對移動通信基站中通信防雷分析

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摘要：隨著社會的進步，移動通信迅速發展，而移動通信基站能否正常運行是移動通信的關鍵。基站的設備大部分是微電子設備，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，給人們的生產和生活帶來不便或巨大的損失。

關鍵詞：移動通信基站；通信防雷分析；措施

引言

隨著通信行業的迅速發展，微電子設備得到廣泛應用，通信設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，容易遭受雷擊災害。雷電具有很強的破壞性，一旦通信基站遭受雷擊，容易造成通信設備損壞，通信信號中斷，給社會帶來較大的經濟影響，因此做好移動通信基站的防雷是一項重要的工作

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70～90 m。當鐵塔的避雷針受到直接雷擊時，雷電流通過鐵塔，經其接地裝置散流入地，使地網地電位升高，導致基站地網與設備之間產生很高的電位差而形成地電位反擊，對通信設備造成損壞。如果天饋線為同軸電纜，在導體上感應出較強的感應電流，即為同軸電纜的感應電流。感應電流經同軸電纜從鐵塔天線進入基站機房，進入收發信機，燒壞移動通信設備。

1.2雷電通過架空管線侵入

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

1.3雷電電磁感應影響

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

1.4基站機房引入雷電

當移動基站機房建在山頂上，機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物，這種現象叫雷電繞擊。在這種情況下，孤立的避雷針往往已不能防御雷電對機房的直擊。因此，基站機房必須采取必要的防雷措施。

2.避雷器原理與要求

2.1避雷器保護原理

各種電氣設備的絕緣都是按一定的耐受電壓水平來設計的，為了設備的安全，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，這種過電壓抑制裝置通常是避雷器。避雷器的保護動作特性是通過其動作電壓體現出來的，當避雷器兩端電壓低于動作電壓時，避雷器呈現近似開路，當避雷器兩端電壓達到和超過動作電壓時，它將導通，對過電壓實施抑制。避雷器設置在被保護設備附近，安裝在相導線與地之間，與被保護設備并聯，如圖1所示。在系統正常運行情況下，作用于避雷器兩端的電壓為系統的相對地工作電壓，低于動作電壓，避雷器處于開路狀態，此時避雷器的存在不會影響到系統的正常運行。如果雷電過電壓波沿線路侵入電氣設備，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設備絕緣可以耐受的限度內。電力系統中采用的避雷器主要有閥式避雷器，氧化鋅避雷器，保護間隙和管型避雷器，其中有些避雷器還被用于抑制系統操作過電壓。

2.2對避雷器的基本要求

避雷器并聯與被保護設備附近，為了使設備能夠得到可靠保護，它應滿足以下技術要求：

2.2.1電氣設備沖擊絕緣強度是以伏秒特性，即擊穿電壓值與擊穿放電延時之間的關系特性來表示的。當受到雷電過電壓作用時，與被保護設備并聯的避雷器應能率先動作限壓，保護設備的安全，這一要求可以通過避雷器與設備之間的伏秒特性配合來滿足。實際上，由于擊穿過程的隨機性，擊穿電壓具有明顯的分散性，實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，要實現較為理想的配合，避雷器伏秒特性帶的上限邊界應低于被保護設備伏秒特性帶的下限邊界，而其下限邊界應高于系統最高運行電壓（。

圖1 避雷器保護電器設備示意圖

圖2 伏秒特性的配合

2.2.2避雷器應具有較強的絕緣強度自恢復能力

在雷電過電壓作用下，避雷器開始動作導通后，就形成了相導線對地的近似短路。由于雷電過電壓持續時間很短，當避雷器兩端的過電壓消失后，系統正常運行電壓又繼續作用在避雷器兩端，在這一正常運行電壓作用下，處于導通狀態的避雷器中繼續流過工頻接地電流，該電流稱為工頻續流。工頻續流的存在一方面使相導線對地的短路狀態繼續維持，系統無法恢復正常運行，另一方面也會使避雷器自身受到損壞。為此，避雷器應具備較強的絕緣強度自恢復能力，應能在雷電過電壓消失后工頻續流的第一次過零時自行切斷工頻續流，系統將恢復正常的運行。

3.移動通信基站的防雷與接地

3.1供電系統的防雷與接地

3.1.1移動通信基站的交流供電應采用三相五線制供電方式。

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

3.1.3當電力變壓器設在站外時，對于低處年雷暴日大于20天、大地電阻率大于100Ω/m的暴露地區的架空高壓電力線路，宜在其上方架設避雷線，其長度不宜小于500m。電力線應在避雷線地25°角保護范圍內，避雷線（除終端桿外）應每桿做一次接地。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當電力變壓器設在站內時，其高壓電力線應采用電力電纜從地下進站，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加裝氧化鋅避雷器，電纜兩端金屬外護層應就近接地。，

3.1.5移動通信基站交流電力變壓器高壓側三根線，應分別就近對地加裝氧化鋅避雷器，電力變壓器低壓側三根相線應分別對地加裝無間隙氧化鋅避雷器，變壓器的機殼、低壓側的交流零線，以及變壓器相連的電力電纜的金屬外護層，應就近接地。出入基站的所有電力線均應在出口處加裝避雷器。

3.1.6進入移動通信基站的低壓電力電纜，宜從地下引入機房，其長