通信基站引入雷電途徑及防護(hù)措施

　　隨著通信行業(yè)的迅速發(fā)展,微電子設(shè)備得到廣泛應(yīng)用,通信設(shè)備的集成度越來越高,其耐壓水平也越來越低。由于移動通信基站分布范圍廣,位置處于制高點(diǎn),容易遭受雷擊災(zāi)害。雷電具有很強(qiáng)的破壞性,一旦通信基站遭受雷擊,容易造成通信設(shè)備損壞,通信信號中斷,給社會帶來較大的經(jīng)濟(jì)影響,因此做好移動通信基站的防雷是一項重要的工作。

　　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(dá)70~90 m。當(dāng)鐵塔的避雷針受到直接雷擊時,雷電流通過鐵塔,經(jīng)其接地裝置散流入地,使地網(wǎng)地電位升高,導(dǎo)致基站地網(wǎng)與設(shè)備之間產(chǎn)生很高的電位差而形成地電位反擊,對通信設(shè)備造成損壞。如果天饋線為同軸電纜,在導(dǎo)體上感應(yīng)出較強(qiáng)的感應(yīng)電流,即為同軸電纜的感應(yīng)電流。感應(yīng)電流經(jīng)同軸電纜從鐵塔天線進(jìn)入基站機(jī)房,進(jìn)入收發(fā)信機(jī),燒壞移動通信設(shè)備。

　　1.2雷電通過架空管線侵入

　　移動通信系統(tǒng)基站的架空管線是引入雷害的重要途徑。當(dāng)雷云放電時,其空間形成強(qiáng)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(xiàn)在電場中的突出物體最易出現(xiàn)感應(yīng)電荷的集中,使其周圍電場強(qiáng)度顯著增加,架空管線很容易發(fā)生尖端放電而被雷電擊中。當(dāng)架空管線遇雷電侵襲時,將過電壓引入基站機(jī)房, 很可能燒壞基站的通信設(shè)備。雷云對地放電也會在架空管線上感應(yīng)過電壓,該過電壓也會對電源設(shè)備造成威脅。

　　1.3雷電電磁感應(yīng)影響

　　接閃器在接閃過程中,雷電流強(qiáng)度大,放電時間短,在接閃器和引下線周圍將產(chǎn)生較大的瞬時電磁場。在強(qiáng)磁場作用下,處于磁場中的導(dǎo)體將產(chǎn)生高達(dá)幾千至幾萬伏的感應(yīng)電壓,如此之高的感應(yīng)電壓勢會造成通信設(shè)備的損壞。移動通信設(shè)備是集成化較高的設(shè)備,耐沖擊力相對較差,因此受雷電感應(yīng)的影響較大。

　　1.4基站機(jī)房引入雷電

　　當(dāng)移動基站機(jī)房建在山頂上,機(jī)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(hù)物,這種現(xiàn)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(jī)房的直擊。因此,基站機(jī)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(yīng)預(yù)留接地孔,或?qū)⒏浇砭o固螺栓改用加長緊固螺栓作接地點(diǎn)。因鐵塔較高,上述相鄰2個接地點(diǎn)之間距離超過 60 m時,需在該網(wǎng)點(diǎn)之間增加1個接地點(diǎn)。一定要保證連接點(diǎn)的數(shù)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(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)之間應(yīng)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(wǎng)就近焊接連通。移動通信天線應(yīng)有防直擊雷的保護(hù)措施。天線鐵塔設(shè)避雷針并與鐵塔焊接。天線安裝位置應(yīng)在避雷針的防雷保護(hù)區(qū)內(nèi)。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(jī)房的電力線、光纜等架空管線不能直接進(jìn)入,應(yīng)分類穿入金屬管埋地后進(jìn)入機(jī)房。若路程較長,則電力線、光纜兩端均應(yīng)加裝保護(hù)裝置。金屬管兩端分別與地線焊接,焊點(diǎn)要作防腐處理,電力線與信號線不能混合走線。各系統(tǒng)的接地應(yīng)按照安裝要求,分別接至各自的接地匯流排,再統(tǒng)一接至室內(nèi)接地排。機(jī)房內(nèi)直流電源接地線從室內(nèi)地線排上引入,與保護(hù)地各自獨(dú)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(yīng)在塔頂、饋線離開塔身至機(jī)房轉(zhuǎn)彎處上方0.5~1.0 m處、進(jìn)入機(jī)房入口后的內(nèi)側(cè)3點(diǎn)妥善接地。當(dāng)長度超出60 m時,應(yīng)在其中間增加接地點(diǎn),使相鄰2個接地點(diǎn)間距離不超過60 m,室內(nèi)走線架應(yīng)每隔5~10 m接地1次。某些廠家要求饋線進(jìn)入室內(nèi)后加裝避雷器,避雷器的安裝位置應(yīng)盡可能緊靠饋線進(jìn)建筑物的入口處。

　2.4通信機(jī)房的防雷

　　對于通信機(jī)房的防雷問題應(yīng)包括機(jī)房的建筑物防雷接地、機(jī)房設(shè)備和供電系統(tǒng)的防雷接地。一是建筑物的防雷和接地。通信機(jī)房天面應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)置避雷網(wǎng), 機(jī)房四角應(yīng)設(shè)引下線,機(jī)房屋頂上金屬設(shè)施應(yīng)分別就近與避雷帶焊接連通。當(dāng)通信站點(diǎn)天線鐵塔位于機(jī)房旁邊時,鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)之間,應(yīng)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(dāng)通信站點(diǎn)天線鐵塔位于機(jī)房屋頂時,其四腳應(yīng)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(shè)備外殼等也應(yīng)與主鋼筋作可靠連接,形成等電位體[4-5]。二是供電系統(tǒng)的防雷和接地。通信機(jī)房內(nèi)等電位接地端子板之間應(yīng)采用螺栓連接,其連接導(dǎo)線截面積應(yīng)采用不小于16 mm2的多股銅芯導(dǎo)線,穿鋼管敷設(shè)。出入機(jī)房的電纜金屬護(hù)套在入站處應(yīng)作保護(hù)接地,電纜內(nèi)芯線在進(jìn)站處應(yīng)加裝避雷器,電纜內(nèi)的空線對亦應(yīng)作保護(hù)接地。機(jī)房內(nèi)的走線架應(yīng)每隔5 m接地1次,走線架、吊掛鐵件、機(jī)架(或機(jī)殼)、金屬通風(fēng)管道、金屬門窗以及其他金屬管線均應(yīng)良好接地并相互連通。通信機(jī)房的供電電力變壓器不宜與通信機(jī)房在同一建筑物內(nèi),若其安裝在通信機(jī)房內(nèi)時,高壓電力電纜長度應(yīng)不小于200 m,在與架空電力線的接頭處,電纜金屬外護(hù)層應(yīng)就近接地,電纜內(nèi)3根相線應(yīng)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(wǎng)應(yīng)按均壓、等電位的原理,將工作地、保護(hù)地和防雷地組成一個聯(lián)合接地網(wǎng),基站內(nèi)各類接地線應(yīng)從接地匯集線或接地網(wǎng)上分別引入。對于高土壤電阻率地區(qū)的高山基站地網(wǎng),除了要降低其地阻值外,最重要的是進(jìn)行等電位連接、屏蔽以及均壓處理,以達(dá)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(biāo)準(zhǔn)要求移動基站地阻值應(yīng)小于5 Ω,在高土壤電阻率地區(qū),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(yīng)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(zhì)換掉地網(wǎng)內(nèi)電阻率較高的土壤。