張旺

【摘要】 在移動通信工程建設中，通信鐵塔作為基站饋線屏蔽層的接地體這一現(xiàn)象相當普遍，本文淺析這一工程現(xiàn)象危害，希望與廣大基站工程建設參與者共同探討。

【關鍵詞】 通信鐵塔 獨立避雷針 雷擊

一、基站建設中的防雷接地誤區(qū)

無線通信的迅猛發(fā)展，通信鐵塔如雨后春筍般林立于城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、山野。這些高聳于大地之上的鐵塔是引雷體還是接地體？筆者根據(jù)雷電的基本原理、基站雷擊典型案例勘察和長期以來對上萬個基站建設過程的實際觀察結果認為：通信鐵塔是引雷體而不是其他設施的接地體。

二、通信鐵塔的結構——獨立避雷針

通信鐵塔由避雷針、避雷針雷電流引下線（扁鋼）、塔體組成。避雷針用金屬緊固件與塔體頂部直接相連接，雷電流引下線（扁鋼）與避雷針連接，并從上至下用金屬件與鐵塔相連接。

三、雷云對地面鐵塔及其他物體直接放電的基本原理

假如帶負電荷的雷云位于鐵塔（或其他建筑物）上空，由于靜電感應的作用，雷云下方的鐵塔、其他建筑物、地面，都帶上了與雷云相反的正電荷。

雷云與地面越近，電場強度越大。當雷云 繼續(xù)向地面接近使雷云與地面間的電場強度增加到一定程度時，雷云中一些帶電微粒將向地面運動而形成先導放電。先導放電向地面梯級式跳躍發(fā)展形成下行先導。當下行先導逐漸接近地面鐵塔或其他建筑物時，地面鐵塔或其他建筑物上的正電荷被帶負電荷的下行先導吸引而開始向上放電，形成上行先導，并迅速與下行先導會合形成雷電通道，同時開始主放電——地面鐵塔或其他建筑物便發(fā)生了直擊雷或側擊雷。

四、雷電流的熱能可使避雷針的引下線熔斷

當鐵塔遭受直擊雷時，流經(jīng)鐵塔的雷電流i與鐵塔的波阻抗Zj的大小有關，Zj值越小則雷電流越大。

設鐵塔為二類防雷建筑，根據(jù)標準IEC61312—1的規(guī)定，流經(jīng)鐵塔的雷電幅值電流I為150KA，當雷云與鐵塔間的放電通道電阻（波阻抗）R為1Ω時，其峰值功率為：

Pm=I²R=2.25×10¹⁰W。

雷擊電流脈沖產生的強大脈沖功率，一部分以電磁波的形式向四周傳播，其余部分將主要轉化為熱能，雷電的放電通道溫度可達6000～10000℃，甚至更高。用于避雷針雷電流引下線的扁鋼，如果截面積較小、接觸電阻較大（每節(jié)扁鋼間的連接不是焊接而是用螺栓壓接），將會被高溫加熱變形甚至熔化。四川XX地通信鐵塔曾發(fā)生避雷針引下線（扁鋼）被雷擊熔斷的典型案例。2001年7月25日，四川某地普降暴雨，6個基站因雷擊斷電、11個基站因雷擊光纜中斷。其中一個基站避雷針的法蘭盤處被雷電擊斷，避雷針落在距機房20m的農戶住宅一角的床前，險些殃及人命。

五、對過去工程中接地的反思——錯誤的將鐵塔作為接地體

基站由傳輸線路系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、塔桅系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)、地網(wǎng)系統(tǒng)、室內設備等系統(tǒng)組成。參與基站建設的設計、施工人員對組成基站的各系統(tǒng)缺乏全面的認識，對基站工程建設中的接地與防雷缺乏全局性的系統(tǒng)考慮，對局（站）防雷接地標準缺乏正確的認識和理解。因此，工程中各行其是，隨意接地的現(xiàn)象十分突出。略舉實例簡要敘述：

由于鐵塔頂端的避雷針是與鐵塔直接連接的，用于避雷針專用雷電流引下線（扁鋼）也是和鐵塔直接連通的，并且將饋線屏蔽層接于塔體上，因此，避雷針、避雷針專用雷電流引下線、饋線屏蔽層、鐵塔已經(jīng)組成一個不可分割的高聳于地面的引雷體。當避雷針遭受直擊雷、或鐵塔遭受側擊雷時，雷電流至屏蔽層與鐵塔連接點N時，將分兩支電流I1和I2，其中電流I1通過鐵塔直接流入地網(wǎng)；I2則從饋線A端屏蔽層流入，經(jīng)全線流至B端后再經(jīng)機房入口處的接地排流入地網(wǎng)。當I2流入饋線屏蔽層時，饋線芯線產生強大的感應電流I感 從A端流至B端進入SPD；當I感將SPD擊毀的瞬間，仍有強大的殘壓電流進入基站的收發(fā)信機，將基站設備損壞。

將饋線屏蔽層直接與鐵塔相連，鐵塔（避雷針）引起饋線芯線的雷電感應饋線越長、與鐵塔的距離越近，產生的感應電壓越高。在實際工程應用中，饋線的長度多數(shù)大于20m，不僅與鐵塔平行布放，而且無間隔距離。因此，當避雷針（鐵塔）遭受直擊雷時，饋線芯線中產生的感應過電壓可達數(shù)千伏至數(shù)十千伏。如果基站鐵塔遭受直擊雷或側擊雷，鐵塔上的瞬間雷電電壓可達上百萬伏，饋線的金屬屏蔽層不能直接接在鐵塔上。工程中，將鐵塔作為其他設施的接地體的情況到處可見，。

六、產生上述錯誤的原因

通信局（站）防雷與接地工程設計規(guī)范中關于饋線屏蔽層在鐵塔上接地的規(guī)定錯誤；由于專業(yè)的分工，在大規(guī)模的建設中，設計、施工、防雷、接地各行其是，對防雷與接地缺乏科學系統(tǒng)的統(tǒng)籌設計和施工。

七、結論

通信鐵塔是獨立避雷針，當雷電發(fā)生時，鐵塔是雷云與地面間的放電通道，不能作為饋線、GPS及其他設施的接地體。