移动通信基站整体防雷解决方案
摘要：从雷电基本知识、雷电防护的基本原则、移动通信基站的直击雷防护与感应雷防护等几个方面对移动通信基站的防雷现状进行探讨，从整体防雷的角度来进行防雷方案的设计。
现代移动通信技术正以前所未有的速度发展着，作为现代移动通信必不可少的通信基站，随着恶劣的气候条件。特别是城市以外的基站，大多都位于当地海拔最高的山顶，电源采用架空线上山，基站的接地系统在设计时也没有得到足够的重视，极易遭受直击雷、感应雷等多种过电压的侵袭。如果防护措施不力，随时可能遭受重大损失。近年来，由于遭受雷击造成设备损坏通信中断的问题始终困扰着移动通信运营商。因此，移动通信基站的雷击电磁脉冲防护必须综合考虑，应从整体防雷的角度来进行防雷方案的设计。
1、雷电防护的基本原则
应将信息系统及其运行环境作为一个整体进行考虑，防护应该针对整体进行，而不应该只考虑局部情况。通信设备的防雷包括外部防雷系统和内部防雷系统两个部分，它们是一个有机的整体。外部防雷主要是防直击雷，它由接闪器、引下线和接地装置组成；而内部防雷则包括防雷电感应、防反击、防雷电波侵入以及保障人身安全，它是指除了外部防雷系统外的所有附加措施。这些措施可能会减少雷电流在需要防雷的空间内所产生的电磁效应，防止雷电损坏机房内的电气设备或电子设备，这是外部防雷系统所无法保证的。
2、通信基站直击雷的防护
通信基站的直击雷防护措施即使用避雷针（带、网）等接闪装置接闪，并通过引下线将雷电流泄入接地装置的防雷系统。直击雷的防护最基本形式就是传统的富兰克林避雷针，它在保护建筑物不受直击雷侵袭方面已相当成熟。避雷带、网是在避雷针的基础上发展起来的。直击雷防护的目的在于保护建筑物免遭雷击引起火灾等危及人身安全的事故。一般移动通信基站的机房天面都会设置铁塔，可在铁塔顶部安装避雷针以保护天线不受直接雷击，避雷针应通过独立的引下线直接接入地网，同时在机房顶部敷设避雷带，通过引下线与地网相连。现移动机站的机房一般都为框架结构，故可利用建筑物内部柱钢筋作为防雷引下线。地网可采用建筑物基础钢筋作为接地体，如接地电阻达不到设计要求，应另外敷设环型地网。
3、 感应雷的防护
按照《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中的计算，避雷针或避雷带接闪后约有50%的雷电流能够被释放到周围空间中，与此同时会有50%的雷电流沿着传送线路（连接室内外的各种管道、户外引入线）等进入建筑物内部，同时空间雷暴也会形成强大的、瞬变的雷电脉冲电磁场。针对这些由于雷电脉冲电磁场形成的感应雷电波，必须采取屏蔽、等电位联结、联合接地、过电压保护（浪涌保护）等防感应雷技术予以消除。感应雷防护系统是为了防止雷电流和其他形式的过电压侵入设备中造成损坏，而这是直击雷防护系统无法保证的。实现建筑物感应雷的防护就要求进出各保护区的各种线路、电缆、金属管道等连接避雷器及过压保护器，并实行等电位联结。下面分别予以说明： 感应雷可以通过电力电缆、通信电缆、光纤和天馈线侵入通信站，由于电力电缆的距离长且对雷电波的传输损耗小，所以由电源侵入的感应雷造成的危害十分突出，按原邮电部的统计约占了通信站雷击事故的80%。因此，对通信站进行感应雷防护时，电源是重点。 应雷还可以通过空间感应侵入通信站的内部线路，虽然经过建筑物和机壳的屏蔽衰减后其能量大为减小，但站内许多电信设备的抗过压能力也很弱，如果处理不当也可能造成设备故障。
3.1电源防护
一是电力电缆应有金属屏蔽层，且必须埋地进出通信站。二是在电源上逐级加装电源避雷器，实现多级防护。即在变压器的高压端加装高压避雷器，低压侧加装低压避雷器，在交流配电屏和直流配电屏分别加装交、直流避雷器。通信电源防护应注意以下问题： (1)进局电力电缆的防雷容易引起重视，而其它进出通信站的电力线常常被忽视，如照明路灯线、塔灯电力线、非电信设施租用电信电力线等。现在宜采用太阳能塔灯，可减少一个雷击入侵渠道。其它出局电力线应在防雷系统的保护范围内，否则应采取专门的防雷措施。 (2)加装直流避雷器是最近发布的防雷标准中才提出的，因为直流避雷器的残压大大低于交流避雷器，因此能有效地提高通信站内敏感设备抵御雷电电磁脉冲的能力。 (3)避雷器的防雷能力与安装方式有密切关系，主要是引线电感会产生额外的残压，应尽可能地缩短电力线与避雷器的连线和避雷器与接地汇接板连线的长度。
3.2传输线防护
光纤的防雷主要是针对其金属护皮和金属芯线，从线路防护的要求看这些金属应接地，最好在埋地进局时接在底楼的接地汇接排上，而不要接在设备机架上。天馈线防雷主要是针对同轴电缆，接地的波导管本身就有良好的防雷作用不需再加避雷器。同轴电缆天馈线应加装相应的高频避雷器，避雷器的地线应就近与机房的接地汇接排相连。天馈线的顶端应通过铁塔接地，在入局处应接到机房汇接排。移动通信设备与光端机、微波、交换机相联的PCM、DDF线线宜采用同轴电缆，可加装相应的避雷器。监控信号的数据传输线可加装相应的数据避雷器。所有进出通信站的通信传输电缆应采用有金属屏蔽层的电缆埋地进出，其屏蔽层应在进局处就近接地。
3.3联合地网
通信站机房、变电房、铁塔的接地极应连接起来，组成联合地网，如果是框架结构的机房，建筑物的基础钢筋是优良的环型接地网，应利用。联合地网是通信站内所有设备共用的接地装置。 早期的通信站建设中往往采用分离地网，要求交流地、直流地、保护地、数据地、防雷地等都采用单独的接地装置。其目的是想避免各系统的干扰通过地网耦合，但现在认为联合地网更经济有效。从技术角度看，分离地网在泄放雷电流时因接地线和接地电阻的不同，各接地系统会产生电位差，反而可能危害相互连接着的通信设备。联合地网通过合理的布置接地线可以实现通信设备间的等电位。
3.4设备接地
通信站内所有设备的金属外壳都应接地，金属走线架、水管等金属物也必须接地。站内金属物良好的接地不但是用电安全的要求，也是屏蔽雷电感应、均衡设备电位的重要措施。设备短路电流由电源电压和接地阻抗决定，部标推荐用35-95平方毫米的多股铜线。而泄放雷电流只需大于16平方毫米的铜线即可。
3.5接地汇集线的布置
接地汇集线（汇流排）应布置在靠近避雷器的地方，以使避雷器的接地连接线最短，各楼层的分汇集线应直接与楼底的总汇集线相连，这样能保证实现单点接地方式，当楼层高于30米时，高于30米部分的分汇集线应与建筑物均压环相连，以防止侧击。
4、接地连线
通信站的种类很多，但其防雷思想是一致的，就是努力实现等电位。绝对的等电位只是一个理想，实际中只能尽量逼近，目前是综合采用分流、屏蔽、箝位、接地等方法来近似实现等电位。由于电信设备种类繁多，且新产品层出不穷，它们的耐过压能力也有差别，目前在这方面的量化研究尚未普遍开展，因此，防雷的等电位理论还主要停留在定性上。现在这些措施经多年的实践证明是行之有效的，但并不表示采取了这些措施就万事大吉。我们还需在实践中不断地研究新问题、解决新问题，才能将通信站的防雷工作推向一个新水平。
5、结论
(1)对通信基站的雷击概率而言，雷击事故的90%以上都是由电源线、信号线引入，因此在通信站联合接地的基础上，移动通信基站的雷击过电压保护就更为重要。 (2)城市站和平原站的雷击概率远小于高山站的雷击概率，由此可以看出地理环境因素是雷击的一个重要因素之一。 (3)通信基站的防雷设计要求，远远高于一般民用住宅的防雷设计要求，因此应该因地制宜搞好基站的防雷接地工作。
现代移动通信技术正以前所未有的速度发展着，作为现代移动通信必不可少的通信基站，随着恶劣的气候条件。特别是城市以外的基站，大多都位于当地海拔最高的山顶，电源采用架空线上山，基站的接地系统在设计时也没有得到足够的重视，极易遭受直击雷、感应雷等多种过电压的侵袭。如果防护措施不力，随时可能遭受重大损失。近年来，由于遭受雷击造成设备损坏通信中断的问题始终困扰着移动通信运营商。因此，移动通信基站的雷击电磁脉冲防护必须综合考虑，应从整体防雷的角度来进行防雷方案的设计。
1、雷电防护的基本原则
应将信息系统及其运行环境作为一个整体进行考虑，防护应该针对整体进行，而不应该只考虑局部情况。通信设备的防雷包括外部防雷系统和内部防雷系统两个部分，它们是一个有机的整体。外部防雷主要是防直击雷，它由接闪器、引下线和接地装置组成；而内部防雷则包括防雷电感应、防反击、防雷电波侵入以及保障人身安全，它是指除了外部防雷系统外的所有附加措施。这些措施可能会减少雷电流在需要防雷的空间内所产生的电磁效应，防止雷电损坏机房内的电气设备或电子设备，这是外部防雷系统所无法保证的。
2、通信基站直击雷的防护
通信基站的直击雷防护措施即使用避雷针（带、网）等接闪装置接闪，并通过引下线将雷电流泄入接地装置的防雷系统。直击雷的防护最基本形式就是传统的富兰克林避雷针，它在保护建筑物不受直击雷侵袭方面已相当成熟。避雷带、网是在避雷针的基础上发展起来的。直击雷防护的目的在于保护建筑物免遭雷击引起火灾等危及人身安全的事故。一般移动通信基站的机房天面都会设置铁塔，可在铁塔顶部安装避雷针以保护天线不受直接雷击，避雷针应通过独立的引下线直接接入地网，同时在机房顶部敷设避雷带，通过引下线与地网相连。现移动机站的机房一般都为框架结构，故可利用建筑物内部柱钢筋作为防雷引下线。地网可采用建筑物基础钢筋作为接地体，如接地电阻达不到设计要求，应另外敷设环型地网。
3、 感应雷的防护
按照《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中的计算，避雷针或避雷带接闪后约有50%的雷电流能够被释放到周围空间中，与此同时会有50%的雷电流沿着传送线路（连接室内外的各种管道、户外引入线）等进入建筑物内部，同时空间雷暴也会形成强大的、瞬变的雷电脉冲电磁场。针对这些由于雷电脉冲电磁场形成的感应雷电波，必须采取屏蔽、等电位联结、联合接地、过电压保护（浪涌保护）等防感应雷技术予以消除。感应雷防护系统是为了防止雷电流和其他形式的过电压侵入设备中造成损坏，而这是直击雷防护系统无法保证的。实现建筑物感应雷的防护就要求进出各保护区的各种线路、电缆、金属管道等连接避雷器及过压保护器，并实行等电位联结。下面分别予以说明：
3.1电源防护
3.2传输线防护
光纤的防雷主要是针对其金属护皮和金属芯线，从线路防护的要求看这些金属应接地，最好在埋地进局时接在底楼的接地汇接排上，而不要接在设备机架上。天馈线防雷主要是针对同轴电缆，接地的波导管本身就有良好的防雷作用不需再加避雷器。同轴电缆天馈线应加装相应的高频避雷器，避雷器的地线应就近与机房的接地汇接排相连。天馈线的顶端应通过铁塔接地，在入局处应接到机房汇接排。移动通信设备与光端机、微波、交换机相联的PCM、DDF线线宜采用同轴电缆，可加装相应的避雷器。监控信号的数据传输线可加装相应的数据避雷器。所有进出通信站的通信传输电缆应采用有金属屏蔽层的电缆埋地进出，其屏蔽层应在进局处就近接地。
3.3联合地网
3.4设备接地
通信站内所有设备的金属外壳都应接地，金属走线架、水管等金属物也必须接地。站内金属物良好的接地不但是用电安全的要求，也是屏蔽雷电感应、均衡设备电位的重要措施。设备短路电流由电源电压和接地阻抗决定，部标推荐用35-95平方毫米的多股铜线。而泄放雷电流只需大于16平方毫米的铜线即可。
3.5接地汇集线的布置
接地汇集线（汇流排）应布置在靠近避雷器的地方，以使避雷器的接地连接线最短，各楼层的分汇集线应直接与楼底的总汇集线相连，这样能保证实现单点接地方式，当楼层高于30米时，高于30米部分的分汇集线应与建筑物均压环相连，以防止侧击。
4、接地连线
通信站的种类很多，但其防雷思想是一致的，就是努力实现等电位。绝对的等电位只是一个理想，实际中只能尽量逼近，目前是综合采用分流、屏蔽、箝位、接地等方法来近似实现等电位。由于电信设备种类繁多，且新产品层出不穷，它们的耐过压能力也有差别，目前在这方面的量化研究尚未普遍开展，因此，防雷的等电位理论还主要停留在定性上。现在这些措施经多年的实践证明是行之有效的，但并不表示采取了这些措施就万事大吉。我们还需在实践中不断地研究新问题、解决新问题，才能将通信站的防雷工作推向一个新水平。
5、结论
