無(wú)線通信基站防雷設(shè)計(jì)與接地技術(shù)

潘永

（中國(guó)電信股份有限公司廣西分公司廣西 南寧市 530021）

無(wú)線通信基站防雷設(shè)計(jì)與接地技術(shù)

潘永

（中國(guó)電信股份有限公司廣西分公司廣西 南寧市 530021）

雷電是一種能量巨大而且難以控制的自然力量。雖然科學(xué)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但是截至目前人類(lèi)對(duì)于雷電的控制還是微乎其微。本文將從無(wú)線通信基地雷害現(xiàn)象分析、無(wú)線通信基站防雷接地的主要目標(biāo)、無(wú)線通信基站防雷技術(shù)設(shè)計(jì)以及無(wú)線通信基站接地技術(shù)設(shè)計(jì)這四個(gè)方面進(jìn)行研究，以期為無(wú)線通信基站防雷工作的進(jìn)一步開(kāi)展提供指導(dǎo)。

無(wú)線通信基站；防雷技術(shù)；接地技術(shù)；雷電感應(yīng)

引言

無(wú)線通信基站是指安裝在寫(xiě)字樓、居民住宅等高層建筑之上，或者是建立在鐵塔之上的移動(dòng)通信天線裝置。由于這一裝置所處的位置較高，所以往往容易受到雷電襲擊而造成設(shè)備的損壞。但是雷電作為一種不可控的自然力量，我們不可能完全杜絕它的影響，只能在實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中盡量減少雷電帶來(lái)的影響。

1 無(wú)線通信基地雷害現(xiàn)象分析

無(wú)線通信基地較之于一般建筑物高度更高，因此其被雷電擊中的幾率也相對(duì)較高。這個(gè)問(wèn)題關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，因此在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都被廣泛關(guān)注著，我們也已經(jīng)按照防雷的要求采取了多種手段以盡量減少雷害發(fā)生的頻率以及其帶來(lái)的影響。比如，現(xiàn)在很多無(wú)線電基地建立了高達(dá)100kA的大型防雷器來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的防雷能力。但是即使安裝了這種大功率防雷器的基地依舊不時(shí)發(fā)生雷擊世間，損壞了不少的基站設(shè)備。事實(shí)證明，采用大功率防雷器這種措施的防雷效果并不是十分顯著?！爸褐?，百戰(zhàn)不殆”，要想更好地提高無(wú)線通信基地防雷系統(tǒng)的效能，我們首先要對(duì)基站雷害發(fā)生的原因以及防雷器失效的原因進(jìn)行深入分析。通過(guò)分析近年來(lái)發(fā)生的無(wú)線通信基地雷擊事件，我們可以得出以下結(jié)論：直擊雷對(duì)基站內(nèi)設(shè)備的損害較小、雷電感應(yīng)破壞基站內(nèi)設(shè)備的可能性也幾乎不存在，而地電壓反擊和雷電波侵入才是造成無(wú)線通信基地雷害的主要原因，諸多基站設(shè)備的破壞都是由上述兩個(gè)原因所引起的。因此無(wú)線通信基站雷害事件的主要表現(xiàn)特征就是單相交流和直流設(shè)備損壞相對(duì)嚴(yán)重。了解了表面現(xiàn)象之后，我們就需要透過(guò)這些現(xiàn)象看本質(zhì)，對(duì)無(wú)線通信基站雷害進(jìn)行分析。

為什么在雷害中直擊雷和雷電感應(yīng)對(duì)無(wú)線通信基站設(shè)備的影響相對(duì)較小？①架空線路避雷系統(tǒng)的建立、建筑防雷外圍系統(tǒng)的完善以及沿鐵路避雷系統(tǒng)的建立使得避雷系統(tǒng)的雷電流只能通過(guò)外圍瀉放，這就很好地避免了基站設(shè)備受到直擊雷的損害。諸如室外電力變壓器此類(lèi)的無(wú)線通信基站設(shè)備通常放置的位置較低，這樣一來(lái)，架空線路避雷系統(tǒng)就可以對(duì)其進(jìn)行一個(gè)相對(duì)完善的保護(hù)。②一些基本的防雷設(shè)施也會(huì)對(duì)其起到一定的保護(hù)作用（包括上文中提到的那種大功率防雷器）。同時(shí)，我們知道大地是很好的導(dǎo)體，因此接地技術(shù)是很多無(wú)線通信基站采取的主要防雷措施之一。他們將基站內(nèi)的金屬物全部進(jìn)行接地保護(hù)，很多程度上避免了雷電感應(yīng)可能會(huì)帶來(lái)的影響。

2 無(wú)線通信基站防雷接地的主要目標(biāo)

在無(wú)線通信基站雷害分析這部分內(nèi)容中，我們已經(jīng)提到地電壓反擊和雷電波侵入是造成無(wú)線通信基站設(shè)備受損的主要原因，因此無(wú)線通信基站防雷接地的主要目標(biāo)就是防止地電壓反擊。

大地是天然的導(dǎo)體，但是正常環(huán)境當(dāng)中的導(dǎo)體都有著或大或小的電阻，因此如果無(wú)線通信基站附近的避雷器要是對(duì)地進(jìn)行雷電流瀉放，大地電阻的存在就容易導(dǎo)致基站所在地的點(diǎn)位升高。開(kāi)關(guān)電源的監(jiān)控單元、無(wú)線通信基站的檢測(cè)器等金屬器具的移動(dòng)端接地和避雷器瀉放的雷電流都增加了基站所在地的電位，無(wú)流端地面點(diǎn)位相對(duì)較低，這就在二者之間產(chǎn)生了一定的電位差，從而產(chǎn)生差模脈沖電壓。當(dāng)這種電壓達(dá)到一定積累之后勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)備的安全造成不良的影響，其中最簡(jiǎn)單的就是損害設(shè)備。舉一個(gè)例子進(jìn)行分析。

如圖1，負(fù)載兩端電壓最高限度是6kV，無(wú)線通信基站地面電阻為3Ω，此時(shí)假如無(wú)線通信基站附近的避雷器對(duì)地進(jìn)行雷電流瀉放產(chǎn)生的瀉放電流高于高于2kV就會(huì)導(dǎo)致負(fù)載兩端的瞬間電壓超過(guò)最高限度，進(jìn)而對(duì)設(shè)備造成不良的影響。

圖1

3 無(wú)線通信基站防雷技術(shù)設(shè)計(jì)

雷電是我們?nèi)肆o(wú)法控制的自然力量，現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展至今也尚未具備消滅雷擊的能力，因此雷電對(duì)于一些高建筑而言依舊是一個(gè)不定時(shí)炸彈，是一個(gè)很大的安全隱患。無(wú)線通信基站由于其功能的特殊需要，必須有一定的高度，多以雷電對(duì)于其建筑本身和建筑內(nèi)設(shè)備都具有著很大的影響。在無(wú)線通信基站建立的時(shí)候，掌握雷電以及無(wú)線通信基站的特征做好充分、科學(xué)的防雷技術(shù)設(shè)計(jì)，可以有效減少雷電對(duì)其的破壞。目前，我國(guó)無(wú)線通信基站在防雷設(shè)計(jì)當(dāng)中采取的技術(shù)手段主要有以下幾個(gè)：雷電屏蔽、等電位連接、選用電源線路保護(hù)空開(kāi)、接口保護(hù)、因地制宜、絕緣配合技術(shù)等。

3.1 雷電屏蔽

雷電屏蔽這一技術(shù)手段是指對(duì)無(wú)線通信基站自身的電磁屏蔽性能進(jìn)行充分利用，適當(dāng)使用導(dǎo)電材料對(duì)交變電磁場(chǎng)進(jìn)行控制，進(jìn)而大幅度的降低雷電對(duì)無(wú)線通信基站的穿透能力，以減少其對(duì)于相關(guān)設(shè)備的破壞。雷電是什么？雷電本身就是一種交變電流，這種交變電流的電流量相當(dāng)大。我們都知道，交變電流可以在周?chē)纬山蛔冸姶艌?chǎng)，電流越大，形成的交變電磁場(chǎng)也越大，因此雷電在高速傳遞的過(guò)程中形成的交變電磁場(chǎng)也是相當(dāng)巨大，正因?yàn)槿绱?，雷電的力量人力往往難以控制。但是電磁場(chǎng)雖然破壞力強(qiáng)、難以控制，但是屏蔽技術(shù)卻可以限制其影響力，因此在無(wú)線通信基地建設(shè)中我們要充分利用雷電屏蔽這一技術(shù)手段。

3.2 等電位連接

電流之所以會(huì)傳遞，是因?yàn)閮啥舜嬖陔娢徊?，因此要想有效減小雷電對(duì)于無(wú)線通信基地的影響，要充分利用等電位連接這一技術(shù)手段。等電位連接設(shè)計(jì)的具體操作是將無(wú)線通信基站設(shè)備放置于導(dǎo)電性能較好的金屬管道中，一旦發(fā)生雷擊事件而高電位物體，放置設(shè)備的金屬管道就可以迅速與高電位物體建立連接并進(jìn)行電流的傳導(dǎo)，這樣一來(lái)就可以將基站裝置的壓力轉(zhuǎn)移至管道，有效防止高電位電擊對(duì)設(shè)備的破壞。

3.3 接口保護(hù)

無(wú)線通信基站是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，技術(shù)性較高，因此其設(shè)計(jì)當(dāng)中有著較多的接口角，比如用來(lái)提供動(dòng)力的電源接口、用來(lái)傳輸信號(hào)的信號(hào)接口、用來(lái)防止電擊現(xiàn)象出現(xiàn)的接地接口以及饋線接口等。這些接口的作用很大，但是這些接口也是雷害的重災(zāi)區(qū)，因?yàn)槔纂娍梢酝ㄟ^(guò)影響這些接口而干擾無(wú)線通信基站的工作。因此要想提高無(wú)線通信基站的防雷水平，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的時(shí)候就要充分考慮對(duì)這些接口的保護(hù)，進(jìn)行有效的防護(hù)設(shè)計(jì)。接口防護(hù)設(shè)計(jì)的原理是減弱接口之間的電位差。

4 無(wú)線通信基站接地設(shè)計(jì)

無(wú)線通信基站防雷工作的另一個(gè)重心就是做好接地設(shè)計(jì)。接地設(shè)計(jì)是指在進(jìn)行無(wú)線通信基站建設(shè)的時(shí)候?qū)⑼ㄐ呕九c大地進(jìn)行連接，因?yàn)榇蟮厥且粋€(gè)天然的導(dǎo)體，同時(shí)大地可以延伸到無(wú)限遠(yuǎn)處，因此接地設(shè)計(jì)可以使得雷電襲擊可能會(huì)產(chǎn)生的高壓電流可以在短時(shí)間內(nèi)傳遞到遠(yuǎn)處，進(jìn)而避免對(duì)基地設(shè)備產(chǎn)生影響。接地設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：

4.1 基于基站鐵塔的饋線接地

雷電襲擊往往最先發(fā)生于高處，基站鐵塔避雷設(shè)施是無(wú)線通信基站最高的地方，因此基站鐵塔饋線接地的作用可以被認(rèn)為是“誘餌”，即以自己的高度優(yōu)勢(shì)引開(kāi)雷電的襲擊，進(jìn)而盡可能地減少雷電對(duì)基站設(shè)備的影響。基站鐵塔上饋線要在無(wú)線通信基站的外側(cè)接入地面，并與相應(yīng)的接地線網(wǎng)有效連接，避免因?yàn)轲伨€太靠近通信基站而導(dǎo)致雷電感應(yīng)引起不必要的麻煩。

4.2 基于輕型樓頂塔的接地設(shè)計(jì)

無(wú)線通信基站要有一定的高度，所以這類(lèi)基地通常會(huì)建造在寫(xiě)字樓、居民住宅等高層建筑物的樓頂之上，因此這種無(wú)線通信基站的接地設(shè)計(jì)要充分考慮底部建筑。要充分利用高層建筑的優(yōu)勢(shì)，也要了解建筑特色，避免發(fā)生意外?；谳p型樓頂塔的接地設(shè)計(jì)通常有以下三種形式：①將輕型樓頂塔的腳與高層建筑的避雷帶接地端連接。②將輕型樓頂塔與高層建筑避雷網(wǎng)預(yù)留接地端進(jìn)行連接。③將其與高層建筑物與大地連接的金屬管道連接。在進(jìn)行連接的時(shí)候一定要仔細(xì)審查接地端距離是否足夠遠(yuǎn)？會(huì)不會(huì)對(duì)無(wú)線通信基站造成干擾？雷電瀉流會(huì)不會(huì)給高層建筑造成破壞？總而言之，就是確定底部接地管道的安全性。

4.3 低壓電纜引入工作中的接地設(shè)計(jì)

移動(dòng)無(wú)線通信基站的供電是三項(xiàng)制，基本不需要安裝專(zhuān)門(mén)的變壓器，所以無(wú)線通信基站的電基本是采用低壓電纜引入。低壓電纜在引入的時(shí)候：①要注意接地設(shè)計(jì)中對(duì)電纜的保護(hù)；②要注意電纜埋地的規(guī)則，即要埋在至少0.7m深的地底，埋在地底的電纜長(zhǎng)度也要不少于15m，并且在地面上必須設(shè)置醒目的標(biāo)識(shí)（明線引入高山站除外）。

5 總結(jié)

綜上所述，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了無(wú)線通信基站中雷擊產(chǎn)生的原因和雷害的基本表現(xiàn)，并有針對(duì)性地提出了具體的防范目標(biāo)，即防止地電壓反擊和減少雷電感應(yīng)。目前我們主要采用雷電屏蔽、等電位連接、接口保護(hù)等技術(shù)手段進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)和接地設(shè)計(jì)，以減少雷擊對(duì)無(wú)線通信基站設(shè)備的不利影響，進(jìn)而確保無(wú)線通信設(shè)備的正常運(yùn)行。

[1]黃明招.無(wú)線通信基站防雷設(shè)計(jì)與接地技術(shù)探討[J].科技展望，2016，26（8）：116.

[2]聶淼.淺談如何實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信基站的防雷與接地[J].通訊世界，2015（11）：14～15.

[3]許能文.移動(dòng)通信基站的防雷保護(hù)[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)（下半月），2015，34（24）：57～60.

TM862

A

1004-7344（2016）16-0288-02

2016-5-23

潘永（1957-），男，工程師，本科，主要從事通信技術(shù)工作。