九峰山移动通信基站防雷

[摘要]九峰山移动通信基站位于福建省南平市区九峰公园内某山顶上，海拔高度300m，年平均雷暴日数为62天，属强雷区，由于年代久远未设置防雷设施，经常遭受雷击。基站的机房设在铁塔旁边，地网的接地电阻值大于10Ω。该文通过对九峰山移动通信基站雷电防护设计的综合分析，提出该基站的防雷方案。

[关键词] 九峰山 移动通信基站 防雷

我国移动通信发展迅速，在短短十几年里，已成为世界第一大手机用户国。固定通信与移动通信结合，已经成为当今世界科学技术及其产业发展的总趋势。移动通信基站电子设备的核心技术是微电子技术，这些设备很脆弱，雷电容易对它们产生破坏，从而造成通信中断和通信设备损坏等严重的经济损失。本文通过对九峰山移动通信基站的直击雷防护、供电线路的雷电防护以及接地系统等综合雷电防护设计的分析，提出了该基站的外部防雷、内部防雷、电源及信号SPD防护、空间屏蔽等防雷方案。

1九峰山移动通信基站防雷现状及其存在的问题

1.1 九峰山移动通信基站的现状

九峰山移动通信基站位于福建省南平市区九峰公园内某山顶上。该山顶土层较稀薄，土质为黄黏土与风化岩相结合。基站机房建在距25m高铁塔旁5m处。基站馈线由铁塔引下后进入机房，机房为简易结构，长3m，宽3m，高3m。距机房15m处是基站专用变压器，高低压线路均为架空敷设，机房内除基站设备外，设置UPS电源、配电盘及传输线路。均未设置防雷设施。

1.2防雷系统存在的问题

（1）基站避雷针与通信天线的垂直、水平距离太近，雷电感应电压会对设备造成危害。

（2）基站馈线中间和进入机房前都没有接地；馈线与通信机端口未设置馈线SPD。

（3）基站供电线路是架空直接进入机房，容易把雷电波直接引入机房。

（4）基站铁塔地网和机房地网没有形成联合接地；机房内通信设备等电位措施不规范。

（5）光缆进入基站机房后，金属层和金属芯及光端机未接地，使光端机损坏。

2移动通信基站的雷电防护设计

总体设计如图1所示。

2.1 外部防雷

为保护基站通信天线免遭直接雷击，天线都应具有直击雷的防护措施。在设计接闪装置时应按GB50057－94中滚球法确定，其滚球半径应为45m，使天线处于LPZOB区内。安装接闪装置或天线时，应注意天线顶部与接闪装置顶部有3～5m的垂直距离，天线与塔身水平距离应保持2.5m。接闪装置与铁塔作可靠的电气连通。机房处在铁塔避雷针保护范围内。

基站同轴电缆馈线的金属防护层，应在上部、下部和经走线架进机房入口处接地。同轴电缆馈线的金属防护层还应在铁塔中部增加一处接地，以此增加雷电流的入地途径，并使馈线上的过电压分割成多段承担，加强分流和均压效果。通过至少3次接地，直接使雷电能量在进入机房机架前泄入大地，从而达到保护机架及设备安全的目的。

2.2 内部防雷

机房电子设备的接地从机房地网上引入地线。基站的环境有所不同，但都要做机房地网，并用导体引接到机房去。机房内设置局部等电位连接带，是LPZ1与LPZ2区界面处的等电位连接带；而机房地网应属于总等电位连接带的接地网，是LPZOB区与LPZ1区界面处的等电位连接。机房内各种线缆、设备的金属外壳、设备保护接地、工作接地、机架等均以最短距离与局部等电位连接带连接，采用的是(S型)星形结构等电位连接网络。在这一连接处，电源系统可采用第二级电涌保护器(SPD)进行连接。

2.3 电源、信号SPD防护

2.3.1室外部分(高压架空线路)

由于电力管理体制等原因，外市电变压器安装工程一般由当地电力部门负责，绝大部分变压器均未按规定要求安装低压侧避雷器。而配电变压器结构较为独特，仅在高压侧进线装避雷器是不够的。该基站高压部分改造只是将变压器接地网与基站地网并接，且将避雷器接地引至地网。因此应着重考虑低压配电线路。

2.3.2室内部分(低压配电线路)

九峰山移动通信基站交流供电方式原来为三相四线制，现改用三相五线制，以解决交流零线上的不平衡电流通过联合接地体对移动通信的干扰问题。

YD5068－98第3－1－6条规定：“进入移动通信基站的低压电力电缆宜从地下引入机房，其长度不宜小于50m（变压器高压侧已采用电力电缆时，低压侧电力电缆长度不限）。”基站的低压电力线路是架空引入的，很容易遭到雷电感应过电压沿线路一直传到机房将设备损坏。改造后，采用屏蔽电缆穿铁管埋地敷设进入基站，实际上铁管和电缆段花钱不多，而防雷效果明显。低压电源线路采用二级SPD进行保护，电源进线处安装第一级限压型SPD1，其标称放电电流为60－100kA；主要作用是泄放大部分雷电流，并在一定程度上降低雷电过电压；在机房内安装第二级限压型SPD2，其标称放电电流为40 kA；其作用在于进一步降低电压幅度，扼制雷电流的入侵，将瞬态过电压幅值降低到设备可以承受的水平，起到保护电子设备的作用。选用较小的保护空开，并且把防雷器紧靠被保护设备安装，使被保护设备与防雷器具有相同的安全级别，防止雷电波侵入。直流电源线路应安装直流电源SPD对线路进行保护。

同轴电缆馈线进入机房后，与通信设备连接处应安装馈线SPD，以防御来自天馈线引入的雷电感应过电压。馈线SPD接地端应引接到室外馈线入口处接地线上，选择馈线SPD时应考虑连接器、阻抗、工作频段、衰耗等指标与通信设备相适配。

2.4 接地系统

YD5068－98规定移动基站铁塔地网、机房地网、变压器地网进行妥善连接，站内实行联合接地，并要求工频接地电阻值应小于5Ω，对于年雷暴日小于20天的地区，接地电阻值可小于10Ω。这是经实践证明的行之有效的规定。铁塔地网是泄放直击雷大电流的地网，直击雷电流是冲击电流，其地网用冲击接地电阻表示，而冲击电位在入地后是在地下不太深的地层中沿半球体成指数曲线衰减，越靠近直击雷电流引下线入地的地方，其冲击电位越高。离开雷电流引入点愈远的地方，接地体上的电位就愈低。任何情况下，机房电子设备的接地引入线接地点与直击雷电流引下线入地点应有足够的间隔距离，YD5068－98规定相互离开5m以上，条件允许时应离开10m，否则雷电冲击高电位将对电子设备造成反击而使其受损。因此，机房电子设备的接地从机房地网上引入地线。

本基站的机房设在铁塔旁边，经现场检测，地网的接地电阻值达不到小于5Ω要求，所以采用扩大地网面积，即在地网增设环形接地体的方式降低接地电阻值，环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体周边为封闭式。也可在铁塔四角设置辐射状延伸接地体（如图2所示）。

2.5 空间屏蔽

加强空间屏蔽是机房防雷相当重要的一环，我们在机房楼顶设置避雷带的同时，在整个屋面敷设1m×1m的避雷网格，机房四角敷设引下线，引下线与地网作可靠焊接。

3小结

移动通信基站是由电源系统、接收发射系统、天馈线系统、中继传输系统等构成的一个综合系统，防雷的目的是保证各系统都能正常工作，不受雷电的干扰和破坏。IEC /TC-81将整体防雷总结为：DBSE技术，即分流（Dividing）、均压（Bonding）、接地（Earthing）、屏蔽（Shielding）4项技术的综合。基站所处环境的不同，雷击的季节和强度都不一样，所在工程实施中，这4项核心技术必须贯穿始终，就能起到理想的防护效果。

参考文献：

[1] 移动通信基站防雷与接地设计规范(YD5068-98）[S].北京:北京邮电大学出版社,2000.

[2] 刘兴顺.建筑物电子信息系统防雷技术手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.