移動(dòng)通信基站的通信防雷技術(shù)與防雷檢測(cè)注意事項(xiàng)

摘要 隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，各個(gè)地區(qū)對(duì)移動(dòng)通信基站加大了建設(shè)力度。因我國(guó)幅員遼闊，基站數(shù)量眾多，再加上環(huán)境因素和相關(guān)技術(shù)水平的限制，使得我國(guó)移動(dòng)通信基站遭受雷擊的概率較高，嚴(yán)重阻礙了通信事業(yè)的快速發(fā)展。在移動(dòng)通信基站雷擊災(zāi)害主要形式的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了移動(dòng)通信基站通信防雷技術(shù)和防雷檢測(cè)注意事項(xiàng)，以不斷完善現(xiàn)有的移動(dòng)通信基站防雷，將雷電對(duì)其的危害降到最低。

關(guān)鍵詞 移動(dòng)通信基站；防雷技術(shù)；防雷檢測(cè)；注意事項(xiàng)

中圖分類號(hào)：TU856 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）05–0176-03

Communication Lightning Protection Technology of Mobile Communication base Station and Precautions for Lightning Protection Detection

Lu Min et al（Jiangxi Climate Center， Nanchang， Jiangxi 330096）

Abstract With the continuous improvement of China’s scientific and technological level， various regions have stepped up the construction of mobile communication base stations. Due to China’s vast territory and large number of base stations， as well as the limitations of environmental factors and related technical level， the probability of lightning strikes on mobile communication base stations in China is high， which seriously hinders the rapid development of communication industry. On the basis of the main forms of lightning disasters in mobile communication base stations， focused on the analysis of lightning protection technology for mobile communication base stations and precautions for lightning protection detection， in order to continuously improve the existing lightning protection of mobile communication base stations and minimize the harm of lightning to them.

Key words Mobile communication base station; Lightning protection technology; Lightning protection detection; Precautions

隨著國(guó)家通信網(wǎng)的不斷完善和現(xiàn)代化水平不斷提升，在構(gòu)建信息基礎(chǔ)設(shè)施中移動(dòng)通信網(wǎng)發(fā)揮著十分重要的作用。自移動(dòng)、聯(lián)通和電信三大運(yùn)營(yíng)商成立“鐵塔公司”以來，對(duì)基站建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)工作的要求不斷增強(qiáng)。移動(dòng)通信基站分布區(qū)域較為廣泛、站址環(huán)境極為惡劣，再加上基站信號(hào)發(fā)射的特點(diǎn)，基站選址的過程中會(huì)優(yōu)先選擇易遭受雷擊的樓頂、山頂?shù)任恢谩Ｔ擃惖貐^(qū)建設(shè)的基站存在頻繁雷擊、雷擊侵入途徑等很多不安全因素，通信基站設(shè)備遭受雷擊的概率較大，一旦受到損壞會(huì)給運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員帶來嚴(yán)重困擾。結(jié)合原信息產(chǎn)業(yè)部郵電設(shè)計(jì)院統(tǒng)計(jì)全國(guó)多個(gè)省份的移動(dòng)通信基站遭受雷擊情況結(jié)果，全國(guó)范圍內(nèi)的基站幾乎沒有遭受直接雷擊損壞的情況，大部分的通信設(shè)備雷擊受損均是雷電過電壓造成的。受損設(shè)備則是由雷電感應(yīng)引發(fā)的電力線、電源設(shè)備及同外界線纜聯(lián)系較為密切的信號(hào)電路和接口設(shè)備。因此，做好移動(dòng)通信基站雷電過電壓防護(hù)顯得十分重要。

對(duì)于移動(dòng)通信基站而言，在防御雷電過電壓的過程中，需在聯(lián)合接地、均壓等電位的基礎(chǔ)上進(jìn)行，還要結(jié)合雷電電磁場(chǎng)分布狀況合理布設(shè)站內(nèi)接地線。由此不難看出，移動(dòng)通信基站防雷并不單純的接地線或?qū)我焕纂娺^電壓保護(hù)器的應(yīng)用，應(yīng)結(jié)合移動(dòng)通信基站所在位置、四周環(huán)境因素、所在地雷暴日數(shù)和雷暴強(qiáng)度確定基站雷電防護(hù)措施，保證各級(jí)雷電防護(hù)相輔相成，進(jìn)一步增強(qiáng)整體防雷效果。

1 移動(dòng)通信基站雷擊災(zāi)害的主要形式

1.1 直擊雷

直擊雷就是雷電直接作用于建筑物或防雷設(shè)施，進(jìn)而引起電效應(yīng)、熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)等[1]。直擊雷有較大的破壞性，若是移動(dòng)通信設(shè)備缺少防直擊雷措施，一旦遭受直接雷擊，會(huì)損害鐵塔、通信設(shè)備，嚴(yán)重的情況下則會(huì)出現(xiàn)人員傷亡。

1.2 靜電感應(yīng)

雷電感應(yīng)就是在附近雷電作用下，導(dǎo)體上出現(xiàn)靜電和電磁感應(yīng)。與直擊雷相比，雷電感應(yīng)破壞強(qiáng)度相對(duì)較小，但雷電感應(yīng)出現(xiàn)頻率較高，會(huì)對(duì)移動(dòng)通信基站的通信設(shè)備造成不同程度破壞。

1.3 雷電波侵入和雷擊電磁脈沖

雷擊電波就是雷電流以線路為媒介進(jìn)入基站，進(jìn)而造成設(shè)備受損[2]。雷擊電磁脈沖就是建筑物或防雷設(shè)備被雷電擊中后出現(xiàn)的干擾性效應(yīng)，對(duì)基站通信設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生損壞。

2 移動(dòng)通信基站通信防雷技術(shù)

2.1 通信基站鐵塔防雷

2.1.1 接閃器 基站內(nèi)的天線主要放置在鐵塔內(nèi)，應(yīng)確保天線處于避雷針保護(hù)范圍內(nèi)。將避雷針直接布設(shè)到鐵塔頂部，并與鐵塔進(jìn)行有效焊接，同時(shí)做好焊點(diǎn)處的防腐處理。根據(jù)滾球法計(jì)算出避雷針架設(shè)高度，保證滾球半徑同防雷體系保護(hù)等級(jí)相符，可選擇鋼管或圓鋼作為避雷針。為了避免因避雷針的出現(xiàn)對(duì)天線輻射產(chǎn)生損害，進(jìn)而影響整體通信效果，應(yīng)保證避雷針同天線間的距離適宜。

2.1.2 接地引下線 通常情況下，可將鐵塔作為引下線，其防雷效果相對(duì)較好[3]。只需要做好鐵塔接地工作，就能確保雷電流從塔身截面安全通過。工作人員需做好接閃器與鐵塔之間的電氣連通，還要涂抹防腐層，以保證雷電流可以快速泄放進(jìn)入大地。

2.1.3 屏蔽層接地 基站饋線以同軸電纜為主，同時(shí)在避雷針有效保護(hù)范圍內(nèi)，而雷電中的感應(yīng)雷電波易進(jìn)入機(jī)房，應(yīng)做好屏蔽層接地工作。將塔頂與鐵塔鋼梁處連接同軸電纜金屬屏蔽層，將其作為接“地”點(diǎn)；將鐵塔鋼梁與塔身到機(jī)房轉(zhuǎn)彎處上方0.5～1.0 m位置處進(jìn)行連接，使其成為接“地”點(diǎn)；根據(jù)就近原則，在機(jī)房入口位置處，直接連通從地網(wǎng)引出的接地線，使其成為接“地”點(diǎn)。對(duì)于基站饋線而言，若是長(zhǎng)度超過60 m，可在鐵塔中新增接“地”點(diǎn)，將其作為金屬屏蔽層使用，同時(shí)還要確保相鄰接“地”點(diǎn)的距離在60 m以內(nèi)。若是機(jī)房?jī)?nèi)有同軸電纜進(jìn)入，在沒有連接到基站通信設(shè)備前，需要將天饋避雷器布設(shè)到芯線上，確保芯線上的雷電流可以及時(shí)泄放到大地，進(jìn)而預(yù)防感應(yīng)雷。

2.2 基站電力傳輸部分防雷

2.2.1 高壓架空線 高壓架空線在進(jìn)入基站前需要經(jīng)過變壓器、低壓電纜，如何降低直接雷對(duì)高壓架空線路的危害，值得人們高度重視。為了確保高壓線路安全，可在高壓線路上架設(shè)避雷線，同時(shí)還要確保避雷線架設(shè)長(zhǎng)度超過500 m。若在高壓架空線路上有雷電繞機(jī)的情況出現(xiàn)，通過布設(shè)避雷線的方式可將耦合、分流和屏蔽作用發(fā)揮出來，不斷降低雷電過電壓，使高壓架空線路承受的電壓進(jìn)一步下降。另外，還可以將氧化鋅避雷器直接布設(shè)到高壓架空線終端桿上，以抑制雷電波幅值和陡度。基站外的各個(gè)桿需要單獨(dú)布設(shè)接地體，并將其設(shè)計(jì)成環(huán)形或輻射形，終端桿的接地電阻值需在10 Ω以內(nèi)，而其他桿的接地電阻值需控制在30 Ω以內(nèi)。

2.2.2 供電電力變壓器 移動(dòng)通信基站的電力變壓器需要單獨(dú)布設(shè)，同時(shí)還要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，安裝完成后需在變壓器所在位置處轉(zhuǎn)換供電接地系統(tǒng)[4]。為了正確安裝變壓器，需在雷電波到來方向上布設(shè)避雷器，由于雷電電壓的接地支路電壓要低于閾值，應(yīng)保證雷電沖擊波及時(shí)泄放到大地，使其處于變壓器絕緣可以承受的最大范圍內(nèi)。根據(jù)就近原則將變壓器高壓側(cè)2根相線安裝到距離變壓器最近的位置處，對(duì)地布設(shè)時(shí)還要做好避雷器布設(shè)。

2.2.3 低壓供電輸電電源線 從變壓器到基站機(jī)房引入的低壓線路，應(yīng)選擇具有金屬保護(hù)套的電纜穿鋼管直接埋地引入，電纜長(zhǎng)度需超過50 m，埋地深度在0.7 m以上。在機(jī)房入口處，根據(jù)就近原則做好將金屬護(hù)套和鋼管與地網(wǎng)直接的連接工作。

2.3 基站機(jī)房部分防雷

2.3.1 機(jī)房 對(duì)于移動(dòng)通信基站的機(jī)房而言，主要的防雷方式是接閃器，可在屋頂直接布設(shè)避雷網(wǎng)或避雷帶，在屋頂相關(guān)金屬設(shè)施的最近位置處，做好與接閃器之間的有效焊接，防止出現(xiàn)直接雷擊和繞機(jī)情況[5]。實(shí)際上，機(jī)房避雷帶和避雷網(wǎng)的規(guī)格型號(hào)以扁鋼或圓鋼為主，結(jié)合機(jī)房防雷等級(jí)選擇合適的避雷網(wǎng)尺寸，應(yīng)確保兩者保持一致。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的機(jī)房，引下線可以選擇四周墻面混凝土主筋、機(jī)房梁、柱、樓板等進(jìn)行替代。鋼筋上下兩端需分別與防雷裝置、地網(wǎng)相連，為了削弱閃電出現(xiàn)時(shí)的瞬變電磁場(chǎng)強(qiáng)度，應(yīng)將鋼筋中間分別與各層均壓環(huán)進(jìn)行有效焊接。

2.3.2 電源系統(tǒng) 移動(dòng)通信基站機(jī)房電源系統(tǒng)的雷電防護(hù)主要選擇安裝電壓保護(hù)器。由于設(shè)備自身的耐壓水平和設(shè)備所在位置存在很大差異，可將其的防雷等級(jí)劃分為三級(jí)或三級(jí)以上[6]。電源系統(tǒng)的雷電三級(jí)防護(hù)主要是：第一級(jí)防護(hù)。為了將電纜中的直擊雷和較高強(qiáng)度的感應(yīng)雷第一時(shí)間泄放進(jìn)入大地，從變壓器到機(jī)房配電屏電纜芯線處要做好對(duì)地SPD的安裝。第二級(jí)防護(hù)。該級(jí)別SPD以大通容量類型浪涌保護(hù)器為主，且是氣體放電管，以實(shí)現(xiàn)放電能力達(dá)到最高，這種類型SPD卻有較高的殘壓；在配電屏到機(jī)房配電箱電纜芯線兩端分別對(duì)地加裝SPD，以保護(hù)不間斷電源、整流器等設(shè)備。第三級(jí)防護(hù)。該級(jí)別SPD以小容量限壓型SPD為主，且是氧化鋅壓敏電阻，響應(yīng)時(shí)間短、殘壓低且無續(xù)流；在通信設(shè)備前端做好線與線、線與地SPD安裝，保護(hù)終端設(shè)備，以限制過電壓，確保后級(jí)設(shè)備安全。可選擇大功率TVS管，響應(yīng)能力較快，同時(shí)還有放電限壓能力。

2.3.3 信號(hào)系統(tǒng) （1）饋線。通常情況下，雷擊感應(yīng)的主通道是天饋通道，除了根據(jù)就近原則做好同軸電纜金屬屏蔽層的接地工作，還要安裝天饋避雷器[7]。另外，同軸電纜布設(shè)SPD主要有2個(gè)級(jí)別，分別將設(shè)備接口端與其做好室外和室內(nèi)的連接工作，接地端子應(yīng)與機(jī)房外同軸電纜入口最近的接地體相連。（2）信號(hào)線。在布設(shè)信號(hào)線SPD時(shí)，只需要將保護(hù)范圍考慮進(jìn)去即可。在安裝SPD應(yīng)就近安裝到通信設(shè)備上，若設(shè)備不位于防雷區(qū)交界處，需在通信設(shè)備處再次加裝SPD。

2.3.4 基站地網(wǎng) （1）鐵塔和機(jī)房地網(wǎng)。若機(jī)房旁邊分布有鐵塔，需單獨(dú)布設(shè)鐵塔地網(wǎng)，并將塔基地樁內(nèi)2根以上的柱鋼筋作為鐵塔地網(wǎng)垂直接地體；若是鐵塔在機(jī)房屋頂處，應(yīng)按照就近原則將鐵塔死角同屋頂避雷帶進(jìn)行焊接連通，并做好焊接部位的防腐處理。若是機(jī)房基礎(chǔ)有地樁出現(xiàn)，接地體可選擇地下鋼筋混凝土基礎(chǔ)，并將機(jī)房地網(wǎng)同地樁內(nèi)超過2根的柱鋼筋進(jìn)行有效焊接，以確保接地電阻值較低且穩(wěn)定[8]。（2）聯(lián)合地網(wǎng)。若是機(jī)房?jī)?nèi)有變壓器，可以選擇機(jī)房地網(wǎng)作為聯(lián)合地網(wǎng)。

3 移動(dòng)通信基站防雷檢測(cè)注意事項(xiàng)

3.1 是否選擇共用接地

移動(dòng)通信基站的主要組成部分是機(jī)房、變壓器和鐵塔3個(gè)部分的地網(wǎng)組成。在均壓和等電位原理的基礎(chǔ)上，需要將基站的工作、保護(hù)、防雷接地做好，并共用1個(gè)接地網(wǎng)。對(duì)于站內(nèi)的不同種類的接地線，需分別從接地網(wǎng)或接地匯集線上直接引入。若是第一次進(jìn)行接地檢測(cè)，應(yīng)選擇毫歐表測(cè)量相鄰接地裝置，若是測(cè)出的接地電阻值在4.0 Ω以內(nèi)，則說明電氣導(dǎo)通，反之，則說明各個(gè)設(shè)備獨(dú)立接地[9-10]。

3.2 測(cè)量接地電阻大小和方法

根據(jù)移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求，移動(dòng)通信基站地網(wǎng)的接地電阻值需在5.0 Ω以下；若是區(qū)域內(nèi)的年雷暴日數(shù)不足20 d，接地電阻值可低于10 Ω。在測(cè)量接地電阻值，應(yīng)確保測(cè)量?jī)x器同電網(wǎng)、電壓極、電流極、測(cè)試極的距離適宜，以提升測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性水平。

3.3 線纜引入不規(guī)范的問題

結(jié)合通信局（站）防雷接地設(shè)計(jì)規(guī)范要求，應(yīng)將移動(dòng)基站電力電纜埋地敷設(shè)工作做好，若選擇的是專用變壓器，應(yīng)保證高壓電力電纜的埋設(shè)長(zhǎng)度超過200 m；若是進(jìn)入基站機(jī)房的是低壓電纜，應(yīng)優(yōu)先選擇金屬鎧裝層電力電纜或者是直接穿過鋼管埋地后引入機(jī)房，將埋地長(zhǎng)度控制在12 m以上[10-11]。根據(jù)就近原則，在距離變壓器地網(wǎng)最近的位置處，直接與鋼管和電纜金屬鎧裝層連通。在防雷檢測(cè)中，應(yīng)結(jié)合規(guī)范要求，認(rèn)真查看圖紙和施工現(xiàn)場(chǎng)，針對(duì)架空引入的電纜或埋地引入后不符合要求的，需在檢測(cè)報(bào)告中明確指出。

3.4 接地裝置距離線纜較近的問題

在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，需認(rèn)真查看電纜同接地裝置線的距離，需保證兩者的距離在1 m以上。另外，若是傳輸線、鋼絞線直接將鐵塔作為終端桿在鐵塔上捆綁需要進(jìn)行說明。若是傳輸線上有雷擊出現(xiàn)，鋼絞線上會(huì)出現(xiàn)電磁感應(yīng)，進(jìn)而損壞連接設(shè)備，或者是鐵塔上的雷電流以鋼絞線為媒介直接竄到機(jī)房或其他基站上，進(jìn)而引發(fā)雷電災(zāi)害[12]。

3.5 檢查等電位連接系統(tǒng)

通過等電位連接可將各分開裝置和導(dǎo)電物體之間的電位差降到最低[13]。對(duì)于機(jī)房?jī)?nèi)的各種類型線纜金屬外層、工作接地、設(shè)備保護(hù)接地、金屬構(gòu)件、各種箱體、機(jī)架、殼體來說，應(yīng)根據(jù)就近原則將其連接最近的局部等電位，且以“S”型接地應(yīng)用頻率最高。需做好機(jī)房?jī)?nèi)走線架、機(jī)架、吊掛鐵架、金屬通風(fēng)管道、金屬門窗等的保護(hù)接地。可選擇截面積超過35 mm2的多股銅導(dǎo)線作保護(hù)接地。在保護(hù)接地檢測(cè)中，需分別檢查接地線線徑、各個(gè)金屬體與匯流排的連接情況，應(yīng)保證過渡電阻值在0.03 Ω以內(nèi)。在就近位置處，做好基站同軸電纜饋線金屬外護(hù)層上部、下部及經(jīng)走線架進(jìn)入機(jī)房入口的接地工作；在機(jī)房入口做好地網(wǎng)接地線連通工作。若是鐵塔高度超過60 m，在鐵塔中部增加同軸電纜饋線金屬外護(hù)層的接地。在現(xiàn)場(chǎng)防雷檢測(cè)中，除了查看接地是否與規(guī)范要求相符外，還要檢查站房室外匯流排連接情況，應(yīng)保證過渡電阻值在0.03 Ω以內(nèi)。禁止鐵塔直接與室外匯流排連接。

3.6 SPD檢查

現(xiàn)階段，基站中的電源線路防護(hù)使用頻率最多是SPD分級(jí)防護(hù)，通過逐級(jí)泄放雷電流，以遏制入侵的雷電流，以最大限度地降低瞬態(tài)過電壓幅值，使其處于設(shè)備可以承受的范圍內(nèi)，進(jìn)而確保電子設(shè)備安全。在檢查SPD時(shí)，應(yīng)將各個(gè)配電柜打開，檢查內(nèi)部是否安裝了電源SPD或信號(hào)SPD。對(duì)SPD的檢查主要包括參數(shù)、安裝方式、過渡電阻、狀態(tài)顯示等的檢查。

3.7 保護(hù)范圍問題

在檢測(cè)保護(hù)范圍中，主要是查看站房和天線是否在直擊雷保護(hù)范圍內(nèi)，尤其是樓頂是重點(diǎn)檢查對(duì)象。

4 結(jié)論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和通信技術(shù)水平的不斷提高，移動(dòng)通信基站在促進(jìn)社會(huì)發(fā)展方面發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。移動(dòng)通信基站雷電防護(hù)屬于系統(tǒng)性工作，在開展移動(dòng)通信基站防雷工作的過程中，需根據(jù)實(shí)際情況，通過因地制宜，不斷探索，不斷完善現(xiàn)有的防雷技術(shù)。在確保符合國(guó)家和行業(yè)現(xiàn)行法規(guī)的基礎(chǔ)上，加大創(chuàng)新力度，通過充分利用新技術(shù)和新方法，不斷簡(jiǎn)化復(fù)雜的移動(dòng)通信基站防雷工作，使其變得更加安全、簡(jiǎn)單、可靠，通過采取綜合性的防護(hù)措施，確保移動(dòng)通信基站防雷水平得到大幅度提高，使其可以持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

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責(zé)任編輯：黃艷飛