無線通信基站防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計研究

韓 冰，梁亞飛

（中國通信建設(shè)集團設(shè)計院有限公司 第四分公司，河南 鄭州 450052）

0 引 言

雷電非常容易對通信基站中的設(shè)備造成破壞，致使無線通信的信號中斷。雖然近年來技術(shù)人員越來越重視防雷措施，但仍然無法避免雷害的威脅，因此需要優(yōu)化防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計，針對性地進行防雷。

1 無線通信基站雷害

無線通信基站較為復(fù)雜，傳統(tǒng)防雷器設(shè)備的防雷效果不盡如意。實際調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，由于基站中重要設(shè)備設(shè)置的位置地勢較低，能夠被建筑的防雷設(shè)施以及線路的防雷系統(tǒng)密切保護，且基站吸收的雷電流能夠順著防雷系統(tǒng)泄放，因此通信基站中的設(shè)備幾乎不會被直擊類型的雷電破壞，也不受雷電感應(yīng)的威脅[1]。除此之外，基站的外部金屬都有一定的接地保護作用，雷電感應(yīng)也不會對其造成破壞。而失去地勢優(yōu)勢的基站則會被直擊雷電影響，雷電感應(yīng)也會對其產(chǎn)生威脅，更會由于電壓反擊以及雷電波的入侵導(dǎo)致在多次雷擊事故中出現(xiàn)單向交流電設(shè)備和直流設(shè)備被破壞的現(xiàn)象。無線通信基站中一旦發(fā)生雷害，破壞了通信設(shè)備，將會對無線通信的穩(wěn)定與安全造成較大的影響。由于雷電的自然性使其不可被控制，因此只能積極預(yù)防，在容易吸引雷電的區(qū)域要加強防雷的措施，完善防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計，通過完備的防雷系統(tǒng)保護基站中無線通信的運行線路與工作人員。此外，在此過程中還可以引進先進的防雷手段，提升防雷的效果[2]。

2 無線通信基站防雷接地系統(tǒng)設(shè)計

2.1 電源防雷

無線通信基站電源防雷系統(tǒng)在設(shè)計過程中需要考慮的主要因素是電源。一般來說，基站中經(jīng)常使用的電源大致有單相交流電源、三相交流電源以及直流電源3種[3]。交流電源的防雷設(shè)計（圖1）主要是針對直擊類型的雷電與感應(yīng)類型的雷電。在交流電源防雷的功能器中一般利用的是兩級防雷裝置，其中電感發(fā)揮其主要作用，較好地抑制電流的突變，確保壓敏電阻能夠?qū)⑵渥饔米畲蠡l(fā)揮出來。此類功能器在實際操作時如果運行正常，則空氣開關(guān)閉合，同時交流指示燈會亮起，而當其受到直擊雷的沖擊或被感應(yīng)雷入侵時，功能器中正常工作的壓敏電阻將會出現(xiàn)低阻現(xiàn)象，此時空氣開關(guān)的狀態(tài)斷開，交流指示燈也處于熄滅的狀態(tài)[4]。

圖1 交流電源的防雷線路

由于雷電在放電過程中具有較大的電流和電流變化率，電磁場會發(fā)生強烈的波動，進而對基站中的設(shè)備造成影響。一般情況下，直流的電源地與防雷地應(yīng)當處于不同的接地排，而部分基站中的接地排只有一個，導(dǎo)致電源地與防雷系統(tǒng)都被接到此處[5]。電磁場理論中說明電流的變化率相對穩(wěn)定時，直流電源地以及直流電源供應(yīng)的設(shè)備中設(shè)置的防雷引線和接地排共同構(gòu)成的面積范圍越小，則其感應(yīng)電動勢也越小，要求的電源設(shè)備的絕緣性越低[6]。在泄放雷電流時，如果接地線中的電流增大，那么其電壓會加在直流電源的設(shè)備上，直流電源和防雷地的接線方式將會成為等電位連接，能夠幫助其進行更好的防雷。此時需要加強以直流電源方式供電的通信設(shè)備。

2.2 機房防雷

由于無線通信基站使用的機房并非都是單獨建設(shè)的，部分基站通過租用民房來節(jié)省建設(shè)成本，因此在進行機房防雷設(shè)計的過程中需要充分考慮機房的來源。單獨建設(shè)的機房要在其屋頂上設(shè)置完備的避雷網(wǎng)，以3 m為間距和屋頂上的避雷針進行焊接聯(lián)通，還要在機房屋頂周圍設(shè)置避雷電流的引下線[7]。其所運用的金屬設(shè)備要以就近原則為施工基準，將其與避雷帶進行焊接聯(lián)通。而租用民房的機房防雷則考慮另外的防雷途徑，先找到建筑本身設(shè)置好的接地引下線，如果沒有發(fā)現(xiàn)，則尋找用于防雷的主鋼筋。因為防雷接地是每一個建筑電氣工程中都必須要進行的基礎(chǔ)性工作，其能夠保證整個安裝施工的安全，而在建筑工程中，最常用的防雷措施是利用主鋼筋來進行防雷，該鋼筋通過接地處理來增強其防雷的效果。并且在實施接地操作時，施工人員通常會做好標記，避免接地混亂，因此在尋找建筑本身的防雷設(shè)施時比較容易。在確認好建筑的防雷設(shè)施后，在機房的四周利用扁鋼網(wǎng)構(gòu)建封閉接地環(huán)[8]。通常來說，建筑主鋼筋的上端要和樓頂?shù)谋芾拙W(wǎng)形成電氣連接，其下端需要和接地網(wǎng)形成連接，中端需要和樓層間的接地母線構(gòu)成可靠的連接。為了加強防雷的效果，金屬類的框架與各類設(shè)備的外殼都應(yīng)當和主鋼筋搭建電氣連接，使整個建筑成為等電位體。

2.3 中繼線防雷

如今的無線通信技術(shù)最常使用的信號傳輸方式是光纖傳輸，而在實際操作的時候，數(shù)字中繼信號工作的頻率較高，因此應(yīng)更加關(guān)注數(shù)字中繼線路的防雷設(shè)計。在中繼線路的防雷設(shè)計中需要將PN結(jié)電容較小的器件作為優(yōu)先考慮對象，此類器件需要擁有較高的反應(yīng)速度和合適的擊穿低壓[9]。從中繼線路的保護電路圖（圖2）中不難發(fā)現(xiàn)，在變壓器之后設(shè)置了多達4個的二極管設(shè)備，此類設(shè)備最主要的作用為將漏過吸收的累積信號補充吸收，從而大大降低基站被雷電損害的概率，使無線通信的基站能夠穩(wěn)定地輸出信號。

圖2 數(shù)字中繼保護電路

2.4 天饋線防雷

在無線通信基站中，天饋線的防雷設(shè)計通常從鐵塔、天線的安裝以及饋線3方面進行。首先，鐵塔從位置上進行分類可以分為樓頂塔和落地塔，面對樓頂塔時，可以將其就近焊接上屋頂?shù)囊戮€或主鋼筋上。焊接的過程應(yīng)著重對焊點進行防護，與此同時，還要控制連接點的總數(shù)與其分散性[10]。面對落地塔時，應(yīng)當選擇建立地網(wǎng)的方式，并在其周圍埋設(shè)鍍鋅的扁鋼帶，打入圓鋼地樁。需要注意的是，地樁的間隔控制尤為關(guān)鍵。其次，天線的安裝對防雷效果的影響較大，因此其安裝的位置應(yīng)被精準地測算。天線應(yīng)當安裝于避雷針的保護區(qū)域之內(nèi)，保護角在30°與45°之間，當其多數(shù)保護時可以直接取30°。最后，饋線的防雷設(shè)計同樣備受重視，從理論上來說，饋線的屏蔽層需要設(shè)置在鐵塔的頂部、遠離塔身的拐角以及進入機房前等區(qū)域，在此類區(qū)域完成接地工作。但在實際施工時，由于鐵塔的高度受限，鐵塔頂部的接地應(yīng)用較少，施工人員會采取分布式的建設(shè)方式，分別設(shè)置BBU和RRU，大大減少鐵塔上接引的纜線，進而在其他區(qū)域進行接地[11]。但上塔的線纜數(shù)量減少又帶來了新的接地問題，在電纜被拉遠后對防雷的效果有一定的影響，供電的方式也出現(xiàn)了防雷問題，同時還需要解決處于室外的一體化PUS和UPS供電中的防雷問題。在設(shè)計PUS供電的防雷接地系統(tǒng)時，由于RRU設(shè)備需進行供電，因此以串聯(lián)防雷箱為主要防雷措施，同時使供電的設(shè)備以就近原則實施供電接地。

3 結(jié) 論

在所有的防雷接地設(shè)計中最關(guān)鍵的步驟就是接地工作，在考慮接地方式的同時需要依據(jù)不同防雷問題具備的特征，選擇最合適的防雷設(shè)備。在防雷接地設(shè)計中充分考慮到各方面的因素，做好電源防雷、機房防雷、中繼線防雷以及天饋線防雷的工作，才能夠使防雷效果達到最大。