移动通信基站防雷技术研究

吴广南



移动通信基站防雷技术研究

吴广南

中通服建设有限公司，广东 东莞 523000

雷电天气给移动通信基站造成的破坏是无法预估的，因此防雷成为保障移动通信基站安全，确保移动通信安全、稳定的基础工作。主要探讨了移动通信基站天线防雷技术和接地防雷技术。

移动通信基站；天线防雷技术；接地防雷技术

随着手机和无线网络的迅速普及，我国移动通信基站的数量也在快速增加。随着网络覆盖范围扩大的需求逐年增加，越来越多地通信基站建立在了天气环境恶劣、地理位置较差的地方，再加上基站周围空间、电磁等环境比较特殊，导致基站容易遭受雷电灾害，造成通信阻碍及人员、设备的损失。为保证基站稳定运行，确保基站工作人员的生命及财产安全，重视和加强防雷工作是必不可少的。

1 移动通信基站天线防雷技术

移动通信基站天线是移动通信效率和质量的保障。天线24小时不间断地接收和发送电磁波，使其周遭磁场产生了变化。当雷电击中这一区域时，电磁场不仅不会尖锐，而且还有可能加强，使本该被控制在800 A/m以内的电磁场干扰加强，导致通信错码、误动，乃至损坏设备。这是移动通信基站常见的雷击现象。

除了直击雷电外，感应雷电、雷击电磁脉冲等也会对基站造成破坏，因此基站天线系统的防护工作包含所有可能面对的雷电冲击。天线最好选择双层屏蔽功能的电缆。如果因条件限制只能选择单层屏蔽电缆，则必须在外套金属管。屏蔽层的要求则是铁塔上、下两端以及入户处必须都接地[1]。对于其他特殊情况，则应根据实际情况进行防护。比如，在中雷区以上的，应在机房入口处装置无线电涌保护器；架空的，则电缆上所有金属管道需要接地；信号电缆则需要装置信号SPD，并套上金属管从地下进线。所有相关分流、屏蔽措施必须做好接地处理。此外，信号SPD在安装时必须注意安装地点的以下两个方面：（1）必须依照基站所在区域每年的雷暴天气情况确定参数，保证SPD可充分释放天线的雷击电流，以免通信设备受到雷击。（2）要安装和天线系统匹配的信号SPD，否则可能会影响发射设备的有效公里，影响通信信号的覆盖范围和传输稳定性，并对用户的使用体验造成影响。

2 移动通信基站接地防雷技术

2.1 技术要求

2.1.1 接地装置既要共用，又要隔离

遇到雷电天气，即使基站系统接收到的雷电相同，在遭受雷击的瞬间，不同的接地点所承受的瞬时电压差异性是很大的。如图1所示，其中系统1表示交流电源运行接地；系统2与系统3则分别表示计算机逻辑接地及机壳安全保护接地。假设基站系统的各个部分都是独立接地的，当受到电击时，冲击波自交流电源进入，几万甚至数十万伏的瞬间电压需要系统1独自承担，电压会分流到相同设备内和电路板相连接的电源、通信或者外壳相连接部分上，造成设备损坏[2]。

如果采取共用接地呢？雷击电流就会被分散到各个系统的接地线上，在冲击接地电阻上形成高压，瞬间电压被分流。从图1可以了解到，系统1、2、3处于以接地极电压为基准的“零电压”上，此时雷击带来的设备损伤会相对较小或者直接被规避掉。

图1 接地装置

2.1.2 接地电阻要求

图2所示的是移动通信基站接地装置，属于复数阻抗。对于接地相连电阻和接地系统的相连电抗特征都必须有所体现。其中工频接地电阻主要用于利于电流经过并流到高频电流。高频状态下，接地阻抗会有明显增大[3]。同时，接地线感抗一般是XL=2πfL，假设有两根不同规格的铜导体，在大小不一的频率状态下，流过横截面大小不一的两个导体时，感抗均远大于电阻；但若为同一根铜导体，随着其横截面增加，感抗减小幅度却不明显。因此，等电位连接线的截面无须过大。

目前，我国的数字化移动通信基站的受干扰频率在数十到数百MHz。因此唯一需要注意的是共用接地装置，必须将接地电阻控制在4Ω以内，以保证供电系统有时间对雷击进行反应泄流。

图2 接地装置的接地电阻情况

2.2 接地装置的构建

根据基站设置位置的不同，接地装置的构建也有所不同。如果周围有可利用的建筑物，就可以用相关建筑物进行综合接地；如果处于“三不靠”的状态，那就必须由机房、铁塔及变压器等构成地网。机房内的接地使用的是共网方式接地，但是各自的地线母线需要独立引入，不可共用。通信基站机房地网的外部环形接地体应沿机房建筑物敷设，且需连接机房基础接地体的横竖中两根以上的主钢筋[2]。

构建接地体时的钢材选择也很重要。接地体所用钢管必须保证直径在50 mm以上，壁厚大于3.5 mm。一般情况下垂直接地体的长度要大于等于1.5 m、小于等于2.5 m，其间距应大于等于自身长度的1倍、小于等于2倍。如设置区域地质、地貌环境有特殊性，则需要根据实际情况增加接地体的长度。除了垂直接地体，还可以设置环形水平接地体，相互间隔大于等于1 m、小于等于1.5 m，并且每隔3～5 m需要相互焊接一次。一般情况下选择热镀锌类钢材即可满足构建所需。但若处于强腐蚀或盐碱地区，上述材料则不适用，否则会影响电阻率。因此，需要根据实际情况选择耐腐蚀的，具有良好保湿性能的材料，并以非金属材料为主。在这类图层中，接地体间的焊接点，必须做好防腐处理，以延长接地体的使用寿命，保证基站的安全。此外，还应根据不同地域的天气情况对接地体的敷设进行改动，比如在天气过于严寒的地区，接地体必须敷设在冻土内[3]。

另外，对于接地线也是有要求的。最基本的要求就是不能过长，并且接地线必须是直的，截面积应大于等于35 mm2，小于等于95 mm2，由多股铜线构成。对于接地引入线，长度不能大于30 m，选用镀锌扁钢管，截面积不能小于160 mm2。同时，对接地引入线需要进行防腐、绝缘等必要保护，避开暖气管道、污水管道、排水管道。对于裸露在外的引线，要做好保护处理。接地引入线引出采取“就近引出”原则，离地网中心越近越好，与机房接地线相连接，必须在两根以上。

3 结束语

通信基站的防雷工作是移动通信质量的保障，是通信稳定和安全的基础。防雷工作必须两手都抓，天线防雷技术能保障天线的接收传输功能，而地接装置则很大程度上降低了雷电对基站的损害，保障了基站安全。

[1]朱明，曾明育，于潇. 移动通信基站防雷与接地技术的研究[J]. 通信电源技术，2012（3）：68-70.

[2]张燕. 解析移动通信基站防雷设计与接地技术[J]. 科技展望，2016（22）：183.

[3]赵永云，刘刚，曾昭盛.移动通信基站防雷接地浅析[J]. 科技风，2011（11）：94-95.

Mobile Communication Base Station Lightning Protection Technology

Wu Guangnan

China Comservice Construction Co., Ltd., Guangdong Dongguan 523000

The strong destruction caused by lightning weather to mobile communication base stations cannot be predicted. Therefore, lightning protection has become a basic work to ensure the safety of mobile communication base stations and ensure the safety and stability of mobile communications. It mainly discusses the lightning protection technology and grounding lightning protection technology of mobile communication base station.

mobile communication base station; antenna lightning protection technology; grounding lightning protection technology

TN929.5；TU895

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