移动通信基站防雷检测及整改措施研究

2023-01-07曾庆权谭绍禄梁桂莲

通信电源技术 2022年3期

曾庆权，谭绍禄，梁桂莲

（肇庆市气象公共安全技术支持中心，广东肇庆 526060）

1 雷电对移动通信基站设备的危害

1.1 直接雷击

在雷暴区内，雷云直接通过人体、建筑物或相关设备对地放电产生的电击现象称为直接雷击，其破坏强度主要由电流特性决定，放电高电位对其产生的影响较小[1]。实际上，直击雷出现时对基站的危害主要表现在以下两个方面。一是通信基站机房。如果雷电出现时直接击中独立的基站机房或机柜，由于雷电中的雷电流极为强大，会逐渐转为热能，再加上存在明显的雷电流高温热效应，极易引燃机房建筑物，甚至是造成金属柜爆炸[2]。通道上出现雷电流，物体水分受热汽化会造成体积膨大，进而产生具有冲击性的机械力，极易造成机房建筑物破坏断裂，进而引发人员伤亡和设备受损。二是通信基站天线。对于基站天线来说，其是主要的雷击破坏点，再加上大部分布设在机房房顶上，只有在极少数情况下安装在铁塔上，由于位置较高，极易形成突出目标物。若是天线被雷电击中，那么雷电流将会进入到连接天线的馈线上，并借助于馈线向更远的位置传播[3,4]。馈线上会有热或电效应出现，进而对机械和电气造成破坏，同时还会对分布式基站、传统射频拉远基站等设备造成破坏。

1.2 感应雷

从乌云密布到闪电出现，在雷电活动区内会同时出现静电感应、电磁感应、电磁脉冲辐射3种物理现象，其中静电感应和电磁感应是感应雷击的主要危害方式[5]。相较于直击雷，虽然感应雷击不太强烈，但是其出现频率却相对较高。

1.3 雷电过电压入侵

若安装移动通信基站机房的建筑物不在雷暴活动范围内，那么选择防直击雷装置可以起到保护和屏蔽机房对应电子电气设备的目的，但有时仍旧会遭受到雷击。其主要原因可能是未做好电力电缆、金属管道、同轴电缆等防雷电过电压入侵措施[6]。实际上，受到直击雷和感应雷的影响，在电力电缆上均会有过电压出现，入侵设备内部，进而损害交直流电源、整流器。若电力电缆线是雷电过电压的传播线路，则其传播距离和扩散面积均达到最大，特别是当地年雷暴日数较少时，一旦有雷电过电压入侵现象，其造成的损失将极为严重。

结合相关部门统计结果表明，在所有的雷击事故中，由于电源线是雷电过电压的主要入侵路径，其造成的雷击故障将近占据了所有雷击事故的80%以上。

2 移动通信基站防雷检测

2.1 是否采用共用接地

对于移动通信基站地网来说，其组成部分主要包括机房地网、铁塔地网以及变压器地网。为了做好基站接地工作，应在均压、等电位原理的基础上将工作接地、防雷接地和保护接地共同组成共用接地网[7]。针对基站各种类型的接地线，应分别从接地汇集线或接地网上引入。在对移动通信基站共用接地体进行首次检测的过程中，需要检测人员利用毫欧表测量两个相邻接地装置的接地电阻值，若测出的接地电阻值不高于1 Ω，则说明电气导通，若测出的接地电阻值比实际值偏大，则说明是各自独立接地。

2.2 接地电阻值的大小及测量

结合《移动通信基站防雷与接地设计规范》（YD 5068-98）中的有关规定要求，应保证测量出的移动通信基站地网的接地电阻值在5 Ω以内，若是区域内的年雷暴日数不足20 d，则接地电阻值可以在10 Ω以下。在对接地电阻值进行测量的过程中，应根据使用仪器设备的相关要求，确保设备离地网的距离以及电压极、电流极、测试极间的距离同规范要求相符，这样才能有效提升测量结果的准确性水平。

2.3 线缆引入不规范的问题

结合《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》（YD 5098—2005）中第6.7.1条的规定，应做好移动通信基站电力电缆的埋地敷设工作，若选择的是专用变压器，则需将高压电力电缆的埋设长度控制在200 m以内[8]。对于进入到移动通信基站机房的低压电缆来说，应确保埋地深度超过12 m。低压埋地的电缆需要选择金属铠装层的电力电缆或者是穿过钢管后直接引入到机房内部，同时根据就近原则，将电缆金属铠装层和钢管在两端处分别连接变压器地网。在对线缆防雷进行检测的过程中，应严格按照规范要求，对图纸和现场情况进行全面查看，一旦发现电缆架空引入或者是埋地引入后的电缆同规范要求不符，需要将这种情况记录到检测报告中。

2.4 等电位连接系统检查

将各个分开装置与诸导电物体间产生的电位差降到最低，是等电位连接的主要目的。应根据最短距离原则，将移动通信基站机房内的各种线缆金属外层、工作接地、箱体、设备保护接地、屏蔽网、机架、工作接地、壳体等连接最近的局部等电位系统，其中以S型接地最为常见。

（1）《移动通信基站防雷与接地设计规范》（YD 5068—98）的第3.5.3条规定，机房内的走线架、机壳、吊挂铁架、金属通风管道、金属门窗等设备应做好保护接地工作。保护接地的引线比较适合选用截面积超过35 mm2的多股铜导线。在实际的防雷检测中，防雷检测人员在做好接地线线径检测的同时，还要注意查看各个金属体与汇流排之间的连接状况，规范要求过渡电阻值不高于0.03 Ω。

（2）结合《移动通信基站防雷与接地设计规范》（YD 5068—98）的第3.3.2条规定，针对基站同轴电缆馈线的金属外护层来说，应分别在上部、下部及经过走线架机房入口处按照就近原则做好接地工作，而对于机房入口处的接地，则需要与距离较近地网引出的接地线进行有效连通。若铁塔高度超过60 m，则应在铁塔中部的同轴电缆馈线金属保护层增加一处新的接地。在实际的防雷现场检测中，除了注意检查是否根据要求做好接地外，还要检测其与站房室外汇流排之间的连接状况，保证测出的接地电阻值不高于0.03 Ω[9]。除此之外，禁止室外汇流排直接与铁塔进行连接。

2.5 电涌保护器防雷检测

当前，为了保护移动通信基站电源线路的安全，最为常见的是使用电涌保护器（Surge Protection Device，SPD）并选用分级保护的方式，以将雷电流逐级泄放进入大地，有效扼制雷电流入侵到室内，同时还能将雷电产生的瞬态过电压幅值下降到设备可以承受的范围内，进而保护电子设备安全。在对SPD进行检测的过程中，检测人员应打开各个电柜，检测其内部安装的电源或信号，同时注意以下几点。

（1）SPD参数选择。电源SPD第一级雷电防护中的最大电流超过100 kA，第二级雷电防护的最大电流超过了50 kA；信号SPD第一级雷电防护中的最大电流超过8 kA，第二级雷电防护中的最大电流超过10 kA。

（2）SPD安装方式。若线路上安装的是多级电涌保护，则应保证电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度在10 m以上，如果连接线长度不足10 m，则需要布设退耦元件。对于限压型SPD来说，应将其连接线长度控制在5 m以上，若连接线不足5 m，则需要加装退耦元件。若SPD安装在电源线路上，则应在其前端加装过流保护器，同时还要结合SPD产品手册中推荐的最大额定值来选择对应参数。如果额定值超过主电路中的过电流保护器，则可以不安装SPD[10]。此外，应保证连接SPD两端的引线距离足够短，通常不应大于0.5 m。而针对SPD两端接线线径的要求则是第一级SPD线径超过16 mm2，第二、三级SPD的线径应超过6 mm2。

3 移动通信基站防雷措施

3.1 基站铁塔防雷

移动通信基站铁塔部分主要有天线、馈线及塔灯电源线，由于长期暴露在室外，极易遭受雷击，因此应做好雷电防护工作。利用基站铁塔及常规避雷针，可以有效避免直接雷击对天线的危害。大部分天线的防雷措施是在通信铁塔上安装避雷针，该法经济简单，在设计中需严格根据规范要求设计。基站天线大都在铁塔上，应保证天线位于避雷针的有效保护范围内。在铁塔顶部架设避雷针，同时还要与铁塔进行有效焊接。在滚球法的基础上计算避雷针架设高度，滚球半径应与防雷保护等级相符，可以选用圆钢或钢管材质作为避雷针材料。同时应保证天线与避雷针之间有一定距离，避免因避雷针而造成天线辐射受损，进而影响通信效果。实际上，铁塔本身就是良好的引下线，因铁塔自身接地良好，塔身截面足以雷电流安全通过。因此，只需要保证接闪器与铁塔之间的电气连接良好，并做好防腐工作，便可使雷电中的雷电流及时泄放进入大地。

3.2 基站电力传输防雷

（1）高压架空线。将避雷线架设到高压架空线上方，且架设长度应超过500 m。若高压架空线出现雷电流绕击现象，则可通过安装避雷线起到屏蔽、耦合及分流的作用，使雷电中的过电压限制到高压架空线路可以承受的范围内。为了有效抑制雷电波陡度和幅值，可在高压架空线终端杆上布设氧化锌类型的避雷器。同时还要对氧化锌避雷器与避雷线进行有效接地，除了终端杆外，每个避雷线杆均要单独进行接地操作。为了防止地电位反击，应保证站区内的终端杆接地体同基站地网的距离在20 m以上，若距离不符，则需要连接地网。此外，基站外的各杆应做好单独接地，且选择辐射形或环形接地体。

（2）供电电力变压器。在通信基站中应装设独立电力变压器，并将避雷器装设到来波方向，以确保变压器安全。应在与变压器位置较近的范围内布设变压器高压侧的3根相线，将对应电压等级的氧化锌避雷器选择对地布设。

3.3 基站机房部分防雷

3.3.1 机房防雷

在屋顶通过布设避雷网或避雷带的方式，将其作为接闪器使用是机房的主要防雷方式，同时还要根据就近原则直接将其焊接各种金属设施，防止出现直接雷击和绕击。避雷带和避雷网的材质应以圆钢或扁钢为主，若接闪器选用的是避雷网，则应确保避雷网网格尺寸与机房防雷等级保持一致。针对混凝土结构的机房，可以直接选用机房四周的墙面混凝土、梁、柱、楼板等作为引下线，并将钢筋上端连接房顶处的避雷装，下端与地网进行电气连接。

3.3.2 电源系统

在将多级防护应用到电源系统中时，需要将其与设备布设位置和耐压水平结合起来。其中将电涌保护器加装到变压器与机房配电屏电缆芯线位置作为第一级防护，以确保及时泄放流经电缆的直击雷与感应雷，控制过电压始终在千伏范围内。对于连接配电屏和配电箱间的电缆线，应将电涌保护器布设到电缆芯线两端，以对不间断电源、整流器等设备进行保护，将其作为第二级雷电防护。在通信设备前段加装电涌保护器，将其作为第三级雷电防护。通过采取多级雷电防护的方式，以达到控制电压值的目的，使其在电子电气设备绝缘承受的范围内。