郭光

摘 要：文章介紹了移動基站的雷擊風險評估方法，指出了移動基站潛在的雷擊風險，以及基站遭受直擊雷時對周圍電磁環(huán)境造成的影響，并提出降低雷擊風險的相應措施，對拓展雷擊風險評估的研究領域具有重要作用。

關鍵詞：移動基站；雷擊風險評估；雷電電磁脈沖

1 概述

隨著我國移動用戶的不斷增加和對移動網絡服務精益求精的需求，移動基站的密度越來越大，由于移動基站天線塔較高，而且大多數移動基站位于郊區(qū)或者高山上，雷雨天氣時極易遭受雷擊，對基站內的通信設備造成損害，同時移動基站附近頻繁的落雷還惡化了周圍的電磁環(huán)境，對基站附近的電子信息系統(tǒng)也構成一定的危害，因此，有必要對移動基站做出科學而合理的雷擊風險評估，將雷擊基站的風險降到最低點。

2 雷擊風險評估方法介紹

雷擊風險評估是根據雷電及其災害特征進行分析，對可能導致的人員傷亡、財產損失程度與危害范圍等方面的綜合風險計算，為建設工程項目選址和功能分區(qū)布局、防雷類別與防雷措施確定等提出建議性意見的一種評價方法。

雷擊風險評估的主要任務包括：識別組織面臨的各種風險（R）；評估損害風險概率（P）；評估損害的損失率（L）；可能帶來的經濟損失（Re）；確定組織承受風險的能力（RT）；確定雷電電磁脈沖屏蔽的效能（SE）；推薦風險消減對策（方案a、方案b）[1]。

同其它類型的雷擊風險評估一樣，風險計算主要包含三個重要的方面：雷擊損壞的概率和損失率，而損壞概率又是與年預計雷擊次數N，密切相關，直接決定著風險的大小。上述因子通過某種關系組織在一起，構成了風險值R。

3 移動基站的雷擊風險評估

本評估方法的前提是沒有給移動基站提供任何特殊的保護措施，這種保護措施包括基站自身組成的部分或者線纜外部自身的保護裝置。但是，現實中總有一些因子減小了雷電對基站的影響，所以破壞發(fā)生的可能性總比理論要低一些。

3.1 移動基站雷擊風險評估的公式

移動基站的風險R依然由雷擊損壞的頻率F，和損失率δ，且存在下列關系[2]：

R=∑F·δ

3.2 移動基站的組成及其雷電損害成因

移動基站由基站建筑物、電力線纜、電信線纜、基站設備和鐵塔天線組成。根據雷電的破壞途徑和規(guī)范，直接或者間接對移動基站造成的損壞成因可以分為四種：雷擊建筑物或天線直接造成損壞；雷擊鄰近建筑物電流泄放入地時通過電阻或電感耦合對移動基站內設備造成的損壞；雷擊入戶設備（電力、電信線纜）造成的損壞；雷擊與基站連接的鐵塔天線時造成的損害。

3.3 雷擊損壞的頻率F

風險區(qū)域包含組成基站的各個構筑物的單獨風險區(qū)域部分，應該注意到不同的風險區(qū)域可能會重疊在一起，當計算總的風險區(qū)域時應注意這點，也就是說要單獨計算每部分的實際等效面積。

高的天線鐵塔在一定程度上可以保護比它矮的移動基站的機房免受直擊雷損害，一般直擊雷引起的破壞要遠遠大于感應雷引起的破壞。因此，對于入戶的線纜要比地面附近需要保護的區(qū)域優(yōu)先考慮。

四個表達式分別描述了直擊雷對基站造成的損害d，雷擊基站附近引起的損害n，雷電擊中線纜或線纜附近引起的損害s，雷擊與機房連接的鐵塔，對基站造成的損害a。在大多數的情況下，第三種引起的損害是占主要地位的，但是對比較大的建筑或者有移動鐵塔的建筑，來自其它幾種的影響占主導地位的。

在計算等效面積時將各種因素單獨分開計算，有利于識別保護失敗的原因，并提出最有效的方法。

3.4 損害概率P的估算

不同的概率P取決于用于降低損壞可能性的已經存在或將要采取的措施，所以影響P的各種因子可以分為兩類，一類是本身自然具有的保護措施的因子，如建筑物的材料、天線、地網；另一類是給建筑物或者線纜提供的特殊的保護裝置的因子，如SPD、線纜屏蔽。概率P不能大于1。

同建筑物雷擊風險評估中的損害概率P一樣，移動基站的損害概率P也由幾個分項組成，分別是基站內部及外部的地表類型、基站的結構類型、基站外部的保護裝置、基站內部的保護裝置和入戶線纜的特性。這些概率值應該基于計算或者長時間的實踐得出，但是當無法確定時，可以采取下列表格中的參考數據，當基站滿足同一個表格內的多項時，應將各因子相乘得出風險值，因為采取的措施越多，損害的概率就越小。

3.5 損壞的風險R

移動基站可以承受的一系列的風險可以用下式表示：R=（1-e-F·t）·δ，可以簡化為R=F·δ=∑Fi·δi

權重因子δ表示由于雷擊移動基站附近或相應的入戶線纜造成的間接破壞的影響。它表示沒有保護的基站的年預計損害與被保護對象的總價值之間的關系。權重因子δ應該根據不同的損害類型采取不同的方法。

3.5.1 人員傷亡

人員安全是防雷保護設計和安裝的關鍵問題。人身安全風險存在于絕緣體擊穿或由于在安裝和維護與線路連接的設備時發(fā)生的浪涌。為了防止發(fā)生嚴重的人員傷亡，人員傷亡的權重因子δ定為1。

3.5.2 服務設施損失

雷擊造成服務設施的潛在損壞經常是很難估計的，舉一個例子，假如一個移動基站在工作了24小時后被損壞了，一種嚴重的情況是在這段時間內或者更長時間內無法正常工作，比如附近的移動天線被雷擊了。在這個假設下，δ=24/8760，但是，大多數情況下， 服務設施的損害僅僅是網絡設施的一部分，損害的后果減小到nx/ntot，nx是因損害受影響的用戶數量，ntot是連接到交換機或者遠程站點的總用戶數。

3.5.3 物理傷害

移動基站的內的硬件設備即使在沒有保護的情況下也是很少損壞的。通常是連接到外部網絡接口的部分會損壞，例如各種網絡和通訊端口。對于硬件的損害，對應δ的典型值為0.2，更高的值用于雷電直接擊到網絡線纜時的選擇。直擊雷對移動基站機房或鄰近設施，尤其是鄰近的天線將會造成比浪涌侵入線路更為嚴重的損壞。對于沒有保護的移動基站，δ值最高取到0.8已經算是比較現實了。

3.6 可接受的風險Raccept

保護措施的目的是為了減小損害的數量，把損害的風險降低到可以承受的范圍之內，如果要考慮經濟損失風險的話，可接受的風險水平要由移動運營商來決定。當可接受的風險水平確定以后，降低損害或用戶服務設施的損害應該占決定性因素了。它包括不可用的設備、計算機、其他信息設備的直接費用。服務中斷，可能也會影響到企業(yè)的生產力和收入，緊急服務由于操作失誤造成的簡介損失可能會更大，必須要給予高度的重視。排除經濟損失外，移動基站的損壞主要包括兩個方面：物理損失和服務設施損失。因此對應的可接受的風險也包括兩個，可接受的物理損壞的風險和服務設施損壞的風險，該風險應由移動通信運營商給出，下表給出了參考值：

3.8 雷擊大地密度Ng

Ng是雷擊風險評估時非常重要的一個因子，原則上該因子應該由雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)監(jiān)測到的實時雷電為依據計算得出，可以采用這樣的方法，將某地區(qū)的移動基站全部用GPS定位，然后將基站的位置反定位到地圖上，并且通過調閱雷電監(jiān)測預警系統(tǒng)的雷電資料，對移動基站附近三公里范圍內的地閃次數進行統(tǒng)計，用公式并且計算出移動基站的雷擊大地密度：

3.9 磁場評估

雷電在形成和發(fā)生階段，由于雷電感應原理可以形成兩種干擾源，分別為靜電場、雷電電磁脈沖。兩種干擾中，雷電電磁脈沖對電子系統(tǒng)的危害最大。雷電電磁脈沖是發(fā)生地閃或云閃時產生的一種時變電磁波，通過傳導干擾和電磁輻射干擾兩種方式對信息系統(tǒng)造成危害。對于傳導干擾，一般是在相應線路上安裝浪涌保護器，對設備的線路端口進行保護，而電磁輻射干擾，必須采用電磁屏蔽的方式，從靜電屏蔽和雷電電磁脈沖屏蔽入手，利用屏蔽體阻止電磁場在空間傳播而達到消減電磁場強度的目的。

評估移動基站的屏蔽效能時，可以用屏蔽體電磁效能測試系統(tǒng)的振蕩器產生接近首次雷擊或后續(xù)雷擊的電磁波頻率，測試現有建筑物和機柜的屏蔽效能，根據測試結果和設備對電磁騷擾的抗擾度進行屏蔽設計。

屏蔽體的屏蔽效能用下面公式表示：

SEH=20lgH0/HS（H0：屏蔽前某點的磁場強度，HS：屏蔽后某點的磁場強度）。

實驗室表明，當磁場強度大于0.07高斯時，裸露的電路板會發(fā)生誤動作，大于2.4GS時裸露的電路板會發(fā)生永久性損壞。因此，屏蔽效能的評估也是雷擊風險評估中非常重要的一個項目。

4 結束語

隨著雷擊事故的不斷發(fā)生，雷擊風險評估已經受到各個行業(yè)的關注?，F有雷擊風險評估還停留在建筑行業(yè)，對于特殊行業(yè)如化工、基站、風電、油輪的雷擊風險評估還處于空白狀態(tài)，文章提供的移動基站的雷擊風險評估給出的方法和思路，依然遵循建筑物雷擊風險評估的常規(guī)方法，可為其它特殊用途的生產、生活場所提供雷擊風險評估新的思路，完善防雷減災工作，為重大項目的決策提供一個科學的依據。

參考文獻

[1]蘇偉，羅佳俊.雷擊風險評估程序的開發(fā)與應用[J].電氣技術，2010（4）：32-36.

[2]易高流.雷電監(jiān)測資料在雷擊損害風險評估中的應用[J].江西氣象科技，2004，27（4）：45-47.

[3]尹娜，肖穩(wěn)安.區(qū)域雷災易損性分析、評估及易損度區(qū)劃[J].熱帶氣象學報，2005，21（4）：441-448.

[4]鄧春林，季嚴飛，劉剛.基于雷電定位數據的區(qū)域雷擊災害風險評估方法探討[J].南京信息工程大學學報：自然科學版，2010，2（3）：230-235.

[5]中國氣象局.QX/T 85-2007雷電災害風險評估技術規(guī)范[S].北京：氣象出版社，2008.