通信基站防雷措施研究陈健康

通信基站防雷措施研究陈健康

陈健康符积磊时磊

华信咨询设计研究院有限公司浙江省杭州市310014

摘要：本文首先阐述了雷电的入侵途径，接着对移动通信基站防雷措施进行了探讨。

关键词：通信基站；防雷措施

引言：

最新统计资料表明，雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。雷电灾害所涉及的领域非常广，直接造成经济损失和广泛的社会影响。雷电灾害对无线通信设备的危害也是不言而喻的，我县的通信基站网络、通讯设备屡次遭受雷电袭击。探讨有关无线设备的防雷对于无线通信网络的正常使用有很重要的意义。

1雷电的入侵途径

强雷电流会通过移动通信基站建筑物金属体、通信设备金属外壳的电气连接等直接流入通信设备内部，损坏通信设备；强雷电流脉冲流经基站柱或者梁金属体时会向机房空间发出雷电磁脉冲，机房内电缆线、通信设备上耦合产生感应电压损坏通信设备；雷电直击楼顶铁塔时，一些雷电流会直接流到天馈线并沿着天馈线涌入通信机房而损坏通信设备；还会通过基站建筑物的地线下地，由于地网中有相应数值的接地电阻，所以雷电流就会在地网上产生很高的地电位升，通信网络设备会由于不同地点的电位差过高最终被损坏。

雷电还会通过局外金属缆线对通信设备造成破坏，局外金属缆线长度过长，雷电经过之处会发出雷电磁脉冲，金属电缆上产生感应电压，整条线上的雷电压累积起来沿着电缆涌入机房，损坏通信设备；雷电直接击在缆线上会击穿电缆绝缘流入缆线，大雷电流沿着缆线进入房损坏通信设备；此外，基站建筑物附近落雷会产生强大的雷电磁脉冲，通过空间电磁感应基站金属缆线上会直接产生感应电压损坏精密的核心电子设备等。

2移动通信基站防雷措施

2.1外部防雷

防护感应雷击可以从上述入侵通道着手，采取措施将雷电过电压、电流泄放入地，常见的防护措施包括安装浪涌保护器、屏蔽、接地等方法。对于球形雷而言，通常某些特殊的地理环境或者地理位置才可能发生球形雷，其不具代表性，此处不做赘述。

其次，通信基站内主要是天馈线系统、机房建筑物等会受到直击雷的损害。基站接地系统包括建筑物地网、铁塔地、电源地、逻辑地以及防雷地等，各地网相对独立，且保持特定的距离，以免发生地电位反击事故。所以如果接地系统之间的距离与规范要求不符，则要将其连在一起，如果受到环境条件的限制无法连接，则可以利用地电位均衡器进行等电位连接。

2.2内部防雷

2.2.1屏蔽

每对双绞线或四对双绞线都可使用金属屏蔽，不同的双绞线或四对双绞线放在一起可共同使用一个金属屏蔽。由于金属屏蔽的趋肤效应产生的吸收和反射作用，可更好的分割周围的电磁场和减少单独屏蔽的对绞线之间的串音。

2.2.2避雷器

避雷器是用一种低压时呈现高阻开路状态，高压时呈现低阻短路状态，能承受数百安培大电流通过的过压保护电子器件组合。将防雷器并联在供电线路、信号传输线路上使用。当遇到雷击和高电压大电流时其立即呈现短路，将瞬间产生高电压大电流通过地网泄放到大地中，使设备受到保护。发生雷击时，直击雷或者沿着线路进入室内的感应雷会使设备的进线电压瞬间急速升高，达到几百甚至上千伏。由于在进线端采用了第一级保护，并联一个气态放电管，通过惰性气体的电离，能转移大部分的瞬变能量。因为无分布电感电容，通流容量极大，特别适合用于吸收直击雷，保护后的残留电压为二十几伏，对于集成电路而言，这个电压还是偏高，还起不到有效保护。另外气态放电管，反应速度慢，导致其上冲电压可达到电压峰值，有鉴于此，增加一级保护，并且在两极之间采用电感耦合，利用电感电流不能突变的原理，起到一个延迟的作用，为第二级保护赢得时间，并减轻对第二级的压力。第二级主要是采用固态放电管，它是基于可控硅原理的一种负阻器件，在冲击电压作用下，其前沿上冲电压非常低，显示出极强的抑制特性，并且响应速度非常快（纳秒级），分布电容小，残压低于5V，且对电流的吸收能力也相当大，非常适合用于网络通讯工程、电子部件的防雷保护。

2.2.3等电位连接

做好等电位连接能减少电位差，并能有效地防范雷电电磁感应的破坏作用。在机房内，打开建筑物内柱（对角两柱）的一段混凝土，使其露出柱筋，采用横截面积为50mm的绝缘皮多股铜芯线，从柱子的主筋焊接出接地端子，并连接到汇流排上。汇流排采用面积为120mm铜排制作，采用横截面积为50mm的绝缘皮多股铜芯线做等电位连接带，把等电位连接带沿机房的四周敷设成闭合环（即均压环），并与汇流排连接。采用横截面积为35mm的绝缘皮多股铜芯线做等电位连接线（接地连接线），把数字通信设备的机架、模拟通信设备的机架、整流供电设备的机架、空调机的金属外壳等金属体相互连接，并连接到等电位连接带上。同轴电缆馈线的金属外护层、PE线、金属门窗也应做等电位连接，用等电位连接线把它们连接到汇流排上。内走线架每隔5m用等电位连接线就近连接到汇流排或等电位连接带上，但不少于两处。

2.3设备防雷

2.3.1雷电通过基站铁塔和天馈线侵入

郊区及农村一般的基站铁塔高度为40~60m，甚至更高，城区增高方式高度一般较周围建筑都高，因此，铁塔或桅杆的避雷针易受直接雷击，当铁塔的避雷针受到直接雷击时，雷电流通过铁塔，经其接地装置散流入地，使地网地电位升高，导致基站地网与设备之间产生很高的电位差而形成地电位反击，对通信设备造成损坏。

若天馈线为同轴电缆，在导体上感应出较强的感应电流，即为同轴电缆的感应电流，感应电流经同轴电缆从铁塔天线进入基站机房，进入收发信机，也极有可能烧坏移动通信设备。

2.3.2雷电通过架空管线侵入

移动通信系统基站的架空管线是引入雷害的重要途径。出入基站线缆引入雷害主要有两个原因：一是直击雷，雷电直击金属线缆后，高压雷电以波的形式沿着导线两边传播，最后侵入基站设备；二是感应雷，当雷云放电时，其空间形成强大的电场，在架空管线靠近终端时，主要成分是水平电场，出现在电场中的突出物体最易出现感应电荷的集中，使其周围电场强度显着增加，架空管线很容易发生尖端放电而被雷电击中。当架空管线遇雷电侵袭时，将过电压引入基站机房，很可能烧坏基站的通信设备。雷云对地放电也会在架空管线上感应过电压，该过电压也会对电源设备造成威胁。一般来讲感应雷危害没有直击雷严重，但发生的概率较直击雷高。

2.3.3基站机房引入雷电

保护建筑物部分的防雷装置（接闪器、引下线、接地装置等）、天面金属物必须实施可靠的等电位连接。因为当雷电向建筑物闪击时，雷电流通过接闪器和引下线被迅速释放入地，强度得到迅速衰减，干扰源的雷电电磁脉冲存在时间极短，不至于产生高的感生电压，对通信设备有保护作用。天线的直击雷防护，主要是安装避雷针一，最好直接利用天线杆来保护。同时做好天线杆、同轴电缆馈线、外走线架的等电位连接，能减少各金属体之间的电位差和防高压反击，可以避免雷电波从同轴电缆馈线侵入机房损坏通信设备。作法为：用40mm4mm的镀锌扁钢把天线杆连接，并接到避雷带上；采用横截面积36mm的绝缘皮多股铜芯线把同轴电缆馈线的金属外护层与天线杆连接，并在进人机房的入口处与外走线架连接；用40mm4mm的镀锌扁钢把外走线架每隔5米与避雷带连接，且不能少于两处。接地就是接地装置。其目的是把雷电流迅速流到大地。采用共地接地系统，即所有接地都与建筑物的基础接地相连。机房的接地直接利用建筑物的基础接地装置。

结束语

移动通信基站的防雷是整体防御性系统工程，需要各个环节紧密配合，移动通信基站的防雷与接地必须充分考虑其构筑物的形式、地理位置、地质气候条件、周边环境、土壤特点等因素，必须建立在联合接地、均压等电位基础上进行整体的、系统的、综合的雷电防护，才能有效的减少雷电灾害。

参考文献：

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[2]李考明.通信基站雷害分析与防护[J].科技致富向导.2016（05）

[3]赵永云，刘刚，曾昭盛.移动通信基站防雷接地浅析[J].科技风.2016（12）