浅析防雷技术在微波基站中的综合保护

范 军

（内蒙古新闻出版广电局微波传输总站，呼和浩特 010000）

浅析防雷技术在微波基站中的综合保护

范 军

（内蒙古新闻出版广电局微波传输总站，呼和浩特 010000）

随着微波通信数字化的快速发展，站点中对设备的防雷电措施和要求也很高。为了减少雷电对机房设备的侵害，最大限度降低雷击对各基站的危害，本文对雷电的防护进行分析，并提出了微波站的综合防护措施。

雷电电磁脉冲；等电位连接；接地；屏蔽；综合防护

雷电的特点为上升快、下降慢，波头长度大多是1～5μs，波长是20～100μs，最大陡度为10～20ka/μs，雷电幅度等于和大于40kA的约占45%，等于大于108kA的约占10%，陆地多于海上，山区多于平原。

1 雷电对基站的危害

瞬间过电压所造成的破坏性后果体现在以下三点：一是传输或储存的信号或数据，受到干扰或丢失，甚至可使电子设备产生错误动作或暂时瘫痪；二是由于重复受到较少幅度的瞬间过电压影响，元器件虽然不会马上烧毁，但性能和寿命已严重降低；三是如果情况严重，设备的线路板及元器件便会烧毁。雷电造成的损失不仅仅是设备瘫痪、系统崩溃、重要数据丢失等，还会导致信号停播、业务停传，甚至人身伤亡，造成更多的经济损失。

雷电对基站的危害主要通过以下三种途径：一是雷电通过避雷针等建筑物入地层释放雷电流，形成了数万伏的地网地电位，并且通过设备机架接地线侵入到设备中，从而形成地电位反击；二是通过避雷线使雷电在引下线附近区域产生强烈磁场，并且在引下线旁的金属管中产生过电压，通过系统的各个信号线入侵到机房系统中；三是引入机房的电源线、信号线在室外受到直击雷或感应雷而产生的电压经过线缆入侵，进而破坏接入的电子设备。因此，需要从这三个方面考虑建立雷电防护体系。

2 微波基站进出线缆引起的雷害分析

站点从所处的环境条件来看，包括三种情况：一是城市站，大多设在通信综合楼的楼顶；二是平原站，设立于野外的平原地区，天线电缆用铁塔支撑，机房设在铁塔旁的同一地面上；三是高山站，设于野外山上，机房建于山顶或山坡。城市和平原站的环境条件都好于高山站，土壤电阻率低，地网比较容易做，只要共用接地系统和进出线缆的防护处理好就很少发生雷击；而高山站所处的地区和环境一般都是土质差，土壤电阻率高，地网很难做。这样的条件正是雷电活动易出现的地带，虽然基站采用共用接地，但是如果进出线缆防护处理不好，就会将雷电引入室内造成危害损失。

2.1 架设电力线路

建在山顶或山坡上的基站，由于架空电力线引起的雷击，在雷电危害中占多数。基站所处的位置往往是电力能源匮乏，需要架设数千米的高压线路，为了能将电力引入机房内而沿沟渠或山坡架设的高压线路正是一条良好的导电带。当电力线路在基站意外遭到雷击时，会沿着线缆入侵的雷电波到达变压器之前，主要是通过高压线终端的阀型避雷器来保护变压器免遭雷击，如果雷电电流太强或者阀型避雷器已失效，雷电波就会侵入变压器，有可能会把变压器的绝缘击穿，而且还会把高电位经变压器传到次级低电压电力系统，这样机房内的电力设备和与之相连的其他设备就会遭到雷击而受损。使正在使用设备或电话的人员，轻者有触电震感，重者会受到伤害危机生命安全。

2.2 微波铁塔天馈线系统

当雷击微波天线铁塔顶端避雷针时，在该处产生过电压，若是以60m塔高为例，取分布电感L=1μH·m-1，I=40ka，R地=4Ω，t1=2.5μs，得U=1120kV。可见塔顶电位高达1000kV以上，如果天线塔上的波导管或塔灯电源线不采取任何措施，就会将如此高的雷电引入机房，足已损坏室内的通信设备。

微波站建筑物和天线铁塔分别设立，当巨大的雷电电流经铁塔导体入地时，在其周围产生强大的电磁场，处在电磁场中的导体会感应较大的电动势E。因为E=-(dφ/dt)，磁通φ=∫Bds，磁场强度B=μH，在距塔体R处产生的磁场强度H=I/2πR，由此可见R越小，即塔距机房越近，E越大。而微波站机房和铁塔相距较近，多为5m～15m左右，如果机房无屏蔽措施，较强的感应雷电就会入侵机房，威胁设备。

3 微波站的防雷措施

微波站防雷措施的原则是既不能影响被保护设备的工作性能，又能有效地将侵入的雷电过电压抑制到被保护设备所能允许的程度，达到绝缘配合的要求，实现微波站供配电系统、直流配电系统，以及微波收发设备、网络通信与监控设备的防雷安全。

图1 防雷框架图

3.1 交流电源系统的保护

在交流电源进线处装配防雷保护器。按照国际电工标准IEC1312-1/3技术要求，应将建筑物需要保护的空间划分为若干不同的防雷区域，确定各部分空间不同雷击电磁脉冲的严重程度和相应的防护对策。一般对电源设备进行三级保护，将过电压引入大地，逐步降低雷电电流对设备的损害。防雷器的选择应注意以下几个问题：一是要对不同的供电接地系统选用不同型号的防雷器；二是选择工作电压的持续能力最大化；三是预警功能的选择；四是空气开关的选择；五是能量配合的选择。

3.2 天馈线系统的防护

在天馈系统接口中加装串联通道防雷器。防雷器主要采用高通滤波器的原理，根据信号传输的频带，最大隔离其他频带的脉冲。

这样的防雷器除了进行防护特性实验外，还要进行插入损耗测试、驻波比测试等传输特性试验，要确保通信畅通，系统工作正常。

图2 等电位连接网络示意图

3.3 屏蔽措施

机房设备的外壳和连接导线应该具备很好的屏蔽性能，有效的保护措施是：电源导入线、站点的输入和输出信号线、通信线以及建筑物内所有线缆所连导体，均应该采用带金属屏蔽层的导线，导线两端应于机房总接地相连。主要的通信电缆的布线尽量集中在室内中部，电缆线槽的设计应尽可能位于距离建筑物横梁或者立柱较远的位置，地线的线槽布放尽量避免靠近建筑立柱，要求布线在较长的距离。

3.4 等电位连接

等电位连接的主体是：设备所在的建筑物的主要金属构件和进入室内的金属管道，供电线路包含外露可以导电部分的防雷装置，由电子设备形成的信息系统。

等电位连接的连接体是金属连接导体和无法直接连接时，而做瞬态等电位连接的浪涌保护器（SPD）通过S型结构或网形M型结构，把设备直流接地以很短距离连接到最近的等电位连接带上。

小规模机房适宜选择S型结构，比较大型的机房适宜选择M型，机房等电位连接网络应与共用接地系统连接，如图2所示。

4 结束语

经过近几年对我区各个微波通信网防雷设施的改造，综合防雷系统得到进一步完备，通信设备抗雷击和防过电压水平有了明显提高。近两年，UPS电源、配电柜遭雷击损坏事故明显减少，综合性防雷措施取得了明显成效。

事实证明，只有全方位认真细致地考虑雷击及过电压因素，严格执行通信局防雷有关规范，认真落实通信防雷技术措施，因地制宜地运用好接地、分流、均压、屏蔽、限幅、隔离等综合防雷技术，不断改进防雷工作，加强现有防雷设施的日常维护，才能更有效地防备雷电的侵害，使雷电损害降低到最小程度。雷电的防护需要综合防护措施，仅靠单一的防雷措施或某一种新型的防雷器件是难以对通信弱电设备进行安全保护的。

[1] 建筑物电子信息系统防雷技术规范，2004

[2] 防雷与接地装置，2006.1

[3] 通信局防雷与接地工程设计，2011.4

[4] 建筑电气工程防雷问题论述，2013.3

Analyses the Lightning Protection Technology in the Microwave Stations Integrated Protection

Fan Jun
(Press and Publication of Inner Mongolia, NHK Microwave Transmission Station, Hohhot, 010000)

with the rapid development of digital microwave communication, lightning-proof measures and requirements for the equipment in the site is also high. To reduce the number of lightning equipment of computer room, maximum limit to reduce the harm of lightning to the base station. This article analyze the lightning protection and microwave station comprehensive protection measures are put forward.

lightning electromagnetic pulse; Equipotential connection; Grounding; Shielding; Comprehensive protection

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.01.006

TN943.2，TU856

B

1672-7274（2017）01-0023-03