移動(dòng)通信基站防雷檢測及整改措施研究

曾慶權(quán)，譚紹祿，梁桂蓮

（肇慶市氣象公共安全技術(shù)支持中心，廣東 肇慶 526060）

1 雷電對移動(dòng)通信基站設(shè)備的危害

1.1 直接雷擊

在雷暴區(qū)內(nèi)，雷云直接通過人體、建筑物或相關(guān)設(shè)備對地放電產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象稱為直接雷擊，其破壞強(qiáng)度主要由電流特性決定，放電高電位對其產(chǎn)生的影響較小[1]。實(shí)際上，直擊雷出現(xiàn)時(shí)對基站的危害主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。一是通信基站機(jī)房。如果雷電出現(xiàn)時(shí)直接擊中獨(dú)立的基站機(jī)房或機(jī)柜，由于雷電中的雷電流極為強(qiáng)大，會逐漸轉(zhuǎn)為熱能，再加上存在明顯的雷電流高溫?zé)嵝?yīng)，極易引燃機(jī)房建筑物，甚至是造成金屬柜爆炸[2]。通道上出現(xiàn)雷電流，物體水分受熱汽化會造成體積膨大，進(jìn)而產(chǎn)生具有沖擊性的機(jī)械力，極易造成機(jī)房建筑物破壞斷裂，進(jìn)而引發(fā)人員傷亡和設(shè)備受損。二是通信基站天線。對于基站天線來說，其是主要的雷擊破壞點(diǎn)，再加上大部分布設(shè)在機(jī)房房頂上，只有在極少數(shù)情況下安裝在鐵塔上，由于位置較高，極易形成突出目標(biāo)物。若是天線被雷電擊中，那么雷電流將會進(jìn)入到連接天線的饋線上，并借助于饋線向更遠(yuǎn)的位置傳播[3,4]。饋線上會有熱或電效應(yīng)出現(xiàn)，進(jìn)而對機(jī)械和電氣造成破壞，同時(shí)還會對分布式基站、傳統(tǒng)射頻拉遠(yuǎn)基站等設(shè)備造成破壞。

1.2 感應(yīng)雷

從烏云密布到閃電出現(xiàn)，在雷電活動(dòng)區(qū)內(nèi)會同時(shí)出現(xiàn)靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電磁脈沖輻射3種物理現(xiàn)象，其中靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)是感應(yīng)雷擊的主要危害方式[5]。相較于直擊雷，雖然感應(yīng)雷擊不太強(qiáng)烈，但是其出現(xiàn)頻率卻相對較高。

1.3 雷電過電壓入侵

若安裝移動(dòng)通信基站機(jī)房的建筑物不在雷暴活動(dòng)范圍內(nèi)，那么選擇防直擊雷裝置可以起到保護(hù)和屏蔽機(jī)房對應(yīng)電子電氣設(shè)備的目的，但有時(shí)仍舊會遭受到雷擊。其主要原因可能是未做好電力電纜、金屬管道、同軸電纜等防雷電過電壓入侵措施[6]。實(shí)際上，受到直擊雷和感應(yīng)雷的影響，在電力電纜上均會有過電壓出現(xiàn)，入侵設(shè)備內(nèi)部，進(jìn)而損害交直流電源、整流器。若電力電纜線是雷電過電壓的傳播線路，則其傳播距離和擴(kuò)散面積均達(dá)到最大，特別是當(dāng)?shù)啬昀妆┤諗?shù)較少時(shí)，一旦有雷電過電壓入侵現(xiàn)象，其造成的損失將極為嚴(yán)重。

結(jié)合相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在所有的雷擊事故中，由于電源線是雷電過電壓的主要入侵路徑，其造成的雷擊故障將近占據(jù)了所有雷擊事故的80%以上。

2 移動(dòng)通信基站防雷檢測

2.1 是否采用共用接地

對于移動(dòng)通信基站地網(wǎng)來說，其組成部分主要包括機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)以及變壓器地網(wǎng)。為了做好基站接地工作，應(yīng)在均壓、等電位原理的基礎(chǔ)上將工作接地、防雷接地和保護(hù)接地共同組成共用接地網(wǎng)[7]。針對基站各種類型的接地線，應(yīng)分別從接地匯集線或接地網(wǎng)上引入。在對移動(dòng)通信基站共用接地體進(jìn)行首次檢測的過程中，需要檢測人員利用毫歐表測量兩個(gè)相鄰接地裝置的接地電阻值，若測出的接地電阻值不高于1 Ω，則說明電氣導(dǎo)通，若測出的接地電阻值比實(shí)際值偏大，則說明是各自獨(dú)立接地。

2.2 接地電阻值的大小及測量

結(jié)合《移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD 5068-98）中的有關(guān)規(guī)定要求，應(yīng)保證測量出的移動(dòng)通信基站地網(wǎng)的接地電阻值在5 Ω以內(nèi)，若是區(qū)域內(nèi)的年雷暴日數(shù)不足20 d，則接地電阻值可以在10 Ω以下。在對接地電阻值進(jìn)行測量的過程中，應(yīng)根據(jù)使用儀器設(shè)備的相關(guān)要求，確保設(shè)備離地網(wǎng)的距離以及電壓極、電流極、測試極間的距離同規(guī)范要求相符，這樣才能有效提升測量結(jié)果的準(zhǔn)確性水平。

2.3 線纜引入不規(guī)范的問題

結(jié)合《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD 5098—2005）中第6.7.1條的規(guī)定，應(yīng)做好移動(dòng)通信基站電力電纜的埋地敷設(shè)工作，若選擇的是專用變壓器，則需將高壓電力電纜的埋設(shè)長度控制在200 m以內(nèi)[8]。對于進(jìn)入到移動(dòng)通信基站機(jī)房的低壓電纜來說，應(yīng)確保埋地深度超過12 m。低壓埋地的電纜需要選擇金屬鎧裝層的電力電纜或者是穿過鋼管后直接引入到機(jī)房內(nèi)部，同時(shí)根據(jù)就近原則，將電纜金屬鎧裝層和鋼管在兩端處分別連接變壓器地網(wǎng)。在對線纜防雷進(jìn)行檢測的過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，對圖紙和現(xiàn)場情況進(jìn)行全面查看，一旦發(fā)現(xiàn)電纜架空引入或者是埋地引入后的電纜同規(guī)范要求不符，需要將這種情況記錄到檢測報(bào)告中。

2.4 等電位連接系統(tǒng)檢查

將各個(gè)分開裝置與諸導(dǎo)電物體間產(chǎn)生的電位差降到最低，是等電位連接的主要目的。應(yīng)根據(jù)最短距離原則，將移動(dòng)通信基站機(jī)房內(nèi)的各種線纜金屬外層、工作接地、箱體、設(shè)備保護(hù)接地、屏蔽網(wǎng)、機(jī)架、工作接地、殼體等連接最近的局部等電位系統(tǒng)，其中以S型接地最為常見。

（1）《移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD 5068—98）的第3.5.3條規(guī)定，機(jī)房內(nèi)的走線架、機(jī)殼、吊掛鐵架、金屬通風(fēng)管道、金屬門窗等設(shè)備應(yīng)做好保護(hù)接地工作。保護(hù)接地的引線比較適合選用截面積超過35 mm2的多股銅導(dǎo)線。在實(shí)際的防雷檢測中，防雷檢測人員在做好接地線線徑檢測的同時(shí)，還要注意查看各個(gè)金屬體與匯流排之間的連接狀況，規(guī)范要求過渡電阻值不高于0.03 Ω。

（2）結(jié)合《移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD 5068—98）的第3.3.2條規(guī)定，針對基站同軸電纜饋線的金屬外護(hù)層來說，應(yīng)分別在上部、下部及經(jīng)過走線架機(jī)房入口處按照就近原則做好接地工作，而對于機(jī)房入口處的接地，則需要與距離較近地網(wǎng)引出的接地線進(jìn)行有效連通。若鐵塔高度超過60 m，則應(yīng)在鐵塔中部的同軸電纜饋線金屬保護(hù)層增加一處新的接地。在實(shí)際的防雷現(xiàn)場檢測中，除了注意檢查是否根據(jù)要求做好接地外，還要檢測其與站房室外匯流排之間的連接狀況，保證測出的接地電阻值不高于0.03 Ω[9]。除此之外，禁止室外匯流排直接與鐵塔進(jìn)行連接。

2.5 電涌保護(hù)器防雷檢測

當(dāng)前，為了保護(hù)移動(dòng)通信基站電源線路的安全，最為常見的是使用電涌保護(hù)器（Surge Protection Device，SPD）并選用分級保護(hù)的方式，以將雷電流逐級泄放進(jìn)入大地，有效扼制雷電流入侵到室內(nèi)，同時(shí)還能將雷電產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓幅值下降到設(shè)備可以承受的范圍內(nèi)，進(jìn)而保護(hù)電子設(shè)備安全。在對SPD進(jìn)行檢測的過程中，檢測人員應(yīng)打開各個(gè)電柜，檢測其內(nèi)部安裝的電源或信號，同時(shí)注意以下幾點(diǎn)。

（1）SPD參數(shù)選擇。電源SPD第一級雷電防護(hù)中的最大電流超過100 kA，第二級雷電防護(hù)的最大電流超過了50 kA；信號SPD第一級雷電防護(hù)中的最大電流超過8 kA，第二級雷電防護(hù)中的最大電流超過10 kA。

（2）SPD安裝方式。若線路上安裝的是多級電涌保護(hù)，則應(yīng)保證電壓開關(guān)型SPD與限壓型SPD之間的線路長度在10 m以上，如果連接線長度不足10 m，則需要布設(shè)退耦元件。對于限壓型SPD來說，應(yīng)將其連接線長度控制在5 m以上，若連接線不足5 m，則需要加裝退耦元件。若SPD安裝在電源線路上，則應(yīng)在其前端加裝過流保護(hù)器，同時(shí)還要結(jié)合SPD產(chǎn)品手冊中推薦的最大額定值來選擇對應(yīng)參數(shù)。如果額定值超過主電路中的過電流保護(hù)器，則可以不安裝SPD[10]。此外，應(yīng)保證連接SPD兩端的引線距離足夠短，通常不應(yīng)大于0.5 m。而針對SPD兩端接線線徑的要求則是第一級SPD線徑超過16 mm2，第二、三級SPD的線徑應(yīng)超過6 mm2。

3 移動(dòng)通信基站防雷措施

3.1 基站鐵塔防雷

移動(dòng)通信基站鐵塔部分主要有天線、饋線及塔燈電源線，由于長期暴露在室外，極易遭受雷擊，因此應(yīng)做好雷電防護(hù)工作。利用基站鐵塔及常規(guī)避雷針，可以有效避免直接雷擊對天線的危害。大部分天線的防雷措施是在通信鐵塔上安裝避雷針，該法經(jīng)濟(jì)簡單，在設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范要求設(shè)計(jì)。基站天線大都在鐵塔上，應(yīng)保證天線位于避雷針的有效保護(hù)范圍內(nèi)。在鐵塔頂部架設(shè)避雷針，同時(shí)還要與鐵塔進(jìn)行有效焊接。在滾球法的基礎(chǔ)上計(jì)算避雷針架設(shè)高度，滾球半徑應(yīng)與防雷保護(hù)等級相符，可以選用圓鋼或鋼管材質(zhì)作為避雷針材料。同時(shí)應(yīng)保證天線與避雷針之間有一定距離，避免因避雷針而造成天線輻射受損，進(jìn)而影響通信效果。實(shí)際上，鐵塔本身就是良好的引下線，因鐵塔自身接地良好，塔身截面足以雷電流安全通過。因此，只需要保證接閃器與鐵塔之間的電氣連接良好，并做好防腐工作，便可使雷電中的雷電流及時(shí)泄放進(jìn)入大地。

3.2 基站電力傳輸防雷

（1）高壓架空線。將避雷線架設(shè)到高壓架空線上方，且架設(shè)長度應(yīng)超過500 m。若高壓架空線出現(xiàn)雷電流繞擊現(xiàn)象，則可通過安裝避雷線起到屏蔽、耦合及分流的作用，使雷電中的過電壓限制到高壓架空線路可以承受的范圍內(nèi)。為了有效抑制雷電波陡度和幅值，可在高壓架空線終端桿上布設(shè)氧化鋅類型的避雷器。同時(shí)還要對氧化鋅避雷器與避雷線進(jìn)行有效接地，除了終端桿外，每個(gè)避雷線桿均要單獨(dú)進(jìn)行接地操作。為了防止地電位反擊，應(yīng)保證站區(qū)內(nèi)的終端桿接地體同基站地網(wǎng)的距離在20 m以上，若距離不符，則需要連接地網(wǎng)。此外，基站外的各桿應(yīng)做好單獨(dú)接地，且選擇輻射形或環(huán)形接地體。

（2）供電電力變壓器。在通信基站中應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立電力變壓器，并將避雷器裝設(shè)到來波方向，以確保變壓器安全。應(yīng)在與變壓器位置較近的范圍內(nèi)布設(shè)變壓器高壓側(cè)的3根相線，將對應(yīng)電壓等級的氧化鋅避雷器選擇對地布設(shè)。

3.3 基站機(jī)房部分防雷

3.3.1 機(jī)房防雷

在屋頂通過布設(shè)避雷網(wǎng)或避雷帶的方式，將其作為接閃器使用是機(jī)房的主要防雷方式，同時(shí)還要根據(jù)就近原則直接將其焊接各種金屬設(shè)施，防止出現(xiàn)直接雷擊和繞擊。避雷帶和避雷網(wǎng)的材質(zhì)應(yīng)以圓鋼或扁鋼為主，若接閃器選用的是避雷網(wǎng)，則應(yīng)確保避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸與機(jī)房防雷等級保持一致。針對混凝土結(jié)構(gòu)的機(jī)房，可以直接選用機(jī)房四周的墻面混凝土、梁、柱、樓板等作為引下線，并將鋼筋上端連接房頂處的避雷裝，下端與地網(wǎng)進(jìn)行電氣連接。

3.3.2 電源系統(tǒng)

在將多級防護(hù)應(yīng)用到電源系統(tǒng)中時(shí)，需要將其與設(shè)備布設(shè)位置和耐壓水平結(jié)合起來。其中將電涌保護(hù)器加裝到變壓器與機(jī)房配電屏電纜芯線位置作為第一級防護(hù)，以確保及時(shí)泄放流經(jīng)電纜的直擊雷與感應(yīng)雷，控制過電壓始終在千伏范圍內(nèi)。對于連接配電屏和配電箱間的電纜線，應(yīng)將電涌保護(hù)器布設(shè)到電纜芯線兩端，以對不間斷電源、整流器等設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，將其作為第二級雷電防護(hù)。在通信設(shè)備前段加裝電涌保護(hù)器，將其作為第三級雷電防護(hù)。通過采取多級雷電防護(hù)的方式，以達(dá)到控制電壓值的目的，使其在電子電氣設(shè)備絕緣承受的范圍內(nèi)。

4 結(jié) 論

移動(dòng)基站防雷檢測是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是保證通信網(wǎng)絡(luò)暢通、人員和設(shè)備安全的重要環(huán)節(jié)，涉及基站鐵塔、天饋線、土建、供電、設(shè)備安裝以及周圍建筑等不同方面，應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)際情況入手，不斷提高移動(dòng)基站防雷檢測水平和基站自身的防雷能力。