天津某移動通信基站防雷設計方案

徐志新

(天津市防雷中心，天津 300074)

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天津某移動通信基站防雷設計方案

徐志新

(天津市防雷中心，天津 300074)

相關資料表明，移動通信基站設備很難遭到直擊雷損害，對移動通信基站的雷電防護應重點考慮過電壓的保護。同時各種防護措施又是互相影響的，所以移動基站的雷電防護應全面有效。以某移動基站為例，通過防雷檢測分析其存在的問題，結合相關規范要求，介紹了雷電過電壓保護產品如何選型，以及施工過程中需要注意的問題，并提出移動通信基站的雷電綜合防護方案。

移動基站；雷電過電壓；聯合接地；防雷設計方案

移動通信網是國家現代化通信網的重要組成部分，在信息基礎設施中占有重要地位。隨著三大運營商成立“鐵塔公司”，對基站的建設、運營和維護勢必會提出新的、更高的要求。基于移動通信的特點，大部分基站建在山區、郊區和主要交通干線上，相對周圍環境而言，形成十分突出的目標。根據雷擊的選擇性可知，這些基站均處于易受雷擊的地方，存在著潛在的雷電風險。根據原信息產業部郵電設計院對全國十幾個省份移動通信基站遭雷擊情況統計結果可知，基站幾乎沒有一起因遭受直擊雷損壞的個例，95%的雷擊造成通信設備損壞事故是由雷電過電壓引起的。被損壞設備基本上是雷電感應引起的電力線、電源設備、與外界有線纜聯系的信號電路及接口設備。因此對移動通信基站雷電過電壓的保護就更為重要。

移動通信基站的雷電過電壓保護，應建立在聯合接地、均壓等電位基礎上，并應根據雷電電磁場分布情況對局(站)內的接地線進行合理布放。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的應用，而是根據移動通信基站所處的具體位置、環境因素、所在地區的雷暴強度及雷暴日的多少來確定基站的雷電保護措施和方法，使各級防護相輔相成，形成一套完善的整體防護措施。

1 現場檢測情況

基站位于天津市津南區某農田附近，周圍較為空曠，當地土壤電阻率為3～60 Ω·m，年平均雷暴日為29.3 d/a；通信機房建在鐵塔旁，距離鐵塔3 m，鐵塔高55 m，機房尺寸為5 m×5 m×3 m；鐵塔上的天線等通信設備已設置避雷針作為直擊雷防護，且機房位于避雷針的保護范圍內；基站無專用變壓器，交流電源線采用低壓架空電力線從附近村莊的變壓器引入，電源接地制式為TT接地系統，信號線采用帶金屬加強芯的護套光纜；饋線及其他同軸電纜金屬外護層分別在天線處、離塔處及機房入口處外側做好三點接地，室外走線架始末端均已接地；機房內設置星形等電位連接網絡，第一級電源SPD、配電箱、電池架、開關電源、設備機架等均已接地。

2 存在問題分析

2.1 鐵塔地網與機房地網未相連

現場勘查發現，鐵塔和機房本身都有良好的接地系統，接地電阻值也達到了規范要求，但鐵塔地網和機房地網并沒有連接。當鐵塔上方發生雷擊時，瞬間有較大的電流通過鐵塔入地，由于機房的地網與鐵塔地網并不相連，兩者相距又比較近，使兩地網之間產生了一個電位差，雷電流通過地電位反擊到機房內的通信設備，使得通信設備損壞。

2.2 室外接地排接地方式不符合規范要求

機房在饋線窗處外側設置了一個接地排作為饋線的接地點，所有饋線外導體在進入機房前與室外接地排連接，連接線為截面積16 mm2的多股銅線。當發生雷電時，雷電流可通過饋線外導體泄放到機房外，但室外接地排沒有按照規范要求直接與地網相連，而是接在鐵塔塔身靠近機房的一側。

2.3 電源系統過電壓保護未采用多級保護

機房內交流配電箱內已安裝第一級電源SPD，在開關電源箱內未安裝第二級電源SPD，直流側也未安裝相應SPD，且通過檢查發現第一級電源SPD未按照規范要求采取3+1連接方式。根據GB 50689—2011《通信局(站)防雷與接地工程設計規范》(簡稱GB 50689—2011)第9.2.1條[1]53之規定：低壓配電線路架空引入，交流電源系統雷電過電壓保護應采用多級保護、逐級限壓的方式。

3 設計方案

根據YD 5098—2005《通信局(站)防雷與接地工程設計規范》(簡稱YD 5098—2005)第6.1.1條[2]26之規定：移動通信基站必須采取聯合接地、站內等電位連接、饋線接地分流、雷電過電壓保護和直擊雷防護的綜合防雷措施。結合移動通信基站實際檢測情況，直擊雷、站內等電位連接及饋線接地均已完善，僅從聯合接地、雷電過電壓保護兩方面提出設計方案。

3.1 聯合接地

基站地網應由機房地網、鐵塔地網組成，并應充分利用機房建筑基礎(含地樁)、鐵塔基礎內的主鋼筋和地下其他金屬設施作為接地體的一部分。當鐵塔建在機房旁邊的地網時，應將機房、鐵塔地網相互連通組成一個聯合地網，按照規范要求利用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼將鐵塔地網與機房地網之間每隔3～5 m焊接連通一次，且連接點不應少于兩點。保證兩地網之間的等電位，使雷電發生時，整個基站處于同一電位，這樣才不會產生電位差，不至于發生地電位反擊。

3.2 電源雷電過電壓保護

3.2.1 確定各級SPD的Imax值 根據GB 50689—2011中表9.3.5[1]57之規定，移動基站電源系統SPD最大通流容量(Imax)的選取可參照該表。基站位于天津城郊且無專用配電變壓器，當地年平均雷暴日為29.3 d，屬于中雷區。結合基站具體情況，第一級SPD應選取M型易遭雷擊環境因素下Imax=80 kA，第二級和直流保護部分SPD的Imax值選擇也參照該表。

3.2.2 SPD安裝模式 根據現場檢測情況，電源接地制式為TT接地系統，按照GB 50689—2011第9.2.5條[1]54之規定：進入基站的交流配電箱內應選取“3+1”模式的交流電源SPD，安裝SPD應嚴格按照圖1接線方式，避免選型、接線錯誤造成所安裝的SPD在遭受雷擊時不能最大限度地發揮其效能。

圖1 TT供電系統SPD安裝示意圖

3.2.3 規范中對SPD的其他要求 除了GB 50057—2010《建筑物防雷設計規范》[3]中對SPD的要求，還應符合通信局(站)對SPD的相關要求。①在使用多級保護時，各級防雷器之間應保持不小于5 m的退耦距離或增設退耦器件。②移動通信基站、接入網站等中小型站點所使用的交流配電系統防雷器的最大持續運行工作電壓不宜小于385 V。③在電源SPD的引接線上，應串接空開或保險絲。④通信局(站)雷電過電壓保護應采用限壓型SPD。⑤使用模塊式電源SPD時，引接線長度應小于1 m，SPD接地線的長度應小于1 m。⑥通信局(站)采用的電源用第一級模塊式SPD，應具有SPD模塊損壞告警、遙信、SPD劣化指示、熱熔和過流保護、雷電記數等功能。⑦SPD的各項技術指標，應以信息產業部批準認可的防雷產品質量檢測部門的檢測報告判定，且檢測報告不得超過規定的實效；SPD應取得當地氣象主管機構的備案文件。

3.2.4 選定各級SPD ①在交流配電箱內安裝型號為VAL-ME 120/3+1/FM的電源SPD(參數指標Uc=385 V，In=60 kA，Imax=120 kA)作為第一級電源防護。②在開關電源箱交流側安裝型號為VAL-MS 385/65/1+1-FM的電源SPD(參數指標Uc=385 V，In=30 kA，Imax=65 kA)作為第二級電源防護。③在開關電源直流側安裝型號為VAL-MS 60的電源SPD(參數指標In=15 kA，Imax=40 kA)作為直流電源防護。

3.3 信號雷電過電壓保護

根據GB50689—2011第9.5.1條[1]62之規定，“進入通信局(站)的電纜芯線及各類信號線應在終端處線間或對地加裝SPD，空線對應就近接地。”選擇在光端機的輸出端或BTS的輸入端線路中安裝型號為C-UFB-5DC/E-LAN 2M的信號SPD(參數指標In=10 kA)，將光纜金屬加強芯及金屬護套與室內總接地排連接。

3.4 饋線雷電過電壓保護

根據GB50689—2011第6.6.5條[1]42之規定，“GPS室內饋線應加裝同軸防雷器保護，同軸防雷器獨立安裝時，其接地線應接到饋窗接地匯集排。”選擇型號為CN-UB-280D-SB的信號SPD(參數指標In=5 kA)串接在饋線線路中，同軸SPD接地線連接至饋窗外接地排，同時基站饋線已做好三點接地，改造中無需考慮。

3.5 饋窗處室外接地排接地方式改造

將室外接地排用95 mm2多股銅線連接至已改造好的聯合地網，連接處采用銅鼻子連接牢固。

4 結語

通過防雷檢測，發現移動通信基站存在的問題及隱患，根據相關規范要求，結合現代防雷技術提出全面改造方案，確保建構筑物、站內設備和工作人員的安全，保證通信系統的正常運行。

[1] GB 50689—2011通信局(站)防雷與接地工程設計規范[S]. 北京：中國計劃出版社，2012.

[2] YD 5098—2005通信局(站)防雷與接地工程設計規范[S].北京：北京郵電大學出版社，2006.

[3] GB 50057—2010 建筑物防雷設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

徐志新.天津某移動通信基站防雷設計方案[J].陜西氣象，2016(6)：41-43.

1006-4354(2016)06-0041-03

2016-06-13

徐志新(1981—)，女，天津人，漢族，學士，工程師，從事防雷設計、技術評價及檢測工作。

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