通信基站的防雷與接地

    目前，不同類型通信基站為我們提供不同程度的服務，這方便了信息社會快速發(fā)展。然而雷電對通信基站破壞也是比比皆是。針對雷電對通信基站的破壞，結合在維護中發(fā)現(xiàn)的不同情況，我從通信基站有關雷電的產(chǎn)生和防范方面進行探討。

一、雷電對通信基站的危害

1、直擊雷的危害。雷云以對地放電的主通道通過被保護物，即稱被保護物被直擊雷擊中。雷電直接擊中通信基站建筑、通信設備、通信電纜和操作人員，可能會造成建筑損毀、設備損壞、人員傷亡和電氣短路引起火災等事故，因此直擊雷發(fā)生的概率雖然很小，但其危害十分大，所以不能掉以輕心。

2、感應雷的危害。雷云對地放電的主通道雖然沒有經(jīng)過被保護物，但放電過程中產(chǎn)生的強大的電磁場可以在附近的導體感應起電磁脈沖，我們稱為雷電電磁感應脈沖，即通常所說的感應雷。顯然感應雷是由直擊雷引起的，感應雷產(chǎn)生于導體中并沿導體傳播，損壞與導體相聯(lián)的某些設備或設備中的某些器件（這些設備或器件的耐沖擊水平較低）。通信基站的設備中有大量的集成電路通過金屬導線相連，并且通信基站也通過電力電纜和各種通信傳輸電纜與外界相連，這就為感應雷的侵入提供了良好的條件。感應雷形成的破壞直觀上雖然不及直擊雷大，但其損害的往往是通信設備的核心器件，具有很強的破壞力，給正常通信帶來障礙。

    研究表明，直擊雷可在其周圍1000米范圍的半導體上感應起危險電壓，加上通信基站與外界連接的各種長距離電纜可在更大的范圍內感應上雷電電磁脈沖，并幾乎無衰減的沿電纜傳入通信基站。因此對通信基站來講遇感應雷的概率遠大于直擊雷的概率，可以這樣說通信基站防雷主要是防感應雷。

二、通信基站的防雷

1、直擊雷的防護

    雖然有不少專家學者在努力研究有效的防止直擊雷的方法，但直到今天我們還是無法阻止雷擊的發(fā)生。實際上現(xiàn)在公認的防雷擊的方法仍然是200年前富蘭克林先生發(fā)明的避雷針。

    ①接閃器。避雷針及其變形產(chǎn)品避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)等統(tǒng)稱為接閃器。一定高度的金屬導體會使大氣電場畸變，這樣雷云就容易向該導體放電，并且能量越大的雷電就越易補金屬導體吸引。因此，接閃器的防雷就是將雷電引向自身而防止被保護物被雷電擊中。有鐵塔的通信基站鐵塔本身就是良好的接閃器，如果鐵塔在建筑物頂應將鐵塔四周與屋頂避雷帶作好焊接連接。鐵塔在通信基站附近的可在建筑物頂部設避雷帶，并校核鐵塔和避雷帶聯(lián)合防雷的保護范圍。方法見國標《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057-94）。通信基站附近無鐵塔的，應優(yōu)先采用避雷網(wǎng)作為建筑物的接閃器。

②引下線。引下線的作用是將接閃器接閃的雷電電流安全地導引入地，引下線不得少于兩根，并應沿建筑物四周對稱均勻地布置，引下線的間距不大于18米，重要通信局和100米及以上的電信樓其引下線的間距應不大于12米。引下線接地必須采用焊接，引下線應與各層均壓環(huán)焊接，引下線采用10厘米的圓鋼或相同面積的扁鋼。對于框架結構的建筑物，引下線應利用建筑物內的鋼筋作為防雷引下線。

③接地體。接地體是指埋在土壤中起散流作用的導體，接地體應采用：ⅰ鋼管，直徑大于50㎜，壁厚大于3.5㎜；ⅱ角鋼，不小于50㎜×50㎜×50㎜；ⅲ扁鋼，不小于40㎜×40㎜。應將多根接地體連接成地網(wǎng)，地網(wǎng)的布置應優(yōu)先采用環(huán)型地網(wǎng)，引下線應連接在環(huán)型地網(wǎng)的四周，這樣有利于雷電流的散流和內部電位的均衡。垂直接地體一般長為1.5～2.5米，埋深為0.8米，地極間隔5米，水平接地體應埋深1米，其向建筑物引出的長度一般不大于50米。框架結構的通信基站應采用建筑物基礎鋼筋做接地體。

2、感應雷的防護

    前面已提到感應雷是因為直擊雷放電面感應到附近的金屬導體中的，其實感應雷可通過兩種不同的感應方式侵入導體：一是靜電感應，在雷云中的電荷積聚時，附近的導體也會感應上相反的電荷，當雷擊放電時，雷云中的電荷迅速釋放，而導體中原來被雷云電場束縛住的靜電也會沿導體流動尋找釋放通道，即在電路中形成電脈沖；二是電磁感應，在雷云放電時，迅速變化的雷電流在其周圍產(chǎn)生強大的瞬間電磁場，在其附近的導體中產(chǎn)生很高的感生電動勢。研究表明：靜電感應方式引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應引起的浪涌。感應雷可以通過電力電纜、通信電纜、光纖和天饋線侵入通信基站，由于電力電纜的距離長且對雷電波的傳輸損耗小，所以由電源侵入的感應雷造成的危害十分突出，按原郵電部的統(tǒng)計約占了通信基站雷擊事故的80％。因此，對通信基站進行感應雷防護時，電源是重點。

    感應雷還可以通過空間感應侵入通信基站的內部線路，雖然經(jīng)過建筑物和機殼的屏蔽衰減后其能量大為減小，但站內許多電信設備的抗過壓能力很弱，如果處理不當也可能造成設備故障。

①電源防護。信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)布了專門的通信電源防雷標準，對各種通信基站的電源防雷提出了具體要求，主要是兩條：一是電力電纜應有金屬屏蔽層，且必須埋地進出通信基站；二是在電源上逐級加裝電源避雷器，實現(xiàn)多級保護。即在變壓器的高壓端加裝高壓避雷器，低壓側加裝低壓避雷器，在交流配電屏和直流配電屏分別加裝交、直流避雷器。

    通信電源防護應注意以下問題：進局電力電纜的防雷容易引起重視，而其它進出通信基站的電力線常常被忽視，如照明燈線、塔燈電力線、非電信設施租用電信電力線等，這些電力線應在防雷系統(tǒng)的保護范圍內，否則應采取專門的防雷措施。

    避雷器的防雷能力與安裝方式有密切關系，主要是引線電感會產(chǎn)生額外的殘壓，應盡可能地縮短電力線與避雷器連線和避雷器與接地匯接板連線的長度。

②傳輸線防護。通信基站內的低頻傳輸線大多數(shù)是用戶線和中繼線，目前采用保安單元基本有效，如果采取進一步的防雷措施會急劇增大投資，目前尚無推廣方案。光纖的防雷主要是針對其金屬護皮和金屬芯線，從線路防護的要求看這些金屬應接地，最好在埋地進局時接在底樓的接地匯接排上，而不要接在設備機架上。

    天饋線防雷主要是針對同軸電纜，接地的波導管本身就有良好的防雷作用不需要再加避雷器。同軸電纜天饋線應加裝相應的高頻避雷器，避雷器的地線應就近與機房的接地匯接排相連。天饋線的頂端應通過鐵塔接地，在入站處應接到機房匯接排。如果天饋線較長，在其中間應每隔25米與走線架或鐵塔相連。

    移動通信設備與光端機、微波、交換機相聯(lián)的PCM、DDF線宜采用同軸電纜，可加裝相應的避雷器。

    監(jiān)控信號的數(shù)據(jù)傳輸線可加裝相應的數(shù)據(jù)避雷器。

    所有進出通信基站的通信傳輸電纜應采用有金屬屏蔽層的電纜埋地進出，其屏蔽層應在進站處就近接地。

    ③聯(lián)合地網(wǎng)。通信基站機房、變電房、鐵塔的接地極應連接起來，組成聯(lián)合地網(wǎng)，如果是框架結構的機房，建筑物的基礎鋼筋是優(yōu)良的環(huán)型接地網(wǎng)應利用。聯(lián)合地網(wǎng)是通信基站內所有設備共用的接地裝置。接地電阻是地網(wǎng)的一個重要指標，部標對不同類型的通信基站作了具體規(guī)定，其阻值為1～20Ω。聯(lián)合地網(wǎng)通過合理的布置接地線可以實現(xiàn)通信設備間的等電位。

    為保證通信基站防雷設計達到國家現(xiàn)行有關防雷標準及通信行業(yè)防雷規(guī)范，因地制宜地按照雷電活動區(qū)的類型、通信通信基站的分類、通信基站所處的地理環(huán)境、通信基站安裝位置、建筑物的形式、供電方式等情況。以全方位防護，綜合治理，層層設防，雷擊能量安全泄放，快速散流，對稱均衡均壓等電位原理為原則，采取接閃、分流、搭接、均衡、均壓等電位連接的綜合防雷保護系統(tǒng)，配合完善的施工方法和性能優(yōu)質的防雷材料，有效預防通信設備免遭雷電危害，達到最完善的防雷效果。

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