移動通信基站綜合防雷設計方案

1、移動通信基站綜合防雷設計方案摘 要移動通信基站是電源系統(tǒng)、接收/發(fā)射系統(tǒng)、天饋線系統(tǒng)以及中繼傳輸系統(tǒng)等構成的一個綜合系統(tǒng)。為了提高基站的防雷能力，防止移動通信基站遭受雷擊，確保移動通信基站內設備的安全和正常工作，確保建筑物、站內人員的安全，根據(jù)建筑物防雷設計規(guī)范和通信行業(yè)標準微波站防雷與接地設計規(guī)范對移動通信基站進行綜合防雷設計。該設計針對移動通信基站的特點，從控制雷擊點、安全引導雷電流入地網(wǎng)、加設完善的低阻抗地網(wǎng)、進行等電位連接、避免地電位反擊、防護電源浪涌沖擊、防護通信線及信號線的浪涌沖擊等方面進行了綜合防護，并在基本方案的基礎上根據(jù)不同基站的差異性通過技術、經濟分析而得到實際可行的解決方

2、案，可適用于不同環(huán)境下的通信基站，對工程實際有一定的參考價值。關鍵詞：移動通信基站；綜合防雷；聯(lián)合接地The Design of Comprehensive Thunder Prevention to the Mobile Base StationsAbstractMobile Base Station is an integrated system of the power system, antenna and feed wire system and the receiving / delivery system and so on. In order to enhance the ca

3、pability to prevent the damage caused by thunder to the mobile base station, and to ensure the equipment within it safety and normal working, and also to ensure the security of the buildings and the staff of the station, this article introduces the design of comprehensive thunder prevention based on

4、 Code for Design of Lightning Protection of Buildings and Specifications on Lightning Protection and grounding Design for Mobile Communication Base Stations. According to the feature of the Mobile Base Station, this design carries on a comprehensive prevention for it including grounding equipment, t

5、he connection of equal electric potential, direct thunder protection system, induction thunder protection system and so on. On the basis of the basic program, through the analysis of the technical and Economic factors, according to the differences of the stations, this article gets a practical solut

6、ions which can be applicable to the different environment .this design has some reference value to the actual project.Key words: Mobile Base Stations; Comprehensive Thunder Prevention; Joint Grounding目錄論文總頁數(shù)：30頁1引言11.1課題背景11.2選題意義11.3設計思想11.3.1通信基站的特點11.3.2基站綜合防雷設計思想11.4設計方案22雷電基本理論與避雷原理22.1雷電基本理論22

7、.1.1雷擊22.1.2雷電的電流參數(shù)22.2避雷器原理與要求32.2.1避雷器保護原理32.2.2對避雷器的基本要求33直擊雷防護設計43.1接閃器原理43.2避雷針保護范圍計算63.3直擊雷防護檢測73.4避雷針選擇74防感應雷和防雷電波入侵94.1電源系統(tǒng)防護94.1.1第一級保護94.1.2第二級保護104.1.3第三級保護104.2天饋系統(tǒng)防雷114.2.1天饋系統(tǒng)防雷設計114.2.2SPD選擇134.3信號系統(tǒng)防雷135聯(lián)合接地135.1接地的目的135.2地網(wǎng)的組成135.3接地體155.4接地線與接地引下線155.5接地匯集線165.6接地電阻165.7接地體布置165.8移

8、動基站接地網(wǎng)接地電阻值的測量175.9充分理解基站，因地制宜實施防雷接地工程185.9.1鐵塔建在建筑物頂部195.9.2獨立鐵塔215.9.3沒有設鐵塔的移動基站225.10困難地網(wǎng)的改造22結論23參考文獻23致謝24聲明251 引言1.1 課題背景隨著基站容量的不斷增大，基站防雷的重要性日益增強。根據(jù)中國移動通信集團公司對移動通信基站雷擊事故進行的統(tǒng)計，各省每年都會發(fā)生多起基站雷擊事故，如某省在1992年1997年共發(fā)生了40起雷擊事故，給設備的正常運行造成了影響，也給運營商造成了不同程度的損失。1.2 選題意義為了提高基站的防雷能力，防止移動通信基站遭受雷害，確保移動通信基站內設備的安

9、全和正常工作，確保建筑物，站內人員的安全，應對每個基站實施綜合防雷工程。無論對設備制造商還是設備運營商來說都具有重要意義。1.3 設計思想1.3.1 通信基站的特點移動通信基站通常具有以下幾個特點：地理位置：在城區(qū)通常設在高大建筑物的較高樓層上，在郊區(qū)和鄉(xiāng)村經常設在開闊地帶或山區(qū)。機房條件：無論是在城區(qū)還是在鄉(xiāng)村，大量建在非專用通信建筑內，這些建筑往往不具備符合要求的防雷實施（包括外部防雷裝置、內部防雷裝置和地網(wǎng)等）。此外，機房面積一般都很小，不便于多級防雷方案的實施。交流電源：特別是在鄉(xiāng)村和山區(qū)，機房的交流供電通常是由戶外架空引入。通信信號：基站設備的通信線路通常也是由戶外架空引入。1.3.

10、2 基站綜合防雷設計思想移動通信基站是由電源系統(tǒng)，接收發(fā)射系統(tǒng)，天線饋線系統(tǒng)以及中繼傳輸系統(tǒng)等構成的一個綜合系統(tǒng)，防雷的目的是保證各系統(tǒng)都能正常工作，不受雷電的干擾和破壞。防雷最終是通過等電位連接實現(xiàn)的，等電位連接的位置選擇在不同防雷區(qū)的界面上，而雷擊的能量通過接地系統(tǒng)引入大地。不同防雷區(qū)之間的電磁強度不同，除直擊區(qū)外內部防雷區(qū)因電磁衰減而與外部防雷區(qū)的雷擊電磁強度不一樣。因此，采取適當?shù)钠帘未胧?，在一定程度上可以防止雷電電磁脈沖的進入。那么，穿越防雷區(qū)界面的線路變成了雷電侵入的主要通道。做好穿越防雷區(qū)界面線路的防雷工作，無疑是整體防雷的重點。除了線路入侵和電磁感應之外，雷電電磁脈沖進入內部防

11、雷區(qū)的渠道還有接地系統(tǒng)。當雷擊發(fā)生在地網(wǎng)附近時，雷電流通過接地線入地，地網(wǎng)瞬間的高電位可能通過接地線反擊設備而造成破壞。由此可以得出，綜合防雷不僅僅包括避雷針和避雷器，還包括屏蔽與接地等其他有助于將雷電流安全合理地下泄到大地的措施。綜合防雷是分流、均壓、接地和屏蔽四項技術的綜合。而有的基站為非標準機房，只是租借的普通建筑物，屏蔽和接地措施無法達到要求，再整改加強屏蔽不大現(xiàn)實。這時，只有從合理安裝避雷器，改善接地系統(tǒng)等角度入手來解決雷擊電磁脈沖問題。依照全面防護，綜合治理的原則，探索出基站整體防雷的六點解決方案。控制雷擊點；安全引導雷電流入地網(wǎng)；加設完善的低阻抗地網(wǎng)；進行等電位連接，避免地電位反

12、擊；防護電源浪涌沖擊；防護數(shù)據(jù)線、通信線及信號線的浪涌沖擊；1.4 設計方案每個基站的鐵塔頂部安裝一臺優(yōu)化避雷器，保護通信天線和機房外部設施。每根天饋線在機房入口處，安裝天饋避雷器，保護收/發(fā)機的天饋線接口。220/380V供電線路應從地下敷設進入基站，進站后應安裝2-3級電源雷電過電壓保護裝置電源避雷器，保護供電線路的雷電安全，直流電源安裝一級低壓電源避雷器。信號電纜應由地下進出移動通信基站，電纜內芯線在進站處應加裝信號避雷器。移動通信基站應按均壓、等電位的原理，將工作地、保護地和防雷地組成一個聯(lián)合接地網(wǎng)。站內各類接地線應從接地匯集線或地網(wǎng)上分別引入。中光公司的非金屬接地模塊，在地電阻率較高

13、難以達到接地電阻要求的基站，用來改造地網(wǎng)效果較好。2 雷電基本理論與避雷原理2.1 雷電基本理論2.1.1 雷擊通常所謂雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層與大地之間的迅猛的放電。通常雷擊有三種形式：其一是直擊雷，是指帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。其二是感應雷，是帶電云層由于靜電感應作用，使地面某一范圍內帶上異種電荷。當直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，而地面上某些范圍由于散流電阻大，以致出現(xiàn)局部高電壓，或者由于直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產生電磁感應發(fā)生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象。其三是球形雷，在雷電頻繁的雷雨天，偶然會

14、發(fā)現(xiàn)紫色，紅色，灰紅色，藍色的“火球”。這些火球有時從天空降落，然后又在空中或沿地面水平方向移動，有時平移有時滾動。這種火球能通過煙囪，開著的窗戶，門和其它縫隙進入室內，或者無聲地消失，或者發(fā)出絲絲的聲音，或者發(fā)生劇烈的爆炸。球形雷發(fā)生的機會很少，存在時間又十分短暫，所以對它的研究十分困難，它的成因目前為止并沒有完滿的解釋。2.1.2 雷電的電流參數(shù)雷電流幅值：雷云的放電過程中數(shù)值是變化的，在雷電先導中雷電流很小，到主放電階段雷電流急劇升高，達到最大值，稱為雷電流幅值，用I表示，單位為kA，以后逐漸減少，到余輝放電階段雷電流僅為1001000A。大量統(tǒng)計得知，幅值超過20kA的雷電流出現(xiàn)的概率

15、為65%，而超過120kA的概率只有7%，所以很高的雷電流只有在特別重要的電氣設備或建筑物的防雷設計中才需要考慮，一般防雷設計中雷電流的最大幅值取150kA。雷電流陡度：雷電流陡度為，為雷電流變化的速度，即didt，為雷電流對時間的微分，因此雷電流陡度也是隨時間而變化的。在主放電階段，雷電流陡度的數(shù)值增加很快，以后就逐慚減小，當雷電流到達幅值時，雷電流陡度為零，在波尾它就變?yōu)樨摿?。因此，雷電流幅值與雷電流最大陡度不在同一時間出現(xiàn)，但雷電流愈大，則雷電流陡度越大。雷云的電位可達10100MV，它造成的雷云內部平均電場為10KVm。當雷云接近地面局部場強達103KVcm時，就會使空氣游離而放電。雷

16、電波阻抗：在計算雷擊點的電位時，往往引用雷道波阻抗的概念。即把直擊雷的作用以某一沿著一條阻抗等于雷道波阻抗Z0的線路波動的電壓波，投射到閃擊對象上的作用來代替。在作防雷計算時，一般取雷道波阻抗Z0300。2.2 避雷器原理與要求2.2.1 避雷器保護原理各種電氣設備的絕緣都是按一定的耐受電壓水平來設計的，為了設備的安全，需要對超過耐受度的過電壓加以抑制，將過電壓降低到絕緣耐受壓范圍以內，這種過電壓抑制裝置通常是避雷器。避雷器的保護動作特性是通過其動作電壓體現(xiàn)出來的，當避雷器兩端電壓低于動作電壓時，避雷器呈現(xiàn)近似開路，當避雷器兩端電壓達到和超過動作電壓時，它將導通，對過電壓實施抑制。避雷器設置在

17、被保護設備附近，安裝在相導線與地之間，與被保護設備并聯(lián)，如圖1所示。在系統(tǒng)正常運行情況下，作用于避雷器兩端的電壓為系統(tǒng)的相對地工作電壓，低于動作電壓，避雷器處于開路狀態(tài)，此時避雷器的存在不會影響到系統(tǒng)的正常運行。如果雷電過電壓波沿線路侵入電氣設備，則作用在避雷器兩端的電壓會明顯高于動作電壓，使避雷器導通，通過很大的沖擊電流，向大地泄放雷電過電壓的能量，并將雷電過電壓降低到被保護設備絕緣可以耐受的限度內。電力系統(tǒng)中采用的避雷器主要有閥式避雷器，氧化鋅避雷器，保護間隙和管型避雷器，其中有些避雷器還被用于抑制系統(tǒng)操作過電壓。圖1避雷器保護電器設備示意圖2.2.2 對避雷器的基本要求避雷器并聯(lián)與被保護

18、設備附近，為了使設備能夠得到可靠保護，它應滿足以下技術要求:1）電氣設備沖擊絕緣強度是以伏秒特性，即擊穿電壓值與擊穿放電延時之間的關系特性來表示的。當受到雷電過電壓作用時，與被保護設備并聯(lián)的避雷器應能率先動作限壓，保護設備的安全，這一要求可以通過避雷器與設備之間的伏秒特性配合來滿足。實際上，由于擊穿過程的隨機性，擊穿電壓具有明顯的分散性，實測的伏秒特性是一條曲線帶，有一個下限邊界和一個上限邊界，如圖2所示，要實現(xiàn)較為理想的配合，避雷器伏秒特性帶（2）的上限邊界應低于被保護設備伏秒特性帶（1）的下限邊界，而其下限邊界應高于系統(tǒng)最高運行電壓（3）。圖2伏秒特性的配合2）避雷器應具有較強的絕緣強度自

19、恢復能力在雷電過電壓作用下，避雷器開始動作導通后，就形成了相導線對地的近似短路。由于雷電過電壓持續(xù)時間很短，當避雷器兩端的過電壓消失后，系統(tǒng)正常運行電壓又繼續(xù)作用在避雷器兩端，在這一正常運行電壓作用下，處于導通狀態(tài)的避雷器中繼續(xù)流過工頻接地電流，該電流稱為工頻續(xù)流。工頻續(xù)流的存在一方面使相導線對地的短路狀態(tài)繼續(xù)維持，系統(tǒng)無法恢復正常運行，另一方面也會使避雷器自身受到損壞。為此，避雷器應具備較強的絕緣強度自恢復能力，應能在雷電過電壓消失后工頻續(xù)流的第一次過零時自行切斷工頻續(xù)流，系統(tǒng)將恢復正常的運行。3 直擊雷防護設計3.1 接閃器原理到目前為止防避直擊雷都是采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)作為

20、接閃器，把雷電流收下來，然后通過良好的接地裝置迅速而安全地把它送回大地。當高空中出現(xiàn)雷云的時候，大地上由于靜電感應作用，必然帶上與雷云相反的電荷，然而接閃器都處于地面上建筑物的最高處，與雷云的距離最近，以致接閃設備附近空間電場強度相對比較大，比較容易吸引雷電先驅，使主放電集中在它上面，因而在它附近尤其是比它低的物體受雷擊的幾率就大大減少。由于接閃器都與大地有良好的電氣連接，使大地積存的電荷能量迅速與雷云的電荷中和。這樣由雷擊而造成的過電壓的時間大大的縮短，雷擊危害性就大大減少。雷擊的時候，雷云通過接閃器向大地放電的過程，可以近似用RC放電過程來模擬。因為大地與雷云之間相當于一個充了電的電容器，

21、如圖3所示。圖3 雷擊時雷云與大地的示意圖iRUc0RR1R2其中R1：雷云內部和雷電通道的電阻；R2：接閃器和它與大地之間的連接電阻。又因 i-CdUcdt故RCdUCdtUc0解此微分方程得： UcAe-tRC圖4雷擊時的電氣原理由上式可以看出，當t0時，AUc為最大值，所以A就是剛剛發(fā)生閃擊那一瞬間接閃器對大地的電壓，也就是雷云對大地的電壓。并且R越小，Uc衰減的越快，表示雷擊時散流得越快。雷云時電源的電阻包括主放電通道的電阻，大約幾千，如果我們把帶電的雷云當作電源，接閃器到大地看作是負載。那么，放電的時候就相當?shù)匾粋€有幾千內阻的電源，與一個僅有幾接地電阻和少許引線的阻抗的負載連接，這電

22、源一般為幾百V到幾千萬V，甚至更高。雷擊時接閃器對大地的電壓就是雷云的電壓，在雷云內阻（包括通道電阻）與接地電阻（包括引線電阻）間分壓，其分壓值越小，相對來講就越安全。所以理論上要求避雷裝置接地電阻越小越好，但是如果要求做到接地電阻很小，勢必造價很高。工程上往往只要求做到足夠安全范圍即可。3.2 避雷針保護范圍計算我國建筑防雷規(guī)范GB 5005794中規(guī)定采用“滾球法”作接閃器保護范圍的計算。所謂“滾球法”是指某一定半徑的球體，在裝有接閃器的建筑物上滾過，滾球被建筑物上所裝的接閃器撐起，這時球體的弧與建筑物之間的范圍，便是該接閃器避雷范圍。接我國規(guī)范規(guī)定，根據(jù)建筑物被雷擊后引起后果的嚴重程度，

23、把建筑物分為三大類型，分別選擇從3060m不同的滾球予以計算。如圖5為單支避雷針的保護范圍圖。圖5單支避雷針保護范圍由圖5可確定單支避雷針的保護范圍1. 當避雷針高度hhr時：（hr為滾球半徑）（1） 距地面hr處作一平行于地面的平行線；（2） 以針尖為圓心，hr為半徑，作弧線交于平行線于A、B兩點；（3） 分別以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該弧線與針尖相交并與地面相切。從此弧線起到地面上就是保護范圍。保護范圍是一個對稱的錐體；（4） 避雷針在hr高度的xx平面上的保護半徑，按下列方法確定；圖6單支避雷針rx與hr，hx的關系圖：圖6單支避雷針rx與hr，hx的關系圖可按上面的要求畫出與h

24、r，hx，h之間的關系，如圖6所示。圖中由RtBOP知：由RtQCB知： 其中：為避雷針在hx高度的xx平面上的保護半徑，m； hr為滾球半徑，m； hx為被保護物的高度，m。2.當hhr時，在避雷針上取高度hr的一點代替單支避雷針針尖作為圓心。其余作法同上。3.3 直擊雷防護檢測建在城市市區(qū)的基站遵照三類建筑物的直擊防護標準，建在曠野或高山上的基站，按二類防雷建筑物直擊雷防護標準。根據(jù)通信基站的特點，初步對通信基站的直擊雷防護提出以下要求：根據(jù)YD5068-98移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范中32和43條中規(guī)定可知塔頂應安裝避雷針，發(fā)射天線、航空標志燈等設施都應在其保護范圍之內，金屬塔體可作

25、為引下線。如另外加設引下線應采用不小于40mm×4mm的鍍鋅或50mm的銅鉸線。鐵塔的四腳均應與地連接。建筑物天面上的通訊塔應至少有相對稱的兩點與建筑物的避雷帶連接。3.4 避雷針選擇使用傳統(tǒng)的金屬避雷針、避雷帶對一般建筑物和建筑物內的人能夠起到保護作用，其機理是“引雷入地”，即首先是引雷，代替被保護對象承受雷擊，然后將雷電流引導入地。因此避雷針的實質是“引雷針”，同時，在引雷入地的過程中，由于未對雷電流進行大幅度的衰減，使得強大的雷電流在s 級的瞬間迅速通過避雷針及其引下線，這樣勢必在其周圍產生強大的感應電磁場(脈沖)，感應電磁脈沖通過空間傳播或與傳輸線耦合引入破壞電子設備，這就是

26、感應雷和雷電入侵波。另外，在引下線入地處，未經衰減的雷電流會抬升地電位，并通過接地線對設備造成反擊?？梢哉f，造成電子設備雷擊損壞原因，絕大部份是感應雷、雷電入侵波和地電位反擊(統(tǒng)稱二次雷擊效應)，而普通的避雷針不僅不能避免這些二次雷擊效應，反而促使其發(fā)生。富蘭克林避雷針也就是傳統(tǒng)避雷針，它在接閃后，其引下線的雷電流大，雷電脈沖的前沿陡度高，它的二次雷擊效應嚴重，地電位高，會對現(xiàn)代信息系統(tǒng)電子設備產生較為嚴重的破壞和影響，隨著社會的發(fā)展，信息時代的到來和實踐的不斷深化，它的局限性也越顯露了出來。如果要保護的對象是電子設備，使用普通避雷針防直擊雷是危險的。為克服傳統(tǒng)避雷針的缺陷，應采用能削弱感應雷

27、的優(yōu)化避雷針作為防直擊雷裝置。優(yōu)化避雷針的優(yōu)點是：能夠在保持傳統(tǒng)避雷針“引雷入地”機理的同時，通過阻抗限流和箝位分流裝置，將雷電流的幅度大大減小，將雷電波波形展寬至幾百ms，使雷電流緩慢入地。這樣，不僅能夠有效地防御直擊雷而且能夠有效地抑制感應雷和地電位反擊的產生，這對于保護區(qū)域內電子設備大量集中使用的情況是非常有效的。出于上述原因的考慮，在基站的通信鐵塔的頂端安裝既能防止直擊雷又能抑制二次雷擊效應的優(yōu)化避雷針，作為防直擊雷的接閃器。優(yōu)化避雷針的保護半徑按GB50057-94所附滾球法計算確定。中光優(yōu)化避雷針采用氣隙箝位、阻抗限流等綜合技術，明顯地改變了雷電流的放電過程。雷電波形展寬、波頭平緩

28、、幅值降低，其衰減倍率K33，從而有效地抑制、削弱地電位反擊和二次雷擊效應造成的危害，克服了傳統(tǒng)避雷針的局限性和主要弊病。該產品的特點：具有傳統(tǒng)避雷針的承接雷電和疏導入地的特長，又能使入地雷電流的幅度和波頭陡度同時降低，使雷擊危害減到最小。產品的雷電通流大，衰減倍率高，造型美觀，具有裝飾性。移動基站用它來保護通信天線，作為直擊雷防護的接閃器是較為理想的產品。圖7避雷針保護示意圖通信鐵塔的高度一般在3050m之間，一般情況下優(yōu)化避雷針的型號可選用ZGU-A2型優(yōu)化避雷針作為防直擊雷的接閃器。ZGU-A2主要參數(shù)和性能如下：雷電通流量200KA；陡度衰減倍率33；幅值衰減80%；電阻5；高度3m；

29、重量42kg；抗風強度40m/s；安裝尺寸260±0.5/6-17。適用于雷擊活動較為頻繁的大中型臺站的直擊雷防護。在一些雷擊活動特別頻繁、雷擊強度較大的基站，通信鐵塔的頂端可采用ZGU-A3型優(yōu)化避雷針作為防直擊雷的接閃器。ZGU-A3主要參數(shù)和性能如下：雷電通流量300KA；陡度衰減倍率33；幅值衰減80%；電阻5；高度3m；重量45kg；抗風強度40m/s；安裝尺寸260±0.5/6-17。適用于雷擊活動特別頻繁、雷擊強度較大的大中型臺站的直擊雷防護。在一些偶然發(fā)生雷擊的通信站可使用ZGU-A1型優(yōu)化避雷針作為防直擊雷的接閃器。ZGU-A1主要參數(shù)和性能如下：雷電通流

30、量100KA；陡度衰減倍率33；幅值衰減80%；電阻5；高度3m；重量42kg；抗風強度40m/s；安裝尺寸260±0.5/6-17。適用于雷擊活動較少的大中型臺站的直擊雷防護。4 防感應雷和防雷電波入侵當建筑物防雷裝置落雷后，強大的雷擊電流在入地的過程中，由于雷電流陡度的作用，在雷電流通道周圍的金屬體內產生大的感應脈沖過電壓。當建筑物附近落雷或云中放電時的電磁感應和雷電電磁脈沖的輻射作用，在建筑物的金屬部件和內部的各種管線等部位感應出強大的感應脈沖過電壓，這即是感應雷的危害，感應雷的概率比直擊雷大的多，而且作用范圍大。感應雷的幅值與雷擊點距離成反比，與雷電流的幅值和陡度成正比。因此

31、雷擊點附近，雷電流的陡度越大，感應脈沖過電壓就越大，也就越危險。對電子設備的破壞性也就越大。感應雷和雷電入侵波是造成電子設備損壞的主要原因。除了附近發(fā)生雷擊時，感應電磁脈沖可通過傳輸線形成入侵波，同樣的道理，即使在遠處發(fā)生雷擊，只要傳輸線通過那個區(qū)域，一樣可以引入感應雷電波，因此，傳輸線涉及的范圍越廣，進雷的幾率就越高。要解決傳輸線的引雷問題，除了防直擊雷、防感應雷外，還需要在暴露于室外的以及長距離敷設的各種傳輸線(光纖除外)上安裝相應的電子避雷器，來對侵入到傳輸線內部的感應雷電波進行抑制和泄放，以確保設備的安全。4.1 電源系統(tǒng)防護在各種各樣的傳輸線中，電源線是分布最廣的傳輸線，也就意味著受

32、雷電感應的幾率最高，最易引入感應雷。事實也證明6080 的感應雷和雷電入侵波來自于電力傳輸線。根據(jù)IEC防雷的有關規(guī)定，對雷電入侵波應分區(qū)域進行防護，在每個區(qū)域的界面上采取相應的措施，逐級對雷電流進行泄放，直到將感應過電壓降到設備可以承受的水平。因此，電源系統(tǒng)的防雷應采取多重保護、層層設防的原則，根據(jù)設備的重要程度和地理位置進行有重點，有層次的保護。一般來講，電源系統(tǒng)應采取三到四級保護。4.1.1 第一級保護外接供電線路入總配電柜前安裝大通流量的電源避雷器，作為電源系統(tǒng)的第一級保護，以泄放掉來自外界電力傳輸線的雷電入侵波的大部分能量。在雷擊活動嚴重的地區(qū)總電源避雷器可選用ZGB153B4-10

33、0型用戶總電源避雷器。ZGB153B4-100的主要參數(shù)及性能如下：工作電壓AC380V/420V；雷電通流量(8/20s)100KA；響應時間25ns；壓敏電壓1500V；限制電壓(8/20s)3KV；接線柱形式連接；外型尺寸433×245×90mm；安裝尺寸380×195；重量5.6kg；有劣化指示和雷擊計數(shù)；劣化后自動脫離。適用于綜合系統(tǒng)大中型臺站的三相電源一級保護。在一般情況下，總電源避雷器可選用ZGB153B2-1型用戶總電源避雷器。ZGB153B2-1的主要參數(shù)及性能如下：工作電壓AC380V/420V；雷電通流量(8/20s)60KA；響應時間25n

34、s；壓敏電壓910V；限制電壓(8/20s)2KV；接線柱形式連接；外型尺寸360×218×100mm；安裝尺寸305×168；重量4.2kg；有劣化指示和雷擊計數(shù)；劣化后自動脫離。適用于綜合系統(tǒng)大中型臺站的三相電源一級保護。在雷擊活動較少的地區(qū)，總電源避雷器可選用ZGB153B0-1型用戶總電源避雷器。ZGB153B0-1的主要參數(shù)及性能如下：工作電壓AC380V/420V；雷電通流量(8/20s)60KA；響應時間25ns；壓敏電壓680V；限制電壓(8/20s)1.5KV；接線柱形式連接；外型尺寸360×218×100mm；安裝尺寸305

35、×168；重量4.2kg；有劣化指示和雷擊計數(shù)；劣化后自動脫離。適用于綜合系統(tǒng)大中型臺站的三相電源一級保護。4.1.2 第二級保護在設備集中的樓層的分配電柜或房間的進戶電源處安裝用戶分電源避雷器，作為電源系統(tǒng)的第二級保護，進一步限制雷電過電壓的幅值。用戶分電源避雷器可選用ZGB149B-20或ZGB148B-20，ZGB149B-20主要參數(shù)及性能如下：工作電壓AC380V/420V；通流容量(8/20s)20KA；響應時間25ns；壓敏電壓680V；限制電壓(8/20s)1.5KV；接線端形式連接；外型尺寸165×145×93mm；安裝尺寸115×10

36、0；有劣化指示和雷擊計數(shù)；劣化后自動脫離。適用于進戶三相電源的二級保護。ZGB148B-20的主要參數(shù)及性能如下：工作電壓AC220V/240V；通流容量(8/20s)20KA；響應時間25ns；壓敏電壓560V；限制電壓(8/20s)1.2KV；接線端形式連接；外型尺寸165×145×93mm；安裝尺寸115×100；有劣化指示和雷擊計數(shù)；劣化后自動脫離。適用于進戶單相電源的二級保護。在雷擊活動較少的地區(qū)，第二級保護可選用ZGB149A或ZGB148A，ZGB149A主要參數(shù)及性能如下：工作電壓AC380V/420V；通流容量(8/20s)20KA；響應時間25

37、ns；壓敏電壓680V；限制電壓(8/20s)1.5KV；接線柱形式連接；外型尺寸250×160×80mm；安裝尺寸200；重量2.5kg；有劣化指示。適用于進戶三相電源的二級保護。ZGB148A的主要參數(shù)及性能如下：工作電壓AC220V/240V；通流容量(8/20s)20KA；響應時間25ns；壓敏電壓560V；限制電壓(8/20s)1.2KV；接線柱形式連接；外型尺寸250×160×80mm；安裝尺寸200；重量2.2kg；有劣化指示。適用于進戶三相電源的二級保護。4.1.3 第三級保護在直流用電設備的直流電源處安裝直流電源避雷器，作為電源系統(tǒng)的第

38、三級保護，進一步對雷電入侵波的涌浪進行抑制，以確保耐壓水平較低的直流用電設備的安全。直流電源避雷器可選用ZGB170-6，主要參數(shù)和性能如下：圖7工作電壓DC48V；通流容量(8/20s)5KA；響應時間25ns；壓敏電壓100V；限制電壓(8/20s)0.35KV；端子板形式連接；外型尺寸125×65×50mm；重量0.4kg；有劣化指示。適用于直流供電設備的三級保護。圖8 電源系統(tǒng)防雷示意圖4.2 天饋系統(tǒng)防雷天饋線系統(tǒng)是通信基站的重要組成部分之一。天線起著將饋線中傳輸?shù)碾姶挪ㄞD換為自由空間傳播的電磁波，或將自由空間傳播的電磁波轉換為饋線中傳輸?shù)碾姶挪ǖ淖饔?。而饋線則是

39、電磁波的傳輸通道。在多波道共用天饋線系統(tǒng)的通信基站電路中。由于移動通信基站的天饋部分安裝在通信鐵塔上，相對周圍環(huán)境而言，形成十分突出的目標，從而導致雷擊概率增多，移動通信基站常常遭受雷害，導致通信設備損壞、系統(tǒng)癱瘓。4.2.1 天饋系統(tǒng)防雷設計為防止基站鐵塔或天線受雷擊在饋線上感應出很高的雷電過電壓沿饋線竄入機房，在饋線進入機房前，必須增加C點接地（如圖9所示），且要求接地線在機房外直接與機房地網(wǎng)就近可靠接地，這樣一方面可將直擊雷通過饋線引入機房的可能性降低，另一方面還可降低進入機房饋線電纜屏蔽層的電位，緩解后級的壓力。圖9 饋線的外屏蔽層在機房外接地饋線進入機房后，進入收發(fā)信機前，應接饋線用

40、SPD，從而實現(xiàn)對收發(fā)信機和饋線的瞬態(tài)等電位連接，保護收發(fā)信機的饋線口免遭雷擊損壞。并且要求該SPD的接地線應直接接在收發(fā)信機的接地排上（如圖10）。傳統(tǒng)的做法是將饋線用SPD的接地線接到機房外的地排上（圖11），此法本意是想更好地保護設備，但其效果恰恰相反，使保護的有效性降低。圖10 SPD安裝后的殘壓示意圖當有雷電流時，其中：U1為SPD自身的殘壓；U2為從SPD到機房外地排之間的殘壓；U3為從機房外地排到地網(wǎng)之間連線的殘壓。這時，加在被保護設備的上殘壓為UU1U2U3為了減小加在被保護設備的上的殘壓，我們可以采取下圖所示的辦法，即將饋線用SPD靠近設備安裝，并將SPD的接地線就近接在設備

41、的地排上。圖11減少殘壓后的示意圖此時加在被保護設備上的殘壓為：UU1U2當有雷電流（820s）時，在導線上產生的電壓降可按下式計算：VLh×didtIR假如引線長1米，入侵的雷電流為10KA（820s），則每米導線上的電壓降為：V1×1.44（H）×10（KA）8（s）IR1×1.44（H）×10（KA）8（s）1.8（KV）一般接在機房外接地匯流排上的SPD的接地線及接地引下線的長度在十米以上，則對設備殘壓高達約18KV；而接在設備地排上的SPD的接地線長度一般在1米以內，則對設備殘壓小于1.8KV，僅為原來的十分之一，可有效增強對設備的保

42、護效果。4.2.2 SPD選擇中光天饋避雷器采用“波道分流技術”，用集中或分布參數(shù)元件構成的高低通濾波器組合網(wǎng)絡，能將雷電沖擊波和有用的通信信號截然分開。改變了傳統(tǒng)的空氣隙、氣放管、氧化鋅壓敏電阻及它們的組合避雷器的響應時間長，通流量低，噪聲干擾大的局限性。天饋系列產品的特點；工作頻率范圍寬；防雷響應時間短；產品品種規(guī)格多；承受信號功率強；雷電通流容量大；應用范圍廣；駐波損耗??；輸出保護電壓低；性能穩(wěn)定壽命長；安裝方便。具體型號可選用ZGB040B5型天饋避雷器。ZGB040B5的主要參數(shù)及性能如下：特性阻抗50；工作頻率850960MHz；平均功率150W；駐波系數(shù)1.12；插入損耗0.2d

43、B；雷電通流量(8/20s)8KA；限制電壓(1kV/s)500V；N或L16(K/J)形式連接；外形尺寸240×134×25；重量450g。適用于移動通信基站。為了減少鐵塔避雷針接閃雷電時強大的雷電流對天饋線路的影響，天饋線不應與避雷針雷電流專用引下線并行引下，而應從鐵塔中心部位引下。4.3 信號系統(tǒng)防雷進入基站的線纜，除了天饋線外，有時還有少量的信號線，如音頻線、遠端監(jiān)控用的信號線等，這些信號線防雷往往易被忽視或者防雷措施不力，YD506898中指出：“信號電纜應由地下進入移動通信基站，電纜內芯線在進站處應加裝相應的信號避雷器，避雷器和電纜內的空線均應做接地保護。站區(qū)內

44、嚴禁布放架空纜線。”根據(jù)實地考察的情況，信號系統(tǒng)大多是由電源系統(tǒng)進雷后間接受影響損壞的，但也有可能是信號線受感應引入的過電壓損壞接口。鑒于這種情況可在DDF的2M信號線的入口處安裝ZGB235J-6型信號避雷器，以防止數(shù)字復用設備的損壞。ZGB235J-6的主要參數(shù)和性能如下：接線端子接口；工作電壓6V；沖擊防護電壓1KV/s600V；傳輸速率2Mbps；駐波系數(shù)1.2；插入損耗0.5dB；限制電壓(10/700s)20V；雷電通流量(8/20s)3KA；外形尺寸80×25×25mm；重量65g，適用于RS422/485、PCM、ETHERNET、10BASET防雷。5 聯(lián)

45、合接地在整個防雷系統(tǒng)中接地系統(tǒng)是一個基本前提，只有具備了良好的接地系統(tǒng)，防雷設備才能真正發(fā)揮作用。所以，接地系統(tǒng)的建設是所有防雷工作的基礎。5.1 接地的目的1) 接地是為了防止電磁干擾起屏蔽作用；2) 接地是為了泄放過電壓以保護設備和人身安全；3) 接地是為了起著工作回路的作用；4) 接地是為了給通信設備提供零電位參考點。5) 在受到雷擊時以供大電流泄放入地，以保護設備和人身安全。5.2 地網(wǎng)的組成根據(jù)移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范YD5068-98中4.1規(guī)定：1）移動通信基站應按均壓、等電位的原理，將工作地、保護地和防雷地組成一個聯(lián)合接地網(wǎng)。站內各類接地線應從接地匯集線或接地網(wǎng)上分別引入

46、。2）移動通信基站地網(wǎng)由機房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)組成，地網(wǎng)的組成如圖12所示?；镜鼐W(wǎng)應充分利用機房建筑物的基礎（含地樁）、鐵塔基礎內的主鋼筋和地下其他金屬設施作為接地體的一部分。當鐵塔設在機房房頂，電力變壓器設在機房樓內時，其地網(wǎng)可合用機房地網(wǎng)。圖12移動通信基站地網(wǎng)示意圖3）機房地網(wǎng)組成：機房地網(wǎng)應沿機房建筑物散水點外設環(huán)形接地裝置，同時還應利用機房建筑物基礎橫豎梁內兩根以上主鋼筋共同組成機房地網(wǎng)。當機房建筑物基礎有地樁時，應將地樁內兩根以上主鋼筋與機房地網(wǎng)焊接連通。當機房設有防靜電地板時，應在地板下圍繞機房敷設閉合環(huán)形接地線，作為地板金屬支架的接地引線排，其材料為銅導線，截面積應不

47、小于50mm2，并從接地匯集線上引出不少于二根截面積為5075mm2的銅質接地線與引線排的南、北或東、西側連通。4）對于利用商品房作機房的移動通信基站，應盡量找出建筑防雷接地網(wǎng)或其他專用地網(wǎng)，并就近再設一組地網(wǎng)，三者相互在地下焊接連通，有困難時也可在地面上可見部分焊接成一體作為機房地網(wǎng)。找不到原有地網(wǎng)時，應因地制宜就近設一組地網(wǎng)作為機房工作地、保護地和鐵塔防雷地。工作地及防雷地在地網(wǎng)上的引接點相互距離不應小于5m，鐵塔尚應與建筑物避雷帶就近兩處以上連通。5）鐵塔地網(wǎng)的組成：當通信鐵塔位于機房旁邊時，鐵塔地網(wǎng)應延伸到塔基四腳外1.5m遠的范圍，網(wǎng)格尺寸不應大于3m×6m，其周邊為封閉式

48、，同時還要利用塔基地樁內兩根以上主鋼筋作為鐵塔地網(wǎng)的垂直接地體，鐵塔地網(wǎng)與機房地網(wǎng)之間應每隔35m相互焊接連通一次，連接點不應少于兩點。當通信鐵塔位于機房屋頂時，鐵塔四腳應與樓頂避雷帶就近不少于兩處焊接連通，同時宜在機房地網(wǎng)四角設置輻射式接地體，以利雷電流散流。6）變壓器地網(wǎng)的組成：當電力變壓器設置在機房內時，其地網(wǎng)可合用機房及鐵塔地網(wǎng)組成的聯(lián)合地網(wǎng)；當電力變壓器設置在機房外，且距機房地網(wǎng)邊緣30m以內時，變壓器地網(wǎng)與機房地網(wǎng)或鐵塔地網(wǎng)之間，應每隔35m相互焊接連通一次（至少有兩處連通），以相互組成一個周邊封閉的地網(wǎng)。7）當?shù)鼐W(wǎng)的接地電阻值達不到要求時，可擴大地網(wǎng)的面積，即在地網(wǎng)外圍增設1圈或

49、2圈環(huán)形接地裝置。環(huán)形接地裝置由水平接地體和垂直接地體組成，水平接地體周邊為封閉式，水平接地體與地網(wǎng)宜在同一水平面上，環(huán)形接地裝置與地網(wǎng)之間以及環(huán)形接地裝置之間應每隔35m相互焊接連通一次；也可在鐵塔四角設置輻射式延伸接地體，延伸接地體的長度宜限制在1030m以內。5.3 接地體接地體宜采用鍍鋅鋼材，其規(guī)格要求如下：鋼管，50mm，壁厚不應小于3.5mm。角鋼,不應小于50×50×5mm。扁鋼，不應小于40×4mm。垂直接地體長度宜為1.52.5m，垂直接地體間距為其自身長度的1.52倍。若遇到土壤電阻率不均勻的地方，下層的土壤電阻率低，可以適當加長。當垂直接地體

50、埋設有困難時，可設多根環(huán)形水平接地體，彼此間隔為11.5m，且應每隔35m相互焊接連通一次。在沿海鹽堿腐蝕性較強或大地電阻率較高難以達到接地電阻要求的地區(qū)，接地體宜采用具有耐腐、保濕性能好的非金屬接地體。接地體之間所有焊接點，除澆柱在混凝土中的以外，均應進行防腐處理。接地裝置的焊接長度：對扁鋼為寬邊的2倍，對圓鋼為其直徑的10倍。接地體的上端距地面不應小于0.7m，在寒冷地區(qū)，接地體應埋設在凍土層以下。圖13 接地系統(tǒng)標準施工圖5.4 接地線與接地引下線1）接地線宜短、直，截面積為3595mm2，材料為多股銅線。2）接地引入線長度不宜超過30m，其材料為鍍鋅扁鋼，截面積不宜小于40mm

51、5;4mm或不小于95mm2的多股銅線。接地引入線應作防腐、絕緣處理，并不得在暖氣地溝內布放，埋設時應避開污水管道和水溝，裸露在地面以上部分，應有防止機械損傷的措施。3）接地引入線由地網(wǎng)中心部位就近引出與機房內接地匯集線連通，對于新建站不應小于兩根。5.5 接地匯集線1）接地匯集線一般設計成環(huán)形或排狀，材料為銅材，截面積不應小于120 mm2，也可采用相同電阻值的鍍鋅扁鋼。2）機房內的接地匯集線可安裝在地槽內、墻面或走線架上，接地匯集線應與建筑鋼筋保持絕緣。5.6 接地電阻根據(jù)移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范YD5068-98第五條規(guī)定：1）移動通信基站地網(wǎng)的接地電阻值應小于5，對于年雷暴日小于

52、20天的地區(qū)，接地電阻值可小于10。2）架空電力線與電力電纜接口處的保護接地以及電力變壓器（10kVA以下）保護接地的接地電阻值應小于10。3）架空電力線上方的避雷線及增裝在高壓線上的避雷器的接地電阻值，其首端（即進站端）應小于10，中間或末端應小于30。5.7 接地體布置由于雷電流相當于高頻電流，除接地體的電阻和電導外，接地體的電感和電容對沖擊阻抗發(fā)生作用。而在沖擊電流的作用下，沖擊等效半徑要比接地網(wǎng)面積的等值半徑小得多，即在沖擊電流的情況下，僅僅利用接地網(wǎng)很小的一塊面積。在有限的沖擊半徑內如何有效地利用所埋設的接地體，使雷電流幾乎同時地到達各個接地體，成為接地體布置的關鍵問題，以下給出幾種

53、布置接地體的方法以供參考。（1） 條形（2） 弧形（輻射狀）（3）網(wǎng)狀（4）環(huán)形5.8 移動基站接地網(wǎng)接地電阻值的測量接地電阻值測試的準確性，與地阻儀測量電極布置的位置有直接關系，按測量電極的不同布置方式，有如下幾種測試方法：1）直線布極法首先要弄清被測地網(wǎng)的形狀、大小和具體尺寸，確定被測地網(wǎng)的對角線長度D（或圓形地網(wǎng)的直徑D）。在距接地網(wǎng)（23）D處，打下地阻儀的電流極棒，地阻儀的電壓極棒應設在電流極棒到地網(wǎng)距離的0.618處（優(yōu)選法）。如圖14所示。圖14測量電極布置圖按上圖布置測得的接地電阻誤差應在1以內。在土壤電阻率較均勻的地區(qū)，電流極到地網(wǎng)的距離取2D，電壓極到地網(wǎng)的距離可取D。在土

54、壤電阻率不均勻的地區(qū)，電流極到地網(wǎng)的距離應取3D，電壓極到地網(wǎng)的距離應取1.7D。測量時在沿地網(wǎng)和電流極的連線上，使電壓極到接地網(wǎng)的距離約為電流極到接地網(wǎng)距離的5060范圍內移動3次，每次移動的距離為電流極到地網(wǎng)距離的5，使3次測得的電阻值接近即可。2）三角形布極法：如圖15所示：圖15三角形布極圖 圖中，取d12 =d13=2D,夾角Q=28.95°»30°，此時測得的電阻誤差接近零，Q越大誤差也越大，Q=180°時誤差最大。如果測試場地窄小，不能滿足d12 =d13³2D的條件時，也可取d12 =d13³D。3）兩側布極

55、法一般情況下，不宜把地阻儀的電流極棒和電壓極棒分別打在地網(wǎng)的兩側，但由于測試場地限制，可按圖16所示的方法布置測試電極進行測試。圖中：圖16兩側布極圖（1）電流極到地網(wǎng)的距離和電壓極到地網(wǎng)的距離應相等，均³5D，D為地網(wǎng)對角線的長度。（2）電流極棒，電壓極棒和地網(wǎng)中心應盡量在一條直線上。5.9 充分理解基站，因地制宜實施防雷接地工程由于各基站的環(huán)境和建設方式不同，所以對基站防雷接地不能一概而論，應根據(jù)具體情況采取防雷與接地措施，將基站接地系統(tǒng)按照均壓等電位的原理進行設計和改造，即通信設備的工作地、保護地、防雷地、建筑地合用一組接地體的聯(lián)合接地方式，將接地線和接地引入線按照“共地不共線

56、，一點接地法”的原則進行合理布線。根據(jù)不同情況，具體分析如下：5.9.1 鐵塔建在建筑物頂部1）樓頂建鐵塔，機房所在建筑物女兒墻上有避雷帶，市電引入機房由于移動基站租用商品房或民房情況較普遍，此種情況占到全部基站的60-70%。首先在樓頂鐵塔的基腳處南北或東西方向置180°兩處與樓頂避雷帶相連，連接材料為40×4mm鍍鋅扁鋼，利用建筑主鋼筋多處泄放雷電流，并在樓下合適的位置建一地網(wǎng)，地網(wǎng)建成以后利用扁鋼與建筑主鋼筋兩處焊接組成聯(lián)合地網(wǎng)，從地網(wǎng)相距5m以上的位置抽兩個頭引出地面1.5m處做斷接點，分別作為避雷針、機房工作保護接地引入線的接地點，機房內設置設備工作保護接地匯集線

57、，其接地引入線接機房工作保護接地點；雷電流引下線下端接避雷針接地點，上端在樓頂與樓頂接地匯集線相連。接地引入線采用40×4mm鍍鋅扁鋼或95mm2多股銅芯線。鐵塔上避雷針接地線，基站同軸電纜饋線的金屬外屏蔽層的上部、下部接地線均與樓頂接地匯集線相連，同軸電纜饋線的金屬外屏蔽層的下部接地也可就近與鐵塔中部相連。外屏蔽在機房入口處的接地與機房工作保護接地點引出的接地線妥善連通，接地線材料可采用35mm2銅芯線。同軸電纜線進入機房后與通信設備連接處安裝饋線避雷器，饋線避雷器接地端子接到室外入口處饋線屏蔽接地線上，接地線為6mm2銅芯線。機房內的交流配電箱處應三相五線或單相三線，其中的PE線接配電箱及電源避雷器。機房內-24V直流避雷器的接地線接機房工作保護接地匯集線。機房內設備的工作接地、保護接地及走線架共用一個室內接地匯集線。如圖17所示。圖17