简论移动通信基站防雷技术

简论移动通信基站防雷技术

黄建锋

广东海格怡创科技股份有限公司

摘要：本文主要从移动通信基站的防雷设计方案；以及移动通信基站防雷接地措施，等方面探讨了主题，旨在与同行共同学习、共同进步。

关键词：雷电；移动通信基站；防雷；接地

防雷，是指通过组成拦截、疏导最后泄放入地的一体化系统方式以防止由直击雷或雷电的电磁脉冲对建筑物本身或其内部设备造成损害的防护技术。近十年，移动通信行业迅速发展，通信网络覆盖全国，而移动通信基站的正常运行是移动通信畅通的保障。长期以来，移动通信基站遭受雷击损坏设备、影响信号发射等情况频繁发生。特别是在雷暴日数多和雷暴强度较高的地区，雷电灾害事故更为严重。工业与信息化部邮电设计院（现中讯邮电咨询设计院）曾对全国十几个省市通信局（站）遭雷击情况进行过调查统计，发现雷击造成通信设备损坏的事故中，有７５％左右是因为雷电过电压侵入移动基站供电系统而引起的。移动通信基站的供电系统和站房内设备的正常运行，是保证信号正常发射和接收的基础，因此做好移动通信基站的防雷措施特别是天馈系统、电源系统和站房内设备的防雷安全至关重要。

一、雷电的基本类型

为做好防雷工作，首先我们要认识雷电的危害形式及途径。按照雷电的形成方式可以大致分为三种：

1.球形雷

一般是橙或红色或似红色火焰的发光球体，直径约为10～20cm，最大的直径可达1m，存在的时间大约为百分之几秒至几分钟，一般是1～5s，一旦遇到物体或电气设备时会产生燃烧或爆炸。主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内，多数沿带电体消失，只有在一些特殊的地理环境或位置上才会有球形雷的发生。

2.直击雷

带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”。直击雷主要对室外物体产生破坏作用，包括天馈、空调室外机、室外变压器等。所以把防直击雷的系统称为外部防雷系统。防直击雷主要采用避雷针、避雷带等传统避雷装置，只要设计规范，安装合理，这些避雷设施便能对直击雷进行有效的防御。

3.感应雷

雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路、电力线、基站内部设备间连接线上都可能产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路中问或终端的电子设备遭到损害。一次雷闪击都可以在较大的范围内使多个电子设备同时产生感应雷过电压现象，并且这种感应高压可以通过基站供电线和信号中继线等引入传输到很远，致使雷害范围扩大。感应雷产生的感应电压可以通过基站供电线路、馈线、光缆、地线等引入，破坏交流配电箱、开关电源、无线机柜、传输设备、监控设备等。因此感应雷击的防护是在以上入侵通道上将雷电过电压、电流泄放入地，从而达到保护电子设备的目的。目前感应雷的防护主要采用安装浪涌保护器（SPD）、屏蔽、接地等方法，在接地时，为了防止电压不平衡形成地电位反击，采用联合接地的方式。

二、雷电活动规律

1.雷电活动的一般条件如下

（1）地质条件：土壤电阻率的相对值较小时，就有利于电荷很快聚集。局部电阻率较小的地方容易受雷击；电阻率突变处和地下有导电矿藏处容易受雷击；实际上接地网电阻率，会增大雷击概率。

（2）地形条件：山谷走向与风向一致，风口或顺风的河谷容易受雷击；山岳靠近湖、海的山坡被雷击的概率较大。

（3）地物条件：有利于雷雨云与大地建立良好的放电通道。空旷地中的孤立建筑物，建筑群中的高耸建筑物容易受雷击；大树、接收天线、山区输电线路容易受雷击；符合尖端放电的特性，基站铁塔建成后也会增大雷击的概率。

2．根据工程经验，下列地点可能是雷害发生概率较高的地点

（1）10m深处的土壤电阻率r发生突变的地方。

（2）在石山与水田、河流交界处，矿藏边界处，进山森林的边界处，某些地质断层地带。

（3）面对广阔水域的山岳阳坡或迎风坡。

（4）较高、孤立的山顶。

（5）以往曾累次发生雷害的地点。

（6）孤立杆塔及拉线，高耸建筑群及其他接地保护装置附近。

三、移动通信基站的防雷设计方案

为防止移动通信基站遭受雷害，确保移动通信基站内设备的安全和正常工作，确保构筑物站内工作人员的安全，满足客户要求，严格按照国内国际相关法律法规，符合现行的相关标准依据，保障站区设备人员安全及系统可靠运行，为该站区覆盖区移动用户提供一个优质的通信平台。主要是通过直击雷、雷电波侵入、雷电电磁脉冲、安装SPD、屏蔽，等电位、联合接地达到全方位的防护做到安全可靠技术先进经济合理满足客户要求。依据基站的实际情况及其设备配置等因素设计如下：主要是从雷电入侵基站的途径采取相应的防雷措施，从电源到信号再到天馈，从塔体到机房再到机房内部，层层将雷电流削弱至设备人员能够承受的范围是雷击损失降到最小。鉴于此，总结防护措施如下：

（1）闪器设计：在塔体顶端安装一高度为1m接闪杆的高度以及保护范围根据规范中的要求来计算得出，材料为镀锌圆钢，以保护塔体及其之上的摄像头，BTS天线等等。采用螺栓及焊接连接如下图（图1和图2）所示。

图1安装一米高度的接闪杆正视直击雷状况图2接闪杆保护

（2）接地装置设计：利用塔体四个桩基作为接地体。塔体接地极深度为3m，接地体可采用塔体本身和基站机房框架柱混凝土桩基础内的钢筋，用框架柱基础内的主钢筋作垂直接地体，用地梁内主钢筋作水平接地体，它们可连接成均匀布置的联合地网。

（3）引下线设计：利用塔体本身作为引下线，上与接闪杆相连下与塔体桩基相连，保证连接良好。在雷雨天气中，为了保证施工和检测人员的安全，在相应的防雷减灾中明确规定，禁止在有雷雨、风暴的天气前后进行移动通信基站的检测和维护，尤其在引下线作为传导雷电流的通道更是不允许人员的靠近和接触。钢筋架均按防雷引下线要求焊接连通，以焊接的形式从塔顶直通到柱底，与基础钢筋焊接相连。

四、移动通信基站防雷接地措施

1.供电线路及通信线路防雷

通信设备的防雷应主要是防止雷电感应所形成的感应过电压、过电流对设备的损坏。对基站内的各种电子、电器设备的防雷措施主要采用限压、分流的方法，即在电子、电器设备的电源线路上、馈线线路上及信号线路上分别安装电源避雷器。特别应强调电源线路上的防雷，统计表明，电子、电器设备遭受雷击，有70~80%以上是沿电源线路入侵感应雷电波所造成的，因此电源线路的电源避雷器防雷应是电子、电器设备防雷的重点。一般要采用三级保护，即在通信设备所在的建筑物的总配电柜处安装一级电源避雷器保护，在通信设备所在的楼层或房间的分电源处安装二级电源避雷器保护，在电子设备的用电前端安装三级保护电源避雷器。必须通过层层设防，逐步限压分流和放电，逐步消除雷电能量，才能确保电子、电器设备的安全。

对于进入机房内的光缆来说，因为光缆大部分含有金属加强筋和金属护套，因此可采用直埋光缆或普通光缆穿钢管埋地进入机房，埋地长度宜不小于50m，一般可从线路终端杆开始埋设，直埋光缆的金属屏蔽层或钢管两端应就近可靠接地。光缆安装时，应将光缆金属体和光缆终端盒内专用接地母排妥善连接，同时将该接地母排直接与室外馈线接地排相连。与此同时，在光缆与机房内设备相连之前应安装SPD。

2.铁塔及天馈线防雷

由于移动通信基站天馈线一般都会建设在较高的位置，所以直击雷是破坏移动通信基站正常运行的一个重要因素。这就要求我们合理的假设避雷针并且保证其与楼顶避雷带或者铁塔地网的可靠连接。与此同时，馈线的引雷也不容小觑。一般馈线都较长，很容易受到感应雷的影响，从而破坏基站设备甚至导致基站无法正常运行。一般对于馈线防雷，最简单也是最有效的方式就是接地处理，用来释放感应电荷。普通的馈线需要三点接地，首先是天线下方拐弯处需要进行一次接地，再一个就是馈线中间需要接地，馈线进入机房前需要进行第三点接地。根据《移动通信基站防雷与接地设计规范》规定，如果馈线长度大于60米，还需要在中间加设一点接地。

3.机房内设备的防雷接地

机房内设备的防雷是基站防雷最后一道工序，也是基站防雷最重要的一道工序，万一雷电进入机房，而机房内部设备防雷工作没有做好，整个防雷工程将会功亏一篑。

从大的方面来说，应做好机房内设备的保护接地和工作接地。保护接地是指为了防止在通信设备绝缘损坏或意外情况下金属外壳带电时强电流通过人体，将正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分（即与带电部分相绝缘的金属结构部分）用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式以保证人身安全。工作接地是保持系统电位的稳定性，即减轻低压系统由高压窜入低压的原因所产生过电压的危险性，将设备的外露导电部分接地，在交直流电力系统的适当地方进行接地，交流一般为中性点，直流一般为中点。与此同时，应在用电设备的前端安装电源避雷器。

对于移动通信机房防雷接地，为了防止地电位反击，根据机房的地网铺设情况，可以采用等电位连接的方案。即在交流配电箱和机房的电源SPD附近可以安装室内接地汇流排，为防止地电位反击，所有室内设备的接地都要接到室内接地汇流排。如果不方便，可以安装室内接地分汇流排，最后接至室内汇流排，再把室内接地总汇流排和室外接地排运用接地线和地网相连。

结语

移动通信基站的防雷是整体防御性系统工程，需要各个环节紧密配合，移动通信基站的防雷与接地必须充分考虑其构筑物的形式、地理位置、地质气候条件、周边环境、土壤特点等因素，必须建立在联合接地、均压等电位基础上进行整体的、系统的、综合的雷电防护，才能有效的减少雷电灾害。

参考文献：

［1］龚宏锐.移动通信基站的雷电防护措施［D］.南昌：南昌大学，2015（6）.

［2］占清华.浅谈移动通信基站防雷技术[J].新农村：黑龙江，2013（12）.

［3］张琪.移动通信基站电磁辐射强度影响因子的分析研究［D］．呼和浩特：内蒙古大学，2015（3）.