無線通信基站防雷接地技術(shù)新見解

張弢

（中國鐵塔股份有限公司上海市分公司，上海 201702）

防雷接地設(shè)計問題始終是無線通信基站工程予以重點關(guān)注的問題。考慮到雷電因素帶來的隱患影響，規(guī)劃設(shè)計人員需要針對防雷接地設(shè)計內(nèi)容以及重難點問題進行統(tǒng)籌部署。通過結(jié)合無線通信基站工程防雷接地設(shè)計要求，對防雷接地技術(shù)重難點以及注意事項進行統(tǒng)籌部署。并通過科學(xué)規(guī)范地開展防雷接地施工，減輕雷電災(zāi)害對通信設(shè)備帶來的危害影響，可行性價值較強。然而，結(jié)合實際情況來看，無線通信基站防雷接地所涉及的設(shè)計要素內(nèi)容較多，容易出現(xiàn)設(shè)計失誤或者其他問題。針對于此，為確保無線通信基站防雷接地效果，建議在前期規(guī)劃設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該綜合考慮雷電產(chǎn)生條件以及過電壓形成來源，對通信設(shè)備運行過程中可能會面臨的風(fēng)險因素進行提前識別。在此基礎(chǔ)上，主動結(jié)合新時期防雷接地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)程要求，做好細(xì)節(jié)設(shè)計問題的貫徹處理。

1 雷電產(chǎn)生條件及過電壓形成來源分析

1.1 產(chǎn)生條件

雷電作為自然現(xiàn)象的一種表現(xiàn)形式，主要由雷云產(chǎn)生。一般來說，雷云形成需要具備下述條件，分別是空氣中含有足夠的水蒸氣、空氣形成溫度差促使潮濕空氣形成上升氣流、上升氣流形成過程中并無阻礙因素影響等。

1.2 過電壓形成來源

以無線通信基站為例，對于通信設(shè)備而言，雷電過電壓所涉及的來源如下。

1.2.1 感應(yīng)過電壓

感應(yīng)過電壓基本上可以視為過電壓形成的重要來源，當(dāng)雷擊建筑物或者其近區(qū)時，所形成的瞬態(tài)空間電磁場會導(dǎo)致通信設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。一般來說，感應(yīng)過電壓主要可以分為電磁感應(yīng)與靜電感應(yīng)。

1.2.2 雷電侵入波

雷電侵入波可以理解為線路來波，當(dāng)雷電之間或者雷云對地放電時，附近金屬管線會產(chǎn)生大量的感應(yīng)過電壓問題。此時，金屬管線所形成感應(yīng)過電壓問題會以行波方式進入室內(nèi)環(huán)境中，引發(fā)通信設(shè)備發(fā)生損壞問題。

1.2.3 反擊過電壓

反擊過電壓主要是指處于雷擊建筑物或者其近區(qū)位置時，附近設(shè)備接地點處地電位會明顯升高。在這樣的狀態(tài)下，設(shè)備外殼與設(shè)備導(dǎo)電位置會產(chǎn)生明顯的反擊電壓問題，最終引發(fā)設(shè)備損壞。結(jié)合上述內(nèi)容不難看出，關(guān)于無線通信基站防雷接地問題的研究與分析，需要重點結(jié)合雷電產(chǎn)生條件以及過電壓形成來源，采取科學(xué)合理的措施手段加強應(yīng)對。

2 無線通信基站防雷接地設(shè)計重點及實現(xiàn)方法分析

無線通信基站設(shè)備在運行使用過程中容易受到雷電等環(huán)境因素的作用影響而出現(xiàn)損壞問題。如果相關(guān)人員未能提前對無線通信基站設(shè)備進行防雷接地設(shè)計，就很容易增加無線通信基站設(shè)備雷擊風(fēng)險，嚴(yán)重時甚至?xí)o線通信基站安全運行構(gòu)成威脅。近年來，為持續(xù)增強無線通信基站設(shè)備運行安全水平，降低被雷擊風(fēng)險概率，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)該充分利用雷電自身特點，選擇合適的避雷針或者避雷帶進一步增強無線通信基站抗雷擊能力。與此同時，相關(guān)設(shè)計人員還應(yīng)該選擇與基站相適應(yīng)的浪涌保護裝置，減少通信中斷風(fēng)險。結(jié)合大量實踐經(jīng)驗來看，關(guān)于無線通信基站防雷接地設(shè)計問題的研究分析，具體可以圍繞下述設(shè)計重點進行貫徹落實。

2.1 雷電屏蔽設(shè)計

雷電屏蔽設(shè)計基本上可以視為無線通信基站防雷接地設(shè)計的重點內(nèi)容，在具體實現(xiàn)過程中，設(shè)計人員需要結(jié)合無線通信基站電磁屏蔽特點，合理配置與使用導(dǎo)電材料降低雷電對基站所產(chǎn)生的穿透影響。需要注意的是，雷電作為具有較大電流的交變電形式，在流動過程中很容易形成強電磁場。因此，設(shè)計人員必須對雷電進行屏蔽設(shè)計，以避免通信設(shè)備受到雷電因素影響而出現(xiàn)通信中斷或者其他風(fēng)險問題。

2.2 等電位連接設(shè)計

等電位連接設(shè)計基本上可以視為增強無線通信基站安全運行效能的重要防雷接地設(shè)計手段。在具體設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要將基站設(shè)備放在金屬管道中，受到雷擊作用后會產(chǎn)生高電位物體。此時，金屬管道作為基站設(shè)備外殼能夠與高電位物體進行有效連接。在此過程中，基站裝置設(shè)備與具有導(dǎo)電特性的物質(zhì)在電位方面基本表現(xiàn)相同。

這樣一來，可以有效減少因外部電壓過高而對無線通信基站設(shè)備安全運行構(gòu)成威脅的情況。需要注意的是，對于局部等電位施工操作而言，因該施工操作所涉及的重難點問題較多以及協(xié)調(diào)問題較多，建議在前期準(zhǔn)備過程中，施工人員應(yīng)該結(jié)合場地條件及專業(yè)施工要求，采取科學(xué)合理的措施手段，及時聯(lián)通等電位聯(lián)接線。

2.3 接口保護設(shè)計

無線通信基站建設(shè)過程中會涉及使用大量接口，以確保通信設(shè)備運行的質(zhì)量安全。其中，比較常見的接口設(shè)施有電源接口、信號接口等。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，當(dāng)發(fā)生雷電問題時，雷電可在短時間內(nèi)通過通信基站接口，并對基站安全運行構(gòu)成威脅。因此，在防雷接地設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該加強對接口位置的保護設(shè)計。在具體設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該對基站各個接口進行防護處理。如可針對接口之間的電位差以及中線間的電位差進行優(yōu)化處理，可采取相關(guān)措施手段減弱電位差。舉例而言，對于基站的電源接口而言，設(shè)計人員可通過利用空氣開關(guān)實現(xiàn)防雷保護過程。結(jié)合設(shè)計反饋情況來看，利用空氣開關(guān)后，基站電源接口，電壓穩(wěn)定性明顯提升。

3 無線通信基站防雷優(yōu)化措施分析

關(guān)于無線通信設(shè)備防雷措施的應(yīng)用，主要可以從外部防雷與內(nèi)部防雷兩個方面進行實踐應(yīng)用。其中，外部防雷可通過利用避雷針或者天線桿實現(xiàn)安全防護過程。而內(nèi)部防雷則可利用無線通信設(shè)備運行特點，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行改善優(yōu)化，如可通過利用隔離雷電元件達(dá)到良好的防雷效果。

3.1 避雷針

規(guī)范使用避雷針基本上可以視為無線通信基站外部防雷常用的技術(shù)手段。一般來說，避雷針主要依托尖端放電原理促使避雷針可以大量收集雷云發(fā)出的電荷，并通過利用多元化接地設(shè)置方式，將所接收的電荷傳入到地層結(jié)構(gòu)中。在這一轉(zhuǎn)化過程中，可以有效防止電荷直接被電子設(shè)備所吸收，進一步保障了無線通信設(shè)備運行安全，免受雷電威脅。結(jié)合大量應(yīng)用經(jīng)驗來看，避雷針在很大程度上可以減輕雷電對無線通信設(shè)備產(chǎn)生的負(fù)面影響。但是，需要注意的是，單純使用避雷針難以達(dá)到絕對性保護效果。因此，在使用避雷針時，建議技術(shù)人員應(yīng)該利用其他防護措施配合使用，以增強整體防雷效果。

3.2 內(nèi)部防雷技術(shù)

3.2.1 屏蔽技術(shù)

合理使用內(nèi)部防雷技術(shù)在很大程度上可以增強無線通信基站防雷的優(yōu)化效果。一般來說，單純使用避雷針等外部防雷技術(shù)難以實現(xiàn)對線路的全面保護，通常需要依靠技術(shù)人員利用金屬元件完成電荷屏蔽過程，以達(dá)到良好的防雷效果。在金屬屏蔽過程中，可通過利用雙絞線與四對雙絞線搭配使用方式達(dá)到良好的防雷效果。即便是面臨雷雨天氣，也可以形成相對穩(wěn)定的保護屏障。在此過程中，可對雷電聽器所形成的強大磁場進行有效切割與隔離，減輕雷電因素對無線通信設(shè)備安全運行帶來的威脅影響。

3.2.2 防雷器

防雷器作為保護電子器件的重要設(shè)施，當(dāng)處于低壓狀態(tài)時，會自動進入高阻開路狀態(tài)。情況相反時，則會自動進入低阻短路狀態(tài)。在實際應(yīng)用過程中，無線通信基站可通過利用防雷器應(yīng)用原理免受通信設(shè)備遭受雷電損壞影響，在很大程度上可以視為保障無線通信基站電子設(shè)備安全運行的重要防線。

與此同時，大部分電流一般難以沖破防雷器，可以為電子設(shè)備安全運行提供良好的防護保障。但是，需要注意的是，電路在防雷器的保護作用下，可能會存在大量電壓轉(zhuǎn)移問題。再加上部分雷電產(chǎn)生的電流電壓過大，可能有部分電壓殘留于電路內(nèi)部中。對此，建議設(shè)計人員應(yīng)該對相關(guān)電路設(shè)置防線保障，以切實增強防雷器的運行效能。

3.2.3 提前防護措施

雷電天氣對無線通信設(shè)備所帶來的負(fù)面影響較大，嚴(yán)重時可能會對設(shè)備傳導(dǎo)機制造成破壞影響。對此，為消除或者減少雷電天氣帶來的負(fù)面影響，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該提前做好防雷保護措施。在具體實踐過程中，應(yīng)該綜合考慮多方面影響因素，做好預(yù)防保護工作。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，雷電防護工作主要可以從以下兩個方面進行實踐落實：

一方面，為防止雷電對無線通信設(shè)備造成破壞性影響，建議相關(guān)人員應(yīng)該提醒結(jié)合過往運行管理經(jīng)驗，對雷電天氣可能會對無線通信設(shè)備造成的破壞性影響以及具體成因進行提前識別與分析。并通過采取外部防雷以及內(nèi)部防雷相結(jié)合的保護設(shè)計方式，持續(xù)增強無線通信設(shè)備抗雷擊能力。另一方面，相關(guān)人員應(yīng)該對無線通信設(shè)備信號質(zhì)量問題予以高度關(guān)注?？商崆安扇?yōu)化措施增強無線通信設(shè)備信號質(zhì)量，如可利用相關(guān)裝置系統(tǒng)持續(xù)強化無線通信設(shè)備信號效果。

4 無線通信基站防雷接地技術(shù)應(yīng)用實踐分析

在前期建設(shè)無線通信基站的過程中，規(guī)劃設(shè)計人員應(yīng)該對無線通信基站接地設(shè)計問題予以高度關(guān)注。在接地設(shè)計過程中，應(yīng)該立足防雷施工技術(shù)規(guī)程以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可通過利用線纜接地方式促使通信基站形成較小的接地電阻，降低通信設(shè)備被雷擊的可能性。

4.1 安裝饋線接地

為進一步增強無線通信基站防雷接地效果，設(shè)計人員可在基站鐵塔上利用饋線接地方式進行合理布置與設(shè)計。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，設(shè)計人員可重點針對通信基站上端以及下端位置進行實踐處理。在處理過程中，可利用就近原則實現(xiàn)高質(zhì)量接地過程。與此同時，對于機房入口位置接地處理，建議設(shè)計人員可通過利用就近原則做好接地線網(wǎng)聯(lián)通工作。舉例而言，當(dāng)鐵塔度于60m及以上時，鐵塔中間位置的屏蔽層應(yīng)該增設(shè)一個連接點，以便與基站鐵塔本身進行高效連接，達(dá)到良好的防雷接地效果。

4.2 設(shè)置輕型樓頂塔的防雷接地

無線通信基站通常會設(shè)置在相對空曠的環(huán)境位置中，而鐵塔則在機房的頂部位置。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，關(guān)于鐵塔防雷接地的設(shè)計分析，通常會將鐵塔四角與樓頂避雷帶接地端進行有效連接，達(dá)到良好的防雷效果。與此同時，設(shè)計人員也可以在機房四角位置處采取輻射式接地體設(shè)計方式，實現(xiàn)雷電有效分流。這樣一來，可以有效降低雷電對基站帶來的破壞性影響。

4.3 基站低壓電纜引入過程的接地設(shè)計

客觀來講，無線通信基站用電負(fù)荷相對較小，因此，部分無線基站可能不會設(shè)置變壓器，而是選擇將低壓電纜引入到基站中進行應(yīng)用。在實際操作過程中，相關(guān)人員需要按照電纜長度對其進行科學(xué)劃分，確保低壓電纜可以在無線通信基站中良好應(yīng)用。與此同時，關(guān)于電纜走線的設(shè)計建議相關(guān)人員應(yīng)該提前設(shè)置好辨認(rèn)標(biāo)識，避免專業(yè)施工過程中出現(xiàn)碰撞或者其他質(zhì)量風(fēng)險問題。除此之外，在穿墻施工時，應(yīng)該做好相關(guān)安全防護工作，尤其是防水防火措施，避免電纜運行過程中出現(xiàn)損壞問題。

5 結(jié)語

總而言之，國內(nèi)大多數(shù)無線通信基站都處于露天運行環(huán)境當(dāng)中，很容易受到自然因素的影響而導(dǎo)致通信中斷等不良事件出現(xiàn)。其中，雷電等自然因素對無線通信基站安全運行所帶來的負(fù)面影響最嚴(yán)重，建議相關(guān)人員應(yīng)該加強對無線通信基站防雷接地設(shè)計問題的重視程度。

在具體設(shè)計過程中，相關(guān)人員應(yīng)該重點結(jié)合無線通信基站防雷接地設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)規(guī)程要求，對當(dāng)前影響無線通信基站防雷接地設(shè)計效果的因素進行提前識別。并采取科學(xué)合理的方式手段進行應(yīng)對處理，切實增強無線通信基站防雷接地的設(shè)計效果。除此之外，在設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用過程中，相關(guān)人員應(yīng)該重點圍繞屏蔽技術(shù)、接口保護技術(shù)等核心內(nèi)容，增強防雷設(shè)計效能，確保無線通信設(shè)備始終處于安全穩(wěn)定運行狀態(tài)。