畢業(yè)論文移動基站的防護技術

1、 目錄目錄一、引言.2 2二、基站整體防雷總述.2 2三、防雷類別的確認.3 3四、直接雷防護.4 4五、電源系統(tǒng)的避雷與過壓保護.4 4六、天饋線系統(tǒng)的過壓保護.7 7七、中繼傳輸系統(tǒng)的過壓保護.7 7八、接地系統(tǒng).9 9移動基站的雷電防護移動基站的雷電防護南京信息工程大學 楊海山 210044【摘要摘要】 隨著科學技術日新月異的發(fā)展，各類基站不斷增多，由雷擊導致基站出現的事故也隨之增多，因此為了防止移動通信基站遭受雷害，確?；緝仍O備的安全和正常工作，確保建筑物、站內工作人員的安全，提高網絡運行的安全系數，實施移動通信基站的整體防雷與接地工作是十分重要的。（修改）【關鍵詞關鍵詞】 移動基站

2、 防雷 接地一、一、引言引言 移動基站的整體防雷工程是一項要求高、難度大的綜合工程，涉及多方面的因素，需要針對不同的系統(tǒng)分別加以保護，又要考慮多個系統(tǒng)的協(xié)調工作，在工程中不能造成對系統(tǒng)的任何影響。因此，在遵守國家和信息產業(yè)部有關規(guī)范的基礎上，引入國際電工委員會的先進防雷技術和標準要求，以達到更好的防護效果。設計依據以下標準和規(guī)范：設計依據以下標準和規(guī)范：(1) 中華人民共和國信息產業(yè)部標準移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范YD5068-98；(2) 中華人民共和國信息產業(yè)部標準通信工程電源系統(tǒng)防雷技術規(guī)定YD5078-98；(3) 原郵電部標準通信局（站）接地設計暫行技術規(guī)定YDJ26-89(4)

3、 國家標準建筑物防雷設計規(guī)范GB 50057-94；(5) 原郵電部標準微波站防雷與接地設計規(guī)范YD 2011-93；(6) 國際電工委員會（IEC）標準Protection of Structures against Lightning IEC 61024；(7) 國際電工委員會（IEC）標準Protection against Lightning electromagnetic impulse(雷電電磁脈沖的防護) IEC 61312；(8) 國際電信聯(lián)盟 ITU-T SG5 相關建議書：K.11（過電壓和過電流保護的原則），K.27（電信大樓內的連接結構和接地），K.34（電信設備電磁環(huán)

4、境條件分類），K.35（遠端小型機房的連接結構和接地），K.40（電信中心對雷電電磁脈沖的防護）。二、基站整體防雷總述二、基站整體防雷總述移動基站是由電源系統(tǒng)、接收發(fā)射系統(tǒng)、天饋線系統(tǒng)、中繼傳輸系統(tǒng)等構成的一個綜合系統(tǒng)，防雷的目的是保證各系統(tǒng)都能正常工作，不受雷電的干擾和破壞。基站所處環(huán)境的不同，雷擊的季節(jié)和強度都不一樣，所以將需保護的基站作為一個整體，堵塞所有的雷擊入侵渠道，實行分區(qū)和等電位連接的原則，在工程實施中按規(guī)范執(zhí)行，才能起到全面的保護效果。根據防雷分區(qū)的概念可以知道，不同防雷區(qū)之間的電磁強度不同，除LPZ0 區(qū)外，內部防雷區(qū)因電磁衰減而與外部防雷區(qū)的雷擊電磁強度不一樣。因此，加強屏

5、蔽措施，在一定程度上可以防止雷電電磁脈沖的進入。那么，穿越防雷區(qū)界面的線路就成了雷擊的主要通道。做好穿越防雷區(qū)的線路上的防雷，無疑是整體防雷的重點。外部防雷裝置承擔大部分的雷電電磁的能量，是整個防雷系統(tǒng)中的最基礎一環(huán)，表面看起來與內部防雷區(qū)沒有關聯(lián)，但是，強大的下泄電流產生的電磁場能在進入內部防雷區(qū)的線路上感應出過電壓，破壞內部設備。除了線路入侵和電磁感應之外，雷電電磁脈沖還可通過接地系統(tǒng)進入內部防雷區(qū)。當雷擊在地網附近，雷電流通過接地線下地，地網瞬間的高電位可能通過接地線反擊設備，造成破壞。由此可以得出，防雷工程不僅僅包括安裝避雷針和使用浪涌保護器，還包括屏蔽與接地等其它有助于減少電磁強度的

6、措施。IEC /TC-81 將整體防雷總結為：DBSE 技術即分流（Dividing）、均壓（Bonding）、接地（Earthing）、屏蔽（Shielding）四項技術的綜合。如果從設計階段開始綜合考慮四項措施，嚴格符合基站防雷接地規(guī)范，就能起到理想的防護效果。三、防雷類別的確認三、防雷類別的確認勘測情況：該基站位于一土山上，周圍空曠，雷擊環(huán)境比較差，該基站機房的長寬高尺寸為：201610，該地區(qū)的年平均雷暴日數為 41 天。N=KNeAe=1.53.000.0091 =0.04. K-校正系數，土山頂部的建筑物取 1.5； Ne-建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度（次/Km2.a）；則：

7、 Ne=0.024Td1.3=0.024411.3=3.00Ae-與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積（Km）。L=20、W=16、H=10 分別為建筑物的長、寬、高,則防雷類別根據建筑物年預計雷擊次數確定，預計雷擊次數的公式如下：N-建筑物預計雷擊次數（次/a）；則：因為 N=0.040.03，根據標準 GB50057-94 和 YD5003 得出直擊雷防護屬二類；由于移動站的通信設備大量使用微電子電路，其抗過壓能力很低，理論和實踐均表明，該類設備的損壞主要是雷電電磁脈部造成，雷電電磁脈沖發(fā)生的概率遠高于直擊雷。有鑒于此，我們認為通信站的雷電電磁脈沖防護應加強。四、四、直擊雷直擊雷防護防護4.

8、1、接閃器的設計：由于建筑物的防雷類別為二類，所以用滾球設計接閃器時滾球半徑 R=45m；由于機房和配電房的屋面無需要保護的設備，它們的屋面接閃器采用避雷帶與建筑物混凝土內的鋼筋相連構成暗裝避雷網。鐵塔上的天線可在鐵塔上加裝避雷針保護，如（圖一）所示，設天線頂端距地高度為 h 米，距避雷針的距離為 d 米，避雷針高為 H 米。則有：由于 R 為 45 米，h 和 d 可通過實測獲得，所以避雷針高 H 可以確定。測的 h=25 米,d=1 米,可求得 H=27 米即避雷針頂部距地面為 27 米。避雷針可選用 LZ1680,其導流面積大于 100mm2，符合GB50057 的要求?？筛鶕惭b需要焊

9、接或螺栓緊固在鐵塔頂部。圖一圖一4.2、引下線的設計 避雷針可用鐵塔作引下線，因鐵塔已良好接地，所以只需在安裝避雷針時保證避雷針與鐵塔有良好的電氣連接，并做防腐處理即可，機房和變壓器房的避雷帶用建筑物內的鋼筋作引下線，將屋面避雷帶按標準要求分別接在四個角上，將避雷帶與機房混凝土內的鋼筋相連。五、五、電源系統(tǒng)的避雷與過壓保護電源系統(tǒng)的避雷與過壓保護由于電力線大多架空鋪設，受雷擊或感應的機會相當大，基站電源系統(tǒng)發(fā)生的雷電事故也較多。除此之外，位于郊外的基站供電屬于 TT 系統(tǒng)，電網電壓波動大，易造成過壓損害用電設備。因此電源系統(tǒng)避雷及過壓保護是首要解決的問題。但國家對高壓系統(tǒng)的避雷保護有專門規(guī)定，

10、歸屬電力部門負責，因此本方案只針對進入基站機房內的低壓電力線進行保護設計。YD5068-98 規(guī)范中第 3.1.9 明文規(guī)定要求在低壓電力線進入交流屏前，安裝可靠的防雷器件，但并未涉及具體需防護雷電的級別和能量的配合。而國際電工委員會防雷技術組織（IEC/TC81）的國際通行規(guī)范 IEC61312-1 給出了防雷保護區(qū)概念，并對各級避雷器提出具體技術要求。根據 IEC 的統(tǒng)計，自然界中首次雷擊電流幅值超過 200KA 的機率不到1%，首次雷擊電流波形為 10/350s（分別指波頭和半值時間）。由于外部防雷的接閃和電磁的衰減，約有 50%的雷電能量入地，因此 IEC-1312 規(guī)定了作為處在 L

11、PZ 0-A 和 LPZ 0-B 防雷區(qū)之間的首級避雷器的放電流，應（40-60）KA （10/350s）?？紤]到符合電氣安全的設備，其耐過壓能力一般是工作電壓的 2-3 倍，因此作為最內部的防雷器的殘壓要求在 600V 左右，對精細的電子設備要求更低。由于雷擊的強度與設備的耐壓水平懸殊，IEC 經過實踐證明只有分級保護才能達到這一要求。根據設備的不同位置和耐壓水平，可將保護級別分為三級或更多。根據多數基站配電的情況未經屏蔽的供電線路穿越各級防雷區(qū)，結合設備耐過壓能力，采取符合國內和國際規(guī)范通行的兩級防雷能夠達到保護目的。對于部分雷擊頻繁強烈的地區(qū)，可適當增加分級分區(qū)的數量。5.1 第一級采用

12、德國 DEHN 公司的電源避雷器：DEHN VGA280/4，用開關箱固定安裝在基站電源總進線開關處，對地并聯(lián)在三根相線和中線上，直接用25mm2銅纜接地至總接地線。避雷器具有遙控監(jiān)測觸點和損壞報警指示，配合雷擊計數器，具備了移動基站防雷技術規(guī)范所有功能要求。 DEHN VGA280/4 技術參數：技術參數： 響應時間25ns； 雷電通流量60KA（雷電沖擊電流波為 10/350s）； 殘壓峰值2.5KV5.2 根據 IEC 364-4-442，為防止變壓器高壓側某一相對變壓器殼短路，造成用戶側相線對地產生持續(xù)高電勢差，第二級采用“3+1”系統(tǒng)，即 3 個 C 類保護類保護器器 DEHN gu

13、ard 275 T/FM 分別由三根相線對中線安裝，再加上一個 DEHN gap C，連接中線和地線。這樣可以進行相-相、相-中、相-地、中-地的全面保護電源第二級避雷器安裝在交流配電屏處，通過交流配電屏可靠接地（參閱圖二），同時具有遙控監(jiān)測觸點和損壞指示窗口，插拔模塊結構可以進行不斷電的更換操作，標準 DIN 導軌安裝，也可直接在交流屏內安裝。 DEHN guard T/FM 3+1 技術參數：技術參數： 響應時間25ns； 雷電通流量40KA（雷電沖擊電流波為 8/20s）； 殘壓峰值1000V（放電電流為 15KA 等級）；5.3 現場第一級避雷器與第二級過壓保護器的安裝點達到技術要求的

14、 10 米距離，作為退耦器件，在基站不具備線路施工條件時，可考慮安裝專用退耦器。L1 總開關箱總開關箱 節(jié)點距離節(jié)點距離 10m 交流配電屏交流配電屏L2 開開 關關L3 電電 源源N DEHN VGA280/4 DEHN guard/3 DEHN gap C/1 雷擊計數器雷擊計數器PE 圖二、圖二、 電源系統(tǒng)防雷示意圖（標準配置）電源系統(tǒng)防雷示意圖（標準配置）5.4 在部分內部屏蔽措施不得力，或基站設備距離開關電源距離較長的基站，可以選擇安裝電源第三級直流避雷器 DEHNrail 48 FM，抑制前級較高的殘壓對后端弱電設備的干擾。安裝在開關電源直流輸出處，通過直流配電屏接地，或者直接安裝

15、在基站設備和傳輸設備的電源輸入端。 DEHNrail 48 FML 技術參數：技術參數： 響應時間25ns； 雷電通流量5KA（雷電沖擊電流波為 8/20s）； 殘壓峰值350V（放電電流為 2KA 等級）； 具有監(jiān)控指示燈和遙控監(jiān)測觸點。六、天饋線系統(tǒng)的過壓保護YD5068-98 規(guī)范第 3.3 條規(guī)定，基站天線必須在接閃體的保護范圍內，同時依照第 3.3.2 條規(guī)定做好饋線屏蔽層的三點接地。同軸饋線電纜與天線相連，從鐵塔或支撐架上引入機房，注意接閃器的引下線要與饋線相隔一定距離。饋線作為雷擊感應的主要通道，應在饋線進入室內的防雷區(qū) LZP 0-1 界面處，安裝同軸饋線保護器。6.1 由于移

16、動基站的工作環(huán)境比較惡劣，大多數是無人值守機房，根據ERICSSON 基站設備的實際情況，選擇瑞士瑞士 HUBER+SUHNER 公司的公司的3400.17.0098 雙頻饋線避雷器雙頻饋線避雷器，安裝在走線架上、主饋線與下跳線之間的 7/16 DIN 接口處，通過屏蔽層可靠接地。此類避雷器具有壽命長、損耗低、免維護、高功率等特點，有別于傳統(tǒng)的氣體放電式避雷器。3400.17.0098 雙頻饋線避雷器技術參數：（在圖中注明天饋雙頻饋線避雷器技術參數：（在圖中注明天饋 SPD 的安裝，對于的安裝，對于屏蔽體的跨接，接頭的處理）屏蔽體的跨接，接頭的處理） 工作原理: /4 波導分流方式 阻 抗：5

17、0； 連接接頭：7/16 DIN， F -FM工作頻段：8241990MHz;插入損耗：0.1dB駐波系數：1.15 平均功率：500W 雷電通流量：8kA（雷電沖擊電流波為 8/20s） 殘壓峰值：200VH+S 3400.17.0098 基站基站饋線上部接地下部接地入室處接地圖三、天饋線防雷接地示意圖圖三、天饋線防雷接地示意圖6.2 良好的饋線屏蔽層接地是保證避雷器工作的基礎。郵電行業(yè)規(guī)范對接地作了嚴格的三點接地的規(guī)定，即饋線上部（饋線頂端與天線接口處）、下部（饋線在鐵塔下部折彎前）和經走線架進機房處都要可靠接地。對于超過 30 米長的饋線或鐵塔高度 60 米時，依據規(guī)范要在鐵塔中部增加接

18、地點。6.3 出于工程安裝的快捷性，符合規(guī)范的防滲、防潮、防泄漏的要求，建議使用專用饋線屏蔽層接地設備-瑞士 HUBER+SUHNER 公司的專用接地卡，規(guī)格包括 1/2、7/8、1 1/4等。七、中繼傳輸系統(tǒng)的過壓保護七、中繼傳輸系統(tǒng)的過壓保護基站的中繼系統(tǒng)的傳輸有三種形式，光纖、微波和 PCM 電纜，其傳輸的通道處于 LPZ 0 和 LPZ 1 防雷區(qū)之間，也是引入雷電波的通道，因此中繼傳輸線路的防雷是整體防雷中不可缺少的部分。YD5068-98 規(guī)范第 3.4 條規(guī)定在信號電纜進站處加裝信號避雷器。7.1 光纖由于其傳輸信號的特殊性，不受雷電干擾，光端機電源得到保護后，做好屏蔽鎧甲的接地

19、就可以達到良好的防護效果。（是否有金屬芯、遠供線、監(jiān)控線）7.2 PCM 電纜中繼線是雷擊感應的重點，根據基站地處環(huán)境差別大，信號電壓低、易受干擾等因素，選用尤其能適合于惡劣環(huán)境、性能優(yōu)越的信號避雷器：德國德國 DEHN 公司的公司的 UGKF/BNC 或或 DEHN SI 12V,安裝在中繼線入戶處、DF 架的接口前，并就近接地到接地匯集排。（補充基站網絡結構拓撲圖） 圖四、圖四、基站網絡結構拓撲圖基站網絡結構拓撲圖UGKF/BNC 和 DEHN SI 12V 依據防雷分區(qū)的概念，在同一保護器內實現粗保護和精細保護，具有頻帶寬、插入損耗低、放電流大的優(yōu)點。DEHN UGKF/BNC 或或 D

20、EHN SI 12V 技術參數：技術參數：插入損耗0.1dB 響應時間1ns; 雷電通流量10KA（雷電沖擊電流波為 8/20s） 殘壓峰值20V(放電電流為 5KA 等級) 帶寬 75MHz，最大傳輸速率 16M Bit/s。7.3 微波中繼設備采用了比較特殊的接口方式，由于微波的傳輸頻率較高，具有一定的對雷電衰減的能力，在規(guī)范中未涉及此項內容，根據實際經驗，將微波饋線（信號電纜）全屏蔽并根據接口不同情況安裝信號或饋線避雷器即可。八、接地系統(tǒng)八、接地系統(tǒng)所有避雷器的保護原理是在雷擊瞬間保證設備、大地、建筑物及其附屬設備之間構成等電位體，從而避免過電壓的損害，其中最關鍵的就是接地系統(tǒng)。從防雷保

21、護的原理不難理解，等電位的構成需要各系統(tǒng)共同接地，否則可能因為地電位反擊而形成二次破壞效應。YD5068-98 規(guī)范中第 4.1 條明確指出：基站使用聯(lián)合接地網。8.1 理想的接地裝置（包括從接閃器、接地線到接地體）電阻是很小的，當雷擊時，不論雷電流有多大，接地裝置上任何一點對大地的電勢差很低，這樣對人和設備是絕對的安全。事實上這樣的接地裝置是不存在的，而在實際工程中，就要求接地阻值應盡可能地小，規(guī)范 YD5068-98 要求，基站地接地電阻值一般應小于 5 歐姆。8.2 為了保證移動通信基站穩(wěn)定可靠的工作，防止寄生電容耦合干擾，保護設備及人身的安全，解決環(huán)境電磁干擾及靜電危害，都必須有良好地

22、接地系統(tǒng)。在共用地網時，各種功能地接地既相互聯(lián)系，又相互排斥，瞬時干擾及接觸部分產生電磁波會給信號線帶來輻射噪聲，引起誤碼和存儲器信息丟失，所以要注意信號電路、電源電路、高電平電路、低電平電路地應采用并聯(lián)式直接接地，而避免接在同一點上。8.3 按照 IEC 整體防雷技術的接地要求，保證設備在雷擊瞬間應處在等電位狀態(tài)。由于部分基站的信號地、保護地相對獨立，從“節(jié)約、實效”的原則考慮，將各地網簡單相連。在地網施工中，接地體應依照 YD5068-98 規(guī)范第 4.2 條要求采用熱鍍鋅鋼材，連接使用銅纜。在地網的施工中，不僅要將地阻值降低，而且要注意合理地設計地網結構，以保證大電流下地時均勻快速地向大

23、地分散。 圖五、圖五、地網平面示意圖地網平面示意圖8.4 圖六說明了接地和等電位連接的工作原理。在雷擊瞬間由于避雷器件的快速導通和大電流的泄放，使設備內部線路器件、機殼、鐵塔和建筑墻體金屬構件以及金屬屏蔽物等都與地網同時連通。這樣在雷電發(fā)生的瞬間，機房內部和外部各個物體處在與地網相等的電位上，避免了因物件之間的電勢差而使設備損壞。8.5 避雷器在極短的時間內(ns 級)響應，電流快速泄放，地網能否快速發(fā)散電流，是整個系統(tǒng)建立等電位的關鍵。因此要根據地理環(huán)境和土壤電阻率的不同而設計地網的結構，使電流合理快速的發(fā)散。 8.6 接地電阻偏高的基站必須進行整改。由于基站屬聯(lián)合接地，外部防雷系統(tǒng)接閃電流大，防止互擾的角度考慮，接地體的鋪設應以封閉環(huán)行為佳。對