移動基站綜合防雷工程方案設計

移動基站綜合防雷工程方案設計一、概述移動通信基站的主要設備一般分為以下幾個系統(tǒng)：傳輸系統(tǒng)，包括 SDH設備，光纜,電纜等等；動力系統(tǒng)，蓄電池，市電等等；動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)；天饋系統(tǒng)；基站收發(fā)信臺BTS（包括收發(fā)信機無線接口 TRI、收發(fā)信機子系統(tǒng) TRS等設備）；以及其他輔助設備，如空調，防盜門等等?；卣镜呐潆婋妷簽?6．4v。通常是由主干電力線路經AC／DC變換器得到的。當主干線路發(fā)生故障時，備用電池將能在一定時間內向基地站供電。移動通訊基站多位于地勢較高的多雷雨地帶，氣候條件惡劣，夏季通訊機房設備及發(fā)射鐵塔遭遇雷擊的概率較高?；窘ㄔO的基礎部分多為巖石結構，基本無土層，接地電阻很難保證在1Ω以下，在此條件下給雷電的泄放帶來很大困難。電源采用架空線上山，基站交流供電線路較長，同線路上用電負載比較復雜，大型用電設備啟動或停止瞬間會產生很大的沖擊電壓干擾，嚴重影響通訊組合電源的使用安全?；镜慕拥叵到y(tǒng)在設計時也沒有得到足夠的重視，極易遭受直擊雷、感應雷及電源操作等多種過電壓的侵襲。再者基站重要設備都是微電子設備，由于微電子設備具有高密度、高速度、低電壓和低功耗等特性，這就使其對各種諸如雷電過電壓、電力系統(tǒng)操作過電壓、靜電放電、電磁輻射等電磁干擾非常敏感。如果防護措施不力，隨時可能遭受重大損失。二、雷電引入途徑分析移動基站防雷的主要保護對象是在機房中的通信設備， 保障這些通信設備的正常運行。雷電損壞設備通常是它在通過帶電或非帶電的導體對地泄放的過程中，由于電荷運動產生的一些物理效應，比如熱效應、磁效應等，改變了在雷電泄放通道中所涉及設備的基本性能，從而使設備不能正常運行或被損壞。因此我們需要對雷電的入侵途徑進行仔細分析，發(fā)掘出雷電可能的入侵途徑，并在雷電流到達設備前改變其對地泄放途徑，保障設備的安全運行。雷電傳導主要有兩種方式：一、 直接雷擊：即雷云通過地面上某一點直接對地釋放。由于我們國家對建筑物的防雷有嚴格的標準，通常雷電都是通過建筑物的外部防雷系統(tǒng)對地泄放，在曠野中通常通過一些架空電源線或其它一些對地具有良好導電性能的突出媒介進行對地泄放。雷電流直接入侵基站內部設備主要是通過一些與外界相連的媒介傳導入侵，如進出局站的電源線、通信線及鐵塔地網等。二、 感應雷擊：帶電的雷云層由于靜電感應作用，使地面某些范圍內帶上異種電荷，當直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻較大，以致出現局部高壓，從而形成雷電流；或者在由于直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產生電磁感應發(fā)生高壓以致發(fā)生閃擊的現象。而磁場感應方式入侵最終也是體現在一些帶電的金屬導體上。根據物理學尖端放電的原理人類發(fā)明了避雷針，它可以將一定場強范圍內的閃電引到自己身上，再通過引下線將雷電流泄放入地，從而使在這個范圍內的建筑不成為雷電對地泄放的途徑，也就避免了被雷擊。而在移動基站中，高高的鐵塔通過鋼筋混凝土與大地緊密相連，由此可以說鐵塔就是一個巨大的“引雷針”，它可以將方圓幾公里內的雷電引到自己身上。從而大大增加了移動基站直接被雷擊的概率，更增加了在鐵塔旁一些纜線、金屬構架產生感應雷電流的概率。因此我們必須對移動基站的鐵塔及其周邊環(huán)境進行仔細分析， 以確定雷電侵入移動基站內部的主要途徑。三、 鐵塔引雷分析通常從移動基站的外部環(huán)境構造來看，從雷電引入的角度可以粗略分為帶鐵塔和不帶鐵塔兩種，這兩種情況雖然里面內部構造相同，但遭受雷擊的概率卻大相徑庭。不帶鐵塔的基站：這類基站主要分布在城市市區(qū)或市郊，多為租用普通大樓或民宅，基站天線采用抱桿，這類基站遭受雷擊的概率通常較小。這些基站機房的特點是整個建筑本身在等電位連接、電磁屏蔽、接地電阻方面都能較好的滿足信息產業(yè)部的要求，但存在問題是大樓的功能并不是為基站設計，所以比較難找到一個較好的接地參考點來確保機房內電子設備有良好的接地。要保證機房內部有良好的等電位連接系統(tǒng)，通常這類基站的接地系統(tǒng)和大樓的接地網采用的聯合接地系統(tǒng)。這類基站雷電入侵的主要途徑是雷電浪涌通過一些電源系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、接地系統(tǒng)等所有進出機房的線纜和管道引入，采取浪涌保護措施。帶鐵塔的基站：這類基站主要分布在農村、郊區(qū)，多為獨立機房旁邊建鐵塔的方式，這類基站多建在地勢開闊的平原地帶、山坡上。通常鐵塔在當地為最高建筑，有非常好的接地，按信息產業(yè)部的要求基站接地要求小于5歐姆，一旦在該區(qū)域內有雷云，地面上的電荷將通過鐵塔與雷云中的電荷發(fā)生中和，鐵塔將成為云中雷電對地泄放的一個主要通道。與鐵塔相連的一些線路、橋架、設備就成為雷電入侵的對象，比如天饋線、走線架、與地網相連的設備等。這類基站被雷電擊中的概率較不帶鐵塔的基站要高得多，因此對有鐵塔的基站防雷就更加的迫切，有必要對這類基站進行進一步分析。通常按移動基站機房與鐵塔的關系可分為：塔邊屋、屋頂塔、塔下屋三種。下面就這三種基站類型進行相應的防雷接地、等電位連接，起到良好的雷電防護作用。（一）、屋頂塔鐵塔與機房獨立型的移動站，如圖一所示。雷電對該類型移動通信基站的危害主要途徑是直擊雷和感應雷兩種。圖1.鐵塔與機房一體型結構1.雷電流直接危害根據我們現場的調查和分析，在移動通信基站的鐵塔建在基站機房上面的情況下，當雷電擊中鐵塔后，雷電流就會沿著鐵塔及同軸饋線的外導體往下瀉放，由于移動通信同軸饋線的外導體與鐵塔是相互連接的，鐵塔上的雷電流直接會分流一部分到同軸饋線的外導體上，并沿同軸饋線的外導體和機房內的走線架直接流入到移動設備上，對移動設備造成雷擊危害。除此以外，還由于同軸饋線的走線架是與鐵塔直接相連，并進入機房，從而將雷電直接引入到機房內，對機房內的通信設備造成危害。雷電感應對移動通信基站內設備造成的危害當雷電流在移動通信基站周圍的空中或空中對地放電時，就會在移動通信基站周圍的空中產生交變電磁場，從而使移動設備上產生感應電流和電壓，嚴重者也會對移動設備通信造成危害，但這種危害的概率較少，另一方面若雷電擊中鐵塔并沿著鐵塔和機房的立柱中的鋼筋在下瀉的過程中，也會在周圍產生強大的交變電磁場，從而在移動設備上產生感應雷電流和雷電壓，同樣地感應雷電對通信設備所造成的危害比起直擊雷所造成的危害要少得多。（二）、鐵塔與機房獨立型鐵塔與機房獨立型的移動站，如圖二所示。該移動站遭雷電直擊的主要途徑是雷電流通過鐵塔的走線架和同軸饋線的外導體進入機房，對通信設備造成危害。其次是雷電在空中放電時對機房內的通信設備所造成的感應雷的影響，同樣感應雷對通信設備所造成的影響比起直擊雷來說，則概率很少。該類型的移動站與上述的第一種鐵塔與機房一體型的情況相比，則少得多。圖二鐵塔與機房相互獨立型結構（三）、鐵塔包圍機房型鐵塔包圍機房型的移動基站，如圖三所示。該種類型的移動基站遭直擊雷的途徑與第二類的鐵塔與機房獨立型的移動站相似，主要是雷電通過同軸饋線的外導體和同軸饋線的走線架進入機房，對通信設備造成危害。但該種類型的移動站所遭受到的感應雷則最少，因有四面鐵塔的屏蔽作用。（四）不帶鐵塔型基站這類基站往往建在城區(qū)，一般使用公共大樓或民用建筑來作為機房。對于公用建筑上，由于我們國家對這類建筑物有嚴格的防雷標準要求，因此這類基站具有接地良好，外部防雷完善，且整個建筑形成一個法拉第籠的特點，所以這類基站遭受直接雷擊的概率較小，受到雷電電磁干擾的影響也較小。雷電入侵這類基站的方式將主要是供電線路、同軸饋線的外導體和同軸饋線的走線架、接地系統(tǒng)進入機房。對這類基站的防護級別，對防雷器的通流能力通常不需要很高，因此對這類基站通常只需選擇一般的B類限壓型和C類限壓型兩級防雷就基本能滿足這類基站要求。而民用建筑與公用建筑的差別主要在國家對這類建筑的要求不是很高，因此建筑物在屏蔽和接地的效果上可能差一些，但只要將這類基站的接地問題處理好，很多防雷問題也就迎刃而解。我們把雷電入侵移動基站的主要渠道總結如下：雷電對移動通信基站的四個引入渠道第一個入侵渠道——由鐵塔天饋線、接地系統(tǒng)引入的雷害第二個入侵渠道——由交流配電系統(tǒng)引入的雷害第三個入侵渠道——由傳輸線路引入的雷害第四個入侵渠道——由雷電電磁脈沖的雷害通過對雷電主要入侵途徑的分析，結合移動基站現場綜合環(huán)境特點，給我們進行防雷方案設計提供了思路和線索。根據防雷分區(qū)、綜合防雷的思想，綜合基站所處的地理環(huán)境，在具體位置選擇相匹配的浪涌保護器， 將可以很好解決移動基站的防雷問題。移動通信基站的雷電過電壓保護，各級防護器件是相輔相成的，互相影響的，此時用以局部防護的過電壓器件不能有效的發(fā)揮其防護性能，將影響移動通信基站的整體防護。另外還有一個重要的原則，移動通信基站的雷電過電壓保護設計必須是建立在聯合接地基礎上。因此移動通信基站雷電保護并非是簡單的接地或者單一的雷電過電壓保護器件應用，而是根據移動通信基站所處的具體位置、環(huán)境因素、所在地區(qū)的雷暴強度及雷暴日的大小、來確定基站的雷電保護措施和方法。因此，移動通信基站的雷擊電磁脈沖防護必須綜合考慮，應從整體防雷的角度來進行防雷方案的設計二、依據的規(guī)范1．GB50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》2．YDJ26-89《移動基站(站)接地設計暫行技術規(guī)范》（綜合樓部分）3．YD/T1235.1、2-2002 《移動基站站低壓配電系統(tǒng)用電涌保護器技術要求及測試方法》4．YD5068-98《移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范》5．YD5078-98《通信工程電源系統(tǒng)防雷技術規(guī)定》6．YD5098-2001《移動基站(站)雷電過電壓保護設計規(guī)范》三、方案設計原則一、綜合防雷的思想移動基站的防雷是一個系統(tǒng)工程，它包括直擊雷防護、等電位連接措施、屏蔽措施、規(guī)范的綜合布線、安裝電涌保護器（電源、信號）、完善合理的接地系統(tǒng)六個部分組成。這六部分在一個完善的移動基站防雷系統(tǒng)工程中缺一不可。對移動基站的防雷設計應進行全面規(guī)劃、綜合治理、多重保護，將外部防雷措施和內部防雷措施應整體統(tǒng)一考慮，做到安全可靠、技術先進、經濟合理、施工維護方便。綜合防雷的思想在YD5098總則中就有明確規(guī)定，如通信局（站）雷電過電壓保護工程應建立在聯合接地、均壓等電位分區(qū)保護的基礎上。綜合防雷的思想在移動基站中的主要體現到具體的防雷手段，就是分流、接地、屏蔽、等電位連接和過電壓保護五個方面。其中：（A）、分流利用避雷針將雷電流沿引下線或鐵塔安全地流入大地， 防止雷電直接擊在基站建筑物和設備上。B）、屏蔽移動基站內應采取屏蔽措施的對象主要有兩種：一是所有的帶電金屬導線,包括電力電纜、通信電纜和信號線，應采用屏蔽線或穿金屬管屏蔽。二是基站內部電子設備，通常采取的措施是在機房建設中利用建筑物鋼筋網和其他金屬材料，使機房形成一個屏蔽籠。以及通信設備的機柜因具有一定的屏蔽效果，用以防止外來電磁波（含雷電的電磁波和靜電感應）干擾基站設備。（C）、非帶電金屬等電位連接通常等電位連接分帶電與不帶電金屬導體， 這里主要指將基站機房內所有非帶電金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、走線架、金屬門窗、設備外殼等金屬構件進行電氣連接，以均衡電位。（D）、帶電設備的過電壓保護對于與基站設備相連的饋線、