基于移动通信基站雷电防御的探析

李萌

摘 要：简要分析了雷电入侵基站的主要方式，分别介绍了直击雷和感应雷两种不同形式的雷电的防护措施，以保证移动通信基站免受雷电的侵害而持续正常运行。

关键词：移动通信基站；雷电入侵；直击雷；感应雷

中图分类号：TN929.5；TM862+.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.102

移动通信基站是信号传递的根本，在如今信息化的时代，移动通信基站的正常运行尤为重要。由于移动通信基站在运行过程中极易受到雷电的袭击，因此，雷电防护措施是否有效，直接决定着移动通信基站能否正常运行。可见，雷电防护措施的制订已然成为基站建设的重要工序之一。

1 雷电入侵基站的主要方式

雷电入侵移动通信基站的方式主要有以下三种：①由架空输电线引入。雷电侵入移动通信基站的主要方式之一便是经由架空输电线进入基站。架空输电线所处的位置较高，且四周都存在磁场，因此极易受到雷电的袭击。移动通信基站系统中，机房由输电线供电。如果架空输电线遭到雷电袭击，就会形成感应雷电流，而输电线会将电流直接送入供电系统。此时，基站所使用的电源系统便会受到影响，使得机房运行出现故障，难以继续为基站供电。②经由天馈线进入基站。雷电流也可通过天馈线袭击移动通信基站。当外部有雷电产生时，雷电流会经天线进入馈线，之后再沿着馈线侵入机房，使得机房设备受到严重的损害，进而发生故障。③由地网反击入侵。大部分基站都安装了避雷器，在避雷器向地面释放雷电流的过程中，由于基站还装设有接地电阻，基站工作区域的电位会升高。基站中的电源、开关电源监控单元、基站动力环境控制器等含有直流负荷的设备都存在不同量的寄存电容。上述设备一端与工作接地相连，没有电流存在的远端区域与基站的工作区域形成了电位差，从而进一步形成了差模脉冲电压。如果该电压超出设备绝缘耐压的允许范围，则设备便会受到一定程度的损害。

2 直击雷防护

对于直击雷防护，工作人员可通过分流的方式，降低甚至消除雷电流对基站造成的损害。常见的直击雷防护措施有安装避雷针、避雷带和避雷网，使三者形成避雷系统。通过引下线将电流逐级导入地面，避免雷电流直接击中系统各设备或铁塔。

铁塔是基站中最高的建筑，同时也是最容易遭到雷击的建筑。因此，工作人员需在塔顶安设避雷器，以避免雷电直接击中电塔或其他设备，使得设备出现故障，导致基站无法正常运行。对于铁塔的防护，工作人员可通过滚球法进行计算，以明确避雷器的安设高度和实际保护区域。移动通信基站往往将天线搭设于铁塔之上，天线极易被雷电击中，发生故障。因此，塔顶的避雷器应使用半径为5 mm的圆钢搭设，搭设高度按照滚球法确定，以确保天线和机房顶部不会直接受到雷电的袭击。基站属于第三类防雷建筑物。设滚球半径为60 m，铁塔与机房间的距离为23 m，根据滚球法可求得避雷器的安装高度。

滚球法计算公式如下：

rx= - . （1）

r0= . （2）

式（1）（2）：rx为避雷器在高度为hx之上xx′平面的保护半径；h为铁塔与机房间的距离；hr为滚球的半径；hx为受保护物体的实际高度；r0为避雷器对地面的保护半径。

将hr=60 m、hx=3 m、h=23 m带入式（1）（2）可得rx=23.1 m，r0=39.256 m。

至此，可得出避雷器对地面的保护半径可达39.256 m，而在高度为23 m的空中，其保护半径可达到23.1 m。

基站对直击雷的防护应将防护重点放在铁塔上。工作人员在建立防直击雷系统之前，应对周围地形、建筑物的状况进行勘察与检测。由于变压器位于基站周围，因此，建立雷电防护系统之后，还需将变压器纳入基站防雷系统之中。这就要求避雷器达到一定的标准。避雷器的安装高度与其保护范围有直接的关系，设变电站与基站的距离为48 m，则基站避雷器的安装高度应不低于20 m，尽量控制在30 m左右，不可过高。如果避雷器安装得过高，其对地面的保护范围并不会发生变化，反而避雷器本身具有一定的危险，施工成本也会相应增加。

3 感应雷防护

3.1 天馈线和传输系统的感应雷防护

感应雷指雷电在发生过程中会形成电磁场，而该电磁场会与电子设备的信号线、天馈线和电源线耦合，进而形成脉冲电流。除此以外，带电雷云与地面设备所形成的静电感应电流也可称为感应雷。天馈线系统是基站重要的系统之一，经由馈线输送的电磁波能够利用天线转化为可在自由空间内输送的电磁波。同时，天线也能够将自由空间内输送的电磁波转化为馈线输送的电磁波。天馈线对信号的输送会对基站的运行造成直接影响，因此，天馈线防雷设施的建立对基站的正常运行十分重要。在避雷器与闪电接触之后，雷电流会沿着铁塔释放。此时，同轴电缆便会产生感应电流，工作人员应使基站中电线的同轴电缆自铁塔中心处向下引导，以最大限度地降低感应电流。基站铁塔利用四个铁柱在同一时刻将电流释放入地面，极大削弱了感应雷在铁塔中心所形成的感应场。

3.2 供电系统的感应雷防护

供电系统是维持基站正常运行的重要部分。通常情况下，基站的供电线应通过外架空线接入，也可由埋地的金属管穿过。由于电源线线架较长，线路分布极为复杂，因此能够轻易对雷电流形成感应。总之，无论工作人员使用哪种方式将电源线接入，都需于进入基站的电源线口位置安设大通流量的避雷器。在供电系统中，往往利用SPD作为控制雷电流的设备。如今，在基站中使用较为频繁的SPD为限压型压敏电阻，部分基站也使用雷电流放电器。限压型压敏电阻与雷电流放电器间存在一定的差异，在功能、应用范围和性能方面有各自的优点。与雷电流放电器相比，限压型压敏电阻能够更为有效地保护基站，且使用更安全、更可靠。

4 结束语

移动通信基站的运行状况与人们生活密切相关。因此，工作人员应建立完善的防雷系统，降低移动通信基站遭受雷击的概率，以达到保证移动通信基站稳定运行的目的。

参考文献

[1]冯庆华.移动通信基站引入雷电的主要途径及防护措施[J].科技资讯，2011（12）：43.

[2]吕德胜，高鹏.移动通信基站引入雷电的主要途径及防护措施[J].硅谷，2011（16）：117.

〔编辑：刘晓芳〕