淺談移動(dòng)通信的防雷措施(機(jī)房)

1、淺談移動(dòng)通信的防雷措施四川攀枝花移動(dòng)通信分公司施興林內(nèi)容提要：如何利用等電位體系統(tǒng)改善移動(dòng)基站機(jī)房的防雷效果。移動(dòng)通信基站是全球分布最廣，數(shù)量最多的無(wú)線基站，同時(shí)移動(dòng)通信設(shè)備又是集成化最高的通信 設(shè)備之一。在基站選址方面，盡可能的選在與周圍環(huán)境相比較為突出的地理位置上，這樣移動(dòng)通信基 站遭雷擊的事故便在所難免了。談到雷擊，許多人認(rèn)為塔上有避雷針，機(jī)房有保護(hù)地，室外有地線與地相連便可以了，正是由于 這種傳統(tǒng)觀念的影響，才造成了近年來(lái)許多移動(dòng)通信基站屢遭雷擊事故的發(fā)生。現(xiàn)在我們來(lái)看一組有關(guān)雷擊帶來(lái)?yè)p失的數(shù)據(jù)：在國(guó)內(nèi)，據(jù)有關(guān)部門對(duì)廣東、福建、浙江、江蘇、四川、北京、吉林等省市的抽樣統(tǒng)計(jì)，僅1997

2、年在上述省市移動(dòng)通信系統(tǒng)中因雷擊造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就多達(dá)1000萬(wàn)元。在國(guó)外，1994年德國(guó)法蘭克福eleltra. wvba保險(xiǎn)公司理賠金額統(tǒng)計(jì)中由于過(guò)壓、間接雷擊損害為 全部賠償金額的33. 8%,德國(guó)幕尼黑tela保險(xiǎn)公司對(duì)1978年-1994年之間對(duì)過(guò)電壓及雷擊造成的損失 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)已由1978年的不足4%上升到1994年的16%, 17年增加了 3倍多！因此我們應(yīng)對(duì)移動(dòng)通信基站的雷害加以高度重視，對(duì)雷害的防護(hù)也勢(shì)在比行。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)雷擊的 防護(hù)，那么必須對(duì)雷有一個(gè)簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)，概括的說(shuō)主要有以下幾點(diǎn)：（一）雷電是由于大氣層中的云層里程累了大量電荷所引起的放電現(xiàn)象，并且可以在兩塊帶有異

3、性電 荷的云層之間產(chǎn)生，也可以在云層與地面之間產(chǎn)生。（二）主要特點(diǎn)1放電時(shí)間極短，曲型盾為幾十微妙。2電流量非常大，常以安培計(jì)，又稱浪涌電流。3由于浪涌電流持續(xù)時(shí)間短，致使占有很寬的頻譜，但其主要集中在上頻附近。（三）雷的種類，主要有四種：1直擊雷：是雷電與地面，樹林，建筑等直接放電而形成的。2雷點(diǎn)侵入波：雷電發(fā)生時(shí)，雷電經(jīng)架空線路或者金屬管道等金屬體產(chǎn)生沖擊電壓，這些沖擊電 壓有隨著這些金屬的走向而迅速擴(kuò)散，以致形成危害。3球雷：是一種紫色或灰色的在不停滾動(dòng)的雷，它能沿地面滾動(dòng)或在空中漂動(dòng)，能從煙囪，門 窗等縫隙，孔洞竄入室內(nèi)，遇到人體或物體就會(huì)爆炸。4感應(yīng)雷：是一種感應(yīng)過(guò)電壓。（四）由于地

4、理，氣象條件的不同，各地的雷擊情形，雷擊發(fā)生的頻度，危害程度因地而異。因此我 們應(yīng)時(shí)刻警惕，既全面性地，又有針對(duì)性的采取防雷措施，防范于萬(wàn)一，保證設(shè)備的正常運(yùn)行 和人身安全。基站不僅是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，而是與之相關(guān)的許多設(shè)備如：空調(diào)、電源線、天饋線、地線、信號(hào) 線一起形成了一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)?；狙b在機(jī)房?jī)?nèi)，內(nèi)外有聯(lián)系，必然存在門窗，進(jìn)線孔 因此具有一個(gè)較為復(fù)雜的內(nèi)外部環(huán)境，對(duì)無(wú)孔不入的雷害提供了一個(gè)廣闊的空間和途徑，總的來(lái)說(shuō)主 要為以下途徑：一 傳統(tǒng)避雷針的副作用產(chǎn)生的三次雷擊效應(yīng)。傳統(tǒng)避雷針是美國(guó)人富蘭克林在1749年發(fā)明的（又稱富蘭克林針），在避免高大建筑遭受雷擊方 面發(fā)揮了巨大作用。避雷

5、針的作用眾所周知一引雷入地，在引雷入地過(guò)程中，由于引入地電流過(guò)于強(qiáng) 大（可達(dá)幾百ka）,放電時(shí)間短（為幾十微秒），因此將在引下線周圍產(chǎn)生瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)，在強(qiáng)磁場(chǎng)作用 下，處于磁場(chǎng)之中的導(dǎo)體將產(chǎn)生可達(dá)幾千甚至幾十kv的感應(yīng)電壓，如此之高的電壓勢(shì)必造成通信設(shè)備 的損壞，這一現(xiàn)象就是我們通常所說(shuō)的二次雷擊效應(yīng)。幾十年來(lái)通信設(shè)備從電子管，晶體管向集成電路過(guò)渡，由于電子管，晶體管的耐沖擊能力較強(qiáng)， 因此二次雷擊對(duì)電子管，晶體管的通信設(shè)備未能造戚太大的損害，移動(dòng)通信設(shè)備是集戚化較高的微電 子設(shè)備，其耐沖擊能力是造成雷害損失過(guò)大的主要原因。1996年8月29日四川某站遭雷擊，造成vcc、bsc板、pcm板多部位

6、接口被損壞。事故發(fā)生后， 檢查發(fā)現(xiàn)避雷針完好，接地電阻1歐，經(jīng)分析為明顯的二次雷擊事故。二天饋線引入感應(yīng)雷擊為了擴(kuò)大信號(hào)的覆蓋范圍，就要盡可能的增加天線架設(shè)高度(65m以上的占50%)。這樣在覆蓋范 圍提高的同時(shí)，也增加了鐵塔引雷的概率，當(dāng)塔上避雷針引雷入地，產(chǎn)生二次雷擊效應(yīng)時(shí)順?biāo)碌?天饋線首當(dāng)其沖，盡管按現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)范在天饋線安裝時(shí)已將饋線的上中下三點(diǎn)屏蔽接地，可一旦二 次雷擊效應(yīng)以下信號(hào)方式引入饋線時(shí)，收發(fā)信設(shè)備端口損壞也在所難免了。福建省某基站1997年6月因雷擊造成收發(fā)信設(shè)備的損壞，經(jīng)分析為從饋線引入雷擊的。(事故發(fā) 生后檢查饋線上中下層接地良好)三供電線路引入雷擊市區(qū)以外的移動(dòng)通

7、信基站使用的供電線路大多使用架空明線。實(shí)驗(yàn)表明，雷電頻譜在幾十miiz以 下頻域主要能量集中在直頻附近，因此雷電與市電藕荷的概率很高。盡管yd2011-93規(guī)范中，市電引 入機(jī)房采取部分處理。水中礦物質(zhì)的種類與含量、當(dāng)?shù)乩妆┣闆r等，它們均影響到接地系統(tǒng)的確定。目前常用的接地方案主要有以下幾種：1) 單個(gè)接地體的埋設(shè)形式a溝電極溝電極是一種水平電極，埋設(shè)在靠近土壤表面的位置，因?yàn)樗挂粋€(gè)大客積的大地起作用，所以 通常具有較低的電阻，但是夠電極要受地形的限制，其電阻易受季節(jié)的影響，另外，由于其埋設(shè)在土 壤表面，受機(jī)械損壞的可能性也較大。當(dāng)土壤電阻率一定時(shí)，可以采用長(zhǎng)的導(dǎo)線來(lái)降低溝電極的接地電阻，但

8、采用幾條較短的輻射狀導(dǎo) 線更為有利，因?yàn)橐粭l很長(zhǎng)的導(dǎo)線，它本身的電阻可能變成很重要的參數(shù)，再者在施工時(shí)埋設(shè)幾條短 的導(dǎo)線也比較方便，而且兩條或者更多條輻射狀導(dǎo)線的沖擊電阻比一條單一的長(zhǎng)線要低。b垂直棒電極垂直棒電極打入土壤，施工簡(jiǎn)單，使用靈活，經(jīng)濟(jì)節(jié)約，是一種常用的接地電阻，在土壤表面為 沙質(zhì)或水位相當(dāng)?shù)偷牡胤?，接地棒能夠打入到使地電阻大大降低的深度，?duì)由于溫度和溫度季節(jié)變化 而引起接地電阻變化的可能性，打得足夠深的接地棒比埋設(shè)在地面的電極要小得多。c極電極極電極是最初的接地方式，與棒電極相比效果差不多，但較浪費(fèi)，同前少用。2) 多極接地體通常單個(gè)的接地體很難達(dá)到要求，因此需將多個(gè)單獨(dú)接地體相

9、并聯(lián)起來(lái)，以得到足夠低的電阻。a在低電阻率優(yōu)質(zhì)土壤率地區(qū)，可采用將多根垂直電極并聯(lián)的接地方案。b在對(duì)高山高土壤地區(qū)而言，行行有效的方法是采用渾淺相連的基地極網(wǎng)加降阻劑的接地方式，即在 表上較厚，土壤電阻率較低的地帶采用淺界地極，然后將接地電極并聯(lián)起來(lái)組成接地網(wǎng)并在接地外 包上降阻劑。在以上接地方式中接地體選擇及安裝主要有以下要求：(1) 接地體宜采用熱鍍鋅剛材，其規(guī)格要求如下鋼管：直徑50mm,壁厚不小于305mm.角鋼： 尺寸不應(yīng)小于50mm. 50mm. 5mm.扁鋼：尺寸不應(yīng)小于40mm. 4mm.(2) 垂直接體長(zhǎng)度宜為1. 5-2. 5m,垂直接地體間距為其自身長(zhǎng)度的1. 5-2.

10、7米,若遇到土壤電阻率不 均勻的地方，下層土壤電阻率低可適當(dāng)加長(zhǎng)，當(dāng)垂直埋設(shè)有困難時(shí)，的設(shè)多根環(huán)形水平接地，彼此 之間隔為1-1. 5米，每隔3-5米相互焊接連通一次。(3) 在沿海鹽域腐蝕性較大的地區(qū)或大地電阻難以達(dá)到的地區(qū)，接地體常采用耐腐保濕性較好的非 金屬接地體。(4) 接地體之間所有焊接點(diǎn)，除澆在混泥土之中的均進(jìn)行防腐處理，接地裝置的焊接長(zhǎng)度，對(duì)扁鋼 為其寬度的2倍，圓鋼為直徑的10倍。針對(duì)以上方案及接地體的選擇，其接地電阻的計(jì)算如下：(1) 常用的管形垂直棒電極電阻值為：r= (0. 366p/l) lg41(l+2h) / d (l+4h) 式中,r為單個(gè)接地電阻(歐)，p為土壤

11、電阻率尺寸不應(yīng)小于50mm. 50mm. 5mm.(歐米),l為接地電極的長(zhǎng)度(米)，h為接電極的埋深(米)，d為管形接地電極的截面直徑(米)。l»d(2) 多極接地體的接地電阻當(dāng)幾個(gè)接地電阻相同的單個(gè)接地電極用對(duì)地不絕緣的帶行導(dǎo)體(一般用扁鋼，組成的接地網(wǎng)時(shí), 其總的接地電阻為：r=rlr2/(r2n 1+nr1 n2)rz為總的電阻；r1為帶形導(dǎo)體的利用系數(shù)；r2為單個(gè)括地電極的接地電阻；為帶形導(dǎo)體的利用系數(shù)；n 2為單個(gè)接地電極的利用系數(shù)；(3) 不同季節(jié)土壤電阻率的計(jì)算接地電阻隨著土壤溫度和濕度的變化而變動(dòng)的，季節(jié)的不同，溫度和濕度也有所不同，接地電 阻也相應(yīng)變動(dòng)，不同季節(jié)的

12、土壤電阻率為：p=pokp為土壤電阻率的計(jì)算值，po為不同季節(jié)時(shí)的實(shí)測(cè)值；k為季節(jié)修正系數(shù)表2：由土壤性質(zhì)選定季節(jié)系數(shù)土壤性質(zhì)深度(m)屮1屮2屮3粘土0. 5 - 0. 8321. 5粘土0. 8 - 321. 51. 4陶土0-22. 41. 361. 2沙礫蓋于陶土0-21. 81. 21. 1園地0-21. 321. 2黃沙0-22.41. 561. 2雜以黃沙的砂礫0-21. 51. 31. 2泥炭0-21.41. 11. 0石灰石0-22. 51. 151. 2注：屮1：測(cè)量前幾天下過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間雨時(shí)用屮2：測(cè)量時(shí)土壤中具有中等質(zhì)量水量時(shí)用屮3:測(cè)量時(shí)土壤干燥或測(cè)量前降雨不大時(shí)用然而在

13、實(shí)踐中證明，并非具有良好的防雷接地系統(tǒng)，就可確?；緳C(jī)房的平安無(wú)事。在很多情況下， 二者完好卻仍然避免不了被雷擊的事實(shí)。其中一個(gè)非常重要的原因便是沒(méi)有一個(gè)完好的等電位體系統(tǒng)在雷 擊發(fā)生時(shí)在防雷區(qū)域內(nèi)不同地方形成較大的電位差。等電位體是用連接導(dǎo)線或過(guò)電壓(電涌)保護(hù)將處在需要防雷空間內(nèi)的防雷裝置，建筑物的金屬構(gòu)架, 金屬裝置，外來(lái)導(dǎo)線，電氣裝置，電信裝置等連接起來(lái)，形成一個(gè)等電位體連接網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)均壓等電位，防 止防雷空間內(nèi)的火災(zāi)，爆炸，生命危險(xiǎn)和設(shè)備的損壞，現(xiàn)從以下幾方面討論：1、機(jī)房?jī)?nèi)等電壓體系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1) 當(dāng)?shù)匕逑侣裨O(shè)均壓網(wǎng)，室內(nèi)地板下均壓網(wǎng)可用度鋅扁鋼或圓鋼埋入地下0. 4-0. 6m即可

14、，d為1- 2m.這適合機(jī)房在底樓的情況。如在樓層上，則在機(jī)房?jī)?nèi)的防靜電地板下的支撐金屬條之間應(yīng)用鋼導(dǎo) 線相互連通構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)狀等電體。(2) 機(jī)房地板四周需鋪設(shè)均壓帶，均壓帶同其它防雷設(shè)施相連。(3) 室內(nèi)高1.7m處四周也需敷設(shè)閉合均壓帶，尤其在多雷壓。(4) 沿機(jī)房?jī)?nèi)壁柜高0.5m處還需敷設(shè)環(huán)形接地母線，機(jī)房?jī)?nèi)所有外殼，電纜金屬外皮，不帶電的金屬體(如金屬門，窗，管道)均應(yīng)以最短距離與之相近，此時(shí)接地電阻越小越好，相連處以焊接為好，接 地母線以足夠?qū)挼你~帶為好。(5) 一般采用多點(diǎn)對(duì)稱連接，以焊接為宜。2、聯(lián)合接地系統(tǒng)聯(lián)合接地實(shí)質(zhì)也是一種等電位接地的一種方式，在移動(dòng)通信均壓等電壓的原理，將

15、工作地保護(hù)地和 防雷地以及不同地網(wǎng)的聯(lián)合接地。這樣便可防止由前文所述的地電壓反擊造成設(shè)備損壞的事故發(fā)生，同 時(shí)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ieeestd1 100 - 1992更尖銳的指出：不建議采用任何一種所謂分開的獨(dú)立的，絕緣的，專用 的，干凈的，靜止的，信號(hào)的，計(jì)算機(jī)的，電子的或其它此不正確的大地接地體作為設(shè)備接地導(dǎo)體的一 個(gè)連接點(diǎn)?；镜穆?lián)合接地系統(tǒng)主要內(nèi)容如下：i. 移動(dòng)通信基站地網(wǎng)由機(jī)房地網(wǎng)，鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)組成。ii. 基站地網(wǎng)應(yīng)充分利用機(jī)房建筑物的基礎(chǔ)（含地樁）鐵塔基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋和地下其它金屬設(shè) 施作為接地體地一部分，當(dāng)鐵塔在機(jī)房頂部時(shí)，電力變壓器設(shè)在機(jī)房樓內(nèi)時(shí)，其地網(wǎng)可合用 機(jī)房地網(wǎng)。iii.

16、 機(jī)房地網(wǎng)應(yīng)沿機(jī)房建筑物散水點(diǎn)外設(shè)環(huán)形裝置，同時(shí)還應(yīng)利用機(jī)房建筑物基礎(chǔ)橫梁內(nèi)兩 根以上主鋼筋共同組成機(jī)房地網(wǎng)，當(dāng)機(jī)房建筑物有地樁時(shí)，應(yīng)將地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋與機(jī) 房地網(wǎng)焊接連通。iv. 對(duì)于利用告品房的移動(dòng)通信基站，應(yīng)盡量找塵建筑防雷接地網(wǎng)或其它專用網(wǎng)，并就再設(shè) 一組地網(wǎng)，三者相互在地下焊接連通，有困難時(shí)也可在地面上將可見部分焊接成一體作為機(jī) 房地網(wǎng)，找不到原有地網(wǎng)時(shí)，應(yīng)因地制宜就近設(shè)一組地網(wǎng)作為機(jī)房工作地，保護(hù)地和鐵塔防 雷地。工作地及防雷地網(wǎng)上的引接點(diǎn)相互距離不應(yīng)小于5m,鐵塔尚應(yīng)與建筑物避雷帶就近兩 處以上連通。v. 當(dāng)通信鐵塔位于機(jī)房旁邊時(shí)，鐵塔地網(wǎng)應(yīng)延升到塔基四腳處1.5m遠(yuǎn)的范圍內(nèi)

17、，網(wǎng)格尺寸 不應(yīng)大于3mx3m,其周邊為封閉式，同時(shí)還應(yīng)利用塔基地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋作鐵塔地網(wǎng) 的垂直接地體，鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)之間應(yīng)每隔3-5m相互焊接連通一次，連接點(diǎn)不應(yīng)少于 兩點(diǎn)。當(dāng)通信鐵塔位于機(jī)房屋頂時(shí)，塔四腳應(yīng)與樓頂避雷帶就近不少于兩處焊接連通，同時(shí)宜 在機(jī)房地網(wǎng)四角設(shè)置輻射式接地體，以利電流散流。vi. 變壓器地網(wǎng)地組成，當(dāng)電力變壓器設(shè)置在機(jī)房?jī)?nèi)時(shí)，其地網(wǎng)可利用機(jī)房及鐵塔地網(wǎng)組成 的聯(lián)合地網(wǎng)，當(dāng)電力室在機(jī)房外時(shí)，且距機(jī)房地網(wǎng)邊緣30m以內(nèi)，變壓器地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)或 鐵塔之間，應(yīng)每隔3.5m相互焊接連通一次，以相互組成一個(gè)周邊封閉地地網(wǎng)。vii. 當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)的接地電阻值達(dá)不到要求時(shí)，可以擴(kuò)大地網(wǎng)面積，即在地網(wǎng)外圍增設(shè)1圈或2圈 環(huán)形