吳廣南

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移動(dòng)通信基站防雷技術(shù)研究

吳廣南

中通服建設(shè)有限公司，廣東 東莞 523000

雷電天氣給移動(dòng)通信基站造成的破壞是無(wú)法預(yù)估的，因此防雷成為保障移動(dòng)通信基站安全，確保移動(dòng)通信安全、穩(wěn)定的基礎(chǔ)工作。主要探討了移動(dòng)通信基站天線防雷技術(shù)和接地防雷技術(shù)。

移動(dòng)通信基站；天線防雷技術(shù)；接地防雷技術(shù)

隨著手機(jī)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，我國(guó)移動(dòng)通信基站的數(shù)量也在快速增加。隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍擴(kuò)大的需求逐年增加，越來(lái)越多地通信基站建立在了天氣環(huán)境惡劣、地理位置較差的地方，再加上基站周圍空間、電磁等環(huán)境比較特殊，導(dǎo)致基站容易遭受雷電災(zāi)害，造成通信阻礙及人員、設(shè)備的損失。為保證基站穩(wěn)定運(yùn)行，確保基站工作人員的生命及財(cái)產(chǎn)安全，重視和加強(qiáng)防雷工作是必不可少的。

1 移動(dòng)通信基站天線防雷技術(shù)

移動(dòng)通信基站天線是移動(dòng)通信效率和質(zhì)量的保障。天線24小時(shí)不間斷地接收和發(fā)送電磁波，使其周遭磁場(chǎng)產(chǎn)生了變化。當(dāng)雷電擊中這一區(qū)域時(shí)，電磁場(chǎng)不僅不會(huì)尖銳，而且還有可能加強(qiáng)，使本該被控制在800?A/m以內(nèi)的電磁場(chǎng)干擾加強(qiáng)，導(dǎo)致通信錯(cuò)碼、誤動(dòng)，乃至損壞設(shè)備。這是移動(dòng)通信基站常見(jiàn)的雷擊現(xiàn)象。

除了直擊雷電外，感應(yīng)雷電、雷擊電磁脈沖等也會(huì)對(duì)基站造成破壞，因此基站天線系統(tǒng)的防護(hù)工作包含所有可能面對(duì)的雷電沖擊。天線最好選擇雙層屏蔽功能的電纜。如果因條件限制只能選擇單層屏蔽電纜，則必須在外套金屬管。屏蔽層的要求則是鐵塔上、下兩端以及入戶處必須都接地[1]。對(duì)于其他特殊情況，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行防護(hù)。比如，在中雷區(qū)以上的，應(yīng)在機(jī)房入口處裝置無(wú)線電涌保護(hù)器；架空的，則電纜上所有金屬管道需要接地；信號(hào)電纜則需要裝置信號(hào)SPD，并套上金屬管從地下進(jìn)線。所有相關(guān)分流、屏蔽措施必須做好接地處理。此外，信號(hào)SPD在安裝時(shí)必須注意安裝地點(diǎn)的以下兩個(gè)方面：（1）必須依照基站所在區(qū)域每年的雷暴天氣情況確定參數(shù)，保證SPD可充分釋放天線的雷擊電流，以免通信設(shè)備受到雷擊。（2）要安裝和天線系統(tǒng)匹配的信號(hào)SPD，否則可能會(huì)影響發(fā)射設(shè)備的有效公里，影響通信信號(hào)的覆蓋范圍和傳輸穩(wěn)定性，并對(duì)用戶的使用體驗(yàn)造成影響。

2 移動(dòng)通信基站接地防雷技術(shù)

2.1 技術(shù)要求

2.1.1 接地裝置既要共用，又要隔離

遇到雷電天氣，即使基站系統(tǒng)接收到的雷電相同，在遭受雷擊的瞬間，不同的接地點(diǎn)所承受的瞬時(shí)電壓差異性是很大的。如圖1所示，其中系統(tǒng)1表示交流電源運(yùn)行接地；系統(tǒng)2與系統(tǒng)3則分別表示計(jì)算機(jī)邏輯接地及機(jī)殼安全保護(hù)接地。假設(shè)基站系統(tǒng)的各個(gè)部分都是獨(dú)立接地的，當(dāng)受到電擊時(shí)，沖擊波自交流電源進(jìn)入，幾萬(wàn)甚至數(shù)十萬(wàn)伏的瞬間電壓需要系統(tǒng)1獨(dú)自承擔(dān)，電壓會(huì)分流到相同設(shè)備內(nèi)和電路板相連接的電源、通信或者外殼相連接部分上，造成設(shè)備損壞[2]。

如果采取共用接地呢？雷擊電流就會(huì)被分散到各個(gè)系統(tǒng)的接地線上，在沖擊接地電阻上形成高壓，瞬間電壓被分流。從圖1可以了解到，系統(tǒng)1、2、3處于以接地極電壓為基準(zhǔn)的“零電壓”上，此時(shí)雷擊帶來(lái)的設(shè)備損傷會(huì)相對(duì)較小或者直接被規(guī)避掉。

圖1 接地裝置

2.1.2 接地電阻要求

圖2所示的是移動(dòng)通信基站接地裝置，屬于復(fù)數(shù)阻抗。對(duì)于接地相連電阻和接地系統(tǒng)的相連電抗特征都必須有所體現(xiàn)。其中工頻接地電阻主要用于利于電流經(jīng)過(guò)并流到高頻電流。高頻狀態(tài)下，接地阻抗會(huì)有明顯增大[3]。同時(shí)，接地線感抗一般是XL=2πfL，假設(shè)有兩根不同規(guī)格的銅導(dǎo)體，在大小不一的頻率狀態(tài)下，流過(guò)橫截面大小不一的兩個(gè)導(dǎo)體時(shí)，感抗均遠(yuǎn)大于電阻；但若為同一根銅導(dǎo)體，隨著其橫截面增加，感抗減小幅度卻不明顯。因此，等電位連接線的截面無(wú)須過(guò)大。

目前，我國(guó)的數(shù)字化移動(dòng)通信基站的受干擾頻率在數(shù)十到數(shù)百M(fèi)Hz。因此唯一需要注意的是共用接地裝置，必須將接地電阻控制在4Ω以內(nèi)，以保證供電系統(tǒng)有時(shí)間對(duì)雷擊進(jìn)行反應(yīng)泄流。

圖2 接地裝置的接地電阻情況

2.2 接地裝置的構(gòu)建

根據(jù)基站設(shè)置位置的不同，接地裝置的構(gòu)建也有所不同。如果周圍有可利用的建筑物，就可以用相關(guān)建筑物進(jìn)行綜合接地；如果處于“三不靠”的狀態(tài)，那就必須由機(jī)房、鐵塔及變壓器等構(gòu)成地網(wǎng)。機(jī)房?jī)?nèi)的接地使用的是共網(wǎng)方式接地，但是各自的地線母線需要獨(dú)立引入，不可共用。通信基站機(jī)房地網(wǎng)的外部環(huán)形接地體應(yīng)沿機(jī)房建筑物敷設(shè)，且需連接機(jī)房基礎(chǔ)接地體的橫豎中兩根以上的主鋼筋[2]。

構(gòu)建接地體時(shí)的鋼材選擇也很重要。接地體所用鋼管必須保證直徑在50?mm以上，壁厚大于3.5?mm。一般情況下垂直接地體的長(zhǎng)度要大于等于1.5?m、小于等于2.5?m，其間距應(yīng)大于等于自身長(zhǎng)度的1倍、小于等于2倍。如設(shè)置區(qū)域地質(zhì)、地貌環(huán)境有特殊性，則需要根據(jù)實(shí)際情況增加接地體的長(zhǎng)度。除了垂直接地體，還可以設(shè)置環(huán)形水平接地體，相互間隔大于等于1?m、小于等于1.5?m，并且每隔3～5?m需要相互焊接一次。一般情況下選擇熱鍍鋅類鋼材即可滿足構(gòu)建所需。但若處于強(qiáng)腐蝕或鹽堿地區(qū)，上述材料則不適用，否則會(huì)影響電阻率。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇耐腐蝕的，具有良好保濕性能的材料，并以非金屬材料為主。在這類圖層中，接地體間的焊接點(diǎn)，必須做好防腐處理，以延長(zhǎng)接地體的使用壽命，保證基站的安全。此外，還應(yīng)根據(jù)不同地域的天氣情況對(duì)接地體的敷設(shè)進(jìn)行改動(dòng)，比如在天氣過(guò)于嚴(yán)寒的地區(qū)，接地體必須敷設(shè)在凍土內(nèi)[3]。

另外，對(duì)于接地線也是有要求的。最基本的要求就是不能過(guò)長(zhǎng)，并且接地線必須是直的，截面積應(yīng)大于等于35?mm2，小于等于95?mm2，由多股銅線構(gòu)成。對(duì)于接地引入線，長(zhǎng)度不能大于30?m，選用鍍鋅扁鋼管，截面積不能小于160?mm2。同時(shí)，對(duì)接地引入線需要進(jìn)行防腐、絕緣等必要保護(hù)，避開(kāi)暖氣管道、污水管道、排水管道。對(duì)于裸露在外的引線，要做好保護(hù)處理。接地引入線引出采取“就近引出”原則，離地網(wǎng)中心越近越好，與機(jī)房接地線相連接，必須在兩根以上。

3 結(jié)束語(yǔ)

通信基站的防雷工作是移動(dòng)通信質(zhì)量的保障，是通信穩(wěn)定和安全的基礎(chǔ)。防雷工作必須兩手都抓，天線防雷技術(shù)能保障天線的接收傳輸功能，而地接裝置則很大程度上降低了雷電對(duì)基站的損害，保障了基站安全。

[1]朱明，曾明育，于瀟. 移動(dòng)通信基站防雷與接地技術(shù)的研究[J]. 通信電源技術(shù)，2012（3）：68-70.

[2]張燕. 解析移動(dòng)通信基站防雷設(shè)計(jì)與接地技術(shù)[J]. 科技展望，2016（22）：183.

[3]趙永云，劉剛，曾昭盛.移動(dòng)通信基站防雷接地淺析[J]. 科技風(fēng)，2011（11）：94-95.

Mobile Communication Base Station Lightning Protection Technology

Wu Guangnan

China Comservice Construction Co., Ltd., Guangdong Dongguan 523000

The strong destruction caused by lightning weather to mobile communication base stations cannot be predicted. Therefore, lightning protection has become a basic work to ensure the safety of mobile communication base stations and ensure the safety and stability of mobile communications. It mainly discusses the lightning protection technology and grounding lightning protection technology of mobile communication base station.

mobile communication base station; antenna lightning protection technology; grounding lightning protection technology

TN929.5；TU895

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