景德鎮(zhèn)通信鐵塔綜合防雷檢測(cè)分析

王鑫森，陳鮑發(fā)

（景德鎮(zhèn)市氣象局，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 引 言

景德鎮(zhèn)市地處亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，雷暴活動(dòng)頻繁，雷擊災(zāi)害與事故常有發(fā)生。由于通信鐵塔多位于高處或野外空曠地帶，為保證各通信設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，鐵塔的防雷安全成為重中之重。本文主要對(duì)多年來(lái)景德鎮(zhèn)通信鐵塔綜合防雷性能的安全檢測(cè)進(jìn)行總結(jié)，提出規(guī)范的流程與檢測(cè)方案，以期提高檢測(cè)水平與能力，減少雷擊事故與災(zāi)害損失。

通信基站的防雷，國(guó)內(nèi)外多有專(zhuān)家研究。依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，劉蕊[2]、駱位[3]、姜淑華[4]、張?zhí)5]、陳剛[6]、胡文好[7]等研究了共享鐵塔遭受雷擊時(shí)接地網(wǎng)的防雷可靠性，介紹了移動(dòng)通信基站供電系統(tǒng)、鐵塔及天饋線(xiàn)系統(tǒng)的防雷與接地基本要求與重要性，指出做好通信基站的防雷工作是通信基站建設(shè)的重要問(wèn)題。這些均為本文的研究提供了理論與參考依據(jù)。移動(dòng)基站防雷工程復(fù)雜，相關(guān)主體應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)際情況入手，提高防雷技術(shù)水平和基站的防雷能力。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 景德鎮(zhèn)市雷電的氣候分布特點(diǎn)

景德鎮(zhèn)市氣象臺(tái)于1953 年建站，至2013 年，均有人工雷暴的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。2013 年之后，由于閃電定位儀的布點(diǎn)工作，雷暴觀(guān)測(cè)僅限于白天。因此，本文選擇1953—2013 年景德鎮(zhèn)市氣象臺(tái)的雷暴觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)表述雷電的氣候特點(diǎn)，數(shù)據(jù)如表1 所示。可以看到，雷暴主要出現(xiàn)于2—9 月，以7—8 月居多，且這2 個(gè)月的雷暴出現(xiàn)頻率相近，均占全年近20%。最少出現(xiàn)的月份為12 月，大致平均7 年才有1 天出現(xiàn)雷暴。其次是11 月、1 月、10 月，61 年中僅出現(xiàn)15 次、26 次、33 次雷暴，在4 年1 遇至2 年1 遇之間。

表1 1953—2013 年景德鎮(zhèn)市雷暴日數(shù)月分布

1.2 景德鎮(zhèn)市雷電活動(dòng)的主導(dǎo)方向

對(duì)景德鎮(zhèn)市1953—2013 年雷電活動(dòng)方向進(jìn)行分析，形成雷暴平均風(fēng)向玫瑰圖，如圖1 所示?？梢钥闯?，景德鎮(zhèn)市雷電主導(dǎo)方向?yàn)楸保浯螢槲?，再次為西南，以東南方向頻率最低。這表明，雷暴多由北、西、西南方向影響本市，而從東南方向移來(lái)的雷暴相對(duì)最少。

圖1 景德鎮(zhèn)市雷電活動(dòng)平均風(fēng)向玫瑰圖

1.3 雷電流強(qiáng)度特征

對(duì)2010—2012 年景德鎮(zhèn)市雷電流強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最大正閃82.4 kA，最大負(fù)閃-48.8 kA，平均雷電流強(qiáng)度為8.9 kA，最大閃電陡度為31.2 kA/μs，最小閃電陡度為0 kA/μs。根據(jù)雷電強(qiáng)度與概率分布，形成景德鎮(zhèn)市雷電流強(qiáng)度累積概率曲線(xiàn)圖，如圖2 所示?？梢钥吹剑?2%的雷電流強(qiáng)度在16 kA以下，8 kA 以下的雷電流強(qiáng)度占比60%。

圖2 景德鎮(zhèn)市雷電流強(qiáng)度累積概率曲線(xiàn)圖

1.4 景德鎮(zhèn)通信鐵塔分布與防雷級(jí)別

景德鎮(zhèn)市的通信鐵塔多位于城區(qū)建筑物的樓頂或郊區(qū)空曠地帶。由于城區(qū)的建筑物多有防雷設(shè)備保護(hù)，因此，建在城區(qū)的基站按照三類(lèi)建筑物的直擊防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防護(hù)，而建在曠野或高山上的基站，按二類(lèi)防雷建筑物直擊雷防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防護(hù)。

由此可見(jiàn)，景德鎮(zhèn)市雷電主要出現(xiàn)在2—9 月，可以安排在其他時(shí)間段進(jìn)行防雷工程的實(shí)施和防雷設(shè)備的安裝。強(qiáng)雷電多從北、西、西南方向影響景德鎮(zhèn)市，所以在這幾個(gè)方向出現(xiàn)閃電時(shí)，要盡快采取相應(yīng)的防護(hù)措施。雷電強(qiáng)度92%都在16 kA以下，當(dāng)顯示有20 kA 強(qiáng)度[8]以上的雷電影響時(shí)，要注意出現(xiàn)雷擊事故的可能。根據(jù)通信鐵塔的實(shí)際情況，將建在城區(qū)的基站按三類(lèi)建筑物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防護(hù)，建在曠野或高山上的按二類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防護(hù)。

2 實(shí)施方案及注意事項(xiàng)

根據(jù)景德鎮(zhèn)市雷電災(zāi)害特點(diǎn)及通信鐵塔防雷多年經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)狀，提出景德鎮(zhèn)通信鐵塔防雷的實(shí)施方案及注意事項(xiàng)。

2.1 通信鐵塔防雷的要求

通信鐵塔要配備完善的防直擊雷及二次感應(yīng)雷裝置，可直接利用塔體作為導(dǎo)體，塔腳處引避雷帶與地網(wǎng)可靠連接，避雷帶材料應(yīng)采用40 mm×4 mm 或以上規(guī)格的整根鍍鋅扁鋼，避雷帶與塔體之間要相互嚴(yán)格焊接，并在焊接處采用可靠的防銹、防腐措施，如圖3 所示。

圖3 通信鐵塔防雷技術(shù)要求

為減少雷擊事故，航空標(biāo)志燈、太陽(yáng)能塔燈最好采用太陽(yáng)能供電方式，并對(duì)電源線(xiàn)進(jìn)行有效的防雷防護(hù)。一般有以下幾種做法：

（1）在電纜外加裝金屬外護(hù)層；

（2）對(duì)所有金屬設(shè)備就近接地；

（3）對(duì)機(jī)房入口的各種連接線(xiàn)加裝避雷器。

此外，應(yīng)確保移動(dòng)通信天線(xiàn)在塔頂避雷針的有效保護(hù)半徑之內(nèi)。

2.2 通信鐵塔接地網(wǎng)的要求

通信鐵塔由于長(zhǎng)期處于室外高地，其接地地網(wǎng)應(yīng)有更加嚴(yán)格的要求，如圖4 所示。具體要求如下：

圖4 通信鐵塔接地網(wǎng)技術(shù)要求

（1）網(wǎng)格尺寸加密，延伸范圍加寬，尺寸加密至1.5～3 m，并延伸至鐵塔的塔基之外1 個(gè)尺寸或以上；

（2）選擇更加安全、牢固的垂直接地體，可選塔基主鋼筋，并同時(shí)連接2～3 根；

（3）嚴(yán)格按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，確保接地電阻足夠低，可加裝環(huán)形接地體、延伸接地體，直至接地電阻降至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以下。

2.3 通信鐵塔接地體的要求

通信鐵塔接地體的技術(shù)要求如圖5 所示，具體要求如下。

圖5 通信鐵塔接地體的技術(shù)要求

（1）接地體宜采用熱鍍鋅鋼材，鋼管直徑宜選50 mm 以上規(guī)格，壁厚不應(yīng)小于3.5 mm；角鋼規(guī)格應(yīng)在50 mm×50 mm×5 mm 或以上，扁鋼規(guī)格不應(yīng)小于40 mm×4 mm。

（2）為確保通信鐵塔接地安全，垂直接地體采用的設(shè)備要嚴(yán)格要求，長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在2 m 左右，間距3～4 m，若接地電阻還不達(dá)要求，可適當(dāng)增加接地體長(zhǎng)度至2.5～3 m，直至接地符合標(biāo)準(zhǔn)。在垂直接地體的周邊設(shè)置環(huán)形水平接地體。環(huán)形接地體的埋設(shè)要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并每隔4 m 左右相互焊接連通，并確保所有接地體之間等電位聯(lián)接。

（3）搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于扁鋼寬度的2 倍或圓鋼直徑的6 倍。

（4）接地體的上端距離地面不應(yīng)小于0.7 m。

3 檢測(cè)流程

總結(jié)景德鎮(zhèn)通信鐵塔防雷的多年檢測(cè)工作，為規(guī)范檢測(cè)行為，減少事故率，根據(jù)檢測(cè)方案與注意事項(xiàng)，提出如下檢測(cè)流程。

3.1 前期準(zhǔn)備

（1）對(duì)檢測(cè)單位進(jìn)行調(diào)研，主要是地址、建設(shè)規(guī)模、具體性質(zhì)、土壤的防雷性質(zhì)類(lèi)型，以及在何處進(jìn)行檢測(cè)更為方便、安全。

（2）制定檢測(cè)方案。

（3）簽訂檢測(cè)協(xié)議或合同，也可以是委托書(shū)形式。

（4）選擇有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)工程師。

（5）查閱設(shè)計(jì)圖紙、工程記錄以及鐵塔信息基本情況等相關(guān)資料。

（6）選擇質(zhì)量穩(wěn)定的檢測(cè)設(shè)備和儀器。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

（1）聯(lián)系受檢單位，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)，主動(dòng)出示相關(guān)證件，并說(shuō)明檢測(cè)原因、目的、檢測(cè)方式及檢測(cè)內(nèi)容。

（2）根據(jù)受檢單位出示的技術(shù)資料和圖紙，對(duì)其防雷類(lèi)別及可靠性進(jìn)行評(píng)估。

（3）勘察周邊環(huán)境，合理確定接地電阻儀所需的樁位，并對(duì)不同的樁位按順序精確編號(hào)，拍照留痕。

（4）按先外后內(nèi)的順序進(jìn)行防雷檢測(cè)。記錄接地電阻、過(guò)渡電阻等相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

（5）由取樣人員、測(cè)試員及記錄員3 類(lèi)人員對(duì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行交叉核定。

3.3 分析處理

（1）找準(zhǔn)雷擊點(diǎn)。

（2）排查所有地網(wǎng)連接導(dǎo)體的可靠性。

（3）做好等電位連接測(cè)試，避免地電位反擊。

（4）重點(diǎn)針對(duì)防護(hù)電源浪涌沖擊進(jìn)行檢測(cè)。

（5）加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)線(xiàn)、通信線(xiàn)及信號(hào)線(xiàn)的浪涌沖擊檢測(cè)。

（6）通過(guò)相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，確定最終檢測(cè)結(jié)果。之后根據(jù)不同的結(jié)果，出具相應(yīng)的檢測(cè)文書(shū)與報(bào)告，對(duì)存在的問(wèn)題下達(dá)整改通知書(shū)。

（7）審核、出具相關(guān)檢測(cè)文書(shū)，由領(lǐng)導(dǎo)簽發(fā)、蓋章、登記，建立檔案。

（8）在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將完整檢測(cè)文書(shū)送達(dá)相關(guān)單位。

3.4 后期服務(wù)和座談

請(qǐng)被檢測(cè)單位的相關(guān)負(fù)責(zé)人或現(xiàn)場(chǎng)配合的工作人員對(duì)于檢測(cè)全過(guò)程進(jìn)行服務(wù)評(píng)價(jià)，在檢定完成后的2 周之內(nèi)，對(duì)于被檢單位進(jìn)行不少于3 次的回訪(fǎng)，了解受檢測(cè)單位對(duì)于防雷安全檢測(cè)的最新需求與意見(jiàn)，確保服務(wù)評(píng)價(jià)的客觀(guān)性與真實(shí)性，并在1季度之內(nèi)，開(kāi)展不少于1 次的用戶(hù)座談會(huì)。

4 個(gè)例分析

2022 年4 月21 日，技術(shù)人員對(duì)民用航空景德鎮(zhèn)導(dǎo)航臺(tái)的紫晶路甚高頻遙控臺(tái)基站（E117.169 594°、N29.297 753°、海拔85.4 m）進(jìn)行了綜合檢測(cè)。

4.1 意見(jiàn)反饋

（1）接地電阻超標(biāo)。規(guī)范要求不大于4 Ω，實(shí)測(cè)6.8 Ω。

（2）屋面接閃帶出現(xiàn)銹蝕情況，部分垮塌，且并未按規(guī)范沿屋角、屋脊、屋檐及檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)。

（3）總配電箱處浪涌保護(hù)器（SPD）已損壞。

4.2 整改方案

針對(duì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，該單位需從總電源、機(jī)房、接閃裝置、接地裝置及地網(wǎng)敷設(shè)等方面進(jìn)行整改。總電源處安裝一套40 kA/4P 一級(jí)浪涌保護(hù)器，配電箱接地端敷設(shè)重復(fù)接地及箱體屏蔽設(shè)施。機(jī)房總電源處兩條電源進(jìn)線(xiàn)均更換為15 kA（10/350 μs）/ 4P 電涌保護(hù)器，拆除分配系統(tǒng)浪涌保護(hù)器；設(shè)備金屬外殼由機(jī)房防靜電地板下端子引出，并采取等電位措施。拆除屋面生銹、腐爛、斷裂的接閃帶，按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）要求，沿建筑物四周均勻布設(shè)Φ12 鍍鋅圓鋼接閃帶，屋面的金屬設(shè)備完善等電位連接。重新敷設(shè)建筑物綜合接地網(wǎng)，地網(wǎng)由建筑物基礎(chǔ)鋼筋為中心點(diǎn)，避免大面積開(kāi)挖，垂直接地體采用φ50 等離子接地棒，所有焊接處采用放熱焊接。地網(wǎng)由垂直接地體和水平接地體組成，水平接地體埋地深度大于0.9 m。水平接地體與網(wǎng)格之間、與水平接地體之間、與垂直接地體之間采用放熱焊進(jìn)行連接。如圖6 所示。

圖6 接地體之間采用放熱焊連接

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)景德鎮(zhèn)市通信鐵塔綜合防雷性能檢測(cè)進(jìn)行分析與總結(jié)，主要結(jié)論如下。

（1）景德鎮(zhèn)市的雷電主要出現(xiàn)在2—9 月，可以安排在其他時(shí)間段進(jìn)行防雷工程的實(shí)施和防雷設(shè)備的安裝。強(qiáng)雷電的主導(dǎo)方向?yàn)楸?，雷電?qiáng)度92%都在16 kA 以下，建在城區(qū)的基站可按三類(lèi)建筑物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防護(hù)，建在曠野或高山上的基站應(yīng)按二類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防護(hù)。

（2）通信鐵塔的航空標(biāo)志燈、塔燈宜采用太陽(yáng)能供電，通信天線(xiàn)應(yīng)在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)并具備完善的防直擊雷及二次感應(yīng)雷裝置。通信鐵塔的地網(wǎng)、接地電阻及通信鐵塔接地體應(yīng)滿(mǎn)足各自的要求。

（3）為規(guī)范檢測(cè)行為，本文從前期準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、分析處理以及后期服務(wù)和座談等4 個(gè)方面制定了景德鎮(zhèn)市通信鐵塔防雷的檢測(cè)流程。

（4）根據(jù)檢測(cè)流程，對(duì)景德鎮(zhèn)民用航空導(dǎo)航臺(tái)租用的鐵塔進(jìn)行了防雷安全檢測(cè)，并提出了整改方案，消除了雷擊隱患，取得良好效果。