浅议移动通信基站防雷措施

浅议移动通信基站防雷措施

陈官兵

广东达安项目管理股份有限公司510510

摘要：本文主要从雷电破坏移动通信系统的入侵途径；以及移动铁塔雷电防护关键措施，等几方面探讨了主题，旨在与同行共同学习。

关键词：雷电；移动通信基站；防雷；接地

一、雷电概述

雷电，是一种天气现象，一种大气中的放电及随之引起的发声和发光现象。具有随机性、瞬时性和危险性。它产生于积雨云中，而积雨云在形成过程中，某些云团带的是正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间、或是云与大地的电场强度可以击穿空气（一般为，幵始游离放电，我们称之为“先导放电”。云对地的先导放电是云向地面跳跃式慢慢发展的，当到达地面时（地面上的建筑物，架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流（一般为几十千安至几百千安），并随之发生强烈的电和响声，这就是我们所了解的雷电。典型的建筑物遭受雷击如下图所示。

二、移动基站被雷击的主要因素以及雷电的基本形式

1.主要因素

（1）基站所处的地理环境在城市、郊区、山区或易遭受雷击的地区。

（2）雷电保护区的划分。

（3）基站的分类（机房建筑物与铁塔的关系）。

（4）公共建筑物民用建筑物。

（5）基站内所配置的设备与系统。

（6）系统对雷电电磁脉冲的抗扰度。

（7）雷击事故受损程度。

2.雷电的基本形式

为做好防雷工作，首先我们要认识雷电的危害形式及途径。按照雷电的形成方式可以大致分为三种：

（1）直击雷

带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”。直击雷主要对室外物体产生破坏作用，包括天馈、空调室外机、室外变压器等。所以把防直击雷的系统称为外部防雷系统。防直击雷主要采用避雷针、避雷带等传统避雷装置，只要设计规范，安装合理，这些避雷设施便能对直击雷进行有效的防御。

（2）感应雷

雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路、电力线、基站内部设备间连接线上都可能产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路中问或终端的电子设备遭到损害。一次雷闪击都可以在较大的范围内使多个电子设备同时产生感应雷过电压现象，并且这种感应高压可以通过基站供电线和信号中继线等引入传输到很远，致使雷害范围扩大。感应雷产生的感应电压可以通过基站供电线路、馈线、光缆、地线等引入，破坏交流配电箱、开关电源、无线机柜、传输设备、监控设备等。因此感应雷击的防护是在以上入侵通道上将雷电过电压、电流泄放入地，从而达到保护电子设备的目的。目前感应雷的防护主要采用安装浪涌保护器（SPD）、屏蔽、接地等方法，在接地时，为了防止电压不平衡形成地电位反击，采用联合接地的方式。

（3）球形雷

一般是橙或红色或似红色火焰的发光球体，直径约为10～20cm，最大的直径可达1m，存在的时间大约为百分之几秒至几分钟，一般是1～5s，一旦遇到物体或电气设备时会产生燃烧或爆炸。主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内，多数沿带电体消失，只有在一些特殊的地理环境或位置上才会有球形雷的发生。

三、雷电破坏移动通信系统的入侵途径

雷电是电信系统面对的最频繁、破坏力最强的一种自然电磁干扰。雷电侵害通信系统造成灾害是多渠道的，如图直接击小接闪器，在雷电直击的同时，雷电磁脉冲会从其它的地方传输，进行干扰和破坏。途径大致分为两种：一是无线福射干扰，即电磁波千扰；二是有线电磁扰，即雷电屯磁干扰通过电线、信号线等导体传输。如下图2.1图所示，红色电图标表示可能出现的雷击，红色虚线圆表示雷电过程中出现的无线及有线电磁能量，红色箭头方向为能出现的移动通信基站所可能出现的雷电侵害通信系统可能的多种架道。

从受干扰破坏对象来看，屯信系统各分系统均为雷电干扰破坏的对象：移动通信系统、电源系统、电话通信系统、算机网络、光缆缆等。

按雷电发生的位置来区分，可以分为基站建筑物遭受直击雷引起通信设备的各种损害方式、局外金属缆线入局时带入雷电引起通信设备的各种损害方式、基站附近或上空雷电感应引起通信设备的几项关键损害。

1.基站建筑物遭受雷击的影响

（1）强雷电流通过移动通信基站建筑物金属体与通信设备金属外壳的电气连接直接流入通信设备内，造成通信设备损坏。

（2）强雷电流脉冲在基站柱、梁金属体流过时，向机房空间发出的雷电磁脉冲在机房内电缆线、通信设备上耦合产生感应电压，造成通信设备损坏。

（3）雷电直击楼顶铁塔时，部分雷电流将直接流到天馈线，沿天馈线涌入通信机房，造成通信设备损坏。

（4）强雷电流通过基站建筑物的地线下地，而地网存在一定数值的接地电阻，雷电流会在地网上产生很高的地电位升，造成通信网络设备因不同地点的电位差过高而损坏。

2.通过局外金属缆线破坏通信设备

（1）局外金属缆线长度比较长，所经之处的雷电发出的雷电磁脉冲会在金属电缆上产生感应电压，整条金属缆线上雷电压累积起来，最终沿电缆涌入机房内，造成通信设备损坏。

（2）当雷电直接打在缆线上或打在金属缆线附近而击穿电缆绝缘流入缆线时，大雷电流会沿着缆线进入机房内，造成通信设备损坏。

（3）通过电磁感应破坏通信设备基站建筑物附近落雷时，强大的雷电磁脉冲也

会通过空间电磁感应，直接在基站金属缆线上产生感应电压，而一般的通信设备在防雷方面又很脆弱，很容易造成一些精密的核心电子设备损坏。

四、移动铁塔雷电防护关键措施

根据信息产业部相关标准规定：通信局（站）应采用系统的综合防雷措施，联合接地、等电位连接、电磁屏蔽、雷电分流和雷电过电压保护等。

联合接地是基于均压理论，当直击雷的雷电流通过基站的铁塔入地时，为减小承载在基站地网上的所有通信设备、设施之间的电位差，将机房地网、铁塔地网和变压器地网相互连通形成一个共用地网，并将机房的工作接地、保护接地、机房外部的防雷接地接至地网。在联合接地的基础上，设备应做好等电位连接，即同一防雷区内不带电的金属体广泛互连并接地。机房内等电位连接一方面可以减小由外部线缆引入的雷电过电压和地电位反击在机房内所有外露金属体（保护接地系统）的电位差，同时，等电位连接后形成的“金属网”对雷电电磁波的屏蔽作用有益于对设备的电磁防护。

1.铁塔及天馈线防雷

由于移动通信基站天馈线一般都会建设在较高的位置，所以直击雷是破坏移动通信基站正常运行的一个重要因素。这就要求我们合理的假设避雷针并且保证其与楼顶避雷带或者铁塔地网的可靠连接。

与此同时，馈线的引雷也不容小觑。一般馈线都较长，很容易受到感应雷的影响，从而破坏基站设备甚至导致基站无法正常运行。一般对于馈线防雷，最简单也是最有效的方式就是接地处理，用来释放感应电荷。普通的馈线需要三点接地，首先是天线下方拐弯处需要进行一次接地，再一个就是馈线中间需要接地，馈线进入机房前需要进行第三点接地。根据《移动通信基站防雷与接地设计规范》规定，如果馈线长度大于60米，还需要在中间加设一点接地。

2.供电线路及通信线路防雷

通信设备的防雷应主要是防止雷电感应所形成的感应过电压、过电流对设备的损坏。对基站内的各种电子、电器设备的防雷措施主要采用限压、分流的方法，即在电子、电器设备的电源线路上、馈线线路上及信号线路上分别安装电源避雷器。特别应强调电源线路上的防雷，统计表明，电子、电器设备遭受雷击，70~80%以上是沿电源线路入侵感应雷电波所造成的，因此电源线路的电源避雷器防雷应是电子、电器设备防雷的重点。一般要采用三级保护，即在通信设备所在的建筑物的总配电柜处安装一级电源避雷器保护，在通信设备所在的楼层或房间的

分电源处安装二级电源避雷器保护，在电子设备的用电前端安装三级保护电源避雷器。必须通过层层设防，逐步限压分流和放电，逐步消除雷电能量，才能确保电子、电器设备的安全。

对于进入机房内的光缆来说，因为光缆大部分含有金属加强筋和金属护套，因此可采用直埋光缆或普通光缆穿钢管埋地进入机房，埋地长度宜不小于50m，一般可从线路终端杆开始埋设，直埋光缆的金属屏蔽层或钢管两端应就近可靠接地。光缆安装时，应将光缆金属体和光缆终端盒内专用接地母排妥善连接，同时将该接地母排直接与室外馈线接地排相连。与此同时，在光缆与机房内设备相连之前应安装SPD。

结语

防雷工作是一项系统工程，需要从构筑物雷电防护、暂态过电压浪涌抑制及有效的连接和接地等因素综合考虑，并且从工程建设、日常维护多个方面入手提高防雷能力，才能达到理想的防雷效果。

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