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聯(lián)通通信基站防雷方案 前 言 隨著通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，通信基站幾乎遍及全球每一個角落，目前地球極端氣候越來越多,雷擊災(zāi)害天氣對通信基站的影響也越來越嚴(yán)重。通信基站的設(shè)備大部分屬于微電子設(shè)備，近年來基站集成化小型化發(fā)展,其抗雷電、抗電磁干擾能力要求越來越高,而通信基站能否正常運行是移動通信的關(guān)鍵。基站在建設(shè)時雖然已安裝了一些避雷裝置，但往往還是因雷擊而造成通訊中斷，給人們的生產(chǎn)和生活帶來了巨大的損失。因此，如何做好基站的綜合防雷工作，保障通信系統(tǒng)的安全，顯得尤為重要。 移動通信基站防雷是綜合、系統(tǒng)性的雷電防護(hù)工程,從基站的構(gòu)成特點、地理環(huán)境特點、系統(tǒng)設(shè)備工程界面等等全方位的考慮?；局饕晒╇婋娫丛O(shè)施以及通信信號傳輸、基站系統(tǒng)設(shè)備組成。供電電源設(shè)施包括電力傳輸線、發(fā)電機(jī)、電力變壓器和基站交直流配電電源設(shè)備；通信信號設(shè)施包括微波傳輸信號收發(fā)、光纖傳輸、饋線和通信收發(fā)設(shè)備，各個設(shè)備之間緊密聯(lián)系，共同構(gòu)成了基站通信系統(tǒng)。從防雷的角度講，這些設(shè)備引入雷電的危害形式應(yīng)該是多種多樣的，主要包括——直接雷擊、感應(yīng)雷擊、電磁脈沖輻射、雷電過電壓侵入和雷擊高電壓反擊，一旦某一設(shè)施遭受雷電襲擊，必然會直接影響到與它相連的其它設(shè)施，造成破壞，影響通信設(shè)備的正常運行。 根據(jù)通信基站遭受雷害的情況，我們將通信基站的組成概括為基站鐵塔、基站電力、信號傳輸和基站機(jī)房三個部分來討論基站的整體防護(hù)，著重闡述了每一組成部分各設(shè)施的具體防雷措施。并應(yīng)用這些方法，對基站進(jìn)行了防雷方案設(shè)計。 一、雷電對移動通信基站的危害 雷電是自然界中強大的脈沖放電過程，有天空中不同帶電云層之間、帶電云層和建筑物之間等等。雷電入侵移動通信基站造成損壞是多渠道的。一般說來，我們可以把雷電放電對通信基站系統(tǒng)設(shè)備可能產(chǎn)生的危害形式劃分為下列幾類。 雷電入侵基站渠道 另外，按照國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)，對雷電防護(hù)分區(qū)做了明確的區(qū)分，根據(jù)通信基站的系統(tǒng)設(shè)備的構(gòu)成和環(huán)境界面，可以將通信基站按下圖進(jìn)行防雷分區(qū)劃分： 根據(jù)防雷分區(qū)概念,通信基站在防雷分區(qū)里面的環(huán)境分布情況 1、直接雷擊影響 在雷暴活動區(qū)域內(nèi)，雷云直接通過人體、建筑物或設(shè)備等對地放電所產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象，稱之為直接雷擊。此時雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產(chǎn)生的高電位，我們可由基站天線和機(jī)房遭受直擊雷的情況看出它對基站的危害。 直接雷擊對基站的影響 A、通信基站機(jī)房 當(dāng)雷電擊中獨立基站機(jī)柜或基站機(jī)房時，強大的雷電流變成熱能，雷電流的高溫?zé)嵝?yīng)將引起機(jī)房建筑物燃燒甚至金屬柜融化爆炸等。在雷電流過的通道上，物體水分受熱汽化而劇烈膨脹，產(chǎn)生強大的沖擊性機(jī)械力，因而可使機(jī)房建筑物結(jié)構(gòu)斷裂破壞，導(dǎo)致人員傷亡，設(shè)備破壞。 B、通信基站天線 基站天線也是雷擊的主要破壞點，由于天線大多設(shè)置在機(jī)房的房頂上，也有一部分安裝在鐵塔上，從防雷角度來看，相對周圍環(huán)境而言，形成十分突出的目標(biāo)。雷電流在閃擊天線過程中將進(jìn)入與天線相連的饋線，它沿著饋線可以傳送到很遠(yuǎn)的地方。除了在饋線上產(chǎn)生電或熱效應(yīng)，破壞其機(jī)械和電氣連接之外，當(dāng)它侵入與之相連的RRU（分布式基站）、BTS（傳統(tǒng)射頻拉遠(yuǎn)基站） 設(shè)備時，還會對RRU、BTS設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用。同時，它在RRU、BTS 設(shè)備處出現(xiàn)一個強大的雷電沖擊波及其反射分量，反射分量的幅值盡管沒有沖擊波大，但其破壞力也大大超過微電子器件的負(fù)荷能力，尤其是它與沖擊波疊加，形成駐波的情況下，便成了一種強大的破壞力。 2、感應(yīng)雷擊 在自然界大氣中從烏云密布到發(fā)生閃電放電的整個過程中，雷電活動區(qū)幾乎同時出現(xiàn)三種物理現(xiàn)象，其中靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)兩種現(xiàn)象是可能造成感應(yīng)雷擊的危害形式。感應(yīng)雷擊雖然沒有直接雷擊猛烈，但其發(fā)生的幾率比直接雷擊高得多。下面我們來分析一下高壓架空線、饋線分別在雷電靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)作用下是怎樣將雷害引入基站的。 l 靜電感應(yīng) 當(dāng)雷電來臨時，雷云底部分布著大量的負(fù)電荷，它們將產(chǎn)生靜電場。高壓架空線路上將感應(yīng)出大量與雷云底部電荷符號相反的電荷，這種靜電感應(yīng)作用隨著與雷云正下方高壓架空線路的距離的增大而迅速減小。在雷云對地面或另一雷云放電后，雷云上所帶的電荷，通過閃擊與異種電荷中和。此時，高壓架空線路上雖未受到雷擊，但已聚積的電荷卻產(chǎn)生了很高的電壓，它必然要放電。而由于高壓架空線路與大地間的電阻比較大，感應(yīng)電荷不能在同樣短的時間內(nèi)相應(yīng)消失，這樣就會形成高壓架空線路上的感應(yīng)高壓。當(dāng)電荷放電時，將產(chǎn)生一個很大的脈沖電流，其雷擊效果雖然比直接雷擊小一些，但由于電力線對雷電波的傳輸損耗小，雷電流幾乎無衰減的沿電力線進(jìn)入電源設(shè)備，也會造成設(shè)備損壞。 l 電磁感應(yīng) 閃電電流在經(jīng)鐵塔入地過程中，在鐵塔周圍的空間產(chǎn)生磁場，這種磁場將隨時間而變化，其感應(yīng)作用隨著與落雷點的距離的增大而較快地減少。磁場在饋線同軸電纜的金屬屏蔽層上激發(fā)出感應(yīng)電流，屏蔽層的電阻會使屏蔽層產(chǎn)生相當(dāng)高的電壓降，此時，由于芯線上沒有感應(yīng)電流，即為電位零點，此電壓降就成為屏蔽層與芯線之間的電壓。而當(dāng)電壓超過設(shè)備的耐受能力時，設(shè)備損壞。 l 電磁脈沖輻射 雷電放電產(chǎn)生的第三種物理現(xiàn)象就是電磁脈沖輻射，閃電放電時，其電流是隨時間而非均勻變化的。一次閃電往往由幾個短脈沖放電組成，脈沖電流向外輻射電磁波，這種電磁脈沖輻射雖然也隨著距離的增大而減小，但卻比較緩慢，閃電的電磁脈沖輻射通過空間以電磁波的形式耦合到對瞬態(tài)電磁脈沖極其敏感的設(shè)備。隨著通信網(wǎng)日趨龐大，通信設(shè)備的集成化、數(shù)字化程度不斷提高。此類設(shè)備一般工作電壓低、耐壓水平低、敏感性高、抗干擾能力低，受雷電影響及損壞的幾率增大，即使是幾公里以外的高空雷閃或地面雷閃都可能造成設(shè)備故障或損壞。 3、雷電過電壓侵入 當(dāng)基站機(jī)房建筑物并不處于雷暴活動區(qū)域內(nèi)，或者雖然在雷暴活動區(qū)域內(nèi)，但機(jī)房設(shè)備已受到防直擊雷的避雷裝置的保護(hù)與屏蔽，有時仍會遭到雷害。其原因可能是在電力電纜、同軸電纜或金屬管道上未采用防止雷電過電壓侵入的措施。下面以電力電纜為例說明雷電過電壓侵入對基站的危害。直擊雷或感應(yīng)雷都可能使電力電纜產(chǎn)生過電壓。這種過電壓沿著電力電纜從遠(yuǎn)處雷區(qū)或防雷保護(hù)區(qū)域之外傳來，侵入設(shè)備內(nèi)部，使交、直流電源和整流器損壞。由于雷電過電壓波沿電力電纜傳播的距離遠(yuǎn)，擴(kuò)散面大，特別是當(dāng)?shù)夭o雷電活動，工作人員毫無準(zhǔn)備的情況下，突然襲來，所以，雷電過電壓侵入造成的損失也比較嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，在電子設(shè)備遭受的雷擊事故中，雷電過電壓沿電源線侵入設(shè)備而造成的雷擊故障，大約要占80﹪。 雷電過電壓入侵通信系統(tǒng)設(shè)備的各種方式 4、高電壓反擊 在雷暴活動區(qū)域中，當(dāng)雷電閃擊到基站的接閃裝置上時，盡管接閃裝置的接地系統(tǒng)十分良好，其接地電阻也很小，但由于雷電流幅值大，波頭陡度高，雷電流流過時也會使接地引下線和接地裝置的電位聚升到上百千伏。如果基站的接地引下線與各種金屬管道或用電設(shè)備的工作地線間的絕緣距離未達(dá)到安全要求，則可能造成引下線與各種金屬管道或用電設(shè)備的工作地線之間放電，從而使這些金屬管道或用電設(shè)備的工作地線上引入反擊電流，造成工作人員和設(shè)備雷擊事故。因此，基站的防雷既要防直擊雷，又要防感應(yīng)雷，既要防止高電壓雷電波從金屬線纜輸入，也要防止高電壓反擊。 二、通信基站整體系統(tǒng)防雷說明 經(jīng)過長期的摸索與實踐，現(xiàn)在己形成一系列對通信基站防雷行之有效的方法和技術(shù)。這些成功的防雷方法和技術(shù)，歸納起來有接閃、均壓等電位連接、接地、分流、屏蔽以及躲避等。將這些方法應(yīng)用于移動通信基站的防雷，可在一定程度上減小雷電對基站的危害。 雷電防護(hù)系統(tǒng)圖 １、基站鐵塔部分 通信基站的鐵塔部分包括天線、饋線(分布基站RRU)和塔燈電源線，它們暴露于室外，受雷電的影響相當(dāng)大，應(yīng)盡可能做好其防護(hù)工作。利用基站鐵塔和常規(guī)避雷針，可以有效地保護(hù)天線免遭直接雷擊。 A、接閃器 大部分天線的防雷措施，主要是在通信鐵塔上安裝避雷針，這種方法經(jīng)濟(jì)、簡單，但應(yīng)嚴(yán)格按照以下要求進(jìn)行設(shè)計。 基站天線通常放在鐵塔上，天線安裝位置應(yīng)在避雷針的防護(hù)范圍內(nèi)。避雷針應(yīng)架設(shè)在鐵塔頂部，與鐵塔焊接，并做好焊點防腐處理。避雷針的架設(shè)高度按滾球法計算，滾球半徑應(yīng)符合所選擇的防雷體系的保護(hù)等級，避雷針宜采用圓鋼或鋼管組成，當(dāng)針長為1～2m 時，可采用直徑為16㎜的圓鋼或直徑為25㎜的鋼管。避雷針應(yīng)與天線之間保持一定的間隔，防止由于避雷針的存在而損壞天線的輻射圖形，影響通信效果。 B、防雷接地引下線 鐵塔本身就是良好的引下線，因鐵塔已良好接地，塔身截面足以安全通過雷電流。所以，只需接閃器與鐵塔有良好的電氣連接，并做防腐處理，即可保證雷電流及時流入大地，這樣既減少投資，又達(dá)到保護(hù)的目的。 C、饋線 基站的饋線一般采用同軸電纜，由于它已在避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)，其引入機(jī)房的主要是感應(yīng)雷電波，所以，可采取屏蔽層接地的方法，將雷電流盡快泄入大地，減少對機(jī)房通信設(shè)備的影響。應(yīng)將同軸電纜的金屬屏蔽層在塔頂與鐵塔的鋼梁連接，作為一個接“地”點；離開塔身至機(jī)房轉(zhuǎn)彎處上方0.5～1m 適當(dāng)位置與鐵塔鋼梁連接，作為另一個接“地”點；在機(jī)房入口處就近與地網(wǎng)引出的接地線妥善連通，作為第三個接“地”點。當(dāng)同軸電纜長度超出60m 時，金屬屏蔽層應(yīng)在鐵塔中部增加一處接“地”點，使相鄰兩個接“地”點間的距離不超過60m。電纜金屬屏蔽層接地可以防止高電位引入機(jī)房，在高電位到達(dá)電纜時，電纜金屬屏蔽層與芯線之間的絕緣介質(zhì)被擊穿，兩者連通。根據(jù)集膚效應(yīng)，電流被排擠到金屬屏蔽層而進(jìn)入大地，從而起到鉗制高電壓引入的作用。同軸電纜進(jìn)入機(jī)房后，在連接到基站通信設(shè)備前其芯線應(yīng)加裝天饋避雷器，以便讓從芯線傳來的雷電能量泄放到大地，防止感應(yīng)雷的引入。 上述是對于傳統(tǒng)射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)的饋線的防雷保護(hù),而在聯(lián)通基站現(xiàn)在大多采用分布式基站,分布式基站的RRU在鐵塔上或房頂上就近與天線相連，目前的RRU前端端口采用腔體濾波器，其本身具備非常好的防雷功能，可以不在設(shè)置饋線避雷器，但是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和防雷保護(hù)原則，也可以在RRU和天線之間裝置饋線SPD保護(hù)RRU。 C、其它設(shè)施 基站鐵塔頂部如設(shè)有航空標(biāo)志燈，對于使用交流電的塔燈，其電源線也是雷電流引入的途徑之一，應(yīng)采取必要的防雷措施，首先應(yīng)保證塔燈在避雷針的有效保護(hù)范圍內(nèi)。塔燈電源線應(yīng)穿金屬管布放或采用屏蔽電源線布放，屏蔽層、金屬管全長應(yīng)保持電氣上的連續(xù)。穿線金屬管在鐵塔頂端與鐵塔鋼梁作可靠連接，在機(jī)房入口外側(cè)處應(yīng)與機(jī)房地網(wǎng)就近連通，為了加強屏蔽的效果，橫向布設(shè)的金屬管可每隔5～10m 就近接地，盡可能焊接，并處理好焊接點防腐防銹。塔燈電源線應(yīng)在機(jī)房入口外側(cè)對地加裝避雷器后再進(jìn)入機(jī)房。塔燈電源線若不穿金屬管，則必須采用有金屬護(hù)套的電纜，絕對不許只用普通電源線引接燈塔電源。 2、基站電力傳輸部分 基站由市電或油機(jī)供電（現(xiàn)在新能源基站還有采用光伏、風(fēng)電一體的新能源基站），通過架空線將高壓電輸送到變壓器，經(jīng)變壓器變成低壓電后，再由電力電纜進(jìn)入基站交流配電屏。 A、高壓架空線 由于高壓架空線要經(jīng)變壓器、低壓電纜才進(jìn)入基站，所以，如何最大限度減小高壓架空線進(jìn)線段遭直擊雷的概率，是我們應(yīng)當(dāng)重點解決的問題。為了防護(hù)高壓架空線免遭直擊雷襲擊，宜在其上方架設(shè)避雷線，對高壓架空線進(jìn)線段進(jìn)行保護(hù)，避雷線的架設(shè)長度不宜小于500m。避雷線能將雷云對高壓架空線的放電引向自己并泄放到大地，防止高壓架空線遭受直接雷擊。一旦高壓架空線受到雷電繞擊時，避雷線還會起到分流、耦合和屏蔽作用，使高壓架空線所承受的過電壓降低。為了穩(wěn)妥起見，還可在高壓架空線終端桿上對地增設(shè)一組氧化鋅避雷器，從而起到限制雷電波幅值和陡度的作用。 避雷線和氧化鋅避雷器都應(yīng)作相應(yīng)的接地，避雷線除終端桿處，應(yīng)每桿作一次接地，使得雷電流分散泄入大地。站區(qū)內(nèi)終端桿接地體，離基站地網(wǎng)的距離應(yīng)有20m 以上，以避免地電位反擊，若達(dá)不到此距離，需與地網(wǎng)連接。站外各桿應(yīng)單設(shè)接地體，接地體宜設(shè)計成輻射形或環(huán)形，接地電阻值終端桿應(yīng)小于10Ω，其余各桿小于30Ω。 B、供電電力變壓器 通信基站宜裝置專用獨立電力變壓器，并在變壓器處完成由TN-C 系統(tǒng)到TN-C-S 供電接地系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。為了保護(hù)變壓器，必須在其來波方向設(shè)置一條裝有避雷器，且其閥值電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雷電電壓的接地支路，讓雷電沖擊波先行泄入大地，使其降低到變壓器絕緣能承受的范圍內(nèi)。因此，變壓器高壓側(cè)的三根相線，應(yīng)分別在靠近變壓器處，對地裝設(shè)相應(yīng)電壓等級的氧化鋅避雷器。在變壓器低壓側(cè)，三根相線也應(yīng)分別就近對地加裝氧化鋅避雷器。它可將侵入低壓配電系統(tǒng)的大部分雷電流泄放入地，同時也保護(hù)了變壓器的高壓部分，因為侵入低壓系統(tǒng)的過電壓可以通過正、反變換到高壓端，破壞高壓端的絕緣。 C、低壓供電輸電電源線 從變壓器到基站的機(jī)房，低壓線路宜全程采用具有金屬護(hù)套的電纜穿鋼管埋地引入，電纜長度不宜小于50m，埋地深度不小于0.7m。在機(jī)房入口處，將金屬護(hù)套和鋼管就近與地網(wǎng)連通，由于雷電流的集膚效應(yīng)，可使相當(dāng)大的一部分電流沿金屬護(hù)套和鋼管接地端口泄入大地，最大限度衰減從其上引入的雷電高電壓。電源引到機(jī)房后，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的多少和配置來增設(shè)相應(yīng)的防雷保護(hù)措施。 3、基站機(jī)房部分 基站的核心通信設(shè)備都在機(jī)房內(nèi)，因此，做好這部分的防雷是基站整體防雷工程的關(guān)鍵。 A、機(jī)房 如果基站機(jī)房位置的海拔高度很高，有時直擊雷可能從橫向及斜面擊來，出現(xiàn)繞過避雷針，再擊中機(jī)房的繞擊現(xiàn)象。在這種情況下，獨立的避雷針往往已不能防御雷電對機(jī)房的直擊，因此，必須采取其它有效的防雷措施。 機(jī)房的防雷主要在屋頂安裝避雷帶或避雷網(wǎng)作為接閃器，并與屋頂各種金屬設(shè)施就近焊接連通，以有效防止直擊雷和繞擊。避雷帶和避雷網(wǎng)一般可采用圓鋼或扁鋼，圓鋼直徑不應(yīng)小于8 ㎜，扁鋼截面積不小于48 ㎜2，厚度不小于4 ㎜，避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸應(yīng)與機(jī)房的防雷等級相一致。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的機(jī)房，可利用其梁、柱、樓板和四周墻面內(nèi)的混凝土鋼筋作引下線。鋼筋上端應(yīng)與房頂避雷裝置相連，下端與地網(wǎng)可靠電氣連接，中間與各層均壓環(huán)焊接可大大削弱閃電時的瞬變電磁場。 B、電源系統(tǒng) 通信電源是通信系統(tǒng)的“心臟”，做好通信電源的防雷保護(hù)是做好整個通信系統(tǒng)防雷工作的重要內(nèi)容。對于電源系統(tǒng)的防護(hù)，可在該系統(tǒng)中加裝過電壓保護(hù)器，它能在極短時間內(nèi)釋放電路上因雷擊而產(chǎn)生的大量脈沖能量，將被保護(hù)線路連入等電位系統(tǒng)中，使設(shè)備各端口的電位差不超過設(shè)備所能承受的沖擊耐受電壓，從而保護(hù)設(shè)備免遭損壞。 根據(jù)設(shè)備的不同位置和耐壓水平，可將保護(hù)級別分為三級或更多。多級防護(hù)是以各防雷區(qū)為層次，對雷電能量逐級泄放，讓各級避雷器的限制電壓相互配合，最終使過電壓值限制在設(shè)備絕緣強度之內(nèi)，電源系統(tǒng)的三級防護(hù)： l 第一級保護(hù) 考慮到進(jìn)入配電房的電纜容易遭受雷電閃擊或者感應(yīng)雷電波，并且進(jìn)入配電屏的雷電流沒有分流，雷電流最強。因此，在變壓器到機(jī)房配電屏的電纜芯線應(yīng)對地加SPD，它可以對通過電纜的直擊雷和高強度感應(yīng)雷實施泄放，將數(shù)萬甚至數(shù)十萬伏的過電壓限制到數(shù)千伏。由于配電房入口處的SPD 要承受沿電纜侵入的浪涌電流的主要能量，應(yīng)根據(jù)情況選擇較大通流容量的開關(guān)型SPD，它主要采用氣體放電管，其放電能力強，但殘壓較高。 l 第二級保護(hù) 考慮到從配電屏到機(jī)房配電箱的輸電線路，主要是針對電源的次級防雷，也應(yīng)在配電屏至機(jī)房配電箱之間的電纜芯線兩端對地加裝SPD，用于保護(hù)UPS、整流器等設(shè)備，它可將幾千伏的過電壓進(jìn)一步限制到一點幾千伏。 由于配電箱處的SPD 是對經(jīng)過初級避雷器限制電壓后的直擊雷和感應(yīng)雷實施泄放，可選用通流容量相對較小的限壓型SPD，它主要采用氧化鋅壓敏電阻，其殘壓低，無續(xù)流、響應(yīng)時間短。 l 第三級保護(hù) 考慮到可能有殘壓和高壓反擊，在通信設(shè)備的前端也應(yīng)對差模（線間）、線與地（共模）加裝SPD，用于對終端設(shè)備的保護(hù)，它可將過電壓限制到對后級設(shè)備沒有損害的范圍內(nèi)。終端設(shè)備的防護(hù)可采用抑制或大功率TVS管，較之氣體放電管和MOV，它有更快的響應(yīng)能力和一定的放電限壓的能力，當(dāng)受到瞬態(tài)高能量雷電沖擊時，它能以ns級量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，并且限制電壓低而且穩(wěn)定，有效地抑制外來雷電波的入侵。 l 級間配合 SPD 應(yīng)設(shè)置在任意兩個防雷區(qū)的交界處，各級SPD 的電壓等級和通流量等級要與各級可能承擔(dān)的雷電能量和各級設(shè)備的耐壓配合。 l 另外，在目前采用分布式基站方式的通信基站，室外RRU需要是有源設(shè)備，需要直接供給電源，有采用交流直供和直流遠(yuǎn)供等多種方案，最常用的模式是直流遠(yuǎn)供，從機(jī)房的電源柜中輸出直流-48V然后通過電源線輸送到塔上，由于供電距離較遠(yuǎn)（可達(dá)50-60米遠(yuǎn)），遭受雷擊的概率非常高，因此一般機(jī)房端采用一分三的串聯(lián)直流點雨啊防雷箱，RRU端采用串聯(lián)一帶一的直流防雷箱，根據(jù)防雷分區(qū)界面，采用標(biāo)稱20kA最大40kA的防雷器，目前該種方案應(yīng)用較廣。 分布式基站直流遠(yuǎn)供防護(hù)方案 C、信號系統(tǒng) l 饋線 天饋通道是雷擊感應(yīng)的主要通道，因此，同軸電纜除了其金屬屏蔽層就近接地外，還應(yīng)選擇加不同的天饋避雷器。因SPD 存在一定的插入損耗，會對天線輻射信號的強度裝造成影響，選擇時應(yīng)保證其損耗盡可能小，阻抗和工作頻率等指標(biāo)與通信設(shè)備相匹。同軸電纜SPD 一般在室外端和室內(nèi)與設(shè)備的接口端分兩級設(shè)置，其接地端子應(yīng)就近接到機(jī)房外同軸電纜入口處的接地體上，以便讓從同軸電纜芯線傳來的雷電能量逐級泄放到大地，防止引入感應(yīng)雷電流。 l 信號線 基站的信號線一般采用2Mb/s 線，其芯線在設(shè)備接口處也應(yīng)加裝相應(yīng)的信號避雷器，盡可能減少浪涌電流對通信設(shè)備的影響。在設(shè)置SPD 時，還應(yīng)考慮它的保護(hù)范圍。這是因為在SPD 和需要保護(hù)設(shè)備之間的線纜上，由于雷電波的反射效應(yīng)造成振蕩電壓，其幅值與線路長度、負(fù)載阻抗成正比。如果線纜較長，SPD 上的殘壓加上線纜的壓降仍可能損壞設(shè)備，不能起到保護(hù)作用。所以，SPD 應(yīng)靠近通信設(shè)備安裝，但有時設(shè)備不一定恰好設(shè)置在防雷區(qū)的交界處，這時應(yīng)在通信設(shè)備處再加裝一個SPD。 D、其它設(shè)施 由于金屬管道如水管、氣管等在地下易受到反擊，所以應(yīng)將它們在穿越各級雷電保護(hù)區(qū)的分界面處做等電位連接。在LPZ0 區(qū)與LPZ1 區(qū)的界面上，雖然機(jī)房屋頂與四周墻壁及地面已形成籠式結(jié)構(gòu)，但由于受門、窗等影響，雷電電磁脈沖仍會侵入機(jī)房內(nèi)，因此，可將所有金屬門、窗等電位連接在一起。此外，還應(yīng)將機(jī)房內(nèi)走線架每隔5m 就近連接到接地母排上，連接點不應(yīng)不少于兩點，以便讓感應(yīng)雷電流能順利泄入大地。 E、設(shè)備接地和防雷接地 良好的接地可以將雷電流迅速引入地下泄放，從而達(dá)到防雷的目的。機(jī)房設(shè)有防靜電地板時，應(yīng)在地板下圍繞機(jī)房敷設(shè)環(huán)形接地母排，并與機(jī)房鋼筋保持絕緣。接地母排的材料為截面積不小于120mm2 的銅材，也可采用相同電阻值的鍍鋅扁鋼。機(jī)房內(nèi)的所有設(shè)備、SPD 以及各種纜線金屬屏蔽層均應(yīng)就近連接到環(huán)形接地母排上,形成一個等電位體。接地線可采用截面積為35～95mm2 的多股銅線，因其導(dǎo)電性能和強度都比較好，且接地線應(yīng)盡可能做到粗、短、直，以降低引線電感，確保防雷效果。 機(jī)房的接地母排通過接地引入線跟地網(wǎng)可靠焊接連通，形成一個完整的防雷接地系統(tǒng)。接地引入線一般不應(yīng)少于兩處，可沿機(jī)房四周均勻?qū)ΨQ布置，接地引入線應(yīng)作防腐、絕緣處理，裸露在地面以上的部分，應(yīng)有防止機(jī)械損傷的措施，其材料可采用截面積不小于40㎜4㎜的鍍鋅扁鋼或截面積不小于95mm2的多股銅線。在建筑物內(nèi)可能有多個局部等電位接地母排，這些接地母排與總等電位接地母排相互連通，以實現(xiàn)全建筑物范圍內(nèi)的等電位連接。 E、基站地網(wǎng)部分 地網(wǎng)是接地系統(tǒng)的基礎(chǔ)，地網(wǎng)能否快速發(fā)散電流，是整個防雷系統(tǒng)建立等電位的關(guān)鍵，因此，要根據(jù)地理環(huán)境和土壤電阻率的不同，設(shè)計地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。 l 鐵塔地網(wǎng)和機(jī)房地網(wǎng) 鐵塔位于機(jī)房旁邊時，應(yīng)設(shè)單獨的鐵塔地網(wǎng)，同時利用塔基地樁內(nèi)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)面積應(yīng)延伸到塔基四腳外1.5m 以遠(yuǎn)的范圍，網(wǎng)格尺寸應(yīng)不大于3m3m，其周邊為封閉式。若鐵塔位于機(jī)房屋頂，鐵塔四腳應(yīng)與屋頂避雷帶就近不少于兩處焊接連通，并對焊接處進(jìn)行防腐處理，一定要保證連接點的數(shù)量和分散性，以利于分散引流。 機(jī)房地網(wǎng)應(yīng)沿機(jī)房散水點外設(shè)環(huán)形接地裝置，同時還應(yīng)利用機(jī)房基礎(chǔ)橫豎梁內(nèi)兩根以上主鋼筋共同組成機(jī)房地網(wǎng)。當(dāng)機(jī)房基礎(chǔ)有地樁時，可利用地下鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為接地體，將地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋與機(jī)房地網(wǎng)焊接連通。這樣，接地體是分布在地下四周的鋼筋混凝土基礎(chǔ)，與大地接觸面廣，接地電阻低且又穩(wěn)定。 l 聯(lián)合地網(wǎng) 鐵塔地網(wǎng)、變壓器地網(wǎng)、機(jī)房地網(wǎng)互相連接成為一個聯(lián)合的共用地網(wǎng)，三網(wǎng)共地是均衡三網(wǎng)地電位極其重要的措施。當(dāng)變壓器設(shè)在機(jī)房內(nèi)時，其地網(wǎng)可合用機(jī)房地網(wǎng)。鐵塔地網(wǎng)、變壓器地網(wǎng)和機(jī)房地網(wǎng)任意兩者之間，應(yīng)每隔3～5m 相互焊接連通一次，連接點不應(yīng)少于兩點，以相互組成一個周邊封閉的地網(wǎng)，經(jīng)驗表明，封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)的接地體有助于降低地面電位梯度和降低地電位反擊的強度。 基站地網(wǎng)示意圖 基站地網(wǎng)的接地電阻值應(yīng)小于5Ω，當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)的接地電阻值達(dá)不到要求時，可適當(dāng)增加地網(wǎng)面積。在地網(wǎng)外圍增設(shè)輻射接地裝置，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，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(yīng)每隔3～5m 相互焊接連通一次。 三、移動通信基站防雷設(shè)計 1、外部防雷設(shè)計 A、建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)應(yīng)按下式確定： N ＝ k Ng Ae 式中：N ──建筑物預(yù)計雷擊次數(shù)（次/a）； k ──校正系數(shù)，在一般情況下取1，在下列情況下取相應(yīng)數(shù)值：位于曠野孤立的建筑物取2；金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1.7；位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風(fēng)口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1.5； Ng ──建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度［次/(km2a)］； Ae──與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積(km2)。 B、雷擊大地的年平均密度應(yīng)按下式確定： 　　　Ng ＝ 0.024Td 1.3 式中：Td──年平均雷暴日，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_、站資料確定（d/a）。 C、建筑物等效面積Ae應(yīng)為其實際平面積向外擴(kuò)大后的面積。其計算方法應(yīng)符合下列規(guī)定： l 當(dāng)建筑物的高H小于100m時，其每邊的擴(kuò)大寬度和等效面積應(yīng)按下列公式計算確定： 　　　　　 　　　　　　　　　 式中：D──建筑物每邊的擴(kuò)大寬度（m）； L、W、H──分別為建筑物的長、寬、高（m）。 l 當(dāng)建筑物的高H等于或大于100m時，其每邊的擴(kuò)大寬度應(yīng)按等于建筑物的高H計算；建筑物的等效面積應(yīng)按下式確定。 　　　　　Ae ＝〔 LW＋2 H(L＋W)＋πH2 〕10-6 l 當(dāng)建筑物各部位的高不同時，應(yīng)沿建筑物周邊逐點算出最大擴(kuò)大寬度，其等效面積Ae應(yīng)按每點最大擴(kuò)大寬度外端的連接線所包圍的面積計算。 由上述公式算得基站的年預(yù)計雷擊次數(shù)，以及屬于第幾類防雷建筑物。 D、接閃器設(shè)計 首先在鐵塔上安裝避雷針對建筑物進(jìn)行直接雷保護(hù)，避雷針的高度以及保護(hù)范圍可以根據(jù)建筑物防雷規(guī)范《GB50057-94》中的要求計算得出，基站天線架設(shè)在屋頂?shù)慕ㄖ镞€應(yīng)該在屋頂女兒墻上敷設(shè)避雷帶，材料為熱鍍鋅圓鋼，直徑12㎜。如果還不能完全保護(hù)建筑物，需利用建筑物屋頂?shù)匿摻钭鳛楸芾拙W(wǎng)，對建筑物以及機(jī)房等進(jìn)行保護(hù)。 E、引下線設(shè)計 避雷針可用鐵塔作引下線，因鐵塔已良好接地，所以，只需在安裝避雷針時保證避雷針與鐵塔有良好的電氣連接，并將鐵塔分別在四個角上與建筑物混凝土內(nèi)的鋼筋相連即可，同時做好防腐處理。 機(jī)房建筑物避雷網(wǎng)可用建筑物內(nèi)的鋼筋作引下線，同時建筑物內(nèi)的鋼筋也起到了均壓環(huán)的作用。 F、地網(wǎng)的設(shè)計 機(jī)房建筑物的接地體可采用建筑物地梁和框架柱混凝土樁基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋，用框架柱基礎(chǔ)內(nèi)的主鋼筋作垂直接地體，用地梁內(nèi)主鋼筋作水平接地體，它們可連接成均勻布置的地網(wǎng)。地網(wǎng)接地電阻值應(yīng)滿足規(guī)范要求，小于5Ω。 郊區(qū)型以及高山型基站的地網(wǎng)設(shè)計，由于地理條件以及土壤條件，很難將接地電阻做到符合規(guī)范，因此依據(jù)《通信局站雷電過電壓保護(hù)工程設(shè)計規(guī)范》YD/T 5098-2005，基站土壤電阻率低于700Ωm時，基礎(chǔ)地網(wǎng)的接地電阻可以控制在10Ω以內(nèi)，在基站土壤電阻率大于700Ωm時，對基站工頻接地電阻不予限制，但地網(wǎng)的等效半徑應(yīng)該≥20m，并在地網(wǎng)四角敷設(shè)20—30m的輻射型水平接地體。 因為聯(lián)合接地是等電位連接的基礎(chǔ)，因此在完成聯(lián)合接地以后我們將對基站內(nèi)部的等電位連接進(jìn)行全面的檢查和分析。根據(jù)雷擊事故分析我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在以前的標(biāo)準(zhǔn)中要求將機(jī)房中的直流工作地（－48V的正極）以及設(shè)備保護(hù)地、安全地以及設(shè)備防雷地就近接到總接地匯集線是有問題的，我們在考慮其必要的等電位連接前提下將基站內(nèi)部的總接地匯流排分成兩部分，而該兩部分接地總匯流排應(yīng)該采用40mm4mm的扁鋼（或相應(yīng)銅帶）與機(jī)房地網(wǎng)進(jìn)行連接，連接時，兩者之間距離應(yīng)該大于5m以上，最好做到10m以上，同時這兩處與機(jī)房地網(wǎng)連接點應(yīng)該盡量原理鐵塔地網(wǎng)，相距距離不小于5m，最好大于10m，接地引入線應(yīng)該和接地匯流排在機(jī)房內(nèi)可靠連接，并做好防腐以及防電化腐蝕；在機(jī)房的內(nèi)部直流工作地、保護(hù)接地、安全接地接到一個總接地匯集線上；一級電源避雷器接地、二級電源避雷器接地、光纜加強芯以及金屬防護(hù)層接地應(yīng)該獨立接入另外一個總接地匯集線上，同時考慮選擇合理的接地導(dǎo)線以及接地線的布局。 傳統(tǒng)基站基站等電位聯(lián)結(jié)示意圖 G、傳輸光纜以及電源線防雷接地設(shè)計 為了消除由于雷擊沿光纜加強芯串入基站損壞設(shè)備，將光纜長距離埋地處理以及在光纜進(jìn)機(jī)房前增加光纜接續(xù)盒都是非常好的方案，根據(jù)光纜引雷的特點，我們在光纜進(jìn)入機(jī)房橋架后，在接入綜合柜前，將光纜加強芯剝離后，將加強芯可靠連接于專設(shè)的與橋架以及綜合柜絕緣隔離的接地端子，然后在采用截面大于等于16mm2的接地線與總接地匯流排（防雷專用）可靠連接。 對于交流供電電源線這個引入雷擊概率最高的一種情況，將電源線長距離地埋、以及電源線穿金屬管地埋以及對高低壓架空線上部加裝避雷線等都是有效的降低雷擊信號的方式?？紤]基站的地理環(huán)境以及供電模式，對于采取高壓輸送到基站近端變壓供電的模式，應(yīng)該向電力系統(tǒng)申請對高壓線進(jìn)行裝設(shè)相應(yīng)通流能力較大（最好大于10kA以上）的高壓避雷器，必要時（雷擊較重地區(qū)）在距變壓器端設(shè)置2～3組避雷器，然后在對所有的進(jìn)戶電源線進(jìn)行埋地進(jìn)入，可采用金屬鎧裝電纜或穿金屬管，并將鎧裝層及金屬管兩端可靠接地，這樣處理以后雷擊電流將大大的被衰減，對基站的損壞情況將大大減少，同時我們還將在后面考慮進(jìn)一步對由于電源線引入的雷擊信號進(jìn)行釋放和衰減。 2、內(nèi)部防雷設(shè)計 A、電源防護(hù)設(shè)計 l 當(dāng)220/380V 供電線路進(jìn)入基站時，應(yīng)首先在進(jìn)站后的第一配電處進(jìn)行第一級防雷保護(hù)，即在交流配電屏處安裝第一級電源避雷器。達(dá)到Y(jié)D/T規(guī)定的最高防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。 技術(shù)參數(shù)： 雷電通流量（8/20μs）≥80KA（城市型基站）； ≥100KA（郊區(qū)型基站）； ≥120KA（高山型基站）； 殘壓峰值 ≤2500V； 響應(yīng)時間 ≤25ns； 三相供電采用3+1保護(hù)模式 單相防護(hù)建議采用對稱全模保護(hù) l 在機(jī)房配電箱的輸入端加裝相應(yīng)的第二級電源避雷器。 第二級電源避雷器采用C類保護(hù)器進(jìn)行相-中、相-地、中-地的全模式保 護(hù)。 技術(shù)參數(shù)： 雷電通流量≥40KA（8/20μs）； 殘壓峰值 ≤1500V； 響應(yīng)時間 ≤25ns； 三相供電采用3+1保護(hù)模式 單相防護(hù)建議采用對稱全模保護(hù) l 在機(jī)房設(shè)備處安裝第三級電源避雷器。 大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)內(nèi)置 技術(shù)參數(shù)： 雷電通流量≥5KA（8/20μs）； 殘壓峰值 ≤500V； 響應(yīng)時間 ≤25ns； 防護(hù)建議采用對稱全模保護(hù) l 目前分布式基站的直流遠(yuǎn)供方式防護(hù)需要在室外RRU端口裝設(shè)-48直流電源避雷器和室內(nèi)直流避雷器，一般的配置為室外一對一RRU對應(yīng)一個室外防雷箱，室內(nèi)一般采用一分三的直流防雷箱。 技術(shù)參數(shù); 雷電通流量≥40KA（8/20μs）； 殘壓峰值 ≤200V； 響應(yīng)時間 ≤25ns； 采用1+1保護(hù)模式 分布基站直流遠(yuǎn)供電源防護(hù) B、天饋避雷器 同軸電纜線進(jìn)入機(jī)房后，在連接到基站設(shè)備前應(yīng)安裝天饋避雷器，以防止來 自天饋線引入的感應(yīng)雷。 C、信號避雷器 基站的信號線采用2Mb/s 線，在連接到基站設(shè)備前應(yīng)安裝信號避雷器，以 防止信號線上的感應(yīng)雷。 四、設(shè)計依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范 通信基站整體防雷工程是一項要求高、難度大的系統(tǒng)綜合性工程，所涉及到的方面很廣，需要根據(jù)系統(tǒng)情況做不同的防護(hù)措施，同時還必須考慮系統(tǒng)各設(shè)備之間的協(xié)調(diào)工作，不能相互影響，在遵守相關(guān)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)情況下，同時參考借鑒相關(guān)國內(nèi)外先進(jìn)的防雷標(biāo)準(zhǔn)、防雷技術(shù)，以達(dá)到更好的防護(hù)效果。 本技術(shù)方案中，防雷分區(qū)分級、聯(lián)合接地、等電位連接以及在設(shè)備端口配置相應(yīng)的防雷保護(hù)產(chǎn)品SPD的概念來至信息產(chǎn)業(yè)部最新標(biāo)準(zhǔn)YD50098-2005、國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)IEC61312以及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中提出了根據(jù)雷擊電磁脈沖的不同強度設(shè)立分區(qū)分級、等電位連接、系統(tǒng)聯(lián)合接地以及應(yīng)該怎樣科學(xué)合理配置防雷保護(hù)產(chǎn)品SPD的概念，實際證明合理的運用這些基本的防雷保護(hù)措施，對于基站系統(tǒng)的防雷保護(hù)是正確的。參考及依據(jù)國內(nèi)、國際以及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如下： 《通信局站雷電過電壓保護(hù)工程設(shè)計規(guī)范》YD/T 5098-2005 《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB 50057-94(2000年版) 《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB 50343-2004 《建筑物電氣裝置 過電壓保護(hù)電器》GB 16895.22－2004 《低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器（SPD） 第1部分：性能要求和試驗方法》GB 18802.1-2002 《低壓電涌保護(hù)器 第21部分：電信和信號網(wǎng)絡(luò)的電涌保護(hù)器（SPD）－－性能要求和試驗方法》GB/T 18802.21－2004 《雷電電磁脈沖的防護(hù)》IEC61312 《建筑物電氣裝置 過電壓保護(hù)電器》IEC 60364-5-53:2001 《建筑物電器裝置 接地配置、保護(hù)導(dǎo)線和保護(hù)聯(lián)結(jié)導(dǎo)體》IEC 60364-5-54:2002 《低壓配電網(wǎng)絡(luò)SPD選擇和應(yīng)用原則》IEC 61643-1.2 《通信信號網(wǎng)絡(luò)SPD性能要求和試驗方法》IEC 61643-2.1 《通信局（站）電壓配電系統(tǒng)用電涌保護(hù)器技術(shù)要求》TD/T 1235.1－2002 《通信局（站）電壓配電系統(tǒng)用電涌保護(hù)器測試方法》TD/T 1235.2－2002