基于移動通信基站雷電防御的探析

李萌

摘 要：簡要分析了雷電入侵基站的主要方式，分別介紹了直擊雷和感應(yīng)雷兩種不同形式的雷電的防護措施，以保證移動通信基站免受雷電的侵害而持續(xù)正常運行。

關(guān)鍵詞：移動通信基站；雷電入侵；直擊雷；感應(yīng)雷

中圖分類號：TN929.5；TM862+.1 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.102

移動通信基站是信號傳遞的根本，在如今信息化的時代，移動通信基站的正常運行尤為重要。由于移動通信基站在運行過程中極易受到雷電的襲擊，因此，雷電防護措施是否有效，直接決定著移動通信基站能否正常運行。可見，雷電防護措施的制訂已然成為基站建設(shè)的重要工序之一。

1 雷電入侵基站的主要方式

雷電入侵移動通信基站的方式主要有以下三種：①由架空輸電線引入。雷電侵入移動通信基站的主要方式之一便是經(jīng)由架空輸電線進入基站。架空輸電線所處的位置較高，且四周都存在磁場，因此極易受到雷電的襲擊。移動通信基站系統(tǒng)中，機房由輸電線供電。如果架空輸電線遭到雷電襲擊，就會形成感應(yīng)雷電流，而輸電線會將電流直接送入供電系統(tǒng)。此時，基站所使用的電源系統(tǒng)便會受到影響，使得機房運行出現(xiàn)故障，難以繼續(xù)為基站供電。②經(jīng)由天饋線進入基站。雷電流也可通過天饋線襲擊移動通信基站。當(dāng)外部有雷電產(chǎn)生時，雷電流會經(jīng)天線進入饋線，之后再沿著饋線侵入機房，使得機房設(shè)備受到嚴(yán)重的損害，進而發(fā)生故障。③由地網(wǎng)反擊入侵。大部分基站都安裝了避雷器，在避雷器向地面釋放雷電流的過程中，由于基站還裝設(shè)有接地電阻，基站工作區(qū)域的電位會升高。基站中的電源、開關(guān)電源監(jiān)控單元、基站動力環(huán)境控制器等含有直流負(fù)荷的設(shè)備都存在不同量的寄存電容。上述設(shè)備一端與工作接地相連，沒有電流存在的遠(yuǎn)端區(qū)域與基站的工作區(qū)域形成了電位差，從而進一步形成了差模脈沖電壓。如果該電壓超出設(shè)備絕緣耐壓的允許范圍，則設(shè)備便會受到一定程度的損害。

2 直擊雷防護

對于直擊雷防護，工作人員可通過分流的方式，降低甚至消除雷電流對基站造成的損害。常見的直擊雷防護措施有安裝避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)，使三者形成避雷系統(tǒng)。通過引下線將電流逐級導(dǎo)入地面，避免雷電流直接擊中系統(tǒng)各設(shè)備或鐵塔。

鐵塔是基站中最高的建筑，同時也是最容易遭到雷擊的建筑。因此，工作人員需在塔頂安設(shè)避雷器，以避免雷電直接擊中電塔或其他設(shè)備，使得設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致基站無法正常運行。對于鐵塔的防護，工作人員可通過滾球法進行計算，以明確避雷器的安設(shè)高度和實際保護區(qū)域。移動通信基站往往將天線搭設(shè)于鐵塔之上，天線極易被雷電擊中，發(fā)生故障。因此，塔頂?shù)谋芾灼鲬?yīng)使用半徑為5 mm的圓鋼搭設(shè)，搭設(shè)高度按照滾球法確定，以確保天線和機房頂部不會直接受到雷電的襲擊。基站屬于第三類防雷建筑物。設(shè)滾球半徑為60 m，鐵塔與機房間的距離為23 m，根據(jù)滾球法可求得避雷器的安裝高度。

滾球法計算公式如下：

rx= - . （1）

r0= . （2）

式（1）（2）：rx為避雷器在高度為hx之上xx′平面的保護半徑；h為鐵塔與機房間的距離；hr為滾球的半徑；hx為受保護物體的實際高度；r0為避雷器對地面的保護半徑。

將hr=60 m、hx=3 m、h=23 m帶入式（1）（2）可得rx=23.1 m，r0=39.256 m。

至此，可得出避雷器對地面的保護半徑可達(dá)39.256 m，而在高度為23 m的空中，其保護半徑可達(dá)到23.1 m。

基站對直擊雷的防護應(yīng)將防護重點放在鐵塔上。工作人員在建立防直擊雷系統(tǒng)之前，應(yīng)對周圍地形、建筑物的狀況進行勘察與檢測。由于變壓器位于基站周圍，因此，建立雷電防護系統(tǒng)之后，還需將變壓器納入基站防雷系統(tǒng)之中。這就要求避雷器達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。避雷器的安裝高度與其保護范圍有直接的關(guān)系，設(shè)變電站與基站的距離為48 m，則基站避雷器的安裝高度應(yīng)不低于20 m，盡量控制在30 m左右，不可過高。如果避雷器安裝得過高，其對地面的保護范圍并不會發(fā)生變化，反而避雷器本身具有一定的危險，施工成本也會相應(yīng)增加。

3 感應(yīng)雷防護

3.1 天饋線和傳輸系統(tǒng)的感應(yīng)雷防護

感應(yīng)雷指雷電在發(fā)生過程中會形成電磁場，而該電磁場會與電子設(shè)備的信號線、天饋線和電源線耦合，進而形成脈沖電流。除此以外，帶電雷云與地面設(shè)備所形成的靜電感應(yīng)電流也可稱為感應(yīng)雷。天饋線系統(tǒng)是基站重要的系統(tǒng)之一，經(jīng)由饋線輸送的電磁波能夠利用天線轉(zhuǎn)化為可在自由空間內(nèi)輸送的電磁波。同時，天線也能夠?qū)⒆杂煽臻g內(nèi)輸送的電磁波轉(zhuǎn)化為饋線輸送的電磁波。天饋線對信號的輸送會對基站的運行造成直接影響，因此，天饋線防雷設(shè)施的建立對基站的正常運行十分重要。在避雷器與閃電接觸之后，雷電流會沿著鐵塔釋放。此時，同軸電纜便會產(chǎn)生感應(yīng)電流，工作人員應(yīng)使基站中電線的同軸電纜自鐵塔中心處向下引導(dǎo)，以最大限度地降低感應(yīng)電流。基站鐵塔利用四個鐵柱在同一時刻將電流釋放入地面，極大削弱了感應(yīng)雷在鐵塔中心所形成的感應(yīng)場。

3.2 供電系統(tǒng)的感應(yīng)雷防護

供電系統(tǒng)是維持基站正常運行的重要部分。通常情況下，基站的供電線應(yīng)通過外架空線接入，也可由埋地的金屬管穿過。由于電源線線架較長，線路分布極為復(fù)雜，因此能夠輕易對雷電流形成感應(yīng)。總之，無論工作人員使用哪種方式將電源線接入，都需于進入基站的電源線口位置安設(shè)大通流量的避雷器。在供電系統(tǒng)中，往往利用SPD作為控制雷電流的設(shè)備。如今，在基站中使用較為頻繁的SPD為限壓型壓敏電阻，部分基站也使用雷電流放電器。限壓型壓敏電阻與雷電流放電器間存在一定的差異，在功能、應(yīng)用范圍和性能方面有各自的優(yōu)點。與雷電流放電器相比，限壓型壓敏電阻能夠更為有效地保護基站，且使用更安全、更可靠。

4 結(jié)束語

移動通信基站的運行狀況與人們生活密切相關(guān)。因此，工作人員應(yīng)建立完善的防雷系統(tǒng)，降低移動通信基站遭受雷擊的概率，以達(dá)到保證移動通信基站穩(wěn)定運行的目的。

參考文獻

[1]馮慶華.移動通信基站引入雷電的主要途徑及防護措施[J].科技資訊，2011（12）：43.

[2]呂德勝，高鵬.移動通信基站引入雷電的主要途徑及防護措施[J].硅谷，2011（16）：117.

〔編輯：劉曉芳〕