曾慶權，譚紹祿，梁桂蓮

（肇慶市氣象公共安全技術支持中心，廣東 肇慶 526060）

1 雷電對移動通信基站設備的危害

1.1 直接雷擊

在雷暴區(qū)內(nèi)，雷云直接通過人體、建筑物或相關設備對地放電產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象稱為直接雷擊，其破壞強度主要由電流特性決定，放電高電位對其產(chǎn)生的影響較小[1]。實際上，直擊雷出現(xiàn)時對基站的危害主要表現(xiàn)在以下兩個方面。一是通信基站機房。如果雷電出現(xiàn)時直接擊中獨立的基站機房或機柜，由于雷電中的雷電流極為強大，會逐漸轉為熱能，再加上存在明顯的雷電流高溫熱效應，極易引燃機房建筑物，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造成體積膨大，進而產(chǎn)生具有沖擊性的機械力，極易造成機房建筑物破壞斷裂，進而引發(fā)人員傷亡和設備受損。二是通信基站天線。對于基站天線來說，其是主要的雷擊破壞點，再加上大部分布設在機房房頂上，只有在極少數(shù)情況下安裝在鐵塔上，由于位置較高，極易形成突出目標物。若是天線被雷電擊中，那么雷電流將會進入到連接天線的饋線上，并借助于饋線向更遠的位置傳播[3,4]。饋線上會有熱或電效應出現(xiàn)，進而對機械和電氣造成破壞，同時還會對分布式基站、傳統(tǒng)射頻拉遠基站等設備造成破壞。

1.2 感應雷

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

1.3 雷電過電壓入侵

若安裝移動通信基站機房的建筑物不在雷暴活動范圍內(nèi)，那么選擇防直擊雷裝置可以起到保護和屏蔽機房對應電子電氣設備的目的，但有時仍舊會遭受到雷擊。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電壓入侵措施[6]。實際上，受到直擊雷和感應雷的影響，在電力電纜上均會有過電壓出現(xiàn)，入侵設備內(nèi)部，進而損害交直流電源、整流器。若電力電纜線是雷電過電壓的傳播線路，則其傳播距離和擴散面積均達到最大，特別是當?shù)啬昀妆┤諗?shù)較少時，一旦有雷電過電壓入侵現(xiàn)象，其造成的損失將極為嚴重。

結合相關部門統(tǒng)計結果表明，在所有的雷擊事故中，由于電源線是雷電過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 移動通信基站防雷檢測

2.1 是否采用共用接地

對于移動通信基站地網(wǎng)來說，其組成部分主要包括機房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)以及變壓器地網(wǎng)。為了做好基站接地工作，應在均壓、等電位原理的基礎上將工作接地、防雷接地和保護接地共同組成共用接地網(wǎng)[7]。針對基站各種類型的接地線，應分別從接地匯集線或接地網(wǎng)上引入。在對移動通信基站共用接地體進行首次檢測的過程中，需要檢測人員利用毫歐表測量兩個相鄰接地裝置的接地電阻值，若測出的接地電阻值不高于1 Ω，則說明電氣導通，若測出的接地電阻值比實際值偏大，則說明是各自獨立接地。

2.2 接地電阻值的大小及測量

結合《移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范》（YD 5068-98）中的有關規(guī)定要求，應保證測量出的移動通信基站地網(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。在對接地電阻值進行測量的過程中，應根據(jù)使用儀器設備的相關要求，確保設備離地網(wǎng)的距離以及電壓極、電流極、測試極間的距離同規(guī)范要求相符，這樣才能有效提升測量結果的準確性水平。

2.3 線纜引入不規(guī)范的問題

結合《通信局（站）防雷與接地工程設計規(guī)范》（YD 5098—2005）中第6.7.1條的規(guī)定，應做好移動通信基站電力電纜的埋地敷設工作，若選擇的是專用變壓器，則需將高壓電力電纜的埋設長度控制在200 m以內(nèi)[8]。對于進入到移動通信基站機房的低壓電纜來說，應確保埋地深度超過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鋼管后直接引入到機房內(nèi)部，同時根據(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)。在對線纜防雷進行檢測的過程中，應嚴格按照規(guī)范要求，對圖紙和現(xiàn)場情況進行全面查看，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報告中。

2.4 等電位連接系統(tǒng)檢查

將各個分開裝置與諸導電物體間產(chǎn)生的電位差降到最低，是等電位連接的主要目的。應根據(jù)最短距離原則，將移動通信基站機房內(nèi)的各種線纜金屬外層、工作接地、箱體、設備保護接地、屏蔽網(wǎng)、機架、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。

（1）《移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范》（YD 5068—98）的第3.5.3條規(guī)定，機房內(nèi)的走線架、機殼、吊掛鐵架、金屬通風管道、金屬門窗等設備應做好保護接地工作。保護接地的引線比較適合選用截面積超過35 mm2的多股銅導線。在實際的防雷檢測中，防雷檢測人員在做好接地線線徑檢測的同時，還要注意查看各個金屬體與匯流排之間的連接狀況，規(guī)范要求過渡電阻值不高于0.03 Ω。

（2）結合《移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范》（YD 5068—98）的第3.3.2條規(guī)定，針對基站同軸電纜饋線的金屬外護層來說，應分別在上部、下部及經(jīng)過走線架機房入口處按照就近原則做好接地工作，而對于機房入口處的接地，則需要與距離較近地網(wǎng)引出的接地線進行有效連通。若鐵塔高度超過60 m，則應在鐵塔中部的同軸電纜饋線金屬保護層增加一處新的接地。在實際的防雷現(xiàn)場檢測中，除了注意檢查是否根據(jù)要求做好接地外，還要檢測其與站房室外匯流排之間的連接狀況，保證測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行連接。

2.5 電涌保護器防雷檢測

當前，為了保護移動通信基站電源線路的安全，最為常見的是使用電涌保護器（Surge Protection Device，SPD）并選用分級保護的方式，以將雷電流逐級泄放進入大地，有效扼制雷電流入侵到室內(nèi)，同時還能將雷電產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓幅值下降到設備可以承受的范圍內(nèi)，進而保護電子設備安全。在對SPD進行檢測的過程中，檢測人員應打開各個電柜，檢測其內(nèi)部安裝的電源或信號，同時注意以下幾點。

（1）SPD參數(shù)選擇。電源SPD第一級雷電防護中的最大電流超過100 kA，第二級雷電防護的最大電流超過了50 kA；信號SPD第一級雷電防護中的最大電流超過8 kA，第二級雷電防護中的最大電流超過10 kA。

（2）SPD安裝方式。若線路上安裝的是多級電涌保護，則應保證電壓開關型SPD與限壓型SPD之間的線路長度在10 m以上，如果連接線長度不足10 m，則需要布設退耦元件。對于限壓型SPD來說，應將其連接線長度控制在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，則應在其前端加裝過流保護器，同時還要結合SPD產(chǎn)品手冊中推薦的最大額定值來選擇對應參數(shù)。如果額定值超過主電路中的過電流保護器，則可以不安裝SPD[10]。此外，應保證連接SPD兩端的引線距離足夠短，通常不應大于0.5 m。而針對SPD兩端接線線徑的要求則是第一級SPD線徑超過16 mm2，第二、三級SPD的線徑應超過6 mm2。

3 移動通信基站防雷措施

3.1 基站鐵塔防雷

移動通信基站鐵塔部分主要有天線、饋線及塔燈電源線，由于長期暴露在室外，極易遭受雷擊，因此應做好雷電防護工作。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)濟簡單，在設計中需嚴格根據(jù)規(guī)范要求設計。基站天線大都在鐵塔上，應保證天線位于避雷針的有效保護范圍內(nèi)。在鐵塔頂部架設避雷針，同時還要與鐵塔進行有效焊接。在滾球法的基礎上計算避雷針架設高度，滾球半徑應與防雷保護等級相符，可以選用圓鋼或鋼管材質(zhì)作為避雷針材料。同時應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，進而影響通信效果。實際上，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。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泄放進入大地。

3.2 基站電力傳輸防雷

（1）高壓架空線。將避雷線架設到高壓架空線上方，且架設長度應超過500 m。若高壓架空線出現(xiàn)雷電流繞擊現(xiàn)象，則可通過安裝避雷線起到屏蔽、耦合及分流的作用，使雷電中的過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氧化鋅類型的避雷器。同時還要對氧化鋅避雷器與避雷線進行有效接地，除了終端桿外，每個避雷線桿均要單獨進行接地操作。為了防止地電位反擊，應保證站區(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，基站外的各桿應做好單獨接地，且選擇輻射形或環(huán)形接地體。

（2）供電電力變壓器。在通信基站中應裝設獨立電力變壓器，并將避雷器裝設到來波方向，以確保變壓器安全。應在與變壓器位置較近的范圍內(nèi)布設變壓器高壓側的3根相線，將對應電壓等級的氧化鋅避雷器選擇對地布設。

3.3 基站機房部分防雷

3.3.1 機房防雷

在屋頂通過布設避雷網(wǎng)或避雷帶的方式，將其作為接閃器使用是機房的主要防雷方式，同時還要根據(jù)就近原則直接將其焊接各種金屬設施，防止出現(xiàn)直接雷擊和繞擊。避雷帶和避雷網(wǎng)的材質(zhì)應以圓鋼或扁鋼為主，若接閃器選用的是避雷網(wǎng)，則應確保避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸與機房防雷等級保持一致。針對混凝土結構的機房，可以直接選用機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)進行電氣連接。

3.3.2 電源系統(tǒng)

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

4 結 論

移動基站防雷檢測是一項復雜的系統(tǒng)工程，是保證通信網(wǎng)絡暢通、人員和設備安全的重要環(huán)節(jié)，涉及基站鐵塔、天饋線、土建、供電、設備安裝以及周圍建筑等不同方面，應不斷總結經(jīng)驗，從實際情況入手，不斷提高移動基站防雷檢測水平和基站自身的防雷能力。