無線通信設(shè)備防雷措施研究

馬成軍

摘? ?要：無線通信技術(shù)已經(jīng)比較成熟，被廣泛應(yīng)用到多個行業(yè)中，對改善生活和提高工作效率起到了重要作用。為確保無線通信可靠運行，前期要保證相關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)的穩(wěn)定性與安全性，減少各類故障的發(fā)生。尤其是雷電災(zāi)害等不可人為干預(yù)，并且對無線通信設(shè)備影響巨大，只能夠提前采取科學(xué)、可靠的防雷措施作為支持，爭取最大程度提高設(shè)備防雷性能，將雷擊帶來的影響控制到最低。文章基于無線通信設(shè)備運行原理，對相應(yīng)的防雷措施進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：無線通信設(shè)備;防雷措施;防雷設(shè)計

無線通信設(shè)備的應(yīng)用推動了通信技術(shù)的創(chuàng)新。為確保其運行的安全性與可靠性，需要在前期施工階段做好防雷設(shè)計，基于設(shè)備運行方式和運行環(huán)境特征，對比選擇適應(yīng)性最強(qiáng)的方法來提高設(shè)備防雷性能，為設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行提供保障。在長時間的施工建設(shè)中，對于無線通信設(shè)備的防雷設(shè)計已經(jīng)積累了較多經(jīng)驗，可根據(jù)實際情況來確定防雷方案，排除雷擊對設(shè)備造成的不良影響。

1? ? 無線通信設(shè)備防雷要求

基于高新技術(shù)的支持，無線通信設(shè)備功能更加完善，在實際應(yīng)用中功效性越來越強(qiáng)，可以更大程度地滿足不同情況下的無線通信要求。隨著設(shè)備的不斷更新，現(xiàn)在所應(yīng)用的無線通信設(shè)備顳部電路構(gòu)成以及電子配件精密度越來越高，對雷電的吸引力也更強(qiáng)，尤其是部分設(shè)備和天線需要在露天環(huán)境下運行，更容易受到雷擊影響，如果設(shè)備自身防雷性能較差，輕則影響設(shè)備正常運行，重則直接造成設(shè)備損壞，影響正常的通信。雷電對無線通信設(shè)備的影響，主要是因為云層帶電使得地面形成感應(yīng)電荷，形成非常強(qiáng)的電場，當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，雷云就會向下放電，然后通過大雷電流進(jìn)入到無線通信設(shè)備中，對內(nèi)部金屬元器件造成損壞，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行[1]。雷擊災(zāi)害對設(shè)備的影響非常嚴(yán)重，即便是大部分無線通信設(shè)備均設(shè)置有避雷針，但是可以起到的效果并不明顯，還需要另外采取可靠的防雷措施作為支持，對設(shè)備做可靠接地，并規(guī)劃設(shè)計科學(xué)、可行的防雷方案，將雷擊影響控制到最小。

2? ? 無線通信設(shè)備防雷設(shè)計

2.1? 站點防雷接地系統(tǒng)

站點防雷接地系統(tǒng)設(shè)計需要依據(jù)電磁理論原理開展，應(yīng)用泄流、消峰、均壓、屏蔽等綜合防雷措施，減輕過大雷電流對通信站點設(shè)備造成的損壞?？梢詫⒋蟮乜醋饕痪薮蟮膶?dǎo)電體，將接地電機(jī)與大地接觸后，就會形成核心為接觸點的電場，與接地點距離越遠(yuǎn)，電阻越小，然后電流會隨著電極進(jìn)入到大地內(nèi)，避免對無線通信設(shè)備的內(nèi)部元器件造成損壞[2]。正常情況下，設(shè)計的接地點距離超過20 m時，兩點之間的壓降會消失，形成強(qiáng)大的感應(yīng)電流，進(jìn)而會對無線通信設(shè)備帶來嚴(yán)重影響。在實際設(shè)計中，需要精確計算防雷接地系統(tǒng)的接地電阻值，接地電阻阻值越小，電壓降數(shù)值越低，雷擊對無線電設(shè)備造成的影響也就越輕微。

2.2? 感應(yīng)雷系統(tǒng)設(shè)計

感應(yīng)雷在進(jìn)入到無線通信設(shè)備時，會產(chǎn)生靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)。雷云內(nèi)會積攢大量的電荷，并且會促使附近導(dǎo)體產(chǎn)生與其極性相反的感應(yīng)電荷，在發(fā)生雷擊后，大量的電荷迅速釋放，并沿著導(dǎo)體流動形成脈沖。并且，在雷云放電的過程中，雷電流變化時會形成瞬變電磁場，產(chǎn)生高感生電動勢。在進(jìn)行感應(yīng)雷系統(tǒng)設(shè)計時，就需要通過基站鋼筋框架作為防護(hù)，對靜電感應(yīng)進(jìn)行有效屏蔽，以免釋放的雷電流會對無線通信設(shè)備造成破壞[3]。另外，還需要使用多根金屬引下線，均勻設(shè)置在基站四周，促使雷電電磁場擦形相互抵消，對雷電電流進(jìn)行有效分流，避免電磁感應(yīng)對無線通信設(shè)備造成干擾甚至破壞。

2.3? BTS天饋線防雷設(shè)計

基站收發(fā)信站點（Base Transceiver Station，BTS）天饋線防雷主要是針對鐵塔和天線的設(shè)計，在前期施工階段需要對鐵塔頂部、塔身中部以及塔基部位均預(yù)留接地孔，當(dāng)鐵塔是樓頂塔時，將防雷引下線焊接到建筑主鋼筋附近位置，并對焊接點進(jìn)行專業(yè)防護(hù)，確保連接點具有良好分散性和穩(wěn)定性。如果鐵塔為落地塔，就需要對鐵塔設(shè)置安裝地網(wǎng)，即以鐵塔為中心，在其周圍埋設(shè)5～10 cm寬的鍍鋅扁鋼帶，每隔1～3 m設(shè)置一個0.5～1 m的圓鋼地樁，提高鐵塔的防雷性能[4]。當(dāng)發(fā)生雷擊災(zāi)害時，產(chǎn)生的過大雷電流就會通過接地線流入到地下，確保所有雷電流可以有效釋放，避免造成無線通信設(shè)備的損壞。

3? ? 無線通信設(shè)備防雷措施

3.1? 外部防雷措施

針對無線通信設(shè)備外部防雷的各項措施，關(guān)鍵就是預(yù)防直擊雷對設(shè)備造成的損壞。通過設(shè)置避雷針、引下線以及接地網(wǎng)等避雷裝置形成一個可靠的避雷系統(tǒng)，在發(fā)生直擊雷時，可以通過防雷系統(tǒng)將過大雷電流有效地導(dǎo)入到地下，避免造成設(shè)備元器件的損壞。采取此種措施進(jìn)行防雷，工藝簡單且成本較低，現(xiàn)場操作方便，可以獲得良好的防雷效果。根據(jù)以往經(jīng)驗來看，通信基地中天線系統(tǒng)與機(jī)房建筑最容易受到雷擊影響，通過設(shè)置全方位的防雷系統(tǒng)，可以為其提供可靠保障。其中，需要將避雷針尖端控制到高于天線尖端幾米，并與天線保持一定距離，避免雷電流影響到天線。另外，對于接地系統(tǒng)的設(shè)計安裝，要盡量降低避雷地線直流通路的電阻，以10～50 Ω為宜，小于5 Ω最佳[5]。雷電浪涌會產(chǎn)生過大雷電流、頻譜變寬且持續(xù)時間縮短，會出現(xiàn)非常小的電感量。此外，地線不得應(yīng)用絞合線或扁平編織線，應(yīng)選擇電感較小的材料，達(dá)到最好的雷電流泄放效果。例如3 mm以上的金屬材料實心導(dǎo)線，或者是采用多根接地體，以此來增大表層泄放面積，接地體相鄰間距要合理控制，且要對其進(jìn)行相互焊接處理。

3.2? 內(nèi)部防雷措施

3.2.1? 屏蔽

除了外部防雷措施，對于部分無線通信設(shè)備還需要采取內(nèi)部防雷處理，確保達(dá)到最佳防雷效果。金屬屏蔽是應(yīng)用效果良好的一種防雷方式，適用于任何一對雙絞線與四對雙絞線，并且一個金屬屏蔽可以和放在一起的不同雙絞線或四對雙絞線共同使用。金屬屏蔽趨膚效應(yīng)會促使產(chǎn)生吸收和反射作用，對周圍形成的電磁場可以有效割據(jù)，大大降低絞線間的串音。

3.2.2? 防雷器

防雷器是一種高壓保護(hù)電子器件組合，低壓時會進(jìn)入高阻開路狀態(tài)，高壓時則會進(jìn)入低阻短路狀態(tài)，并且支持?jǐn)?shù)百安倍電流的通過。選擇防雷器來提高無線通信設(shè)備的防雷性能，主要是將其并聯(lián)到供電線路或者信號傳輸線路上。當(dāng)設(shè)備受到雷擊后產(chǎn)生過大雷電流，防雷器會立即進(jìn)入到短路狀態(tài)，確保地網(wǎng)瞬間將高電壓與大電流泄入到地下，為設(shè)備的安全運行提供支持。在雷電發(fā)生時，沿著線路進(jìn)入室內(nèi)的感應(yīng)雷或直擊雷會在瞬間導(dǎo)致設(shè)備的進(jìn)線電壓增大，可達(dá)到幾百甚至幾千伏，造成設(shè)備損壞。但是如果提前對線路并聯(lián)設(shè)置氣態(tài)放電管，可以為進(jìn)線端提供第一級保護(hù)，通過內(nèi)部惰性氣體的電離作用，將瞬變能量有效地轉(zhuǎn)移，避免設(shè)備受到損壞。無分布電感電容以及通流容量非常大，可有效吸收直擊雷，對比集成電路設(shè)計，保護(hù)后依然會殘留較大電壓。設(shè)置的氣態(tài)放電管保護(hù)動作反應(yīng)時間較長，會造成上沖電壓逼近電壓峰值，還需要額外增加一級保護(hù)，并在兩極間應(yīng)用電感耦合，達(dá)到延遲效果，為第二級保護(hù)爭取更多時間，并降低第二級保護(hù)壓力。固態(tài)放電管需要應(yīng)用到第二級保護(hù)，當(dāng)受到?jīng)_擊電壓作用時，其前沿上沖電壓非常低，呈現(xiàn)出超強(qiáng)抑制特性，同時，還具備了納秒級的響應(yīng)速度。同時，其殘壓以及分布電容小，對電流有巨大的吸收能力，可以為電子部件以及網(wǎng)絡(luò)通信工程提供可靠的防雷保護(hù)。

4? ? 結(jié)語

本文面對日益廣泛應(yīng)用的無線通信設(shè)備，針對雷電災(zāi)害對其造成的影響，以提高其運行可靠性與安全性為目的，分析雷電影響的原理，然后從專業(yè)角度出發(fā)，結(jié)合實踐工作經(jīng)驗，確定防雷設(shè)計方向與要點，綜合比對，選擇適應(yīng)性最強(qiáng)的方法來提高無線通信設(shè)備的防雷性能。隨著防雷技術(shù)的不斷更新，目前可以選擇的防雷措施眾多，一般可從外部防雷與內(nèi)部防雷兩個方面進(jìn)行，通過多種方法的科學(xué)搭配，來達(dá)到最佳防雷效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1]吳鑫斌.無線通信設(shè)備防雷措施探究[J].中國新通信，2018（19）：31.

[2]王浩宇.無線通信設(shè)備防雷措施[J].中國新通信，2018（1）：27.

[3]李春楊，李澤平.無線通信設(shè)備防雷措施與防雷設(shè)計方式探索[J].中國新通信，2016（21）：10.

[4]王蜀虎.無線通信設(shè)備防雷措施探究[J].通訊世界，2016（9）：11-12.

[5]張曉軍，魏亦菲.論無線通信設(shè)備的防雷技術(shù)措施[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（15）：117.

Study of lightning protection measures for wireless communication equipment

Ma Chengjun

（Shenzhen Telecom Engineering Co.， Ltd.， Shenzhen 518020， China）

Abstract：Wireless communication technology has matured and is widely used in many industries， which plays an important role in improving the quality of life work. In order to ensure the reliable operation of wireless communication， the stability and security of the running state of related equipment should be ensured in the early stage to reduce the occurrence of various types of faults. In particular， lightning disasters can not be artificially interfered， and have a great impact on wireless communication equipment. Only scientific and reliable lightning protection measures can be taken in advance to support， to maximize the lightning protection performance of equipment， and to minimize the impact of lightning strikes. Based on the operating principle of wireless communication equipment， this paper analyzes the corresponding lightning protection measures.

Key words：wireless communication device; lightning protection measures; lightning protection design