移動通信無線基站的防雷技術研究分析 電子信息技術專業(yè)

1、 移動通信無線基站的防雷技術研究 摘要本文主要針對于移動通信無線基站防雷技術進行了研究和詳細的介紹；然后對移動通信基站防雷系統(tǒng)進行了簡要的介紹，同時對防雷系統(tǒng)的構成了進行了闡述；其次對其中一種形成雷擊事故的重要原因-反擊電壓進行了詳細的介紹，主要闡述了其是如何形成，并給應對措施；接下來主要針對于移動基站的防雷技術措施進行了介紹，包括電源線路保護空開以及分級保護兩種措施，在最后針對于某基站的防雷技術方案進行了改造，對防雷技術進行了應用。關鍵字：移動通信；無線基站；雷擊；防雷目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc9222 摘要 PAGEREF _Toc9222 I HYP

2、ERLINK l _Toc5332 目錄 PAGEREF _Toc5332 II HYPERLINK l _Toc28073 第1章 緒論 PAGEREF _Toc28073 1 HYPERLINK l _Toc19550 1.1 研究背景和意義 PAGEREF _Toc19550 1 HYPERLINK l _Toc29646 1.2 防雷技術現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc29646 1 HYPERLINK l _Toc30019 第2章 移動通信基站防雷系統(tǒng) PAGEREF _Toc30019 3 HYPERLINK l _Toc577 2.1 防雷系統(tǒng)簡述 PAGEREF _Toc577

3、 3 HYPERLINK l _Toc32033 2.2 防雷系統(tǒng)的構成 PAGEREF _Toc32033 3 HYPERLINK l _Toc25894 第3章 反擊電壓 PAGEREF _Toc25894 5 HYPERLINK l _Toc10399 3.1 地電壓反擊 PAGEREF _Toc10399 5 HYPERLINK l _Toc6987 3.2 降低反擊電壓的措施 PAGEREF _Toc6987 5 HYPERLINK l _Toc15600 第4章 移動基站防雷措施 PAGEREF _Toc15600 8 HYPERLINK l _Toc6198 4.1 電源線路保護

4、空開 PAGEREF _Toc6198 8 HYPERLINK l _Toc32313 4.2 分級防雷 PAGEREF _Toc32313 9 HYPERLINK l _Toc31582 第5章 基站防雷技術方案改造 PAGEREF _Toc31582 10 HYPERLINK l _Toc29268 5.1 實際基站勘察情況 PAGEREF _Toc29268 10 HYPERLINK l _Toc3697 5.2 防雷方案的技術改造 PAGEREF _Toc3697 11 HYPERLINK l _Toc4748 5.3 改造過程中的注意事項 PAGEREF _Toc4748 12 HY

5、PERLINK l _Toc10907 總結與展望 PAGEREF _Toc10907 14 HYPERLINK l _Toc11323 參考文獻 PAGEREF _Toc11323 15 HYPERLINK l _Toc25892 致謝 PAGEREF _Toc25892 16第1章 緒論1.1 研究背景和意義一旦出現(xiàn)了較為惡劣的雷雨天氣，那么雷擊經常會造成出現(xiàn)通信終端以及通信錯誤等通信事故，因此雷擊一直是造成通信事故的重要因素之一1-3。作為移動通信基站的一種常見干擾源，雷電所造成的攻擊會針對基站的通信質量造成最為直接的影響，嚴重的時候甚至會出現(xiàn)通信中斷事故。因為移動通信基站工作性質的特殊

6、性，所以在通常情況下其都會被設置在一些高層建筑物的樓頂上面，這就使得其相比于周圍的建筑物，總是更高一些，特別是鐵塔，經常成為了雷擊的對象，因此能夠看得出來，研究移動通信無線基站的防雷技術至關重要的4-7。1.2 防雷技術現(xiàn)狀目前在移動無線基站中，主要采用的防雷技術有四種，分別是連接、傳導、分流以及接地8-10。下面依次進行詳細的介紹。（1）連接通常情況下這里所說的連接指的是均衡連接，也可以稱之為等電位連接。其是目前一種比較重要的防雷技術。因為自然的閃電和電流波是比較類似的，因此防雷電裝置能夠給雷電提供一個阻抗較低的通道。所以，通過導線把閃電所經過的部位與需要保護的設備進行連接，這樣就能夠達到一

7、種等電位的效果；在由閃電出現(xiàn)的時候，每一處的電位都一樣得到提升，相應的也就不存在旁側的閃絡放電。（2）傳導通常情況下對于那些所使用到的閃電傳導器而言，在日常的工作當中，我們還稱之為避雷針，避雷針能夠起到的主要作用就是把雷電所產生電流經過自身傳輸?shù)酱蟮乩锩?，一旦閃電的被避雷針導入到大地里面去了，那么其所具有的能量也就被分散了，起到了一種保護的效果。（3）分流所謂的分流就是利用把所引來的導線和接地體兩者進行并聯(lián)，從而形成一個避雷器，一般情況下一旦室外的線路上面形成了過電壓，同時順著導線進到室內的時候，相應的避雷器電阻就會馬上處于短路的狀態(tài)，這樣就能夠有效的實現(xiàn)過電壓的分流效果了。另外還能夠看得出來

8、，假如可以在基站的內部線路上面進行避雷器的安裝，那么效果就會更好，能夠實現(xiàn)一種所謂的多級分流的效果，相應的所具有的防御能力也就更強了。（4）接地通常情況下，我們設置接地的主要目的就是避免自然天氣下避免出現(xiàn)直擊雷害的一套系統(tǒng)。如果在基站上面采取了一套效果較好的接地系統(tǒng)，那么就能夠使得閃電大部分瀉入到大地里面去，這樣就能夠使得引下線上面的電壓值減小。同時接地工作還屬于一項較為基本的工作，所起到的主要作用是為了別的一些防雷措施進行相應的服務，如果沒有做好接地這項基本工作，那么相應的其他的一些措施也很難達到應有的效果。第2章 移動通信基站防雷系統(tǒng)2.1 防雷系統(tǒng)簡述移動通信無線基站的防雷工程屬于一項較

9、為復雜的系統(tǒng)工程，以前我們都是通過相關的防雷理論針對于防雷系統(tǒng)所具有的泄流能力進行一個最大限度的提升，通常情況下所使用的都是那種80ka或者是100ka的大型防雷器，可是通過實際的應用案例能夠看得出來，所能夠起到的效果并不是想象中的那么理想，常常發(fā)生一種情況就是防雷器并沒有進行相應的動作，但是設備已經被損壞了。出現(xiàn)了這種情況，是防雷器的問題嗎？顯然不是，因為所使用的防雷器全都屬于經過合格檢測的產品。主要的原因是我們并沒有根據(jù)移動基站的具體情況對防雷系統(tǒng)進行設計。對于基站里面的設備而言，其被雷電或者是直擊雷所所破壞的可能性基本為0。這主要是由于對于基站設備而言，通常情況下其所在的位置一般都比較低

10、，能夠通過避雷系統(tǒng)進行雷電的泄放，因此通常不會被直擊雷所損害，除此之外，對于基站而言，一般其內部的天饋線以及走線架等金屬物質都配置了保護接地，并且都遠離室外的雷擊點，因此使得雷電感應并沒有辦法最大限度的發(fā)揮出自己應有的作用。在針對大量的文獻以及實際案例的查詢之后，發(fā)現(xiàn)在最近一些年當中，所發(fā)生的各種雷擊事故大部分都會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：基站b級防雷器保護空開動作，一些直流設備或者是交流設備遭到破壞。通過以上所述，能夠看得出來，對基站設備造成損壞的原因主要有兩個，一個是電壓反擊，另外一個就是雷電波侵入。因此對于基站防雷系統(tǒng)而言，主要的目標就是防止電壓反擊以及雷電波侵入。2.2 防雷系統(tǒng)的構成 目前我們

11、所使用的大多數(shù)移動通信基站防雷系統(tǒng)都是由下面三部分所構成的。（1）雷電接受裝置：通常情況下這種裝置所指的就是能夠有效的針對雷擊進行直接的或者是間接接受的金屬制桿，比如我們經常所使用的避雷網，避雷針，避雷器或者架空地線都屬于是雷電接受裝置。 （2）接地線：通常情況下這種裝置所指的就是能夠連接雷電接受裝置以及接地裝置的金屬制導體。其所能夠起到的主要作用就是將雷電接受裝置上面所接受的雷電通過自身傳送到接地裝置上面，通常情況下，對于接地線而言，都是通過扁鋼或者是圓鋼所構成的。（3）接地體：所指的主要是接地裝置以及裝置周邊的混凝土，起到的作用是將雷電泄到大地里面去，目前通常所使用的有垂直接地極，水平接地

12、極，基礎接地極以及延長接地極這四種。第3章 反擊電壓3.1 地電壓反擊在雷電流基站周圍的避雷器進行雷電泄放的時候，因為存在著接地電阻就一定會造成基站所具有的工作地電位的提升，對于在基站當中所存在的直流負荷，例如在基站內部的開關電源的監(jiān)控單元等設備和遠端地相比的話的是存在著電位差存在的，所以會形成差模脈沖電壓。在大于設備絕緣耐壓的最大允許值的時候，那么就一定會不同程度的損壞設備。通常情況下對于基站所含有的單向交流負荷而言，所敘述的這些設備上面的零線都是和變壓器上面的交流地連接在一起的，在雷電順著基站周邊的避雷器進行泄放的過程中，對于變壓器而言，其交流地以及交流重復接地點位均會提高，所以對于單相交

13、流設備而言，一樣具有地電壓反擊的問題出現(xiàn)。3.2 降低反擊電壓的措施如何才可以有效的減少地電壓反擊所導致的損失呢，通常情況常規(guī)的方法就是利用到所謂的直流浪涌抑制器以及交流過壓保護器，簡單的說就是在基站交流配電箱以及交流變壓器的低壓側進行交流過壓保護器的配置；同時將浪涌抑制器安裝在直流負載的電源輸入端上面。通常情況下對于每一個直流浪涌抑制器以及交流過壓保護器而言，都一定要和需要進行保護的設備相接近，防止需要進行保護的設備因為電源所具有的引線太長了造成出現(xiàn)脈沖反射等一系列問題，另外還有一個非常需要進行注意的問題就是需要把室外避雷器接地和基站的工作接地在基站地網上面的引接點進行各自分開的焊接，這樣做

14、的效果就是能夠使得基站工作接地母排的電壓浪涌幅值大幅度減少。通常情況下，雷電在順著地網向大地進行泄放大地時候，那么在地網以及避雷器引下線連接點的周圍土壤里面就會構成一個較為強的電位場，如果距離相距越近的話，那么相應的電壓值也就會相應的得到提升。如果把室外的避雷器接地和基站的工作地分開的話，那么相應的就能夠在很大程度是的基站所具有的反擊高壓能夠得到大幅度減少。因此對于基站防雷地和工作地兩者而言，在基站聯(lián)合接地網上面的引接點的距離要超過5米以上，最好保持在10到15米之間。事實上除了電力線路以外，受到雷擊攻擊最頻繁的就是基站的鐵塔，和鐵塔使用同一個接地網的基站會頻繁的遭受地電壓反擊的打擊，假如對于

15、鐵塔地網而言，其邊緣和基站的距離超過了5米，那么所需要做的就是在基站的周邊再建設上一個具有環(huán)形結構的工作接地網；如果目標基站的條件不是很好的話，那么就可以順著這個基站工作接地以及鐵塔地網來接上一條引線，之后再進行接地樁的補設；如果目標基站僅僅能夠對鐵塔地網進行有效利用的話，那么所需要做的就是在對角塔基上面分別的進行工作接地以及避雷接地引接點的安裝。如果目標基站所處的位置是在山頂上面的話，那么需要注意的是要把避雷接地和工作接地相分開，這是由于處在山頂上面的基站具有較大的接地電阻，以及較長的接地引線，整個泄放的速度是比較慢的，因此會遭到嚴重的地電壓反擊。使基站接地電阻減小能夠有助于避免地電壓反擊。

16、對于山上的基站，由于其具有較大的接地電阻，可以選擇利用蓄水池以及塔基鋼筋等眾多自然接地體，對于難以進行地樁埋設的山上基站而言，處理的方式就是同樣能夠從塔基順著山體上面所具有的溝壑，同時再選擇一些相對來說比較潮濕的地方，來進行一個橫向輻射接地網的制作，但是需要注意的是這個接地網所具有的長度是不可以超過30米這個限值的，這種橫向接地網越多的話，那么相應的泄流效果也就越好。第4章 移動基站防雷措施4.1 電源線路保護空開通常情況下對于我們所使用的避雷器而言，其所具有的響應特向是存在著軟硬之分的：一般情況下對于氣體放電管以及火花間隙防雷器而言，兩者都是基于斬孤的角形火花隙以及同軸放電火花隙，在線里面的

17、電壓值大小相比于防雷器的擊穿電壓大的時候，那么防雷器里面的絕緣電阻便馬上減小，相應的其所具有的放電能力就會開始進行增強，同時殘壓的值也會比較高，恢復電壓小于之前的擊穿電壓，這就是所謂的硬響應特性；具有軟相應特性的浪涌抑制二極管以及壓敏電阻，其所具有的主要特定就是相比之下具有較小的放電電路以及相對較短的響應時間，并且對于恢復電壓而言，通常是不變的。對于具有硬響應特性的防雷器而言，絕緣劣化以及工頻后續(xù)電流均會導致線路出現(xiàn)短路問題，因此對于防雷器而言，在其前面要進行過流保護空氣開關或者是熔絲的安裝。對于它的額定電流而言，其大小是不可以超過防雷器自身所具有的最大短路允許強度。假如對于主電路保護空開關而

18、言，其大小相比于防雷器自身所具有的最大保險絲強度要大的話，那么相應的就需要進行避雷器分路保護空開的設置。通常情況下，對于雷電波而言，其脈沖屬于納米級的，因此通常來說防雷器的一個標準就是響應時間為納米級。所以在設計基站防雷系統(tǒng)的時候都是按照這個標準來進行設計的，例如在c級防雷器上面配置保護空開，選擇20a或者是32a，這樣的話不但能防雷還更加的安全。事實上根據(jù)統(tǒng)計，得出來的結論就是通常情況下大部分基站設備遭到雷電攻擊出現(xiàn)過壓損壞的事故里面，其中防雷器保護空開動作的發(fā)生占到了驚人的100%，而防雷器正常的情況占比超過了90%。通過這個數(shù)據(jù)能夠明顯的看出，因為防雷器保護空開所具有的短路作用，最終使得

19、防雷器并沒有最大限度的實現(xiàn)其所具有的泄電能力。所以我們需要選擇那些叫囂的設備的保護空開，同時在安裝防雷器的時候要緊靠需要進行保護的設備，這樣兩者才能夠擁有一樣的安全級別。通常情況下，針對于那些是納米級的雷電波而言，其在針對大地進行泄放的過程當中所形成的雷電波侵入以及地電壓反擊的作用時間是由可能被延長到毫米這一級別的。這里我們會將上述兩者所影響到的基站設備等效成一個通過回路電阻、寄生電感以及對地電容三者所構成的一個所謂的串聯(lián)電路。因為對于電感以及電容而言，均具備儲能作用，就算是不出現(xiàn)震蕩，對于高壓脈沖而言，其在進行衰減的時候所具有的存在時間同樣會被延滯，除此之外，雷擊會常常導致出現(xiàn)更長時間的電網

20、操作過電壓，因此通常情況下我們在進行防雷器以及設備保護空開二者的選擇的時候，一定需要綜合的考慮到線路所具有的進線容許短路電流的大小，防雷器自身所對應的最大允許熔絲電流大小以及設備所對應的負荷電流大小。4.2 分級防雷對于防雷器而言，其所具有的殘壓數(shù)值大小是針對于基站設備進行一個有效保護的重要參數(shù)，通常來說，一個具有相對較強能力的防雷器，那么其基本都會具有較高的殘壓大小以及較長的響應時間大小。就目前的情況來看，在市面上面還不存在一種防雷器可以完全符合每一種雷電沖擊波、殘壓以及響應時間指標這三個參數(shù)的要求，因此要按照基站電源設備的絕緣等級針對防雷層析進行劃分，這樣就能夠達到一種多級防護的效果，一級

21、然后一級的逐漸降低雷電所具有的能量大小，這樣就能夠讓每一級防雷器所具有的殘壓大小能夠實現(xiàn)一種相互之間進行配合的關系，最后讓過電壓值的大小能夠小于設備絕緣強度。第5章 基站防雷技術方案改造5.1 實際基站勘察情況（1）本基站所在的位置處于平原地帶，同時其鐵塔在周圍屬于最高的建筑，非常容易遭到雷電的攻擊（2）基站使用公用變壓器來進行供電，對于高壓電力線而言，是通過架空的方式送到電力變壓器里面的，變壓器的高壓側已經安裝了壁壘裝置，低壓側的電力線通過計量箱之后被埋地進入了機房。對于機房而言，其電力線路所使用的是C級電涌保護措施。（3）本基站的接地系統(tǒng)是一種聯(lián)合接地系統(tǒng)，同時接地電阻的大小是8歐。（4）

22、數(shù)傳是使用的架空光纖來實現(xiàn)傳輸?shù)?，?）在機房里面的相關設備均實現(xiàn)了接地處理。（6）在鐵塔上，有兩條避雷針引下線，都被焊接在了塔基上面，如圖5.1所示。圖5.1鐵塔避雷針接地示意圖機房里面的保護地與工作地都是在地網里面引出來的，兩者之間的距離沒有超過30厘米，如圖5.2所示。圖5.2基站保護地和工作地連接示意圖（8）對于室內走線架而言，是固定在墻上面的，并沒有進行相應的絕緣處理，同時這個墻體和避雷針引下線是在一側的。對于室外的饋線而言，其在進入機房的門口是有接地存在的，而在機房外面是單獨進入的。5.2 防雷方案的技術改造（1）在室外再進行一圈地網的制作，然后將這個地網和原來的地網連接起來，在里

23、面取出來兩條或者三條引出線，用來作為避雷針接地引下線的焊接點。（2）在室內機房配電箱測找出建筑的主鋼筋，通過扁鐵與這個主鋼筋進行焊接之后，從上面引出來一條接地，用來作為工作地來進行使用，對于保護地并不進行變動。（3）找到光纖加強芯接地，然后把它直接的引到室外饋線接地銅排處進行連接。改造后的示意圖如圖5.3和圖5.4所示。圖5.3鐵塔避雷針接地整改示意圖圖5.4光纖加強芯接地整改示意圖5.3 改造過程中的注意事項（1）對于一切地線排和接地引線之間的連接，均要通過銅鼻子來進行操作，通過若干數(shù)量的螺栓再配合上相應的梅花墊片使其能夠被擰緊，這樣的話才能夠有效的保證兩者之間的可靠接觸。通常情況下對于接地引線而言，其和地網之間的連接最好采用焊接的方式進行連接。（2）針對于每一個焊接扁鋼搭接長度大小而言，都是寬度大小的2倍，同時對于所有的焊接點而言，都要在上面涂上一定的瀝青進行防腐蝕處理。（3）對于空調和室外機兩者的接地而言，都要通過施工單位的實際情況來進行保護接地處理?？偨Y與展望隨著移動通信技術的快速發(fā)展，未來移動通信無線基站的數(shù)量會越來越多，因此移動通信無線基站的防雷技術至關重要，只有將