷針的正常區(qū)）卻遠(yuǎn)大于避雷針的保護(hù)范圍，如表3所示，大量的民居位于該塔針的散擊區(qū)內(nèi)，從而增大了這些無防雷設(shè)施的民居受到雷擊的概率。

?

（3）感應(yīng)脈沖過電壓的幅值與雷擊點(diǎn) （通信鐵塔）的距離成反比，與雷電流陡度成正比，所以雷擊點(diǎn)越近，雷電流的陡度越大，感應(yīng)脈沖過電壓U（kV／m）就越大，越久越危險(xiǎn)，見下式：

試中，S為雷電流引下線與被感應(yīng)導(dǎo)體間的平行距離（m），實(shí)際測(cè)量為 1．5m；di／dt為雷電流陡度（kA／μs）。

移動(dòng)通信基站的電源線路架空引入且無SPD泄流通道，根據(jù)廣西閃電定位系統(tǒng)觀測(cè)值，雷電流i為－36．2KA，經(jīng)計(jì)算得移動(dòng)通信基站遭受直擊雷后，電源線電磁感應(yīng)脈沖過電壓分量為43．46kV／m。三相系統(tǒng)各種設(shè)備絕緣耐沖擊過電壓額定值的標(biāo)準(zhǔn)：家用電器等用電設(shè)備的耐沖擊過電壓為2．5kV，特殊需要保護(hù)的設(shè)備僅為1．5kV。因此，雷擊通信鐵塔后形成的雷擊電磁脈沖極有可能對(duì)該基站電子信息化設(shè)備和臨近民居家用電器造成重大破壞。

4 意見或建議

（1）進(jìn)一步完善防直擊雷和防閃電電涌侵入及閃電電磁感應(yīng)措施，如線路安裝SPD、埋地進(jìn)線、增加屏蔽層等；

（2）增加引下線，有效降低接地電阻值；

（3）在滿足信號(hào)覆蓋率和強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低鐵塔高度，以減少雷擊風(fēng)險(xiǎn)和散擊區(qū)范圍；

（4）定期進(jìn)行防雷安全性能檢測(cè)，以確保防雷裝置達(dá)到規(guī)范要求。

（5）附近民居盡可能避免與通信基站同一配電線路，并保持一定的安全距離；

（6）盡可能安裝防雷裝置，特別電源線路的防雷措施；

（7）對(duì)于突發(fā)雷電天氣，應(yīng)根據(jù)氣象部門預(yù)警信息，做好應(yīng)急措施，對(duì)于防雷措施不完善的設(shè)備可采取拔電源插頭和網(wǎng)線等應(yīng)急辦法。

［1］鄭棟，孟青，呂偉濤，等．北京及其周邊地區(qū)夏季地閃活動(dòng)時(shí)空特征分析 ［J］．應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2005，16（5）： 638－644．

［2］彭錦榮，曾慶碩，盧炳源．番禺區(qū)雷災(zāi)事故與雷暴日數(shù)、閃電定位數(shù)據(jù)的對(duì)比分析 ［J］．廣東氣象，2012，34（2）： 53－55．

［3］張娟，林卓宏，嚴(yán)金芳等．某局業(yè)務(wù)樓機(jī)房綜合防雷整改案例剖析 ［J］ ．氣象研究與應(yīng)用，2011，32（2）：83－85．

［4］林偉華，梁美嬋，張強(qiáng)．計(jì)算機(jī)機(jī)房雷電感應(yīng)防護(hù)工程方案．氣象研究與應(yīng)用 ［J］， 2012， 33 （1）： 93－95．

［5］但建茹，曾昌軍，鄭棟．一次強(qiáng)降水天氣過程的雷暴及閃電活動(dòng)特征分析 ［J］ ．廣東氣象，2011，33（6）：19－24．

［6］林卓宏，田軍利．高層智能大廈雷擊原理及防雷設(shè)計(jì)［J］ ．氣象研究與應(yīng)用， 2008， 29 （1）： 69－71．

［7］楊兆禮，萬齊林，陳子通．廣東雷電活動(dòng)的對(duì)流潛熱特征 ［J］ ．廣東氣象， 2011， 33 （6）： 43－46．

［9］鐘云，黃子芹．校園機(jī)房防雷措施的研究 ［J］．氣象研究與應(yīng)用， 2012， 33 （1）： 108－109．

［10］朱明，丘志彪，蔡木民等．探討農(nóng)村雷電災(zāi)害的成因及防雷減災(zāi)對(duì)策 ［J］ ．氣象研究與應(yīng)用，2012，33（1）：90－92．

［11］楊召緒，林為東，陽宏聲．由一次雷災(zāi)事故引發(fā)對(duì)農(nóng)村防雷的思考 ［J］ ．氣象研究與應(yīng)用， 2011， 32 （1）： 74－79．