通訊基站系統防雷設計方案淺析

盧克明

(四川省電力公司廣安電業局，四川 廣安 638000)

通訊基站系統防雷設計方案淺析

盧克明

(四川省電力公司廣安電業局，四川 廣安 638000)

現今社會是信息的時代，也是通信行業迅速發展的時代，全球各地都離不開通信行業。通訊基站也遍布到世界的各個角落。目前，因為人類的人口劇增，加之經濟和工業的發展導致地球氣候多變，極端氣候也越來越多。其中雷擊災害天氣對通訊基站的影響最為嚴重。隨著科學技術的發展，通訊基站已經從大規?；^度為集成化、小型化。通訊基站設備屬于微電子設備，所以通訊基站是否能正常進行運作是關系到移動通信的重要前提條件，正是因為此原因，結合可續技術手段，通訊基站的抗雷電和抗電子干擾能力越來越高。通訊基站在進行建設的同時已經安裝了一些避雷裝置，雖然已經做了預防措施，但是基站還是會因為雷擊而造成通訊中斷，從而給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，保障通訊系統安全穩定的運行是我們首要考慮的問題。

通訊基站；防雷設計；輻射；雷電襲擊

通訊基站防雷工作是一項綜合性強，系統性高的雷電防護工程，通訊基站系統防雷設計主要是從基站的構成特點、地理環境、系統設備工程界面等方面進行全面考慮。通訊基站主要構成部分為供電電源設施以及通信信號傳輸、基站系統設備。供電電源設施與通信信號傳輸設備之間的各個設備緊密連接，共同構成基站通訊系統。從防雷的角度來看，這些設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，某一設備遭受到雷電的襲擊，就一定會導致相應程度的破壞，同時也會直接或間接的影響到與其相連接的其他設備，進而影響通訊設備的正常運作。

根據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、信號傳輸和基站機房，本文將對通信基站的整體防護進行分析，詳細分析每一組成部分中各設備設施的具體提防雷設計和措施，并應用這些措施對通訊基站進行防雷方案的具體設計。

一、雷電對通訊基站的危害

雷電是一種自然現象，是大自然中強大的脈沖放電過程，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。經過總結分析，我們一般情況下將雷電放電對通訊基站系統設備可能產生的危害形式主要劃分為——直接雷擊影響、感應雷擊、雷電過電壓侵入和高電壓反擊。下面我們進行詳細分析。

1 直接雷擊影響

在雷暴活動的區域內，雷云直接通過人體、建筑物或設備等對地放電所產生的電擊現象，稱之為直接雷擊。此時雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產生的高電位，我們可由基站天線和機房遭受直擊雷的情況看出它對基站的危害。當雷電發生時并擊中基站機柜或基站機房時，強大的雷電電流就能迅速將電能轉換為熱能，雷電流的高溫熱能能夠引發機房等建筑物發生大火燃燒，甚至還會致使金屬柜融化發生爆炸事故。在雷電流流過的通道上，物體水分受熱迅速汽化，進而發生劇烈膨脹，因此會產生強大的沖擊性機械力，因而可使機房建筑物結構斷裂破壞，導致人員和設備破壞?；咎炀€也是雷擊的主要破壞點，天線大多設置在機房的房頂之上，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境中十分突出的雷擊目標。

2 感應雷擊

在發生閃電的過程中，雷電的活動區域內幾乎會同時出現三種物理現象——靜電感應、電磁感應、電磁脈沖輻射。其中靜電感應和電磁感應兩種物理現象是造成感應雷擊的主要危害形式。感應雷擊與直接雷擊相比，其猛烈程度相對較小，但發生幾率高很多。

3 雷電過電壓侵入

基站機房建筑物不處于雷暴活動區域內時或者處于雷暴活動區域內，但機房設備已受到防直擊雷的避雷裝置的保護與屏蔽時，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，直接雷和感應雷都可能是只是電力電纜產生過電壓。這種過電壓可沿著電力電纜從遠處雷區或防雷保護區域之外傳來，并侵入設備內部，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，擴散面大，特別是當地并無雷電活動，工作人員毫無準備的情況下，突發雷電現象，雷電過電壓侵入造成的損失也比較嚴重。據統計，在電子設備遭受的雷擊事故中，雷電過電壓沿電源線侵入設備而造成的雷擊故障，大約要占80﹪。

4 高電壓反擊

在雷電頻繁發生的活動區域當中，當雷電閃擊到基站的接閃裝置上時，及時接閃裝置的接地系統十分良好，但也會因為雷電流幅值較大，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備的工作地線間的絕緣距離未達到安全要求，則可能造成引下線與各種金屬管道或用電設備的工作地線之間放電。從而使這些金屬管道或用電設備的工作地線上引入反擊電流，造成工作人員和設備雷擊事故。

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、防雷的設計方案

在機房的內部直流工作地、保護接地、安全接地接到一個總接地匯集線上；一級電源避雷器接地、二級電源避雷器接地、光纜加強芯以及金屬防護層接地應該獨立接入另外一個總接地匯集線上，同時考慮選擇合理的接地導線以及接地線的布局。外部防雷設計：

建筑物年預計雷擊次數應按下式確定：

其中N是建筑物預計雷擊次數（次/a），k是校正系數，在一般情況下取1（位于曠野孤立的建筑物取2，金屬屋面的磚木結構建筑物取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的等效面積（km2）。

雷擊大地的年平均密度應按下式確定：

Td代表年平均雷暴日，一般都是根據當地氣象臺和氣象站資料來確定（d/a）。由上述公式算得基站的年預計雷擊次數，以及屬于第幾類防雷建筑物。

在接閃器的設計上，首先在鐵塔上安裝避雷針對建筑物進行直接雷保護，避雷針的高度以及保護范圍可以根據建筑物防雷規范《GB50057-94》中的要求計算得出，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角上與建筑物混凝土內的鋼筋相連即可，同時還要做好防腐處理。

基站天線架設在屋頂的建筑物還應該在屋頂女兒墻上敷設避雷帶，材料為熱鍍鋅圓鋼，直徑12mm。如果還不能完全保護建筑物，需利用建筑物屋頂的鋼筋作為避雷網，對建筑物以及機房等進行保護。機房建筑物避雷網可用建筑物內的鋼筋作引下線，同時建筑物內的鋼筋也起到了均壓環的作用

結語

在通信遍布全球的這個時代，為了保證通信行業的迅猛發展，也保障人們日常生活、工作和學習的便利以及企業的經濟利益，對移動通訊基站系統防雷設計要做到全面、嚴密，做好通訊基站系統防雷的工作，保障通訊系統正常、穩定、安全的運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計方案來保障通訊基站的正常運作。

[1]劉磊.完善移動通信基站的防雷保護措施[J].山東師范大學學報（自然科學版），2010（02).

[2]倪榮祥.微波通訊基站系統防雷設計方案[J].中國科技博覽，2010（31）.

TN92

A