无线通信基站防雷设计与接地技术

2016-08-11潘永

大科技 2016年16期

关键词：基站设备雷害馈线

潘永

（中国电信股份有限公司广西分公司广西南宁市 530021）

无线通信基站防雷设计与接地技术

潘永

（中国电信股份有限公司广西分公司广西南宁市 530021）

雷电是一种能量巨大而且难以控制的自然力量。虽然科学技术已经取得了很大的进步，但是截至目前人类对于雷电的控制还是微乎其微。本文将从无线通信基地雷害现象分析、无线通信基站防雷接地的主要目标、无线通信基站防雷技术设计以及无线通信基站接地技术设计这四个方面进行研究，以期为无线通信基站防雷工作的进一步开展提供指导。

无线通信基站；防雷技术；接地技术；雷电感应

引言

无线通信基站是指安装在写字楼、居民住宅等高层建筑之上，或者是建立在铁塔之上的移动通信天线装置。由于这一装置所处的位置较高，所以往往容易受到雷电袭击而造成设备的损坏。但是雷电作为一种不可控的自然力量，我们不可能完全杜绝它的影响，只能在实践过程当中尽量减少雷电带来的影响。

1 无线通信基地雷害现象分析

无线通信基地较之于一般建筑物高度更高，因此其被雷电击中的几率也相对较高。这个问题关系到国计民生，因此在很长的时间内都被广泛关注着，我们也已经按照防雷的要求采取了多种手段以尽量减少雷害发生的频率以及其带来的影响。比如，现在很多无线电基地建立了高达100kA的大型防雷器来提高整个系统的防雷能力。但是即使安装了这种大功率防雷器的基地依旧不时发生雷击世间，损坏了不少的基站设备。事实证明，采用大功率防雷器这种措施的防雷效果并不是十分显著。“知己知彼，百战不殆”，要想更好地提高无线通信基地防雷系统的效能，我们首先要对基站雷害发生的原因以及防雷器失效的原因进行深入分析。通过分析近年来发生的无线通信基地雷击事件，我们可以得出以下结论：直击雷对基站内设备的损害较小、雷电感应破坏基站内设备的可能性也几乎不存在，而地电压反击和雷电波侵入才是造成无线通信基地雷害的主要原因，诸多基站设备的破坏都是由上述两个原因所引起的。因此无线通信基站雷害事件的主要表现特征就是单相交流和直流设备损坏相对严重。了解了表面现象之后，我们就需要透过这些现象看本质，对无线通信基站雷害进行分析。

为什么在雷害中直击雷和雷电感应对无线通信基站设备的影响相对较小？①架空线路避雷系统的建立、建筑防雷外围系统的完善以及沿铁路避雷系统的建立使得避雷系统的雷电流只能通过外围泻放，这就很好地避免了基站设备受到直击雷的损害。诸如室外电力变压器此类的无线通信基站设备通常放置的位置较低，这样一来，架空线路避雷系统就可以对其进行一个相对完善的保护。②一些基本的防雷设施也会对其起到一定的保护作用（包括上文中提到的那种大功率防雷器）。同时，我们知道大地是很好的导体，因此接地技术是很多无线通信基站采取的主要防雷措施之一。他们将基站内的金属物全部进行接地保护，很多程度上避免了雷电感应可能会带来的影响。

2 无线通信基站防雷接地的主要目标

在无线通信基站雷害分析这部分内容中，我们已经提到地电压反击和雷电波侵入是造成无线通信基站设备受损的主要原因，因此无线通信基站防雷接地的主要目标就是防止地电压反击。

大地是天然的导体，但是正常环境当中的导体都有着或大或小的电阻，因此如果无线通信基站附近的避雷器要是对地进行雷电流泻放，大地电阻的存在就容易导致基站所在地的点位升高。开关电源的监控单元、无线通信基站的检测器等金属器具的移动端接地和避雷器泻放的雷电流都增加了基站所在地的电位，无流端地面点位相对较低，这就在二者之间产生了一定的电位差，从而产生差模脉冲电压。当这种电压达到一定积累之后势必会对整个设备的安全造成不良的影响，其中最简单的就是损害设备。举一个例子进行分析。

如图1，负载两端电压最高限度是6kV，无线通信基站地面电阻为3Ω，此时假如无线通信基站附近的避雷器对地进行雷电流泻放产生的泻放电流高于高于2kV就会导致负载两端的瞬间电压超过最高限度，进而对设备造成不良的影响。

图1

3 无线通信基站防雷技术设计

雷电是我们人力无法控制的自然力量，现代科学发展至今也尚未具备消灭雷击的能力，因此雷电对于一些高建筑而言依旧是一个不定时炸弹，是一个很大的安全隐患。无线通信基站由于其功能的特殊需要，必须有一定的高度，多以雷电对于其建筑本身和建筑内设备都具有着很大的影响。在无线通信基站建立的时候，掌握雷电以及无线通信基站的特征做好充分、科学的防雷技术设计，可以有效减少雷电对其的破坏。目前，我国无线通信基站在防雷设计当中采取的技术手段主要有以下几个：雷电屏蔽、等电位连接、选用电源线路保护空开、接口保护、因地制宜、绝缘配合技术等。

3.1 雷电屏蔽

雷电屏蔽这一技术手段是指对无线通信基站自身的电磁屏蔽性能进行充分利用，适当使用导电材料对交变电磁场进行控制，进而大幅度的降低雷电对无线通信基站的穿透能力，以减少其对于相关设备的破坏。雷电是什么？雷电本身就是一种交变电流，这种交变电流的电流量相当大。我们都知道，交变电流可以在周围形成交变电磁场，电流越大，形成的交变电磁场也越大，因此雷电在高速传递的过程中形成的交变电磁场也是相当巨大，正因为如此，雷电的力量人力往往难以控制。但是电磁场虽然破坏力强、难以控制，但是屏蔽技术却可以限制其影响力，因此在无线通信基地建设中我们要充分利用雷电屏蔽这一技术手段。

3.2 等电位连接

电流之所以会传递，是因为两端存在电位差，因此要想有效减小雷电对于无线通信基地的影响，要充分利用等电位连接这一技术手段。等电位连接设计的具体操作是将无线通信基站设备放置于导电性能较好的金属管道中，一旦发生雷击事件而高电位物体，放置设备的金属管道就可以迅速与高电位物体建立连接并进行电流的传导，这样一来就可以将基站装置的压力转移至管道，有效防止高电位电击对设备的破坏。

3.3 接口保护

无线通信基站是一个复杂的系统，技术性较高，因此其设计当中有着较多的接口角，比如用来提供动力的电源接口、用来传输信号的信号接口、用来防止电击现象出现的接地接口以及馈线接口等。这些接口的作用很大，但是这些接口也是雷害的重灾区，因为雷电可以通过影响这些接口而干扰无线通信基站的工作。因此要想提高无线通信基站的防雷水平，设计者在设计的时候就要充分考虑对这些接口的保护，进行有效的防护设计。接口防护设计的原理是减弱接口之间的电位差。

4 无线通信基站接地设计

无线通信基站防雷工作的另一个重心就是做好接地设计。接地设计是指在进行无线通信基站建设的时候将通信基站与大地进行连接，因为大地是一个天然的导体，同时大地可以延伸到无限远处，因此接地设计可以使得雷电袭击可能会产生的高压电流可以在短时间内传递到远处，进而避免对基地设备产生影响。接地设计的主要内容如下：

4.1 基于基站铁塔的馈线接地

雷电袭击往往最先发生于高处，基站铁塔避雷设施是无线通信基站最高的地方，因此基站铁塔馈线接地的作用可以被认为是“诱饵”，即以自己的高度优势引开雷电的袭击，进而尽可能地减少雷电对基站设备的影响。基站铁塔上馈线要在无线通信基站的外侧接入地面，并与相应的接地线网有效连接，避免因为馈线太靠近通信基站而导致雷电感应引起不必要的麻烦。

4.2 基于轻型楼顶塔的接地设计

无线通信基站要有一定的高度，所以这类基地通常会建造在写字楼、居民住宅等高层建筑物的楼顶之上，因此这种无线通信基站的接地设计要充分考虑底部建筑。要充分利用高层建筑的优势，也要了解建筑特色，避免发生意外。基于轻型楼顶塔的接地设计通常有以下三种形式：①将轻型楼顶塔的脚与高层建筑的避雷带接地端连接。②将轻型楼顶塔与高层建筑避雷网预留接地端进行连接。③将其与高层建筑物与大地连接的金属管道连接。在进行连接的时候一定要仔细审查接地端距离是否足够远？会不会对无线通信基站造成干扰？雷电泻流会不会给高层建筑造成破坏？总而言之，就是确定底部接地管道的安全性。

4.3 低压电缆引入工作中的接地设计

移动无线通信基站的供电是三项制，基本不需要安装专门的变压器，所以无线通信基站的电基本是采用低压电缆引入。低压电缆在引入的时候：①要注意接地设计中对电缆的保护；②要注意电缆埋地的规则，即要埋在至少0.7m深的地底，埋在地底的电缆长度也要不少于15m，并且在地面上必须设置醒目的标识（明线引入高山站除外）。