曾慶權(quán)，譚紹祿，梁桂蓮

（肇慶市氣象公共安全技術(shù)支持中心，廣東 肇慶 526060）

1 雷電對(duì)移動(dòng)通信基站設(shè)備的危害

1.1 直接雷擊

在雷暴區(qū)內(nèi)，雷云直接通過(guò)人體、建筑物或相關(guān)設(shè)備對(duì)地放電產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象稱為直接雷擊，其破壞強(qiáng)度主要由電流特性決定，放電高電位對(duì)其產(chǎn)生的影響較小[1]。實(shí)際上，直擊雷出現(xiàn)時(shí)對(duì)基站的危害主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。一是通信基站機(jī)房。如果雷電出現(xiàn)時(shí)直接擊中獨(dú)立的基站機(jī)房或機(jī)柜，由于雷電中的雷電流極為強(qiáng)大，會(huì)逐漸轉(zhuǎn)為熱能，再加上存在明顯的雷電流高溫?zé)嵝?yīng)，極易引燃機(jī)房建筑物，甚至是造成金屬柜爆炸[2]。通道上出現(xiàn)雷電流，物體水分受熱汽化會(huì)造成體積膨大，進(jìn)而產(chǎn)生具有沖擊性的機(jī)械力，極易造成機(jī)房建筑物破壞斷裂，進(jìn)而引發(fā)人員傷亡和設(shè)備受損。二是通信基站天線。對(duì)于基站天線來(lái)說(shuō)，其是主要的雷擊破壞點(diǎn)，再加上大部分布設(shè)在機(jī)房房頂上，只有在極少數(shù)情況下安裝在鐵塔上，由于位置較高，極易形成突出目標(biāo)物。若是天線被雷電擊中，那么雷電流將會(huì)進(jìn)入到連接天線的饋線上，并借助于饋線向更遠(yuǎn)的位置傳播[3,4]。饋線上會(huì)有熱或電效應(yīng)出現(xiàn)，進(jìn)而對(duì)機(jī)械和電氣造成破壞，同時(shí)還會(huì)對(duì)分布式基站、傳統(tǒng)射頻拉遠(yuǎn)基站等設(shè)備造成破壞。

1.2 感應(yīng)雷

從烏云密布到閃電出現(xiàn)，在雷電活動(dòng)區(qū)內(nèi)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電磁脈沖輻射3種物理現(xiàn)象，其中靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)是感應(yīng)雷擊的主要危害方式[5]。相較于直擊雷，雖然感應(yīng)雷擊不太強(qiáng)烈，但是其出現(xiàn)頻率卻相對(duì)較高。

1.3 雷電過(guò)電壓入侵

若安裝移動(dòng)通信基站機(jī)房的建筑物不在雷暴活動(dòng)范圍內(nèi)，那么選擇防直擊雷裝置可以起到保護(hù)和屏蔽機(jī)房對(duì)應(yīng)電子電氣設(shè)備的目的，但有時(shí)仍舊會(huì)遭受到雷擊。其主要原因可能是未做好電力電纜、金屬管道、同軸電纜等防雷電過(guò)電壓入侵措施[6]。實(shí)際上，受到直擊雷和感應(yīng)雷的影響，在電力電纜上均會(huì)有過(guò)電壓出現(xiàn)，入侵設(shè)備內(nèi)部，進(jìn)而損害交直流電源、整流器。若電力電纜線是雷電過(guò)電壓的傳播線路，則其傳播距離和擴(kuò)散面積均達(dá)到最大，特別是當(dāng)?shù)啬昀妆┤諗?shù)較少時(shí)，一旦有雷電過(guò)電壓入侵現(xiàn)象，其造成的損失將極為嚴(yán)重。

結(jié)合相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在所有的雷擊事故中，由于電源線是雷電過(guò)電壓的主要入侵路徑，其造成的雷擊故障將近占據(jù)了所有雷擊事故的80%以上。

2 移動(dòng)通信基站防雷檢測(cè)

2.1 是否采用共用接地

對(duì)于移動(dòng)通信基站地網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其組成部分主要包括機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)以及變壓器地網(wǎng)。為了做好基站接地工作，應(yīng)在均壓、等電位原理的基礎(chǔ)上將工作接地、防雷接地和保護(hù)接地共同組成共用接地網(wǎng)[7]。針對(duì)基站各種類型的接地線，應(yīng)分別從接地匯集線或接地網(wǎng)上引入。在對(duì)移動(dòng)通信基站共用接地體進(jìn)行首次檢測(cè)的過(guò)程中，需要檢測(cè)人員利用毫歐表測(cè)量?jī)蓚€(gè)相鄰接地裝置的接地電阻值，若測(cè)出的接地電阻值不高于1 Ω，則說(shuō)明電氣導(dǎo)通，若測(cè)出的接地電阻值比實(shí)際值偏大，則說(shuō)明是各自獨(dú)立接地。

2.2 接地電阻值的大小及測(cè)量

結(jié)合《移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD 5068-98）中的有關(guān)規(guī)定要求，應(yīng)保證測(cè)量出的移動(dòng)通信基站地網(wǎng)的接地電阻值在5 Ω以內(nèi)，若是區(qū)域內(nèi)的年雷暴日數(shù)不足20 d，則接地電阻值可以在10 Ω以下。在對(duì)接地電阻值進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)使用儀器設(shè)備的相關(guān)要求，確保設(shè)備離地網(wǎng)的距離以及電壓極、電流極、測(cè)試極間的距離同規(guī)范要求相符，這樣才能有效提升測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性水平。

2.3 線纜引入不規(guī)范的問(wèn)題

結(jié)合《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD 5098—2005）中第6.7.1條的規(guī)定，應(yīng)做好移動(dòng)通信基站電力電纜的埋地敷設(shè)工作，若選擇的是專用變壓器，則需將高壓電力電纜的埋設(shè)長(zhǎng)度控制在200 m以內(nèi)[8]。對(duì)于進(jìn)入到移動(dòng)通信基站機(jī)房的低壓電纜來(lái)說(shuō)，應(yīng)確保埋地深度超過(guò)12 m。低壓埋地的電纜需要選擇金屬鎧裝層的電力電纜或者是穿過(guò)鋼管后直接引入到機(jī)房?jī)?nèi)部，同時(shí)根據(jù)就近原則，將電纜金屬鎧裝層和鋼管在兩端處分別連接變壓器地網(wǎng)。在對(duì)線纜防雷進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，對(duì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行全面查看，一旦發(fā)現(xiàn)電纜架空引入或者是埋地引入后的電纜同規(guī)范要求不符，需要將這種情況記錄到檢測(cè)報(bào)告中。

2.4 等電位連接系統(tǒng)檢查

將各個(gè)分開(kāi)裝置與諸導(dǎo)電物體間產(chǎn)生的電位差降到最低，是等電位連接的主要目的。應(yīng)根據(jù)最短距離原則，將移動(dòng)通信基站機(jī)房?jī)?nèi)的各種線纜金屬外層、工作接地、箱體、設(shè)備保護(hù)接地、屏蔽網(wǎng)、機(jī)架、工作接地、殼體等連接最近的局部等電位系統(tǒng)，其中以S型接地最為常見(jiàn)。

（1）《移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD 5068—98）的第3.5.3條規(guī)定，機(jī)房?jī)?nèi)的走線架、機(jī)殼、吊掛鐵架、金屬通風(fēng)管道、金屬門(mén)窗等設(shè)備應(yīng)做好保護(hù)接地工作。保護(hù)接地的引線比較適合選用截面積超過(guò)35 mm2的多股銅導(dǎo)線。在實(shí)際的防雷檢測(cè)中，防雷檢測(cè)人員在做好接地線線徑檢測(cè)的同時(shí)，還要注意查看各個(gè)金屬體與匯流排之間的連接狀況，規(guī)范要求過(guò)渡電阻值不高于0.03 Ω。

（2）結(jié)合《移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD 5068—98）的第3.3.2條規(guī)定，針對(duì)基站同軸電纜饋線的金屬外護(hù)層來(lái)說(shuō)，應(yīng)分別在上部、下部及經(jīng)過(guò)走線架機(jī)房入口處按照就近原則做好接地工作，而對(duì)于機(jī)房入口處的接地，則需要與距離較近地網(wǎng)引出的接地線進(jìn)行有效連通。若鐵塔高度超過(guò)60 m，則應(yīng)在鐵塔中部的同軸電纜饋線金屬保護(hù)層增加一處新的接地。在實(shí)際的防雷現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，除了注意檢查是否根據(jù)要求做好接地外，還要檢測(cè)其與站房室外匯流排之間的連接狀況，保證測(cè)出的接地電阻值不高于0.03 Ω[9]。除此之外，禁止室外匯流排直接與鐵塔進(jìn)行連接。

2.5 電涌保護(hù)器防雷檢測(cè)

當(dāng)前，為了保護(hù)移動(dòng)通信基站電源線路的安全，最為常見(jiàn)的是使用電涌保護(hù)器（Surge Protection Device，SPD）并選用分級(jí)保護(hù)的方式，以將雷電流逐級(jí)泄放進(jìn)入大地，有效扼制雷電流入侵到室內(nèi)，同時(shí)還能將雷電產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓幅值下降到設(shè)備可以承受的范圍內(nèi)，進(jìn)而保護(hù)電子設(shè)備安全。在對(duì)SPD進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，檢測(cè)人員應(yīng)打開(kāi)各個(gè)電柜，檢測(cè)其內(nèi)部安裝的電源或信號(hào)，同時(shí)注意以下幾點(diǎn)。

（1）SPD參數(shù)選擇。電源SPD第一級(jí)雷電防護(hù)中的最大電流超過(guò)100 kA，第二級(jí)雷電防護(hù)的最大電流超過(guò)了50 kA；信號(hào)SPD第一級(jí)雷電防護(hù)中的最大電流超過(guò)8 kA，第二級(jí)雷電防護(hù)中的最大電流超過(guò)10 kA。

（2）SPD安裝方式。若線路上安裝的是多級(jí)電涌保護(hù)，則應(yīng)保證電壓開(kāi)關(guān)型SPD與限壓型SPD之間的線路長(zhǎng)度在10 m以上，如果連接線長(zhǎng)度不足10 m，則需要布設(shè)退耦元件。對(duì)于限壓型SPD來(lái)說(shuō)，應(yīng)將其連接線長(zhǎng)度控制在5 m以上，若連接線不足5 m，則需要加裝退耦元件。若SPD安裝在電源線路上，則應(yīng)在其前端加裝過(guò)流保護(hù)器，同時(shí)還要結(jié)合SPD產(chǎn)品手冊(cè)中推薦的最大額定值來(lái)選擇對(duì)應(yīng)參數(shù)。如果額定值超過(guò)主電路中的過(guò)電流保護(hù)器，則可以不安裝SPD[10]。此外，應(yīng)保證連接SPD兩端的引線距離足夠短，通常不應(yīng)大于0.5 m。而針對(duì)SPD兩端接線線徑的要求則是第一級(jí)SPD線徑超過(guò)16 mm2，第二、三級(jí)SPD的線徑應(yīng)超過(guò)6 mm2。

3 移動(dòng)通信基站防雷措施

3.1 基站鐵塔防雷

移動(dòng)通信基站鐵塔部分主要有天線、饋線及塔燈電源線，由于長(zhǎng)期暴露在室外，極易遭受雷擊，因此應(yīng)做好雷電防護(hù)工作。利用基站鐵塔及常規(guī)避雷針，可以有效避免直接雷擊對(duì)天線的危害。大部分天線的防雷措施是在通信鐵塔上安裝避雷針，該法經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范要求設(shè)計(jì)?；咎炀€大都在鐵塔上，應(yīng)保證天線位于避雷針的有效保護(hù)范圍內(nèi)。在鐵塔頂部架設(shè)避雷針，同時(shí)還要與鐵塔進(jìn)行有效焊接。在滾球法的基礎(chǔ)上計(jì)算避雷針架設(shè)高度，滾球半徑應(yīng)與防雷保護(hù)等級(jí)相符，可以選用圓鋼或鋼管材質(zhì)作為避雷針材料。同時(shí)應(yīng)保證天線與避雷針之間有一定距離，避免因避雷針而造成天線輻射受損，進(jìn)而影響通信效果。實(shí)際上，鐵塔本身就是良好的引下線，因鐵塔自身接地良好，塔身截面足以雷電流安全通過(guò)。因此，只需要保證接閃器與鐵塔之間的電氣連接良好，并做好防腐工作，便可使雷電中的雷電流及時(shí)泄放進(jìn)入大地。

3.2 基站電力傳輸防雷

（1）高壓架空線。將避雷線架設(shè)到高壓架空線上方，且架設(shè)長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)500 m。若高壓架空線出現(xiàn)雷電流繞擊現(xiàn)象，則可通過(guò)安裝避雷線起到屏蔽、耦合及分流的作用，使雷電中的過(guò)電壓限制到高壓架空線路可以承受的范圍內(nèi)。為了有效抑制雷電波陡度和幅值，可在高壓架空線終端桿上布設(shè)氧化鋅類型的避雷器。同時(shí)還要對(duì)氧化鋅避雷器與避雷線進(jìn)行有效接地，除了終端桿外，每個(gè)避雷線桿均要單獨(dú)進(jìn)行接地操作。為了防止地電位反擊，應(yīng)保證站區(qū)內(nèi)的終端桿接地體同基站地網(wǎng)的距離在20 m以上，若距離不符，則需要連接地網(wǎng)。此外，基站外的各桿應(yīng)做好單獨(dú)接地，且選擇輻射形或環(huán)形接地體。

（2）供電電力變壓器。在通信基站中應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立電力變壓器，并將避雷器裝設(shè)到來(lái)波方向，以確保變壓器安全。應(yīng)在與變壓器位置較近的范圍內(nèi)布設(shè)變壓器高壓側(cè)的3根相線，將對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的氧化鋅避雷器選擇對(duì)地布設(shè)。

3.3 基站機(jī)房部分防雷

3.3.1 機(jī)房防雷

在屋頂通過(guò)布設(shè)避雷網(wǎng)或避雷帶的方式，將其作為接閃器使用是機(jī)房的主要防雷方式，同時(shí)還要根據(jù)就近原則直接將其焊接各種金屬設(shè)施，防止出現(xiàn)直接雷擊和繞擊。避雷帶和避雷網(wǎng)的材質(zhì)應(yīng)以圓鋼或扁鋼為主，若接閃器選用的是避雷網(wǎng)，則應(yīng)確保避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸與機(jī)房防雷等級(jí)保持一致。針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的機(jī)房，可以直接選用機(jī)房四周的墻面混凝土、梁、柱、樓板等作為引下線，并將鋼筋上端連接房頂處的避雷裝，下端與地網(wǎng)進(jìn)行電氣連接。

3.3.2 電源系統(tǒng)

在將多級(jí)防護(hù)應(yīng)用到電源系統(tǒng)中時(shí)，需要將其與設(shè)備布設(shè)位置和耐壓水平結(jié)合起來(lái)。其中將電涌保護(hù)器加裝到變壓器與機(jī)房配電屏電纜芯線位置作為第一級(jí)防護(hù)，以確保及時(shí)泄放流經(jīng)電纜的直擊雷與感應(yīng)雷，控制過(guò)電壓始終在千伏范圍內(nèi)。對(duì)于連接配電屏和配電箱間的電纜線，應(yīng)將電涌保護(hù)器布設(shè)到電纜芯線兩端，以對(duì)不間斷電源、整流器等設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，將其作為第二級(jí)雷電防護(hù)。在通信設(shè)備前段加裝電涌保護(hù)器，將其作為第三級(jí)雷電防護(hù)。通過(guò)采取多級(jí)雷電防護(hù)的方式，以達(dá)到控制電壓值的目的，使其在電子電氣設(shè)備絕緣承受的范圍內(nèi)。

4 結(jié) 論

移動(dòng)基站防雷檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是保證通信網(wǎng)絡(luò)暢通、人員和設(shè)備安全的重要環(huán)節(jié)，涉及基站鐵塔、天饋線、土建、供電、設(shè)備安裝以及周?chē)ㄖ炔煌矫妫瑧?yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)際情況入手，不斷提高移動(dòng)基站防雷檢測(cè)水平和基站自身的防雷能力。