徐志新

(天津市防雷中心，天津 300074)

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天津某移動通信基站防雷設(shè)計(jì)方案

徐志新

(天津市防雷中心，天津 300074)

相關(guān)資料表明，移動通信基站設(shè)備很難遭到直擊雷損害，對移動通信基站的雷電防護(hù)應(yīng)重點(diǎn)考慮過電壓的保護(hù)。同時各種防護(hù)措施又是互相影響的，所以移動基站的雷電防護(hù)應(yīng)全面有效。以某移動基站為例，通過防雷檢測分析其存在的問題，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，介紹了雷電過電壓保護(hù)產(chǎn)品如何選型，以及施工過程中需要注意的問題，并提出移動通信基站的雷電綜合防護(hù)方案。

移動基站；雷電過電壓；聯(lián)合接地；防雷設(shè)計(jì)方案

移動通信網(wǎng)是國家現(xiàn)代化通信網(wǎng)的重要組成部分，在信息基礎(chǔ)設(shè)施中占有重要地位。隨著三大運(yùn)營商成立“鐵塔公司”，對基站的建設(shè)、運(yùn)營和維護(hù)勢必會提出新的、更高的要求。基于移動通信的特點(diǎn)，大部分基站建在山區(qū)、郊區(qū)和主要交通干線上，相對周圍環(huán)境而言，形成十分突出的目標(biāo)。根據(jù)雷擊的選擇性可知，這些基站均處于易受雷擊的地方，存在著潛在的雷電風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)原信息產(chǎn)業(yè)部郵電設(shè)計(jì)院對全國十幾個省份移動通信基站遭雷擊情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，基站幾乎沒有一起因遭受直擊雷損壞的個例，95%的雷擊造成通信設(shè)備損壞事故是由雷電過電壓引起的。被損壞設(shè)備基本上是雷電感應(yīng)引起的電力線、電源設(shè)備、與外界有線纜聯(lián)系的信號電路及接口設(shè)備。因此對移動通信基站雷電過電壓的保護(hù)就更為重要。

移動通信基站的雷電過電壓保護(hù)，應(yīng)建立在聯(lián)合接地、均壓等電位基礎(chǔ)上，并應(yīng)根據(jù)雷電電磁場分布情況對局(站)內(nèi)的接地線進(jìn)行合理布放。因此移動通信基站雷電保護(hù)并非是簡單的接地或者單一的雷電過電壓保護(hù)器件的應(yīng)用，而是根據(jù)移動通信基站所處的具體位置、環(huán)境因素、所在地區(qū)的雷暴強(qiáng)度及雷暴日的多少來確定基站的雷電保護(hù)措施和方法，使各級防護(hù)相輔相成，形成一套完善的整體防護(hù)措施。

1 現(xiàn)場檢測情況

基站位于天津市津南區(qū)某農(nóng)田附近，周圍較為空曠，當(dāng)?shù)赝寥离娮杪蕿?～60 Ω·m，年平均雷暴日為29.3 d/a；通信機(jī)房建在鐵塔旁，距離鐵塔3 m，鐵塔高55 m，機(jī)房尺寸為5 m×5 m×3 m；鐵塔上的天線等通信設(shè)備已設(shè)置避雷針作為直擊雷防護(hù)，且機(jī)房位于避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)；基站無專用變壓器，交流電源線采用低壓架空電力線從附近村莊的變壓器引入，電源接地制式為TT接地系統(tǒng)，信號線采用帶金屬加強(qiáng)芯的護(hù)套光纜；饋線及其他同軸電纜金屬外護(hù)層分別在天線處、離塔處及機(jī)房入口處外側(cè)做好三點(diǎn)接地，室外走線架始末端均已接地；機(jī)房內(nèi)設(shè)置星形等電位連接網(wǎng)絡(luò)，第一級電源SPD、配電箱、電池架、開關(guān)電源、設(shè)備機(jī)架等均已接地。

2 存在問題分析

2.1 鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)未相連

現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，鐵塔和機(jī)房本身都有良好的接地系統(tǒng)，接地電阻值也達(dá)到了規(guī)范要求，但鐵塔地網(wǎng)和機(jī)房地網(wǎng)并沒有連接。當(dāng)鐵塔上方發(fā)生雷擊時，瞬間有較大的電流通過鐵塔入地，由于機(jī)房的地網(wǎng)與鐵塔地網(wǎng)并不相連，兩者相距又比較近，使兩地網(wǎng)之間產(chǎn)生了一個電位差，雷電流通過地電位反擊到機(jī)房內(nèi)的通信設(shè)備，使得通信設(shè)備損壞。

2.2 室外接地排接地方式不符合規(guī)范要求

機(jī)房在饋線窗處外側(cè)設(shè)置了一個接地排作為饋線的接地點(diǎn)，所有饋線外導(dǎo)體在進(jìn)入機(jī)房前與室外接地排連接，連接線為截面積16 mm2的多股銅線。當(dāng)發(fā)生雷電時，雷電流可通過饋線外導(dǎo)體泄放到機(jī)房外，但室外接地排沒有按照規(guī)范要求直接與地網(wǎng)相連，而是接在鐵塔塔身靠近機(jī)房的一側(cè)。

2.3 電源系統(tǒng)過電壓保護(hù)未采用多級保護(hù)

機(jī)房內(nèi)交流配電箱內(nèi)已安裝第一級電源SPD，在開關(guān)電源箱內(nèi)未安裝第二級電源SPD，直流側(cè)也未安裝相應(yīng)SPD，且通過檢查發(fā)現(xiàn)第一級電源SPD未按照規(guī)范要求采取3+1連接方式。根據(jù)GB 50689—2011《通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(簡稱GB 50689—2011)第9.2.1條[1]53之規(guī)定：低壓配電線路架空引入，交流電源系統(tǒng)雷電過電壓保護(hù)應(yīng)采用多級保護(hù)、逐級限壓的方式。

3 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)YD 5098—2005《通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(簡稱YD 5098—2005)第6.1.1條[2]26之規(guī)定：移動通信基站必須采取聯(lián)合接地、站內(nèi)等電位連接、饋線接地分流、雷電過電壓保護(hù)和直擊雷防護(hù)的綜合防雷措施。結(jié)合移動通信基站實(shí)際檢測情況，直擊雷、站內(nèi)等電位連接及饋線接地均已完善，僅從聯(lián)合接地、雷電過電壓保護(hù)兩方面提出設(shè)計(jì)方案。

3.1 聯(lián)合接地

基站地網(wǎng)應(yīng)由機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)組成，并應(yīng)充分利用機(jī)房建筑基礎(chǔ)(含地樁)、鐵塔基礎(chǔ)內(nèi)的主鋼筋和地下其他金屬設(shè)施作為接地體的一部分。當(dāng)鐵塔建在機(jī)房旁邊的地網(wǎng)時，應(yīng)將機(jī)房、鐵塔地網(wǎng)相互連通組成一個聯(lián)合地網(wǎng)，按照規(guī)范要求利用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼將鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)之間每隔3～5 m焊接連通一次，且連接點(diǎn)不應(yīng)少于兩點(diǎn)。保證兩地網(wǎng)之間的等電位，使雷電發(fā)生時，整個基站處于同一電位，這樣才不會產(chǎn)生電位差，不至于發(fā)生地電位反擊。

3.2 電源雷電過電壓保護(hù)

3.2.1 確定各級SPD的Imax值 根據(jù)GB 50689—2011中表9.3.5[1]57之規(guī)定，移動基站電源系統(tǒng)SPD最大通流容量(Imax)的選取可參照該表?；疚挥谔旖虺墙记覠o專用配電變壓器，當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤諡?9.3 d，屬于中雷區(qū)。結(jié)合基站具體情況，第一級SPD應(yīng)選取M型易遭雷擊環(huán)境因素下Imax=80 kA，第二級和直流保護(hù)部分SPD的Imax值選擇也參照該表。

3.2.2 SPD安裝模式 根據(jù)現(xiàn)場檢測情況，電源接地制式為TT接地系統(tǒng)，按照GB 50689—2011第9.2.5條[1]54之規(guī)定：進(jìn)入基站的交流配電箱內(nèi)應(yīng)選取“3+1”模式的交流電源SPD，安裝SPD應(yīng)嚴(yán)格按照圖1接線方式，避免選型、接線錯誤造成所安裝的SPD在遭受雷擊時不能最大限度地發(fā)揮其效能。

圖1 TT供電系統(tǒng)SPD安裝示意圖

3.2.3 規(guī)范中對SPD的其他要求 除了GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]中對SPD的要求，還應(yīng)符合通信局(站)對SPD的相關(guān)要求。①在使用多級保護(hù)時，各級防雷器之間應(yīng)保持不小于5 m的退耦距離或增設(shè)退耦器件。②移動通信基站、接入網(wǎng)站等中小型站點(diǎn)所使用的交流配電系統(tǒng)防雷器的最大持續(xù)運(yùn)行工作電壓不宜小于385 V。③在電源SPD的引接線上，應(yīng)串接空開或保險(xiǎn)絲。④通信局(站)雷電過電壓保護(hù)應(yīng)采用限壓型SPD。⑤使用模塊式電源SPD時，引接線長度應(yīng)小于1 m，SPD接地線的長度應(yīng)小于1 m。⑥通信局(站)采用的電源用第一級模塊式SPD，應(yīng)具有SPD模塊損壞告警、遙信、SPD劣化指示、熱熔和過流保護(hù)、雷電記數(shù)等功能。⑦SPD的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)以信息產(chǎn)業(yè)部批準(zhǔn)認(rèn)可的防雷產(chǎn)品質(zhì)量檢測部門的檢測報(bào)告判定，且檢測報(bào)告不得超過規(guī)定的實(shí)效；SPD應(yīng)取得當(dāng)?shù)貧庀笾鞴軝C(jī)構(gòu)的備案文件。

3.2.4 選定各級SPD ①在交流配電箱內(nèi)安裝型號為VAL-ME 120/3+1/FM的電源SPD(參數(shù)指標(biāo)Uc=385 V，In=60 kA，Imax=120 kA)作為第一級電源防護(hù)。②在開關(guān)電源箱交流側(cè)安裝型號為VAL-MS 385/65/1+1-FM的電源SPD(參數(shù)指標(biāo)Uc=385 V，In=30 kA，Imax=65 kA)作為第二級電源防護(hù)。③在開關(guān)電源直流側(cè)安裝型號為VAL-MS 60的電源SPD(參數(shù)指標(biāo)In=15 kA，Imax=40 kA)作為直流電源防護(hù)。

3.3 信號雷電過電壓保護(hù)

根據(jù)GB50689—2011第9.5.1條[1]62之規(guī)定，“進(jìn)入通信局(站)的電纜芯線及各類信號線應(yīng)在終端處線間或?qū)Φ丶友bSPD，空線對應(yīng)就近接地。”選擇在光端機(jī)的輸出端或BTS的輸入端線路中安裝型號為C-UFB-5DC/E-LAN 2M的信號SPD(參數(shù)指標(biāo)In=10 kA)，將光纜金屬加強(qiáng)芯及金屬護(hù)套與室內(nèi)總接地排連接。

3.4 饋線雷電過電壓保護(hù)

根據(jù)GB50689—2011第6.6.5條[1]42之規(guī)定，“GPS室內(nèi)饋線應(yīng)加裝同軸防雷器保護(hù)，同軸防雷器獨(dú)立安裝時，其接地線應(yīng)接到饋窗接地匯集排?！边x擇型號為CN-UB-280D-SB的信號SPD(參數(shù)指標(biāo)In=5 kA)串接在饋線線路中，同軸SPD接地線連接至饋窗外接地排，同時基站饋線已做好三點(diǎn)接地，改造中無需考慮。

3.5 饋窗處室外接地排接地方式改造

將室外接地排用95 mm2多股銅線連接至已改造好的聯(lián)合地網(wǎng)，連接處采用銅鼻子連接牢固。

4 結(jié)語

通過防雷檢測，發(fā)現(xiàn)移動通信基站存在的問題及隱患，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合現(xiàn)代防雷技術(shù)提出全面改造方案，確保建構(gòu)筑物、站內(nèi)設(shè)備和工作人員的安全，保證通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

[1] GB 50689—2011通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國計(jì)劃出版社，2012.

[2] YD 5098—2005通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006.

[3] GB 50057—2010 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2011.

徐志新.天津某移動通信基站防雷設(shè)計(jì)方案[J].陜西氣象，2016(6)：41-43.

1006-4354(2016)06-0041-03

2016-06-13

徐志新(1981—)，女，天津人，漢族，學(xué)士，工程師，從事防雷設(shè)計(jì)、技術(shù)評價及檢測工作。

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