基于串聯(lián)式的移動(dòng)通信基站雷電防護(hù)研究

龍林德， 張 敏， 廖海洲

（長(zhǎng)沙通信職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410015）

0 引言

2G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)和3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)開展，移動(dòng)通信基站是其中的重要環(huán)節(jié)。基站分城區(qū)站、城郊站和高山站，其通信天線一般都有金屬塔支撐。由于機(jī)房所處地勢(shì)也較高，通信鐵塔容易成為雷電對(duì)地放電的接閃通道，從而導(dǎo)致基站設(shè)備容易遭受雷擊，并呈逐年上升趨勢(shì)。因此，加強(qiáng)移動(dòng)通信基站的防雷安全建設(shè)，減少雷擊災(zāi)害損失，就顯得十分重要和必要。現(xiàn)通過對(duì)雷電侵入途徑的全面分析，找出設(shè)備受雷擊損壞的真實(shí)原因，針對(duì)各個(gè)雷電進(jìn)入移動(dòng)通信基站的渠道，采取串聯(lián)式大接地電阻技術(shù)，降低了對(duì)接地網(wǎng)中接地電阻的要求，實(shí)施系統(tǒng)全程防護(hù)探討。

1 雷電入侵基站的途徑

通過對(duì)相關(guān)資料的分析以及多個(gè)受雷擊基站的現(xiàn)場(chǎng)勘察得出，當(dāng)移動(dòng)通信基站遭受雷擊時(shí)，雷電危害入侵基站途徑主要有以下幾個(gè)。

（1）經(jīng)過交流電源線進(jìn)入

目前通信基站的交流電源引入大都采用架空的方式，當(dāng)電力電纜附件發(fā)生雷擊時(shí)，直接暴露在電力電纜周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，感應(yīng)出雷電過電壓并會(huì)沿著電力電纜進(jìn)入基站，損壞機(jī)房的用電設(shè)備[1]。因此，交流電源電力電纜進(jìn)入基站前，電纜的鎧裝護(hù)套未接地或接地不當(dāng)以及機(jī)房配電箱未加裝一級(jí)防雷箱等，都會(huì)帶來(lái)雷電過電壓的侵害。

（2）經(jīng)過天饋線進(jìn)入

當(dāng)基站鐵塔遭受雷擊時(shí)，鐵塔上會(huì)出現(xiàn)很高的雷電過電壓，相應(yīng)地會(huì)在天饋線上感應(yīng)較高的雷電過電壓。若天饋線在進(jìn)入基站前未接地處理或接地不當(dāng)，天饋線上感應(yīng)出的雷電過電壓就會(huì)沿天饋線竄入基站進(jìn)而損壞設(shè)備[2]。

（3）經(jīng)過傳輸光纜的加強(qiáng)筋進(jìn)入

當(dāng)有雷擊發(fā)生時(shí)，露天架空敷設(shè)的傳輸光纜由于光纜加強(qiáng)筋的存在很容易感應(yīng)上雷電過電壓[3]。若傳輸光纜進(jìn)入基站前對(duì)其加強(qiáng)筋末端的處理不當(dāng)，加強(qiáng)筋上感應(yīng)出的雷電過電壓會(huì)沿著光纜進(jìn)入基站，很容易造成加強(qiáng)筋在機(jī)柜內(nèi)部對(duì)導(dǎo)體拉弧放電，進(jìn)而損壞通信設(shè)備。

（4）經(jīng)過基站內(nèi)設(shè)備接地端口進(jìn)入

當(dāng)雷電流沿基站附近的避雷器對(duì)地泄流時(shí)，由于接地電阻的存在引起基站的地電位升高，會(huì)對(duì)基站內(nèi)部設(shè)備產(chǎn)生反擊的現(xiàn)象。若基站內(nèi)設(shè)備接地不當(dāng)，設(shè)備的接地線過長(zhǎng)，便在接地線上感應(yīng)出較大的感應(yīng)過電壓對(duì)設(shè)備進(jìn)行破壞。此外，一級(jí)防雷箱的接地線過長(zhǎng)，在泄流到大地中，使得地電位迅速抬升，擊壞基站機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備，也是引發(fā)雷擊的一個(gè)原因。

通過以上雷電入侵基站的途徑分析，可以看出如何有效實(shí)施基站接地防雷是關(guān)鍵。

2 串聯(lián)式的基站雷電全程防護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)理念

針對(duì)移動(dòng)通信基站防雷接地要求，接地電阻R=5 Ω，在雷電產(chǎn)生的瞬間實(shí)現(xiàn)放電，存在一定困難，只能提供一個(gè)泄流通道，針對(duì)傳統(tǒng)防雷并聯(lián)式保護(hù)模型，雷電流在線路上產(chǎn)生的殘壓存在，未能提供理想的保護(hù)，探討串聯(lián)型方式防雷理念，提高防雷的有效性。具體防護(hù)模型如圖1所示。

圖1 串聯(lián)型方式雷電防護(hù)模型示意

2.2 技術(shù)方案

降低移動(dòng)通信基站雷電入侵程度，提高基站網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)方案是在聯(lián)合接地網(wǎng)的基礎(chǔ)上引入相應(yīng)的防護(hù)設(shè)備，對(duì)三種接地途徑進(jìn)行分離[4]；對(duì)雷電沖擊通道上的雷電流傳播切斷，彼此獨(dú)立，互不干擾，保護(hù)地電位不受雷電流的影響。主要包括“分離式接地技術(shù)”和“途徑保護(hù)技術(shù)”方案。

（1）分離式接地技術(shù)

在接地網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用“接地高位控制器”的方式將工作接地、保護(hù)接地、防雷接地進(jìn)行分離，根據(jù)接地的作用進(jìn)行隔離，從而使聯(lián)合接地系統(tǒng)中的各個(gè)接地系統(tǒng)相互獨(dú)立、互不影響，實(shí)現(xiàn)基站系統(tǒng)設(shè)備所要求的工作地、保護(hù)地電位不受雷電流的影響，具體如圖2所示。

圖2 控制雷電高壓反擊接地示意

因?yàn)椤敖拥馗呶豢刂破鳌钡乃p和隔離的作用當(dāng)雷電使地電位提高時(shí)其對(duì)工作地的、保護(hù)地電位的變化小，即降低了工作地電位、保護(hù)地電位對(duì)接地電阻值的響應(yīng)靈敏度，也就實(shí)現(xiàn)了較大的接地電阻接地，改善移動(dòng)基站系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）途徑保護(hù)技術(shù)

在移動(dòng)基站中有交流供電、直流供電和信號(hào)傳輸線路之分[5]，在各自通道上安裝相應(yīng)的串聯(lián)型浪涌電流控制裝置”，截?cái)嗷蛘叻蛛x浪涌電流各通道的傳播影響，并降低由于接地環(huán)路造成的設(shè)備間、端口間的電位差。具體如圖 3、圖4和圖5所示。

圖3 交流浪涌電流保護(hù)裝置器

圖4 直流浪涌電流保護(hù)裝置器

圖5 信號(hào)浪涌電流保護(hù)裝置器

2.3 防護(hù)實(shí)施與效果

防護(hù)實(shí)施采用簡(jiǎn)易接地方式進(jìn)行，通過現(xiàn)存的基站條件設(shè)施，利用角鋼與扁鋼制作閉合狀接地網(wǎng)，并在地網(wǎng)的兩側(cè)安裝“室外接地排”（實(shí)施室外線各種纜匯接）和“接地保護(hù)裝置器”（ 實(shí)施室內(nèi)三種接地）[6]。

方案經(jīng)濟(jì)投資，采用串聯(lián)大接地電阻防護(hù)技術(shù)，建設(shè)成本能下降到原來(lái)的 60%～70%，幾乎沒有維護(hù)成本，系統(tǒng)總體投入下降50%。方案通過試驗(yàn)應(yīng)用，統(tǒng)計(jì)表明雷擊故障率下降了80%～95%，雷擊造成的直接損失減少了80%～95%，斷站時(shí)間減少了80%～95%，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行收入提升，基站系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

通信基站的雷電防護(hù)工作是一項(xiàng)綜合系統(tǒng)工程，通信基站的防雷工作不能一勞永逸， 必須在每年雷雨季節(jié)前對(duì)容易遭受雷擊的基站進(jìn)行全面的檢查，對(duì)不合格的地方要及時(shí)的給予維修和補(bǔ)充，只有這樣才能真正有效的減少雷擊災(zāi)害。目前，2G網(wǎng)絡(luò)正加強(qiáng)完善優(yōu)化，3G基站處在大量的建設(shè)之中，要從根本上解決移動(dòng)通信基站雷電入侵與防護(hù)，本方案具有很好的應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 李正宗.通信電源技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2009：224-227.

[2] 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司.QB-W-011-2007，基站防雷與接地技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)移動(dòng)通信有限公司網(wǎng)絡(luò)部：2007.

[3] 中華人民共和國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部.YD/5098-2005，通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005.

[4] 李景綠.現(xiàn)代防雷技術(shù)[M].北京：水利水電出版社，2009：189-193.

[5] 胡國(guó)安,翁興旺. GSM900/DCS1800雙頻網(wǎng)組網(wǎng)方案的探討[J].通信技術(shù),2010,43(03)：62-64.

[6] 宋燕輝.TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)改造方案探討[J].通信技術(shù),2010,43(01)：180-182.