通信基站雷电防护关键技术研究

　　1基站接地系统

　　移动通信基站的地网由机房地网、铁塔地网和变压器地网共同组成，并且它们之间焊接联通形成一个联合接地网，如图1所示。机房的地网一般设置成环形接地装置，并充分利用机房建筑基础横竖梁内的钢筋焊接形成网格接地装置；铁塔地网和变压器地网应与机房地网多点连接，一般每隔3～5m作一次连接；由于高山移动通信基站所在地环境比较恶劣，土壤电阻率高，使得接地电阻值很难达到规范值要求，为了实现降阻和达到较好的泄流效果，需在联合地网的外围增设辐射型的外引水平接地体，外引水平接地体的长度应不大于2√ρ，ρ为土壤电阻率。移动通信基站的联合地网是基础地网，除此之外通信基站的接地还包括工作地、保护地、信息设备的逻辑地、防雷地等等，这些接地应共用基础地网，形成共用联合接地网，相对于独立接地，这种共用接地系统更有利于系统的安全，已被专家学者认可，也广泛应用于各行各业的接地装置。关于通信基站的接地电阻值，在通信行业规范YD5068-98中规定基站接地电阻值不大于5Ω，后来在规范YD5098-2005中放宽到不大于10Ω，除此之外根据防雷技术规范GB50057-2010、GB50343-2012等的要求，采用共用接地系统时接地电阻值应按最小的要求值确定，一般配电系统的接地电阻值为不大于4Ω，重要机房的接地电阻值可能要求不大于1Ω，这对于高山站来说很难达到要求，降到这样的低电阻值将耗费大量的人力财力物力，非常不经济，因此高山移动通信基站的接地电阻值需结合当地土壤电阻率、雷暴日等气象条件和经济性综合考虑，特殊条件下可适当放宽接地电阻值的要求，并强调其他雷电防护措施的完整性和有效性。

　　2机房等电位

　　由于高山移动通信基站的接地电阻值一般很难达到规范值要求，此时做好基站的等电位连接措施显得尤为重要，等电位连接主要起到均衡电位的作用，通信基站机房的等电位是重中之重，因而做好高山移动通信基站机房的等电位连接对减少因电位差引起的雷电危害意义重大。机房基本的等电位连接结构为S型（星型结构）等电位连接结构和M型（网状结构）等电位连接结构，或者这两种结构的组合形式。S型结构为单点接地形式，机房内所有设备、设施的等电位连接线最终通过一个基准点连接到接地排上，M型结构可看作多点接地形式，设备设施之间通过等电位连接线相互连接并最终通过多点连接到接地排上。S型接地结构适用于低频网络，这种结构导致一些接地线的长度很长，由于当功能性接地的接地线长度l为干扰频率波长的1/4或其奇数倍时将产生谐振，接地线的阻抗为无穷大，相当于一根天线，不再利于接地，因此对于高频网络（如100MHZ），不再适用S型接地结构，应该采用M型接地结构，此结构能使接地线尽量短，如达到不大于0.5m，为了保证设备接地达到良好的效果，通常在设备对角作两根接地线，并且两根接地线的长度差控制在20%以内。基站机房内的设备设施如网络柜、交换机、通信柜、电源柜、配电箱、UPS电池、走线架等等都应做好接地处理，等电位接地线的规格需符合规范要求，通常汇流排的截面积不小于35mm2，一般设备接地连接线的截面积不小于16mm2，小型设备接地连接线的截面积不小于4mm2。除此之外进入机房的各种线缆（如电缆、光缆、信号线、天馈线）的金属外层或加强芯都应在入户处就近做好等电位连接处理；机房天面上的金属设备也应就近做好接地或等电位连接处理。

　　3浪涌保护技术

　　雷电对基站的危害一方面来自直击雷害，直击雷害主要通过安装接闪器、引下线和接地装置进行防护，另一方面的危害来自感应雷危害，雷电波、雷电电磁感应引起的过电压过电流通过线路引入到机房内部对设备造成破坏，而且由于基站机房内电子设备较多，感应雷危害占实际雷电危害的绝大部分，防护感应雷除了等电位连接措施，安装浪涌保护器也是一重要方面。浪涌保护器主要通过限制瞬态过电压和分走雷电流对设备进行保护。由于进入通信机房内的线路较多，包括电源线、信号线、天馈线等，因此需安装不同类型的浪涌保护器，本文主要分析电源系统浪涌保护器的安装。通信基站电源系统雷电过电压保护应使用分级保护，按照防雷分区的原则安装多级浪涌保护器，并且各级之间应保持必要的退耦距离或增设退耦器件。通常第一级浪涌保护器安装在低压配电输入端，如变压器低压侧或低压配电室电源入口处，对于高山通信基站，考虑到雷电环境恶劣，第一级浪涌保护器应选用大通流量的浪涌保护器来就行分流，如最大通流量不小于120KA；第二级浪涌保护器安装在后级配电处，如电源配电柜或开关箱等处，主要对雷电过电压进行限压；第三级浪涌保护器作精细保护，安装在具体的设备处，如网络柜、控制柜、数据柜的电源引入处，进一步限制过电压到设备额定耐压值以下；第四级或后面级别的浪涌保护器用于对直流设备或更精细设备的保护。高山通信基站电源系统浪涌保护器的安装，一方面需要安装多级浪涌保护器，通过多级分流和限压达到保护设备目的，另一方面需要注意通流量参数和电压保护水平参数的选择，特别第一级需选用大通流量的浪涌保护器，电压保护水平应根据被保护设备的耐压值进行确定。4其他防护措施高山通信基站其他雷电防护措施包括接闪器、引下线及屏蔽措施等。接闪器直接在铁塔或通信杆顶端利用短针作接闪，铁塔顶端通信线缆和设施应在避雷针保护范围内，关于引下线原则上可以直接利用铁塔或信号杆对雷电流进行引流，考虑到铁塔本身金属构件电气连接贯通的不确定性，并且为了更快的泄放雷电流，减少雷电流的二次危害，高山站宜采用专设引下线，对于铁塔应采用两根或以上40mm×4mm扁铁作专设引下线，引下线与铁塔之间通过引下线夹具进行固定，上端与接闪短针连接下端与地网连接（如图2所示）。

　　高山通信基站由于所处地理环境的特殊性导致其比较容易遭受雷电危害，本文分析探讨了高山通信基站雷电防护措施中的接地技术、机房等电位连接、电源系统浪涌保护技术和直击雷防护措施等。高山通信基站的雷电环境复杂，雷电防护措施还应具体项目具体考虑，本文对关键防护技术的探讨与分析仅供同行参考与借鉴。

　　作者:梁忠武 黄耀磊 周国军 尹娟 单位:湘西土家族苗族自治州气象灾害防御技术中心