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对移动通信基站中通信防雷分析
[ 通信界 / 林建业 / www.cntxj.net / 2020/5/11 11:03:15 ]
 

  摘要:随着我国移动通信业的快速发展的同时,微电子、通信电子等设备得到广泛的应用。可是移动通信基站在我国分布范围较广。极易受到雷电的破坏,从而影响到通信的正常工作。造成一定的经济损失。文章分析了移动通信基站引入雷电灾害的主要途径,并在此基础上详细介绍了移动通信基站铁塔和通信机房防雷、架空管线防雷、天馈线防雷、等电位连接以及降低接地电阻值等雷电防护措施,使防雷方案的制定做到技术可靠、经济合理。
  关键词:移动通信基站;雷电;引入途径;防护措施


        1 引言
        我国移动通信发展迅速,在短短十几年里,已成为世界第一大手机用户国。固定通信与移动通信结合,已经成为当今世界科学技术及其产业发展的总趋势。移动通信基站电子设备的核心技术是微电子技术,这些设备很脆弱,雷电容易对它们产生破坏,从而造成通信中断和通信设备损坏等严重的经济损失。
        2 雷击侵入移动通信基站的主要途径
        2.1雷电通过基站铁塔和天馈线侵入
        一般的基站铁塔高度为40~60 m,有些高达70~90 m。当铁塔的避雷针受到直接雷击时,雷电流通过铁塔,经其接地装置散流入地,使地网地电位升高,导致基站地网与设备之间产生很高的电位差而形成地电位反击,对通信设备造成损坏。如果天馈线为同轴电缆,在导体上感应出较强的感应电流,即为同轴电缆的感应电流。感应电流经同轴电缆从铁塔天线进入基站机房,进入收发信机,烧坏移动通信设备。
        2.2雷电通过架空管线侵入
        移动通信系统基站的架空管线是引入雷害的重要途径。当雷云放电时,其空间形成强大的电场,在架空管线靠近终端时,主要成分是水平电场,出现在电场中的突出物体最易出现感应电荷的集中,使其周围电场强度显著增加,架空管线很容易发生尖端放电而被雷电击中。当架空管线遇雷电侵袭时,将过电压引入基站机房,很可能烧坏基站的通信设备。雷云对地放电也会在架空管线上感应过电压,该过电压也会对电源设备造成威胁。
        2.3雷电电磁感应影响
        接闪器在接闪过程中,雷电流强度大,放电时间短,在接闪器和引下线周围将产生较大的瞬时电磁场。在强磁场作用下,处于磁场中的导体将产生高达几千至几万伏的感应电压,如此之高的感应电压势会造成通信设备的损坏。移动通信设备是集成化较高的设备,耐冲击力相对较差,因此受雷电感应的影响较大。
        2.4基站机房引入雷电
        当移动基站机房建在山顶上,机房位置的海拔高度很高时,直击雷可能绕过避雷针从横向及斜面击中被保护物,这种现象叫雷电绕击。在这种情况下,孤立的避雷针往往已不能防御雷电对机房的直击。因此,基站机房必须采取必要的防雷措施。
        3 通信基站的综合防雷措施
        3.1铁塔的防雷
        铁塔顶部天线平台处,塔身中部及塔基处应预留接地孔,或将附近塔身紧固螺栓改用加长紧固螺栓作接地点。因铁塔较高,上述相邻2个接地点之间距离超过60m时,需在该网点之间增加1个接地点。一定要保证连接点的数量和分散性,以利于分散雷电流。铁塔为落地塔时,其铁塔地网与机房地网之间应每间隔3~5m相互焊接连通1次,且至少有2处相互连通。铁塔四脚与其他地网就近焊接连通。移动通信天线应有防直击雷的保护措施。天线铁塔设避雷针并与铁塔焊接。天线安装位置应在避雷针的防雷保护区内。避雷针与铁塔焊接的目的就是确保避雷针有良好的接地线,以保证雷电流及时流入大地。

        3.2架空管线的防雷
        连至机房的电力线、光缆等架空管线不能直接进入,应分类穿入金属管埋地后进入机房。若路程较长,则电力线、光缆两端均应加装保护装置。金属管两端分别与地线焊接,焊点要作防腐处理,电力线与信号线不能混合走线。各系统的接地应按照安装要求,分别接至各自的接地汇流排,再统一接至室内接地排。机房内直流电源接地线从室内地线排上引入,与保护地各自独立,再接入接地汇流排上,且不共用引线。
        3.3天馈线的防雷
        馈线屏蔽层应在塔顶、馈线离开塔身至机房转弯处上方0.5~1.0m处、进入机房入口后的内侧3点妥善接地。当长度超出60m时,应在其中间增加接地点,使相邻2个接地点间距离不超过60m,室内走线架应每隔5~10m接地1次。某些厂家要求馈线进入室内后加装避雷器,避雷器的安装位置应尽可能紧靠馈线进建筑物的入口处。
        3.4通信机房的防雷
        对于通信机房的防雷问题应包括机房的建筑物防雷接地、机房设备和供电系统的防雷接地。一是建筑物的防雷和接地。通信机房天面应按规范要求设置避雷网,机房四角应设引下线,机房屋顶上金属设施应分别就近与避雷带焊接连通。当通信站点天线铁塔位于机房旁边时,铁塔地网与机房地网之间,应每间隔3~5m相互焊接连通1次,且至少有2处相互连通。当通信站点天线铁塔位于机房屋顶时,其四脚应在屋顶与雷电流引下线分别就近连通。建筑物金属窗框、电缆屏蔽层、设备外壳等也应与主钢筋作可靠连接,形成等电位体[4-5]。二是供电系统的防雷和接地。通信机房内等电位接地端子板之间应采用螺栓连接,其连接导线截面积应采用不小于16mm2的多股铜芯导线,穿钢管敷设。出入机房的电缆金属护套在入站处应作保护接地,电缆内芯线在进站处应加装避雷器,电缆内的空线对亦应作保护接地。机房内的走线架应每隔5m接地1次,走线架、吊挂铁件、机架(或机壳)、金属通风管道、金属门窗以及其他金属管线均应良好接地并相互连通。通信机房的供电电力变压器不宜与通信机房在同一建筑物内,若其安装在通信机房内时,高压电力电缆长度应不小于200m,在与架空电力线的接头处,电缆金属外护层应就近接地,电缆内3根相线应分别对地加装氧化锌无间隙避雷器。
        3.5等电位连接
        移动通信基站地网应按均压、等电位的原理,将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网,基站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入。对于高土壤电阻率地区的高山基站地网,除了要降低其地阻值外,最重要的是进行等电位连接、屏蔽以及均压处理,以达到各部分之间的电位分布均匀,使电位差为“零”,从而确保雷电流不会对各部分造成高压反击及减小电磁干扰。
        3.6实现分级防雷
        防雷器的残压是保护基站设备的重要参数,一般来讲,泄流能力强的防雷器,响应时间长,残压高。世界上没有任何一种防雷器能满足所有混合雷电冲击波、残压以及响应时间指标的要求,所以应根据基站电源设备的绝缘等级划分防雷层次,实现多级防护,对雷电能量逐级减弱,使各级防雷器残压相互配合,最终使过电压值限制在设备绝缘强度之内。我们认为应该结合YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规定》和基站的实际情况,从交流电力网高压线路开始,根据基站主要电源配套设备的耐雷电冲击指标和防雷器残压要求,采取分级协调的防护措施,进行基站的防雷系统设计。
        4 结语
        随着通信行业的迅速发展,微电子设备得到广泛应用,通信设备的集成度越来越高,其耐压水平也越来越低。由于移动通信基站分布范围广,位置处于制高点,容易遭受雷击灾害。雷电具有很强的破坏性,一旦通信基站遭受雷击,容易造成通信设备损坏,通信信号中断,给社会带来较大的经济影响,因此做好移动通信基站的防雷是一项重要的工作。

作者单位: 广州杰赛科技股份有限公司  广东省广州市  510310
        参考文献:
        [1]赵永云,刘刚.移动通信基站防雷接地浅析[J].科技风,2012(4).
        [2]李姜宏,黄树燕.移动通信基站防雷设计与接地技术[J].气象研究与应用,2009(5).

 

作者:林建业 合作媒体:基层建设 编辑:顾北

 

 

 
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