對移動通信基站中通信防雷分析

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摘要：隨著社會的進(jìn)步，移動通信迅速發(fā)展，而移動通信基站能否正常運(yùn)行是移動通信的關(guān)鍵?；镜脑O(shè)備大部分是微電子設(shè)備，它的電磁兼容能力低、抗雷電、抗電磁干擾能力弱。所以若基站被雷擊會造成通信中斷，給人們的生產(chǎn)和生活帶來不便或巨大的損失。

關(guān)鍵詞：移動通信基站；通信防雷分析；措施

引言

隨著通信行業(yè)的迅速發(fā)展，微電子設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，通信設(shè)備的集成度越來越高，其耐壓水平也越來越低。由于移動通信基站分布范圍廣，位置處于制高點(diǎn)，容易遭受雷擊災(zāi)害。雷電具有很強(qiáng)的破壞性，一旦通信基站遭受雷擊，容易造成通信設(shè)備損壞，通信信號中斷，給社會帶來較大的經(jīng)濟(jì)影響，因此做好移動通信基站的防雷是一項(xiàng)重要的工作

1.雷擊移動通信基站的主要途徑

1.1雷電通過基站鐵塔和天饋線侵入

一般的基站鐵塔高度為40～60 m，有些高達(dá)70～90 m。當(dāng)鐵塔的避雷針受到直接雷擊時，雷電流通過鐵塔，經(jīng)其接地裝置散流入地，使地網(wǎng)地電位升高，導(dǎo)致基站地網(wǎng)與設(shè)備之間產(chǎn)生很高的電位差而形成地電位反擊，對通信設(shè)備造成損壞。如果天饋線為同軸電纜，在導(dǎo)體上感應(yīng)出較強(qiáng)的感應(yīng)電流，即為同軸電纜的感應(yīng)電流。感應(yīng)電流經(jīng)同軸電纜從鐵塔天線進(jìn)入基站機(jī)房，進(jìn)入收發(fā)信機(jī)，燒壞移動通信設(shè)備。

1.2雷電通過架空管線侵入

移動通信系統(tǒng)基站的架空管線是引入雷害的重要途徑。當(dāng)雷云放電時，其空間形成強(qiáng)大的電場，在架空管線靠近終端時，主要成分是水平電場，出現(xiàn)在電場中的突出物體最易出現(xiàn)感應(yīng)電荷的集中，使其周圍電場強(qiáng)度顯著增加，架空管線很容易發(fā)生尖端放電而被雷電擊中。當(dāng)架空管線遇雷電侵襲時，將過電壓引入基站機(jī)房，很可能燒壞基站的通信設(shè)備。雷云對地放電也會在架空管線上感應(yīng)過電壓，該過電壓也會對電源設(shè)備造成威脅。

1.3雷電電磁感應(yīng)影響

接閃器在接閃過程中，雷電流強(qiáng)度大，放電時間短，在接閃器和引下線周圍將產(chǎn)生較大的瞬時電磁場。在強(qiáng)磁場作用下，處于磁場中的導(dǎo)體將產(chǎn)生高達(dá)幾千至幾萬伏的感應(yīng)電壓，如此之高的感應(yīng)電壓勢會造成通信設(shè)備的損壞。移動通信設(shè)備是集成化較高的設(shè)備，耐沖擊力相對較差，因此受雷電感應(yīng)的影響較大。

1.4基站機(jī)房引入雷電

當(dāng)移動基站機(jī)房建在山頂上，機(jī)房位置的海拔高度很高時，直擊雷可能繞過避雷針從橫向及斜面擊中被保護(hù)物，這種現(xiàn)象叫雷電繞擊。在這種情況下，孤立的避雷針往往已不能防御雷電對機(jī)房的直擊。因此，基站機(jī)房必須采取必要的防雷措施。

2.避雷器原理與要求

2.1避雷器保護(hù)原理

各種電氣設(shè)備的絕緣都是按一定的耐受電壓水平來設(shè)計(jì)的，為了設(shè)備的安全，需要對超過耐受度的過電壓加以抑制，將過電壓降低到絕緣耐受壓范圍以內(nèi)，這種過電壓抑制裝置通常是避雷器。避雷器的保護(hù)動作特性是通過其動作電壓體現(xiàn)出來的，當(dāng)避雷器兩端電壓低于動作電壓時，避雷器呈現(xiàn)近似開路，當(dāng)避雷器兩端電壓達(dá)到和超過動作電壓時，它將導(dǎo)通，對過電壓實(shí)施抑制。避雷器設(shè)置在被保護(hù)設(shè)備附近，安裝在相導(dǎo)線與地之間，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，如圖1所示。在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，作用于避雷器兩端的電壓為系統(tǒng)的相對地工作電壓，低于動作電壓，避雷器處于開路狀態(tài)，此時避雷器的存在不會影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如果雷電過電壓波沿線路侵入電氣設(shè)備，則作用在避雷器兩端的電壓會明顯高于動作電壓，使避雷器導(dǎo)通，通過很大的沖擊電流，向大地泄放雷電過電壓的能量，并將雷電過電壓降低到被保護(hù)設(shè)備絕緣可以耐受的限度內(nèi)。電力系統(tǒng)中采用的避雷器主要有閥式避雷器，氧化鋅避雷器，保護(hù)間隙和管型避雷器，其中有些避雷器還被用于抑制系統(tǒng)操作過電壓。

2.2對避雷器的基本要求

避雷器并聯(lián)與被保護(hù)設(shè)備附近，為了使設(shè)備能夠得到可靠保護(hù)，它應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：

2.2.1電氣設(shè)備沖擊絕緣強(qiáng)度是以伏秒特性，即擊穿電壓值與擊穿放電延時之間的關(guān)系特性來表示的。當(dāng)受到雷電過電壓作用時，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)的避雷器應(yīng)能率先動作限壓，保護(hù)設(shè)備的安全，這一要求可以通過避雷器與設(shè)備之間的伏秒特性配合來滿足。實(shí)際上，由于擊穿過程的隨機(jī)性，擊穿電壓具有明顯的分散性，實(shí)測的伏秒特性是一條曲線帶，有一個下限邊界和一個上限邊界，如圖2所示，要實(shí)現(xiàn)較為理想的配合，避雷器伏秒特性帶的上限邊界應(yīng)低于被保護(hù)設(shè)備伏秒特性帶的下限邊界，而其下限邊界應(yīng)高于系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓（。

圖1 避雷器保護(hù)電器設(shè)備示意圖

圖2 伏秒特性的配合

2.2.2避雷器應(yīng)具有較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力

在雷電過電壓作用下，避雷器開始動作導(dǎo)通后，就形成了相導(dǎo)線對地的近似短路。由于雷電過電壓持續(xù)時間很短，當(dāng)避雷器兩端的過電壓消失后，系統(tǒng)正常運(yùn)行電壓又繼續(xù)作用在避雷器兩端，在這一正常運(yùn)行電壓作用下，處于導(dǎo)通狀態(tài)的避雷器中繼續(xù)流過工頻接地電流，該電流稱為工頻續(xù)流。工頻續(xù)流的存在一方面使相導(dǎo)線對地的短路狀態(tài)繼續(xù)維持，系統(tǒng)無法恢復(fù)正常運(yùn)行，另一方面也會使避雷器自身受到損壞。為此，避雷器應(yīng)具備較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，應(yīng)能在雷電過電壓消失后工頻續(xù)流的第一次過零時自行切斷工頻續(xù)流，系統(tǒng)將恢復(fù)正常的運(yùn)行。

3.移動通信基站的防雷與接地

3.1供電系統(tǒng)的防雷與接地

3.1.1移動通信基站的交流供電應(yīng)采用三相五線制供電方式。

3.1.2移動通信基站宜設(shè)置專用電力變壓器，電力線宜采用具有金屬護(hù)套或絕緣護(hù)套電纜，穿鋼管埋地，并引入移動通信基站，電力電纜金屬護(hù)套或鋼管兩端應(yīng)就近可靠接地。

3.1.3當(dāng)電力變壓器設(shè)在站外時，對于低處年雷暴日大于20天、大地電阻率大于100Ω/m的暴露地區(qū)的架空高壓電力線路，宜在其上方架設(shè)避雷線，其長度不宜小于500m。電力線應(yīng)在避雷線地25°角保護(hù)范圍內(nèi)，避雷線（除終端桿外）應(yīng)每桿做一次接地。為確保安全，宜在避雷線終端桿的前一桿上，增裝一組氧化鋅避雷器。

3.1.4當(dāng)電力變壓器設(shè)在站內(nèi)時，其高壓電力線應(yīng)采用電力電纜從地下進(jìn)站，電纜長度不宜小于200m，電力電纜與架空電力電纜連接處三根相線應(yīng)加裝氧化鋅避雷器，電纜兩端金屬外護(hù)層應(yīng)就近接地。，

3.1.5移動通信基站交流電力變壓器高壓側(cè)三根線，應(yīng)分別就近對地加裝氧化鋅避雷器，電力變壓器低壓側(cè)三根相線應(yīng)分別對地加裝無間隙氧化鋅避雷器，變壓器的機(jī)殼、低壓側(cè)的交流零線，以及變壓器相連的電力電纜的金屬外護(hù)層，應(yīng)就近接地。出入基站的所有電力線均應(yīng)在出口處加裝避雷器。

3.1.6進(jìn)入移動通信基站的低壓電力電纜，宜從地下引入機(jī)房，其長