探析通信基站引入雷電的主要途徑及防護(hù)措施

王社峰

（中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，陜西 西安 710054）

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(lái)越高，其耐壓水平也越來(lái)越低。由于移動(dòng)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(hào)中斷，給社會(huì)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)影響，因此做好移動(dòng)通信基站的防雷是一項(xiàng)重要的工作。

1 雷擊移動(dòng)通信站的主要途徑

1.1 雷電通過(guò)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(shí)，雷電流通過(guò)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(duì)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(dòng)通信設(shè)備。

1.2 雷電通過(guò)架空管線侵入

移動(dòng)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(shí)，其空間形成強(qiáng)大的電場(chǎng)，在架空管線靠近終端時(shí)，主要成分是水平電場(chǎng)，出現(xiàn)在電場(chǎng)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(chǎng)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(shí)，將過(guò)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(duì)地放電也會(huì)在架空管線上感應(yīng)過(guò)電壓，該過(guò)電壓也會(huì)對(duì)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(guò)程中，雷電流強(qiáng)度大，放電時(shí)間短，在接閃器和引下線周圍將產(chǎn)生較大的瞬時(shí)電磁場(chǎng)。在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體將產(chǎn)生高達(dá)幾千至幾萬(wàn)伏的感應(yīng)電壓，如此高的感應(yīng)電壓勢(shì)必會(huì)造成通信設(shè)備的損壞。移動(dòng)通信設(shè)備是集成化較高的設(shè)備，耐沖擊力相對(duì)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)基站機(jī)房建在山頂上，機(jī)房的海拔很高時(shí)，直擊雷可能繞過(guò)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(duì)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(tái)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(zhǎng)緊固螺栓作接地點(diǎn)。因鐵塔較高，上述相鄰2個(gè)接地點(diǎn)之間距離超過(guò)60 m時(shí)，需在該網(wǎng)點(diǎn)之間增加1個(gè)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(shí)，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(dòng)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是確保避雷針有良好的接地線，以保證雷電流及時(shí)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(zhǎng)，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(hào)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?jī)?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(kāi)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(zhǎng)度超出60 m時(shí)，應(yīng)在其中間增加接地點(diǎn)，使相鄰2個(gè)接地點(diǎn)間距離不超過(guò)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(duì)于通信機(jī)房的防雷問(wèn)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(shí)，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(shí)，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。二是供電系統(tǒng)的防雷和接地。通信機(jī)房?jī)?nèi)等電位接地端子板之間應(yīng)采用螺栓連接，其連接導(dǎo)線應(yīng)采用截面積不小于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(duì)亦應(yīng)作保護(hù)接地。機(jī)房?jī)?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?jī)?nèi)時(shí)，高壓電力電纜長(zhǎng)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(duì)地加裝氧化鋅無(wú)間隙避雷器。

2.5 等電位連接

移動(dòng)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(gè)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(duì)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(huì)對(duì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求移動(dòng)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：①采用多支線外引接地裝置，外引長(zhǎng)度應(yīng)不大于有效長(zhǎng)度；②接地體埋于較深的低電阻率土壤中；③采用降阻劑；④換土。實(shí)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。