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《移动通信基站雷击灾害与防雷接地设计》

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【摘要】通过典型遭受雷害的移动通信基站现场调查,对移动通信基站雷害进行分析,找出移动通信基站受雷击灾害的主要原因,提出防雷解决方案,并提出基站防雷接地设计相关要点.

【关键词】通信基站雷击灾害防雷接地

一、引言

随着社会信息化快速演进,移动通信的应用范围不断地扩大,移动通信系统和基站的类型越来越多；由于移动通信基站内的通信设备均为微电子设备,电磁兼容能力较低,抗雷击、抗电磁干扰能力较弱.虽然行业内专门针对通信局站防雷接地工程设计编制了详细的规范和要求,各电信运营商也针对各自的情况编制更为严格的企业规范和要求,但还是存在较多因雷击灾害造成通讯中断,给通信企业造成较大损失,并对人们的日常生产和生活造成不可估量的影响和损失.因此对发生雷击基站进行原因分析并找到行之有效的解决方案,使基站设备能够在雷雨天气正常运行具有重要意义！

二、移动基站雷击灾害情况及原因

2.1 雷击灾害情况

经过对经常遭受雷害的典型移动通信基站的现场调研和统计,发现雷害表现主要为：室外电表箱内电表、微型断路器烧毁；室内挂墙市电箱内断路器、组合开关电源的整流模块、通信设备板卡等烧毁；市电箱SPD 和开关电源系统的SPD 模块烧毁；空调控制板、照明灯具、机房门禁和监控系统损坏等.个别基站甚至因为雷击造成室内市电箱断路器相间短路引发火灾.

2.2 基站现有防雷接地措施

上述的通信基站均已采用联合接地网,铁塔采用避雷针防护直击雷,馈线采用接地分流,室内设备均采用星型或M型等电位连接并有效接地.

基站室内配电箱第一级SPD 最大通流量为100kA,放电时长8/20μS,开关电源第二级SPD 最大通流量为40kA,放电时长8/20μS；两级SPD 之间的退耦距离满足要求.实测基站地网的工频接地电阻值均在1Ω 左右,满足规范地网工频接地电阻值小于10Ω 的要求.

2.3 雷击灾害原因分析

基站的地网、直击雷防护、室内防雷措施均按照规范要求建设,但在遭受雷击时,局站内部供电设备和供电回路依然损坏甚至烧毁.根据现场情况分析主要原因如下：

1）地形和地势

调研基站所处区域南邻长江、北部为低山丘陵,雷云产生后不易散开或飘远,易发生雷电.其次,该地区比较空旷,基站铁塔更容易遭受雷击.第三,该区域附近工业厂房排放的气体较多,空气中“杂质”增多后,水滴更容易附着在一起,也更容易形成雷电天气.

除去该地区本身地形的原因,部分基站的地势也容易遭受雷击,例如附近有铁矿山或者处于水塘边.

2）市电电缆进局为架空进局

电缆架空进局易受雷击导致雷电流随电缆窜入局站内造成设备损坏,且当基站铁塔遭受雷击时,铁塔的避雷装置通过接地引线将直击雷电流引入地网泄放,强大的雷电流有时高达几十至上百千安以上,电流随时间非均匀变化,其脉冲电流向外辐射脉冲电磁波,并通过空间以电磁波的形式耦合到架空线路（在附近几百米范围）,产生破坏性的暂态过电压和过电流,造成设备损坏.

3）基站外墙电表箱处无雷电过电压保护措施

按照供电局的要求,基站外的电表箱内要求装设电度表和总进线开关,电表箱属于基站供电系统过电压防护的第一级.但现有大部分基站都未在电表箱处安装过电压保护装置,导致在雷击电磁脉冲产生的过电压和过电流时,电表箱内电度表和断路器烧毁.

三、移动基站防雷改造解决方案

3.1 架空线路进局改为地埋进局

根据YD5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》的要求：“ 6.7 供电线路的防护低压电缆进入基站机房时,其埋地长度不宜小于15m.低压埋地电缆应选用具有金属铠装层的电力电缆或穿钢管埋地引入机房,电缆金属铠装层和钢管应在两端就近与变压器地网和机房地网连通.”建议针对雷害严重的基站,架空线改造为地埋方式,适当加大埋地长度,建议为30 米~50 米.

3.2 室外电表箱处加装过电压保护装置

针对线缆地埋进局的基站,建议室外挂墙电表箱加装最大通流量为120kA（8/20μs,最大持续工作电压440V）的限压型SPD 进行过电压保护,针对线缆无法改造为地埋方式进局的基站,建议加装最大通流量为25kA（10/350μs,最大持续工作电压440V）的开关型SPD.

SPD 前端加装后备保护断路器；并与室内的交流配电箱的第一级限压型SPD 保证15 米以上的退耦距离,若无法满足退耦距离则需加装退耦设备.

四、移动基站整体防雷接地设计探讨

在科学技术日益发展的今天,虽然我们还不能完全控制雷电,但是经过长期的摸索与实践,现在已经积累了很多关于防雷的知识和经验,并形成一系列行之有效的雷电防护措施,归纳起来有接闪、均压等电位连接、接地、分流、屏蔽等.将这些方法应用于通信基站的防雷,可在一定程度上减小雷电对基站的危害,如图1 所示：

外部防雷的接闪、疏导、接地主要应用于基站的铁塔和天馈线部分；联合接地主要是铁塔地网、基站地网、变压器（30米以内）地网互连；等电位接地主要针对室外所有可导电物体,如馈线的金属桥架、室外综合机柜、户外线缆进局的金属套管、金属护套层等需要进行有效接地.

内部防雷指基站室内的防雷措施,主要有线缆的屏蔽层、市电引入的隔离变压器应用、多级SPD 的设置、内部设备等电位互联.

五、结束语

本文以典型的移动通信基站的雷击灾害调查分析为基础,在相关规范的指导下,对移动基站遭受雷击灾害的原因进行分析,并根据站点建设的具体情况和现有条件,提出合理的解决方案；同时结合现有规范提出移动基站的整体防雷接地设计的要求,对移动基站的建设与维护,保障基站设备安全运行具有一定的参考意义.

参考文献

[1] 信息产业部邮电设计院《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》 YD5098-2005. 北京：邮电大学出版社,2006；

[2] 中华人民共和国《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》GB50689-2011. 北京：中国计划出版社,2012；