通信铁塔不应该是馈线屏蔽层的接地体

张旺

【摘要】 在移动通信工程建设中，通信铁塔作为基站馈线屏蔽层的接地体这一现象相当普遍，本文浅析这一工程现象危害，希望与广大基站工程建设参与者共同探讨。

【关键词】 通信铁塔 独立避雷针 雷击

一、基站建设中的防雷接地误区

无线通信的迅猛发展，通信铁塔如雨后春笋般林立于城镇、乡村、山野。这些高耸于大地之上的铁塔是引雷体还是接地体？笔者根据雷电的基本原理、基站雷击典型案例勘察和长期以来对上万个基站建设过程的实际观察结果认为：通信铁塔是引雷体而不是其他设施的接地体。

二、通信铁塔的结构——独立避雷针

通信铁塔由避雷针、避雷针雷电流引下线（扁钢）、塔体组成。避雷针用金属紧固件与塔体顶部直接相连接，雷电流引下线（扁钢）与避雷针连接，并从上至下用金属件与铁塔相连接。

三、雷云对地面铁塔及其他物体直接放电的基本原理

假如带负电荷的雷云位于铁塔（或其他建筑物）上空，由于静电感应的作用，雷云下方的铁塔、其他建筑物、地面，都带上了与雷云相反的正电荷。

雷云与地面越近，电场强度越大。当雷云 继续向地面接近使雷云与地面间的电场强度增加到一定程度时，雷云中一些带电微粒将向地面运动而形成先导放电。先导放电向地面梯级式跳跃发展形成下行先导。当下行先导逐渐接近地面铁塔或其他建筑物时，地面铁塔或其他建筑物上的正电荷被带负电荷的下行先导吸引而开始向上放电，形成上行先导，并迅速与下行先导会合形成雷电通道，同时开始主放电——地面铁塔或其他建筑物便发生了直击雷或侧击雷。

四、雷电流的热能可使避雷针的引下线熔断

当铁塔遭受直击雷时，流经铁塔的雷电流i与铁塔的波阻抗Zj的大小有关，Zj值越小则雷电流越大。

设铁塔为二类防雷建筑，根据标准IEC61312—1的规定，流经铁塔的雷电幅值电流I为150KA，当雷云与铁塔间的放电通道电阻（波阻抗）R为1Ω时，其峰值功率为：

Pm=I²R=2.25×10¹⁰W。

雷击电流脉冲产生的强大脉冲功率，一部分以电磁波的形式向四周传播，其余部分将主要转化为热能，雷电的放电通道温度可达6000～10000℃，甚至更高。用于避雷针雷电流引下线的扁钢，如果截面积较小、接触电阻较大（每节扁钢间的连接不是焊接而是用螺栓压接），将会被高温加热变形甚至熔化。四川XX地通信铁塔曾发生避雷针引下线（扁钢）被雷击熔断的典型案例。2001年7月25日，四川某地普降暴雨，6个基站因雷击断电、11个基站因雷击光缆中断。其中一个基站避雷针的法兰盘处被雷电击断，避雷针落在距机房20m的农户住宅一角的床前，险些殃及人命。

五、对过去工程中接地的反思——错误的将铁塔作为接地体

基站由传输线路系统、供电系统、塔桅系统、天馈系统、地网系统、室内设备等系统组成。参与基站建设的设计、施工人员对组成基站的各系统缺乏全面的认识，对基站工程建设中的接地与防雷缺乏全局性的系统考虑，对局（站）防雷接地标准缺乏正确的认识和理解。因此，工程中各行其是，随意接地的现象十分突出。略举实例简要叙述：

由于铁塔顶端的避雷针是与铁塔直接连接的，用于避雷针专用雷电流引下线（扁钢）也是和铁塔直接连通的，并且将馈线屏蔽层接于塔体上，因此，避雷针、避雷针专用雷电流引下线、馈线屏蔽层、铁塔已经组成一个不可分割的高耸于地面的引雷体。当避雷针遭受直击雷、或铁塔遭受侧击雷时，雷电流至屏蔽层与铁塔连接点N时，将分两支电流I1和I2，其中电流I1通过铁塔直接流入地网；I2则从馈线A端屏蔽层流入，经全线流至B端后再经机房入口处的接地排流入地网。当I2流入馈线屏蔽层时，馈线芯线产生强大的感应电流I感 从A端流至B端进入SPD；当I感将SPD击毁的瞬间，仍有强大的残压电流进入基站的收发信机，将基站设备损坏。

将馈线屏蔽层直接与铁塔相连，铁塔（避雷针）引起馈线芯线的雷电感应馈线越长、与铁塔的距离越近，产生的感应电压越高。在实际工程应用中，馈线的长度多数大于20m，不仅与铁塔平行布放，而且无间隔距离。因此，当避雷针（铁塔）遭受直击雷时，馈线芯线中产生的感应过电压可达数千伏至数十千伏。如果基站铁塔遭受直击雷或侧击雷，铁塔上的瞬间雷电电压可达上百万伏，馈线的金属屏蔽层不能直接接在铁塔上。工程中，将铁塔作为其他设施的接地体的情况到处可见，。

六、产生上述错误的原因

通信局（站）防雷与接地工程设计规范中关于馈线屏蔽层在铁塔上接地的规定错误；由于专业的分工，在大规模的建设中，设计、施工、防雷、接地各行其是，对防雷与接地缺乏科学系统的统筹设计和施工。

七、结论

通信铁塔是独立避雷针，当雷电发生时，铁塔是雷云与地面间的放电通道，不能作为馈线、GPS及其他设施的接地体。