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      移动通信基站的雷害与防护
      发布时间2014-7-15

      移动通信网是国家现代通信网的重要组成部分在信息基础设施中占有重要的地位随着通信事业的迅速发展移动通信基站越建越多而且这些基站承担着繁忙的通信信息的传输任务由于移动通信频段采用甚高频和特高?#25285;?#20854;电波为直线传播因此大多数移动通信基站都建在较高的地方以获得良好的通信效果这样移动通信基站相对于周围环境而言形成一个十分突出的目标从而导致移动通信系统和基站容易遭受雷击因此损坏通信设备的事故在全国各地多次发生有的基站遭受雷击后使通信中断直接经?#30431;?#22833;几十万甚至上百万元造成不良后果正因为如此对基站的雷击防护是一个十分重要的问题必须妥善解决以保证通信设备正常运行

      一 基站遭受雷击时的损害情况

          通过对部分遭受雷击的基站进行整治发现基站遭受雷击?#20445;?#36890;信设备损害的情况如下

      1 击坏脉码调制PCM的通路盘信令盘等设备

      2 击坏移动交换机EMX部位的TTYMTI板ASI板等

      3 击坏基站部位的VOC板BSC板包括VCCSCCCSC板等

      4 击坏电源部件等

      5 击坏与天馈线相连的高频机架

      二 雷电?#24067;?#36807;电压的成因

      1 雷击

      1 雷电直击到电源输入线继而损坏用电设备虽然电力传输线上都安装了各?#30452;?#25252;间隙和电力避雷器但是这虽然可使雷电冲击波经过输电线路时侵入线对地的电压受到了限制IEEEC62.41但线与线之间过电压则无法控制

      2 以感应方式如电阻性电?#34892;?#25110;电容性耦?#31995;?#30005;源线信号线或电话线上最终危害设备

      2 操作过电压

      众所周知当电流在导体上流动?#20445;?#20250;产生磁场储存能量电流越大导线越长储能越多所以当大负载特别是?#34892;源?#36127;载电器设备开关?#20445;?#20415;会产生?#24067;?#36807;电压?#24067;?#36807;电压对不同阻抗的负载将产生不同的损害另外供电网络上挂接了大量的电力电子器件组成的用电设备如大功率模块式整流电路开关电源等?#19981;?#32473;供电电网带来干扰形成浪涌过电压

      三 雷害引入途径

      1 铁塔天馈线引入雷害

      一般的基站铁塔高度约为50~60米有些甚至高达80~90米当铁塔的避雷针受到直接雷击?#20445;?#38647;电流途径之一是通过铁塔经其接地装置散流入地使地网地电位升高另一途径是如果天馈线为同轴电缆在其内导体上感应出较强的感应电流这样A-B段内导体上感应电流为iA-BB-C段内导体上感应电流为iB-CiA-C = iA-B + iB-C即为整个同轴电缆的感应电流如果有n条同轴电缆的总感应电流I = niA-C,这个感应电流最?#31449;?#21516;轴电缆内导体进入通信机烧坏移动通信设备例如1995年8月四川省某移动基站遭受一次雷击就是从天馈线引入雷电流结果PCM设备直接经?#30431;?#22833;20多万元影响了正常通信造成了不良后果

      1 架空电力线和其他架空线引入雷害

      移动通信系统的基站如果有架空电力线或其他架空线其架空电力线或其他架空线也是引入雷害的重要途径原因是当雷?#21697;诺r保?#20854;空间形成强大电场根据分析在架空电力线路靠近终端?#20445;?#20027;要成?#36136;?#27700;平电场出线在电场中的突出物体最易出线感应电荷的集中使其周围电场强度显著增加架空电力线路很容易发生尖端?#35834;?#32780;被雷电击中当架空电力线路遇雷电袭击?#20445;?#23558;过电压引入基站机房很可能烧坏基站的通信设备有?#20445;?#38647;云即使对地?#35834;不?#22312;架空电力线路上产生感应过电压当S2>h2时

      U=25Ih/S

      式中

      I----雷电流的幅?#25285;A

      h----架空电力线路高度米

      S----雷击点与架空电力线路间的距离米

      该过电压亦会对电源设备造成威胁当基站有其他架空线?#20445;部?#33021;在架空线上出现类似雷电过电压这类雷害事故主要表现为交直流电源盘的损坏和电话交换机的损坏

      2 基站机房引入雷害

      ?#25215;?#22522;站机房可能建在山顶上如果机房位置的海拔高度很高有时直击雷可能从横向及斜面击来出现所谓的绕过避雷针再击至被保护物的绕击现象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

      四 现代防雷特点

      1 外部防护----将绝大部分雷电流直接引入地下泄放

      2 内部防护及过电压保护----阻塞沿电源线或数据线信号线引入的侵入波危害设备

      3 过电压保护----限制被保护设备上雷电过电压幅值

      这三道防线互相配合各尽其职

      具体讲

      1 外部防护

          外部防护主要指直击雷的防护它是防雷技术的主要组成部分其技术措施可分为接闪器引下线接地体和法拉第笼对于外部保护IEC13121推荐全部雷电流的50%流入所考虑建筑物的接地装置另50%分配于进入建筑物的各种设施外来导电物电力线和通信线等由此可见外部保护的重要性对于计算机机房或邮电电信电力等行业的通信机房几微波站等一定要认真按标准或规范要求作好外部防护的措施接闪器建议采用具有限流功能的AR避雷针其已通过ISO9002质量体系?#29616;?#21450;信息产业部产品鉴定对于建筑物顶部的信息系统外置设备的直击雷保护应按GB5005794的第3.2.3条处置金属物体可不装接闪器但应和房屋防雷装置相连在房屋接闪器保护?#27573;?#20043;外的非金属物应装接闪器应和房屋防雷装置相连在房屋高度大于滚求半径?#20445;?#22914;屋面设置了合格的避雷带?#20445;?#21487;将房屋高度假定为正负零高度作避雷针并按滚球法计算其能否保护外部设备

      2 内部保护

          内部保护指对雷电等侵入的防护其技术措施可分为屏?#21361;?#22343;压等电位和防闪络等

      1 屏蔽

          屏蔽是利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减施加在计算机等设备?#31995;?#30005;磁干扰或过电压能量对计算机系统?#27492;担?#20855;体可分为建筑物屏蔽设备屏蔽和各种线缆的屏蔽强调一屏蔽管线的接地一般要求如户线采用地下电缆入户其电缆金属护层在前后两端作良?#23186;?#22320;二使?#23186;?#23646;丝编制网屏蔽电缆因其重量轻使用方便而广泛应用但是在电磁波频?#24335;?#39640;?#20445;?#20854;波长接近编织层网孔尺寸波的透入增加因此最好在穿一层金属管

      2 等电位连接

          其目的在于减少雷电流所引起的电位差等电位是用连接导线或过电压浪涌保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置建筑物的金属构架金属装置外来导线电气装置电信装置等连接起来形成一个等电位连接网络以实现均压等电位防止防雷空间内的火灾爆炸生命危险和设备损坏

      3 防闪络措施

      在IEC电子标准术语中对反向闪络定义为网络中通常处于地电位的部?#36136;?#21040;雷击而引起的相对地的绝缘闪络为防止闪络在国标GB50057-94中提出了等电位连接或隔离距离的要求对于装有防雷装置的建筑物在防雷装置与其他设施和建筑物内人员无法隔离的情况下应采用等电位连接当利?#23186;?#31569;物的钢筋或金属物结构作为引下线同时建筑物的大部分钢筋钢结构等金属物与被利用部分连成整体?#20445;?#37329;属或线路与引下线之间的距离可不受限制

       

      五 防护措施

      1移动通信系统的基站的接地系统应按?#31449;?#21387;等电位的理论改造或设计将机房地铁塔地交流变压器地共同组成一个联合接地的大地网见图联合接地主要解决两个技术问题一是解决雷击对通信设备和工作人员的安全问题二是用三相五线制供电解决交流电流对通信的干扰问题

      2天线铁塔防雷

      1 移动通信天线应有防直击雷的保护措施天线铁塔应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的保护区如图所示其中保护角取30㡫45㣬多数保护设计取30㡣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

      2 当铁塔比较高?#20445;?#22825;馈线包括塔灯电源线金属护套引下线?#23478;?#22810;点接地以增加雷电流的入地途径和使馈线?#31995;?#36807;电压分割为多断加强分流和均压效果并将馈线在机房外就近接入地网使由馈线上引入机架?#31995;?#36807;电压减至最小程度

      3 塔灯电源线相线在机房入口处对地加装氧化锌无间隙避雷器零线直接接地

      3 架空电力线和其他架空线的防雷

      1 由上面分析可知架空电力线也是移动通信基站引入雷害的通经之一因此有条件的基站应将架空电力线改为电缆并埋入地下其深?#20219;?0cm且使用有金属屏蔽层的电缆为好如果无金属屏蔽层?#23186;?#23646;管套包?#35834;?#32518;最好金属层接地且要作防锈处理在进入机房前电缆金属层要与机房联合地网相连交流电缆进入机房后还要采取防雷措施

      2 电话线的防雷问题也应重视众所周知移动通信网大多都需要与有线电话网相连因此有时要将电话线引上高山不少基站采用架空电缆上山因而很容易遭受雷击电话电缆的防雷首先是电话电缆必须有金属屏蔽层在电话电缆进入机房前金属屏蔽层应与机房的联合地网相连进入机房后电话线上还要安装防雷器件然后方可接入终端设备

      4 机房防雷

      1 机房应有防直击雷的保护措施机房屋顶应设避雷网其网格尺寸不大于3m*3m,并与屋顶避雷带按3m间距一一焊接连通机房房顶四角应设雷电流引下线该引下线可用  40mm*4mm镀锌扁钢其上端与避雷带下端与地网焊接连通机房屋顶上其他金属设施?#30452;?#23601;近与避雷带焊接连通

      2 机房地网铁塔地网变压器地网间至少要有两根镀锌扁钢相连接

       

      六 其他需要?#24471;?#30340;问题

      1 移动通信基站供电采用K.27建议推荐的TNS三相五线制主要解决交流零线?#31995;?#19981;平衡电流通过联合接地体对移动通信的干扰问题因为供电交流电流较大?#34892;?#32447;平时就有电流用其作为保护地线?#20445;统?#20026;干扰源所以不能采用?#34892;?#32447;作为交流保护地线为了防止零序电流流入联合接地地网应直接从?#34892;?#28857;引一根线无流零线作为交流保护地线严禁采用?#34892;?#32447;作为交流保护地线

      2 移动通信基站的机房配线方?#25509;?#35813;按单点接地原理配线见下图这种配线方式主要解决对通信的干扰问题因为这种配线方式使干?#35834;?#27969;不能形成回路解决了从配线方式可能形成的对通信的干扰问题

      3 日常维护工作应注意以下几点

       防雷的施工单位应严格按照防雷设计要求施工如接地体的装设机房配线方式等

       新建 改建扩建的移动通信系统的基站维护单位要作?#30431;?#24037;检验工作应把防雷设施的施工质量作为随工检验的主要内容之一

       选择移动通信系统的基站防雷器件?#20445;?#24212;选用符合国家标准行业标准指标要求并经过有权检测?#34892;?#26816;测认可的防雷器件在使用中定期检测防雷器件的各项指标如发现不合格应定期更换

      北京爱劳高科技有限公司

      2000.5.15

       

       

       

       

       

       

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