移动通信设备及室外天馈的防雷设计与实践

马增坤

(中国电子科技集团公司第二十二研究所，河南 新乡 453003)

随着无线通信技术的发展，移动无线用户对网络的感知和体验要求愈发地提高，运营商需要不断地提高无线设备的网络优化以及移动通信设备和室外天馈的建设，以保证无线信号的高质量和广覆盖，从而提高移动用户的感知和体验。移动通信设备和室外天馈系统作为无线通信工程的重要组成部分，其构成主要为精密的电子器件，易受到雷电等自然灾害带来的强电流、强磁场的影响，因此在建设和使用过程中需要加强对其的保护，减少其受到雷电自然灾害天气的影响，最终避免雷电自然天气带来的经济损失和保证设备稳定运行。

1 雷电的基本理论和伤害原理

1.1 雷电产生的原因

雷电是一种伴随有闪电和雷鸣的放电现象，在空中有积雨云的时候产生。积雨云带有负电荷，地面带有正电荷，积雨云和地面的电荷相互吸引和作用就会产生电流，空中出现的亮光就是闪电，发生闪电时会爆发出大量的热量，周围的空气受热后急剧膨胀，发出巨大的轰鸣声。

1.2 雷电的危害程度

根据类型，可将雷电分为直击雷、感应雷、球形雷。

直击雷：带有负电的云层和地面某一点或者建筑物发生迅速、猛烈的放电现象被称为直击雷。直击雷发生的概率较小，但是由于其袭击的目标范围较小，放电速度非常迅速和猛烈，因此被直击雷击中的目标会瞬间电流非常大，造成的破坏也非常大。

感应雷：感应雷是由于雷电在对地面建筑或物体进行放电过程中，其周围附近的架空线缆、地埋线缆、设备受到其电磁感应而产生的放电现象。最终导致与线缆串联的终端设备受到不同程度的放电影响。

球形雷：球形雷是相对比较特殊的雷电现象。通常球形雷只会发生在一些特殊的地理环境和地理位置，因此其发生的概率较小。球形雷现象为雷电形成一个直径约10 cm～20 cm的红色或者橙色发光球体(最大直径1 m)，一般情况下存在的时间为1 s～5 s。球形雷一般沿着建筑物的管道口、管孔、未关闭的门窗、换气管道等进入建筑物，遇到物体或者电气设备时会产生燃烧和爆炸。

2 移动通信设备和天馈系统的雷电侵入方式

2.1 雷电通过铁塔抱杆入侵

为了保证无线信号的覆盖范围和质量，无线天馈系统通常都安装在铁塔或者地势较高的抱杆上，因此雷电形成的电流很容易通过铁塔抱杆流入铁塔的地网，造成地网和机房通信设备之间产生电位差，最终影响机房设备的安全、可靠、稳定的运行。

2.2 雷电通过天馈系统入侵

通信天馈系统的安装高度和位置决定了其容易受到雷电等自然灾害的影响，其受到雷电的电磁感应而产生电流，电流沿着天馈系统的电流流入机房通信设备，从而对机房通信设备造成严重的破坏，甚至烧毁。

2.3 雷电通过架空管线入侵

在发生雷电自然灾害天气时，机房周围会形成一个强大的电磁场，通信机房的设备及其周边环境都会受到电磁场的影响，相对来说，架空的管线更容易受到雷电的电击和电磁感应，当电击的强度较大时，必然导致与其串联的通信设备的烧毁和爆炸。

2.4 雷电通过机房及机房设备入侵

为了保证山区的无线信号覆盖，很多通信机房和设备必须设置在海拔较高的山顶上。在发生雷击自燃灾害时，雷电会绕开避雷针而直接作用在机房以及周围设备，造成机房和机房设备的直接损害。

3 移动通信设备和天馈系统的防雷措施

3.1 铁塔抱杆的防雷措施

铁塔底部按照质量和安全标志设置网格形地网，即使用镀锌扁铁钢带焊接地网、圆钢制作地桩，铁塔地脚与地桩可靠焊接，焊接处需要做防腐处理(见图1-地网实际施工图)。回填土需要做导电性的处理，且需要使用高阻计测试其接地电阻，保证其指标符合要求。铁塔顶部设置避雷针，在避雷针和地网之间需做可靠连接，为了有利于分散雷击电流，务必要保证铁塔连接点的数量和分散性，保证接地线导电性能良好，能够在瞬间卸放雷电引起的强电流到地下。

图1 地网实际施工图

3.2 天馈系统的防雷措施

通信设备的天馈系统是直接与通信机房的设备串联的，其防雷措施和防雷质量尤为重要。采用多接地点的防护措施来降低雷击的影响。通常在天线与馈线的连接处设置一处接地，馈线进入馈线窗前设置一处接地点。在馈线长度超过60 m时，要求在馈线中段垂直转水平处设置一处接地点，馈线每增加20 m，需要增加一处接地点。而且天馈系统和GPS天线等设备需要安装在避雷针的45°保护范围内。

3.3 线路施工中的防雷设计和措施

首先，加强架空管线的控制和防雷。入机房电力线缆避免使用架空的方式，必须采用穿金属管且地埋的方式进入机房，在进入机房的两端安装防雷装置。信号线缆通过架空的方式进入机房前需要安装避雷器，以减少雷电的影响。

3.4 机房及机房设备防雷措施

通信机房地下应按照质量规范要求设置网格形地网，且机房的地网应与铁塔的地网可靠的焊接，焊接点至少2处。使用镀锌扁铁钢带焊接地网、圆钢制作地桩。地桩与接地排可靠连接，焊接处做防腐处理。通信机房及机房设备的防雷接地包括机房建筑防雷接地、机房设备防雷接地、机房电源设备防雷接地、机房走线架防雷接地。以上机房设备和配套设施必须与接地排采用复合规定和标准的黄绿线与接地排可靠连接，通常采用35 mm2的黄绿线缆。

4 结束语

我国是一个雷暴活动十分频繁的国家，雷电灾害严重威胁着我国的经济社会发展、人民生命财产安全、包括通信网络等基础设施的安全。因此通信防雷技术的应用至关重要，对于降低雷电的影响和损失起着重要作用。通信机房设备和室外天馈系统的防雷是一项系统性工程。机房设计时根据机房地处位置和环境重复考虑防雷设计，严格按照防雷设计的基本要求和强制规范，输出完整、全面的施工图纸。在施工过程中，充分理解和掌握设计意图、技术要求、质量要求，严格按照施工规范进行现场施工。最终带来防雷系统的稳定有效，降低雷电对通信设备及天馈系统的影响，降低雷电自然灾害的损失。