張旺

【摘要】 在移動(dòng)通信工程建設(shè)中，通信鐵塔作為基站饋線屏蔽層的接地體這一現(xiàn)象相當(dāng)普遍，本文淺析這一工程現(xiàn)象危害，希望與廣大基站工程建設(shè)參與者共同探討。

【關(guān)鍵詞】 通信鐵塔 獨(dú)立避雷針 雷擊

一、基站建設(shè)中的防雷接地誤區(qū)

無(wú)線通信的迅猛發(fā)展，通信鐵塔如雨后春筍般林立于城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、山野。這些高聳于大地之上的鐵塔是引雷體還是接地體？筆者根據(jù)雷電的基本原理、基站雷擊典型案例勘察和長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)上萬(wàn)個(gè)基站建設(shè)過(guò)程的實(shí)際觀察結(jié)果認(rèn)為：通信鐵塔是引雷體而不是其他設(shè)施的接地體。

二、通信鐵塔的結(jié)構(gòu)——獨(dú)立避雷針

通信鐵塔由避雷針、避雷針雷電流引下線（扁鋼）、塔體組成。避雷針用金屬緊固件與塔體頂部直接相連接，雷電流引下線（扁鋼）與避雷針連接，并從上至下用金屬件與鐵塔相連接。

三、雷云對(duì)地面鐵塔及其他物體直接放電的基本原理

假如帶負(fù)電荷的雷云位于鐵塔（或其他建筑物）上空，由于靜電感應(yīng)的作用，雷云下方的鐵塔、其他建筑物、地面，都帶上了與雷云相反的正電荷。

雷云與地面越近，電場(chǎng)強(qiáng)度越大。當(dāng)雷云 繼續(xù)向地面接近使雷云與地面間的電場(chǎng)強(qiáng)度增加到一定程度時(shí)，雷云中一些帶電微粒將向地面運(yùn)動(dòng)而形成先導(dǎo)放電。先導(dǎo)放電向地面梯級(jí)式跳躍發(fā)展形成下行先導(dǎo)。當(dāng)下行先導(dǎo)逐漸接近地面鐵塔或其他建筑物時(shí)，地面鐵塔或其他建筑物上的正電荷被帶負(fù)電荷的下行先導(dǎo)吸引而開始向上放電，形成上行先導(dǎo)，并迅速與下行先導(dǎo)會(huì)合形成雷電通道，同時(shí)開始主放電——地面鐵塔或其他建筑物便發(fā)生了直擊雷或側(cè)擊雷。

四、雷電流的熱能可使避雷針的引下線熔斷

當(dāng)鐵塔遭受直擊雷時(shí)，流經(jīng)鐵塔的雷電流i與鐵塔的波阻抗Zj的大小有關(guān)，Zj值越小則雷電流越大。

設(shè)鐵塔為二類防雷建筑，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC61312—1的規(guī)定，流經(jīng)鐵塔的雷電幅值電流I為150KA，當(dāng)雷云與鐵塔間的放電通道電阻（波阻抗）R為1Ω時(shí)，其峰值功率為：

Pm=I²R=2.25×10¹⁰W。

雷擊電流脈沖產(chǎn)生的強(qiáng)大脈沖功率，一部分以電磁波的形式向四周傳播，其余部分將主要轉(zhuǎn)化為熱能，雷電的放電通道溫度可達(dá)6000～10000℃，甚至更高。用于避雷針雷電流引下線的扁鋼，如果截面積較小、接觸電阻較大（每節(jié)扁鋼間的連接不是焊接而是用螺栓壓接），將會(huì)被高溫加熱變形甚至熔化。四川XX地通信鐵塔曾發(fā)生避雷針引下線（扁鋼）被雷擊熔斷的典型案例。2001年7月25日，四川某地普降暴雨，6個(gè)基站因雷擊斷電、11個(gè)基站因雷擊光纜中斷。其中一個(gè)基站避雷針的法蘭盤處被雷電擊斷，避雷針落在距機(jī)房20m的農(nóng)戶住宅一角的床前，險(xiǎn)些殃及人命。

五、對(duì)過(guò)去工程中接地的反思——錯(cuò)誤的將鐵塔作為接地體

基站由傳輸線路系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、塔桅系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)、地網(wǎng)系統(tǒng)、室內(nèi)設(shè)備等系統(tǒng)組成。參與基站建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工人員對(duì)組成基站的各系統(tǒng)缺乏全面的認(rèn)識(shí)，對(duì)基站工程建設(shè)中的接地與防雷缺乏全局性的系統(tǒng)考慮，對(duì)局（站）防雷接地標(biāo)準(zhǔn)缺乏正確的認(rèn)識(shí)和理解。因此，工程中各行其是，隨意接地的現(xiàn)象十分突出。略舉實(shí)例簡(jiǎn)要敘述：

由于鐵塔頂端的避雷針是與鐵塔直接連接的，用于避雷針專用雷電流引下線（扁鋼）也是和鐵塔直接連通的，并且將饋線屏蔽層接于塔體上，因此，避雷針、避雷針專用雷電流引下線、饋線屏蔽層、鐵塔已經(jīng)組成一個(gè)不可分割的高聳于地面的引雷體。當(dāng)避雷針遭受直擊雷、或鐵塔遭受側(cè)擊雷時(shí)，雷電流至屏蔽層與鐵塔連接點(diǎn)N時(shí)，將分兩支電流I1和I2，其中電流I1通過(guò)鐵塔直接流入地網(wǎng)；I2則從饋線A端屏蔽層流入，經(jīng)全線流至B端后再經(jīng)機(jī)房入口處的接地排流入地網(wǎng)。當(dāng)I2流入饋線屏蔽層時(shí)，饋線芯線產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電流I感 從A端流至B端進(jìn)入SPD；當(dāng)I感將SPD擊毀的瞬間，仍有強(qiáng)大的殘壓電流進(jìn)入基站的收發(fā)信機(jī)，將基站設(shè)備損壞。

將饋線屏蔽層直接與鐵塔相連，鐵塔（避雷針）引起饋線芯線的雷電感應(yīng)饋線越長(zhǎng)、與鐵塔的距離越近，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓越高。在實(shí)際工程應(yīng)用中，饋線的長(zhǎng)度多數(shù)大于20m，不僅與鐵塔平行布放，而且無(wú)間隔距離。因此，當(dāng)避雷針（鐵塔）遭受直擊雷時(shí)，饋線芯線中產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓可達(dá)數(shù)千伏至數(shù)十千伏。如果基站鐵塔遭受直擊雷或側(cè)擊雷，鐵塔上的瞬間雷電電壓可達(dá)上百萬(wàn)伏，饋線的金屬屏蔽層不能直接接在鐵塔上。工程中，將鐵塔作為其他設(shè)施的接地體的情況到處可見(jiàn)，。

六、產(chǎn)生上述錯(cuò)誤的原因

通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于饋線屏蔽層在鐵塔上接地的規(guī)定錯(cuò)誤；由于專業(yè)的分工，在大規(guī)模的建設(shè)中，設(shè)計(jì)、施工、防雷、接地各行其是，對(duì)防雷與接地缺乏科學(xué)系統(tǒng)的統(tǒng)籌設(shè)計(jì)和施工。

七、結(jié)論

通信鐵塔是獨(dú)立避雷針，當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，鐵塔是雷云與地面間的放電通道，不能作為饋線、GPS及其他設(shè)施的接地體。