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(wù)，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(jié)合在維護中發(fā)現(xiàn)的不同情況，我從通信基站有關(guān)雷電的產(chǎn)生和防范方面進(jìn)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(shè)備、通信電纜和操作人員，可能會造成建筑損毀、設(shè)備損壞、人員傷亡和電氣短路引起火災(zāi)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(yīng)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(dǎo)體感應(yīng)起電磁脈沖，我們稱為雷電電磁感應(yīng)脈沖，即通常所說的感應(yīng)雷。顯然感應(yīng)雷是由直擊雷引起的，感應(yīng)雷產(chǎn)生于導(dǎo)體中并沿導(dǎo)體傳播，損壞與導(dǎo)體相聯(lián)的某些設(shè)備或設(shè)備中的某些器件（這些設(shè)備或器件的耐沖擊水平較低）。通信基站的設(shè)備中有大量的集成電路通過金屬導(dǎo)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(yīng)雷的侵入提供了良好的條件。感應(yīng)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(shè)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(dǎo)體上感應(yīng)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(nèi)感應(yīng)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(yīng)雷的概率遠(yuǎn)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(yīng)雷。

二、通信基站的防雷

1、直擊雷的防護

    雖然有不少專家學(xué)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(rèn)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(dǎo)體會使大氣電場畸變，這樣雷云就容易向該導(dǎo)體放電，并且能量越大的雷電就越易補金屬導(dǎo)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(yīng)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(shè)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(biāo)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-94）。通信基站附近無鐵塔的，應(yīng)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(dǎo)引入地，引下線不得少于兩根，并應(yīng)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(yīng)不大于12米。引下線接地必須采用焊接，引下線應(yīng)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(jié)構(gòu)的建筑物，引下線應(yīng)利用建筑物內(nèi)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(dǎo)體，接地體應(yīng)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(yīng)將多根接地體連接成地網(wǎng)，地網(wǎng)的布置應(yīng)優(yōu)先采用環(huán)型地網(wǎng)，引下線應(yīng)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(nèi)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(yīng)埋深1米，其向建筑物引出的長度一般不大于50米�？蚣芙Y(jié)構(gòu)的通信基站應(yīng)采用建筑物基礎(chǔ)鋼筋做接地體。

2、感應(yīng)雷的防護

    前面已提到感應(yīng)雷是因為直擊雷放電面感應(yīng)到附近的金屬導(dǎo)體中的，其實感應(yīng)雷可通過兩種不同的感應(yīng)方式侵入導(dǎo)體：一是靜電感應(yīng)，在雷云中的電荷積聚時，附近的導(dǎo)體也會感應(yīng)上相反的電荷，當(dāng)雷擊放電時，雷云中的電荷迅速釋放，而導(dǎo)體中原來被雷云電場束縛住的靜電也會沿導(dǎo)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(yīng)，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(dǎo)體中產(chǎn)生很高的感生電動勢。研究表明：靜電感應(yīng)方式引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應(yīng)引起的浪涌。感應(yīng)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(yīng)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(jìn)行感應(yīng)雷防護時，電源是重點。

    感應(yīng)雷還可以通過空間感應(yīng)侵入通信基站的內(nèi)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(nèi)許多電信設(shè)備的抗過壓能力很弱，如果處理不當(dāng)也可能造成設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)有金屬屏蔽層，且必須埋地進(jìn)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(cè)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(yīng)注意以下問題：進(jìn)局電力電纜的防雷容易引起重視，而其它進(jìn)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(shè)施租用電信電力線等，這些電力線應(yīng)在防雷系統(tǒng)的保護范圍內(nèi)，否則應(yīng)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(guān)系，主要是引線電感會產(chǎn)生額外的殘壓，應(yīng)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(nèi)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(jìn)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(yīng)接地，最好在埋地進(jìn)局時接在底樓的接地匯接排上，而不要接在設(shè)備機架上。

    天饋線防雷主要是針對同軸電纜，接地的波導(dǎo)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(yīng)加裝相應(yīng)的高頻避雷器，避雷器的地線應(yīng)就近與機房的接地匯接排相連。天饋線的頂端應(yīng)通過鐵塔接地，在入站處應(yīng)接到機房匯接排。如果天饋線較長，在其中間應(yīng)每隔25米與走線架或鐵塔相連。

    移動通信設(shè)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(yīng)的避雷器。

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

    所有進(jìn)出通信基站的通信傳輸電纜應(yīng)采用有金屬屏蔽層的電纜埋地進(jìn)出，其屏蔽層應(yīng)在進(jìn)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(yīng)連接起來，組成聯(lián)合地網(wǎng)，如果是框架結(jié)構(gòu)的機房，建筑物的基礎(chǔ)鋼筋是優(yōu)良的環(huán)型接地網(wǎng)應(yīng)利用。聯(lián)合地網(wǎng)是通信基站內(nèi)所有設(shè)備共用的接地裝置。接地電阻是地網(wǎng)的一個重要指標(biāo)，部標(biāo)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(shè)備間的等電位。

    為保證通信基站防雷設(shè)計達(dá)到國家現(xiàn)行有關(guān)防雷標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(zhì)的防雷材料，有效預(yù)防通信設(shè)備免遭雷電危害，達(dá)到最完善的防雷效果。

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