通訊基站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)方案淺析

盧克明

(四川省電力公司廣安電業(yè)局，四川 廣安 638000)

通訊基站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)方案淺析

盧克明

(四川省電力公司廣安電業(yè)局，四川 廣安 638000)

現(xiàn)今社會是信息的時(shí)代，也是通信行業(yè)迅速發(fā)展的時(shí)代，全球各地都離不開通信行業(yè)。通訊基站也遍布到世界的各個(gè)角落。目前，因?yàn)槿祟惖娜丝趧≡?，加之?jīng)濟(jì)和工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致地球氣候多變，極端氣候也越來越多。其中雷擊災(zāi)害天氣對通訊基站的影響最為嚴(yán)重。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通訊基站已經(jīng)從大規(guī)?；^度為集成化、小型化。通訊基站設(shè)備屬于微電子設(shè)備，所以通訊基站是否能正常進(jìn)行運(yùn)作是關(guān)系到移動通信的重要前提條件，正是因?yàn)榇嗽?，結(jié)合可續(xù)技術(shù)手段，通訊基站的抗雷電和抗電子干擾能力越來越高。通訊基站在進(jìn)行建設(shè)的同時(shí)已經(jīng)安裝了一些避雷裝置，雖然已經(jīng)做了預(yù)防措施，但是基站還是會因?yàn)槔讚舳斐赏ㄓ嵵袛啵瑥亩o工作和生活帶來很多不便甚至造成損失，那么，如何做好通訊基站的綜合防雷工作，保障通訊系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行是我們首要考慮的問題。

通訊基站；防雷設(shè)計(jì)；輻射；雷電襲擊

通訊基站防雷工作是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)，系統(tǒng)性高的雷電防護(hù)工程，通訊基站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)主要是從基站的構(gòu)成特點(diǎn)、地理環(huán)境、系統(tǒng)設(shè)備工程界面等方面進(jìn)行全面考慮。通訊基站主要構(gòu)成部分為供電電源設(shè)施以及通信信號傳輸、基站系統(tǒng)設(shè)備。供電電源設(shè)施與通信信號傳輸設(shè)備之間的各個(gè)設(shè)備緊密連接，共同構(gòu)成基站通訊系統(tǒng)。從防雷的角度來看，這些設(shè)備引入雷電的危害形式是多種多言過的。這些危害性是組要包括接雷擊、感應(yīng)雷擊、電磁脈沖輻射、雷電過電壓侵入和雷擊高電壓反擊。假如說，某一設(shè)備遭受到雷電的襲擊，就一定會導(dǎo)致相應(yīng)程度的破壞，同時(shí)也會直接或間接的影響到與其相連接的其他設(shè)備，進(jìn)而影響通訊設(shè)備的正常運(yùn)作。

根據(jù)通訊基站遭受雷擊的不同情況，我們將通訊基站的組成概括為基站鐵塔、基站店里、信號傳輸和基站機(jī)房，本文將對通信基站的整體防護(hù)進(jìn)行分析，詳細(xì)分析每一組成部分中各設(shè)備設(shè)施的具體提防雷設(shè)計(jì)和措施，并應(yīng)用這些措施對通訊基站進(jìn)行防雷方案的具體設(shè)計(jì)。

一、雷電對通訊基站的危害

雷電是一種自然現(xiàn)象，是大自然中強(qiáng)大的脈沖放電過程，雷電入侵移動通信基站所造成的破壞是多渠道的，破壞力是巨大的主要有通過接地系統(tǒng)危害、通過信號傳輸危害、通過基站電力傳輸危害和通過鐵塔天線部分危害。雷電有天空中不同帶電云層之間、帶電云層和建筑物之間等等。經(jīng)過總結(jié)分析，我們一般情況下將雷電放電對通訊基站系統(tǒng)設(shè)備可能產(chǎn)生的危害形式主要?jiǎng)澐譃椤苯永讚粲绊憽⒏袘?yīng)雷擊、雷電過電壓侵入和高電壓反擊。下面我們進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 直接雷擊影響

在雷暴活動的區(qū)域內(nèi)，雷云直接通過人體、建筑物或設(shè)備等對地放電所產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象，稱之為直接雷擊。此時(shí)雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產(chǎn)生的高電位，我們可由基站天線和機(jī)房遭受直擊雷的情況看出它對基站的危害。當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)并擊中基站機(jī)柜或基站機(jī)房時(shí)，強(qiáng)大的雷電電流就能迅速將電能轉(zhuǎn)換為熱能，雷電流的高溫?zé)崮苣軌蛞l(fā)機(jī)房等建筑物發(fā)生大火燃燒，甚至還會致使金屬柜融化發(fā)生爆炸事故。在雷電流流過的通道上，物體水分受熱迅速汽化，進(jìn)而發(fā)生劇烈膨脹，因此會產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊性機(jī)械力，因而可使機(jī)房建筑物結(jié)構(gòu)斷裂破壞，導(dǎo)致人員和設(shè)備破壞。基站天線也是雷擊的主要破壞點(diǎn)，天線大多設(shè)置在機(jī)房的房頂之上，也有一少部分安裝字鐵塔上，從防雷的角度來看，基站天線就成為了在周圍環(huán)境中十分突出的雷擊目標(biāo)。

2 感應(yīng)雷擊

在發(fā)生閃電的過程中，雷電的活動區(qū)域內(nèi)幾乎會同時(shí)出現(xiàn)三種物理現(xiàn)象——靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電磁脈沖輻射。其中靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種物理現(xiàn)象是造成感應(yīng)雷擊的主要危害形式。感應(yīng)雷擊與直接雷擊相比，其猛烈程度相對較小，但發(fā)生幾率高很多。

3 雷電過電壓侵入

基站機(jī)房建筑物不處于雷暴活動區(qū)域內(nèi)時(shí)或者處于雷暴活動區(qū)域內(nèi)，但機(jī)房設(shè)備已受到防直擊雷的避雷裝置的保護(hù)與屏蔽時(shí)，仍然會遭受到雷電危害。其原因可能是其原因可能是在電力電纜、同軸電纜或金屬管道上未采用防止雷電過電壓侵入的措施。

例如雷電過電壓通過電力電纜對基站所造成的危害，直接雷和感應(yīng)雷都可能是只是電力電纜產(chǎn)生過電壓。這種過電壓可沿著電力電纜從遠(yuǎn)處雷區(qū)或防雷保護(hù)區(qū)域之外傳來，并侵入設(shè)備內(nèi)部，使交、直流電源和整流器損壞。由于雷電過電壓波沿電力電纜傳播的距離遠(yuǎn)，擴(kuò)散面大，特別是當(dāng)?shù)夭o雷電活動，工作人員毫無準(zhǔn)備的情況下，突發(fā)雷電現(xiàn)象，雷電過電壓侵入造成的損失也比較嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電子設(shè)備遭受的雷擊事故中，雷電過電壓沿電源線侵入設(shè)備而造成的雷擊故障，大約要占80﹪。

4 高電壓反擊

在雷電頻繁發(fā)生的活動區(qū)域當(dāng)中，當(dāng)雷電閃擊到基站的接閃裝置上時(shí)，及時(shí)接閃裝置的接地系統(tǒng)十分良好，但也會因?yàn)槔纂娏鞣递^大，波頭陡度高致使雷電流流過是是接地引下線和接地裝置的電位聚升到成百上千伏。如果基站的接地引下線與各種金屬管道或用電設(shè)備的工作地線間的絕緣距離未達(dá)到安全要求，則可能造成引下線與各種金屬管道或用電設(shè)備的工作地線之間放電。從而使這些金屬管道或用電設(shè)備的工作地線上引入反擊電流，造成工作人員和設(shè)備雷擊事故。

通過上述情況來看，通訊基站的防雷既要做到能防直擊雷，又要能防感應(yīng)雷，既要防止高電壓雷電波從金屬線纜輸入，又要防止高電壓的反擊。

二、防雷的設(shè)計(jì)方案

在機(jī)房的內(nèi)部直流工作地、保護(hù)接地、安全接地接到一個(gè)總接地匯集線上；一級電源避雷器接地、二級電源避雷器接地、光纜加強(qiáng)芯以及金屬防護(hù)層接地應(yīng)該獨(dú)立接入另外一個(gè)總接地匯集線上，同時(shí)考慮選擇合理的接地導(dǎo)線以及接地線的布局。外部防雷設(shè)計(jì)：

建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)應(yīng)按下式確定：

其中N是建筑物預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（次/a），k是校正系數(shù)，在一般情況下取1（位于曠野孤立的建筑物取2，金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1.7，位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風(fēng)口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1.5）；Ng為建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度［次/（km2·a）］；Ae為與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2）。

雷擊大地的年平均密度應(yīng)按下式確定：

Td代表年平均雷暴日，一般都是根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_和氣象站資料來確定（d/a）。由上述公式算得基站的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，以及屬于第幾類防雷建筑物。

在接閃器的設(shè)計(jì)上，首先在鐵塔上安裝避雷針對建筑物進(jìn)行直接雷保護(hù)，避雷針的高度以及保護(hù)范圍可以根據(jù)建筑物防雷規(guī)范《GB50057-94》中的要求計(jì)算得出，避雷針可用鐵塔作引下線，因鐵塔已良好接地，所以，只需在安裝避雷針時(shí)保證避雷針與鐵塔有良好的電氣連接，并將鐵塔分別在四個(gè)角上與建筑物混凝土內(nèi)的鋼筋相連即可，同時(shí)還要做好防腐處理。

基站天線架設(shè)在屋頂?shù)慕ㄖ镞€應(yīng)該在屋頂女兒墻上敷設(shè)避雷帶，材料為熱鍍鋅圓鋼，直徑12mm。如果還不能完全保護(hù)建筑物，需利用建筑物屋頂?shù)匿摻钭鳛楸芾拙W(wǎng)，對建筑物以及機(jī)房等進(jìn)行保護(hù)。機(jī)房建筑物避雷網(wǎng)可用建筑物內(nèi)的鋼筋作引下線，同時(shí)建筑物內(nèi)的鋼筋也起到了均壓環(huán)的作用

結(jié)語

在通信遍布全球的這個(gè)時(shí)代，為了保證通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，也保障人們?nèi)粘Ｉ?、工作和學(xué)習(xí)的便利以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，對移動通訊基站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)要做到全面、嚴(yán)密，做好通訊基站系統(tǒng)防雷的工作，保障通訊系統(tǒng)正常、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行是首要考慮的問題，也是防止雷電給我們生活帶來巨大損失的有效途徑，希望在不久的將來會有更加完善的防雷設(shè)計(jì)方案來保障通訊基站的正常運(yùn)作。

[1]劉磊.完善移動通信基站的防雷保護(hù)措施[J].山東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（02).

[2]倪榮祥.微波通訊基站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)方案[J].中國科技博覽，2010（31）.

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