探析移動通信基站引入雷電的主要途徑及防護措施
摘要：分析了移動通信基站引入雷電災害的主要途徑,并在此基礎上詳細介紹了移動通信基站鐵塔和通信機房防雷、架空管線防雷、天饋線防雷、等電位連接以及降低接地電阻值等雷電防護措施,使防雷方案的制定做到技術可靠、經濟合理。
關鍵詞：通信基站;雷電;引入途徑;防護措施
隨著通信行業的迅速發展,微電子設備得到廣泛應用,通信設備的集成度越來越高,其耐壓水平也越來越低[1]。由于移動通信基站分布范圍廣,位置處于制高點,容易遭受雷擊災害[2]。雷電具有很強的破壞性,一旦通信基站遭受雷擊,容易造成通信設備損壞,通信信號中斷,給社會帶來較大的經濟影響,因此做好移動通信基站的防雷是一項重要的工作[3]。
1雷擊移動通信站的主要途徑
1.1雷電通過基站鐵塔和天饋線侵入
一般的基站鐵塔高度為40~60 m,有些高達70~90 m。當鐵塔的避雷針受到直接雷擊時,雷電流通過鐵塔,經其接地裝置散流入地,使地網地電位升高,導致基站地網與設備之間產生很高的電位差而形成地電位反擊,對通信設備造成損壞。如果天饋線為同軸電纜,在導體上感應出較強的感應電流,即為同軸電纜的感應電流。感應電流經同軸電纜從鐵塔天線進入基站機房,進入收發信機,燒壞移動通信設備。
1.2雷電通過架空管線侵入
移動通信系統基站的架空管線是引入雷害的重要途徑。當雷云放電時,其空間形成強大的電場,在架空管線靠近終端時,主要成分是水平電場,出現在電場中的突出物體最易出現感應電荷的集中,使其周圍電場強度顯著增加,架空管線很容易發生尖端放電而被雷電擊中。當架空管線遇雷電侵襲時,將過電壓引入基站機房,很可能燒壞基站的通信設備。雷云對地放電也會在架空管線上感應過電壓,該過電壓也會對電源設備造成威脅。
1.3雷電電磁感應影響
接閃器在接閃過程中,雷電流強度大,放電時間短,在接閃器和引下線周圍將產生較大的瞬時電磁場。在強磁場作用下,處于磁場中的導體將產生高達幾千至幾萬伏的感應電壓,如此之高的感應電壓勢會造成通信設備的損壞。移動通信設備是集成化較高的設備,耐沖擊力相對較差,因此受雷電感應的影響較大。
1.4基站機房引入雷電
當移動基站機房建在山頂上,機房位置的海拔高度很高時,直擊雷可能繞過避雷針從橫向及斜面擊中被保護物,這種現象叫雷電繞擊。在這種情況下,孤立的避雷針往往已不能防御雷電對機房的直擊。因此,基站機房必須采取必要的防雷措施。
2通信基站的綜合防雷措施
2.1鐵塔的防雷
鐵塔頂部天線平臺處,塔身中部及塔基處應預留接地孔,或將附近塔身緊固螺栓改用加長緊固螺栓作接地點。因鐵塔較高,上述相鄰2個接地點之間距離超過60 m時,需在該網點之間增加1個接地點。一定要保證連接點的數量和分散性,以利于分散雷電流。鐵塔為落地塔時,其鐵塔地網與機房地網之間應每間隔3~5 m相互焊接連通1次,且至少有2處相互連通。鐵塔四腳與其他地網就近焊接連通。移動通信天線應有防直擊雷的保護措施。天線鐵塔設避雷針并與鐵塔焊接。天線安裝位置應在避雷針的防雷保護區內。避雷針與鐵塔焊接的目的就是確保避雷針有良好的接地線,以保證雷電流及時流入大地。
2.2架空管線的防雷
連至機房的電力線、光纜等架空管線不能直接進入,應分類穿入金屬管埋地后進入機房。若路程較長,則電力線、光纜兩端均應加裝保護裝置。金屬管兩端分別與地線焊接,焊點要作防腐處理,電力線與信號線不能混合走線。各系統的接地應按照安裝要求,分別接至各自的接地匯流排,再統一接至室內接地排。機房內直流電源接地線從室內地線排上引入,與保護地各自獨立,再接入接地匯流排上,且不共用引線。
2.3天饋線的防雷
饋線屏蔽層應在塔頂、饋線離開塔身至機房轉彎處上方0.5~1.0 m處、進入機房入口后的內側3點妥善接地。當長度超出60 m時,應在其中間增加接地點,使相鄰2個接地點間距離不超過60 m,室內走線架應每隔5~10 m接地1次。某些廠家要求饋線進入室內后加裝避雷器,避雷器的安裝位置應盡可能緊靠饋線進建筑物的入口處。
2.4通信機房的防雷
對于通信機房的防雷問題應包括機房的建筑物防雷接地、機房設備和供電系統的防雷接地。一是建筑物的防雷和接地。通信機房天面應按規范要求設置避雷網,機房四角應設引下線,機房屋頂上金屬設施應分別就近與避雷帶焊接連通。當通信站點天線鐵塔位于機房旁邊時,鐵塔地網與機房地網之間,應每間隔3～5 m相互焊接連通1次,且至少有2處相互連通。當通信站點天線鐵塔位于機房屋頂時,其四腳應在屋頂與雷電流引下線分別就近連通。建筑物金屬窗框、電纜屏蔽層、設備外殼等也應與主鋼筋作可靠連接,形成等電位體[4-5]。二是供電系統的防雷和接地。通信機房內等電位接地端子板之間應采用螺栓連接,其連接導線截面積應采用不小于16 mm2的多股銅芯導線,穿鋼管敷設。出入機房的電纜金屬護套在入站處應作保護接地,電纜內芯線在進站處應加裝避雷器,電纜內的空線對亦應作保護接地。機房內的走線架應每隔5 m接地1次,走線架、吊掛鐵件、機架(或機殼)、金屬通風管道、金屬門窗以及其他金屬管線均應良好接地并相互連通。通信機房的供電電力變壓器不宜與通信機房在同一建筑物內,若其安裝在通信機房內時,高壓電力電纜長度應不小于200 m,在與架空電力線的接頭處,電纜金屬外護層應就近接地,電纜內3根相線應分別對地加裝氧化鋅無間隙避雷器。
2.5等電位連接
移動通信基站地網應按均壓、等電位的原理,將工作地、保護地和防雷地組成一個聯合接地網,基站內各類接地線應從接地匯集線或接地網上分別引入。對于高土壤電阻率地區的高山基站地網,除了要降低其地阻值外,最重要的是進行等電位連接、屏蔽以及均壓處理,以達到各部分之間的電位分布均勻,使電位差為“零”,從而確保雷電流不會對各部分造成高壓反擊及減小電磁干擾。
2.6降低接地電阻值
國家標準要求移動基站地阻值應小于5 Ω,在高土壤電阻率地區,降低接地電阻的常用方法有以下幾種:一是采用多支線外引接地裝置,外引長度應不大于有效長度;二是接地體埋于較深的低電阻率土壤中;三是采用降阻劑;四是換土。實踐證明,換土的方法是改良土壤從而降低接地電阻值的最好方法。其做法是:用電阻率較小的粉狀礦泥、塘泥、田泥、黑土、陶土等物質換掉地網內電阻率較高的土壤。
3參考文獻
[1] YD5098-2005通信局(站)防雷與接地工程設計規范[S].北京:北京郵電大學出版社,2006.
[2] GB50343-2004建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2004.
[3] 虞昊.現代防雷技術基礎[M].北京:清華大學出版社,1995.
[4] 周志敏.電子信息系統防雷接地技術[M].北京:人民郵電出版社,2004.
[5] 張小青.建
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