移動(dòng)通信設(shè)備及室外天饋的防雷設(shè)計(jì)與實(shí)踐

馬增坤

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所，河南 新鄉(xiāng) 453003)

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)無(wú)線用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的感知和體驗(yàn)要求愈發(fā)地提高，運(yùn)營(yíng)商需要不斷地提高無(wú)線設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及移動(dòng)通信設(shè)備和室外天饋的建設(shè)，以保證無(wú)線信號(hào)的高質(zhì)量和廣覆蓋，從而提高移動(dòng)用戶的感知和體驗(yàn)。移動(dòng)通信設(shè)備和室外天饋系統(tǒng)作為無(wú)線通信工程的重要組成部分，其構(gòu)成主要為精密的電子器件，易受到雷電等自然災(zāi)害帶來(lái)的強(qiáng)電流、強(qiáng)磁場(chǎng)的影響，因此在建設(shè)和使用過(guò)程中需要加強(qiáng)對(duì)其的保護(hù)，減少其受到雷電自然災(zāi)害天氣的影響，最終避免雷電自然天氣帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

1 雷電的基本理論和傷害原理

1.1 雷電產(chǎn)生的原因

雷電是一種伴隨有閃電和雷鳴的放電現(xiàn)象，在空中有積雨云的時(shí)候產(chǎn)生。積雨云帶有負(fù)電荷，地面帶有正電荷，積雨云和地面的電荷相互吸引和作用就會(huì)產(chǎn)生電流，空中出現(xiàn)的亮光就是閃電，發(fā)生閃電時(shí)會(huì)爆發(fā)出大量的熱量，周圍的空氣受熱后急劇膨脹，發(fā)出巨大的轟鳴聲。

1.2 雷電的危害程度

根據(jù)類型，可將雷電分為直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷。

直擊雷：帶有負(fù)電的云層和地面某一點(diǎn)或者建筑物發(fā)生迅速、猛烈的放電現(xiàn)象被稱為直擊雷。直擊雷發(fā)生的概率較小，但是由于其襲擊的目標(biāo)范圍較小，放電速度非常迅速和猛烈，因此被直擊雷擊中的目標(biāo)會(huì)瞬間電流非常大，造成的破壞也非常大。

感應(yīng)雷：感應(yīng)雷是由于雷電在對(duì)地面建筑或物體進(jìn)行放電過(guò)程中，其周圍附近的架空線纜、地埋線纜、設(shè)備受到其電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。最終導(dǎo)致與線纜串聯(lián)的終端設(shè)備受到不同程度的放電影響。

球形雷：球形雷是相對(duì)比較特殊的雷電現(xiàn)象。通常球形雷只會(huì)發(fā)生在一些特殊的地理環(huán)境和地理位置，因此其發(fā)生的概率較小。球形雷現(xiàn)象為雷電形成一個(gè)直徑約10 cm～20 cm的紅色或者橙色發(fā)光球體(最大直徑1 m)，一般情況下存在的時(shí)間為1 s～5 s。球形雷一般沿著建筑物的管道口、管孔、未關(guān)閉的門窗、換氣管道等進(jìn)入建筑物，遇到物體或者電氣設(shè)備時(shí)會(huì)產(chǎn)生燃燒和爆炸。

2 移動(dòng)通信設(shè)備和天饋系統(tǒng)的雷電侵入方式

2.1 雷電通過(guò)鐵塔抱桿入侵

為了保證無(wú)線信號(hào)的覆蓋范圍和質(zhì)量，無(wú)線天饋系統(tǒng)通常都安裝在鐵塔或者地勢(shì)較高的抱桿上，因此雷電形成的電流很容易通過(guò)鐵塔抱桿流入鐵塔的地網(wǎng)，造成地網(wǎng)和機(jī)房通信設(shè)備之間產(chǎn)生電位差，最終影響機(jī)房設(shè)備的安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.2 雷電通過(guò)天饋系統(tǒng)入侵

通信天饋系統(tǒng)的安裝高度和位置決定了其容易受到雷電等自然災(zāi)害的影響，其受到雷電的電磁感應(yīng)而產(chǎn)生電流，電流沿著天饋系統(tǒng)的電流流入機(jī)房通信設(shè)備，從而對(duì)機(jī)房通信設(shè)備造成嚴(yán)重的破壞，甚至燒毀。

2.3 雷電通過(guò)架空管線入侵

在發(fā)生雷電自然災(zāi)害天氣時(shí)，機(jī)房周圍會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，通信機(jī)房的設(shè)備及其周邊環(huán)境都會(huì)受到電磁場(chǎng)的影響，相對(duì)來(lái)說(shuō)，架空的管線更容易受到雷電的電擊和電磁感應(yīng)，當(dāng)電擊的強(qiáng)度較大時(shí)，必然導(dǎo)致與其串聯(lián)的通信設(shè)備的燒毀和爆炸。

2.4 雷電通過(guò)機(jī)房及機(jī)房設(shè)備入侵

為了保證山區(qū)的無(wú)線信號(hào)覆蓋，很多通信機(jī)房和設(shè)備必須設(shè)置在海拔較高的山頂上。在發(fā)生雷擊自燃災(zāi)害時(shí)，雷電會(huì)繞開避雷針而直接作用在機(jī)房以及周圍設(shè)備，造成機(jī)房和機(jī)房設(shè)備的直接損害。

3 移動(dòng)通信設(shè)備和天饋系統(tǒng)的防雷措施

3.1 鐵塔抱桿的防雷措施

鐵塔底部按照質(zhì)量和安全標(biāo)志設(shè)置網(wǎng)格形地網(wǎng)，即使用鍍鋅扁鐵鋼帶焊接地網(wǎng)、圓鋼制作地樁，鐵塔地腳與地樁可靠焊接，焊接處需要做防腐處理(見圖1-地網(wǎng)實(shí)際施工圖)。回填土需要做導(dǎo)電性的處理，且需要使用高阻計(jì)測(cè)試其接地電阻，保證其指標(biāo)符合要求。鐵塔頂部設(shè)置避雷針，在避雷針和地網(wǎng)之間需做可靠連接，為了有利于分散雷擊電流，務(wù)必要保證鐵塔連接點(diǎn)的數(shù)量和分散性，保證接地線導(dǎo)電性能良好，能夠在瞬間卸放雷電引起的強(qiáng)電流到地下。

圖1 地網(wǎng)實(shí)際施工圖

3.2 天饋系統(tǒng)的防雷措施

通信設(shè)備的天饋系統(tǒng)是直接與通信機(jī)房的設(shè)備串聯(lián)的，其防雷措施和防雷質(zhì)量尤為重要。采用多接地點(diǎn)的防護(hù)措施來(lái)降低雷擊的影響。通常在天線與饋線的連接處設(shè)置一處接地，饋線進(jìn)入饋線窗前設(shè)置一處接地點(diǎn)。在饋線長(zhǎng)度超過(guò)60 m時(shí)，要求在饋線中段垂直轉(zhuǎn)水平處設(shè)置一處接地點(diǎn)，饋線每增加20 m，需要增加一處接地點(diǎn)。而且天饋系統(tǒng)和GPS天線等設(shè)備需要安裝在避雷針的45°保護(hù)范圍內(nèi)。

3.3 線路施工中的防雷設(shè)計(jì)和措施

首先，加強(qiáng)架空管線的控制和防雷。入機(jī)房電力線纜避免使用架空的方式，必須采用穿金屬管且地埋的方式進(jìn)入機(jī)房，在進(jìn)入機(jī)房的兩端安裝防雷裝置。信號(hào)線纜通過(guò)架空的方式進(jìn)入機(jī)房前需要安裝避雷器，以減少雷電的影響。

3.4 機(jī)房及機(jī)房設(shè)備防雷措施

通信機(jī)房地下應(yīng)按照質(zhì)量規(guī)范要求設(shè)置網(wǎng)格形地網(wǎng)，且機(jī)房的地網(wǎng)應(yīng)與鐵塔的地網(wǎng)可靠的焊接，焊接點(diǎn)至少2處。使用鍍鋅扁鐵鋼帶焊接地網(wǎng)、圓鋼制作地樁。地樁與接地排可靠連接，焊接處做防腐處理。通信機(jī)房及機(jī)房設(shè)備的防雷接地包括機(jī)房建筑防雷接地、機(jī)房設(shè)備防雷接地、機(jī)房電源設(shè)備防雷接地、機(jī)房走線架防雷接地。以上機(jī)房設(shè)備和配套設(shè)施必須與接地排采用復(fù)合規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的黃綠線與接地排可靠連接，通常采用35 mm2的黃綠線纜。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)是一個(gè)雷暴活動(dòng)十分頻繁的國(guó)家，雷電災(zāi)害嚴(yán)重威脅著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、人民生命財(cái)產(chǎn)安全、包括通信網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施的安全。因此通信防雷技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要，對(duì)于降低雷電的影響和損失起著重要作用。通信機(jī)房設(shè)備和室外天饋系統(tǒng)的防雷是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程。機(jī)房設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)機(jī)房地處位置和環(huán)境重復(fù)考慮防雷設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照防雷設(shè)計(jì)的基本要求和強(qiáng)制規(guī)范，輸出完整、全面的施工圖紙。在施工過(guò)程中，充分理解和掌握設(shè)計(jì)意圖、技術(shù)要求、質(zhì)量要求，嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。最終帶來(lái)防雷系統(tǒng)的穩(wěn)定有效，降低雷電對(duì)通信設(shè)備及天饋系統(tǒng)的影響，降低雷電自然災(zāi)害的損失。