對無線通信塔引發雷電災害的思考

王 堯，閻立娟，豐 雷，王進軍

(1.哈爾濱市氣象局，黑龍江 哈爾濱 150080；2.呼蘭區氣象局，黑龍江 呼蘭150050；3.鶴崗市氣象局，黑龍江 鶴崗 154100)

對無線通信塔引發雷電災害的思考

王 堯1，閻立娟2，豐 雷2，王進軍3

(1.哈爾濱市氣象局，黑龍江 哈爾濱 150080；2.呼蘭區氣象局，黑龍江 呼蘭150050；3.鶴崗市氣象局，黑龍江 鶴崗 154100)

通過對無線通信塔雷電災害的分析，采取有利措施，減少無線通信塔引發雷電災害對周圍環境造成危害。

無線通信塔；雷電；災害；分析

1 引言

近年來，無線通信得到了飛速發展，為了提高通信質量和覆蓋率，無線通信塔密度也逐漸增加，從哈爾濱市近年來的雷電災害統計看，通信塔周圍的單位、居民區遭受雷電災害的事故也越來越頻繁，加之一些單位的無線通信塔每年只經過其系統內部的設備檢修，不進行防雷專業年度檢測，存在一定隱患，嚴重威脅著百姓生命和財產安全。

2 雷電災害概況

2006年6月7日08：20左右，賓縣賓州鎮英杰村一女性村民在一處距某無線通信塔200 m的農田地里鏟地時受雷電襲擊，全身著火而死亡。造成此次雷擊事故的主要原因是當天雷暴強度大,該村民附近的無線通信塔避雷裝置沒有有效將雷電流導入地下而造成。2007年8月3日10：00木蘭縣某通信公司通信基站造雷擊，基站本身的配電箱被雷擊后燒毀、思倍馳設備損壞。同時，該無線通信塔西側500 m范圍內20多戶居民的家用電器（包括電視機、電冰箱、計算機、電話等）也在同一時間被擊壞。

3 雷電災害分析

以上兩次雷擊事件都是由無線通信塔遭雷擊后導致其它居民或設備家用電器遭雷擊。無線通信塔高度均在距地面50～100 m之間，并且一些無線通信塔多設立在鄉鎮、村屯距當地居民農作、生活較近的地方，而當地的一些民用建筑的高度都在6 m以下，通信基站電源多是從附近和當地居民混用的變壓器架空引入。附近的居民住戶的家用電器和電氣設備都沒有接地和安裝防雷裝置。

（1）從雷擊燒毀基站電源配電盤，入戶線和部分設備燒毀分析原因：一是配電盤空氣開關或刀閘接處不實，直擊雷擊中通信鐵塔時強大的感應高壓產生電弧引起配電盤起火燒斷入戶線和燒毀部分設備；二是可能由于雷電瞬間電流超過SPD設計能力，造成SPD起火引燃配電盤。

（2）農村居民住宅都沒有雷電防護裝置和接地，電源線都架空敷設，對直擊雷和雷電感應沒有任何防御能力，這是現在農村防雷的一個薄弱環節。現在使用的電視機、電冰箱、計算機、電話機都屬弱電電器設備，這些電器設備承受雷電流的能力相當脆弱。通信塔附近住戶家用電器遭雷擊與通信鐵塔泄放雷電流有直接關系。

（3）瞬間地電位抬高的損害：當雷擊中通信鐵塔時，通過鐵塔的雷電流在鐵塔任一點的電位是：U=IRi+LHdi/dt

公式中：I-雷電流，kA；

Ri-接地裝置沖擊電阻，Ω；

L-單位長度電感，約 1.6μH/m；

H-引下線長度,m；

di/dt-雷電流，kA/。

木蘭縣大貴通信鐵塔遭雷擊I=100 kA，波前時間t=2.5 μs,鐵塔高度H=72 m，沖擊電阻（近似工頻電阻）Ri=0.9 Ω則 U=100×103×0.9＋1.6×10-6×72×(100×103)/(2.5×10-6)

=46.98×105=4 698(kV)

可見，瞬間塔基得地單位抬升為4 698(kV)，足以對周圍造成嚴重的地電位反擊。

（4）靜電感應的危害：通信鐵塔接雷泄地后，其周圍感應的靜電高壓不能立即泄掉，高壓局部地區對地的散流電阻（R）越大，放電時間越長，它符合RC放電規律，即：

Vt=Ve-t/Rc

這個局部感應高壓在低壓架空線路上可達100 kV左右，電視信號線、電話網絡信號線上可達50 kV左右。這種感應高壓輕而易舉的就可以把住戶沒安裝防雷裝置的電子設備和電器擊壞。

（5）電磁感應的危害：通信鐵塔接雷泄地后，在周圍會產生強大的變化磁場，這鐘電磁場會在周圍導體中感應出較大的電動勢。在金屬環路開口處感應最大的電動勢遵循下式：

木蘭大貴通信鐵塔遭雷擊擊壞家用電器距離通信鐵塔最遠的500 m，因為農村住戶的低壓電源線路、電話線路、有線電視線路高低交錯縱橫，我們可以看成在500 m范圍內有多個開口環，雷擊鐵塔泄流時產生強大的變化磁場在這些環路中產生高電勢給家用電器造成嚴重破壞。

計算一下離鐵塔500 m有10 m開口環，雷擊I=100 kA，波前時間 t=2.5 μs，它的感應最大電動勢為：Em=2×10-7×l·ln（510/500）·（105/2.5×10-6）=1.58 kV

4 結論

隨著社會經濟的發展，人們生活水平的提高，各種電器設備走進千家萬戶。但是，我國農村的防雷意識還非常淡薄，防御雷電的能力十分脆弱。因此，無線通信運營商在設計建設通信基站時要盡量遠離居民區，避免或減少通信鐵塔接閃電時產生強度較大的電磁脈沖給周圍居民造成危害。

TU895

A

1002-252X(2010)03-0037-02

2010-6-6

王堯(1975-)，男，黑龍江省通河縣人，哈爾濱工業大學，本科生，工程師.