移動通信基站的防雷技術研究

趙文哲

（內蒙古自治區赤峰市氣象局，內蒙古 赤峰 025000）

0 引 言

在過去的10年中，無線行業發展迅速，通信網絡遍布全國，移動基站的正常運行是順利進行移動通信的保證。本文結合過去移動通信基站遭到雷擊的特性分析，首先給出了雷擊的類型和其危害特點，其次簡要介紹了用于通信基站的基本設施，再次分析了移動基站遭受到雷擊的主要原因，最后詳細討論了移動通信基站防雷的技術方法[1,2]。從中給出了移動通信基站的準確內外部防雷技術，其中外部防雷包括直擊雷防護、防雷接地技術以及通信線纜雷電防護等，內部防雷包括等電位連接、通信基站的屏蔽方法以及供電系統的防雷方法[3]。

1 移動基站基本設備

移動通信在中國發展十分迅速，自1987年以來，中國的移動互聯網市場迅速增長，GSM網絡建設以人們所沒有想到的速度迅速擴張，實現了國內外全面國際漫游[4]。21世紀初，中國在移動通信領域的科學研究與設備生產方面取得了長足進步，也正因為這樣，移動通信基站的防雷安全變得十分重要。

移動通信基站是移動通信網絡的基礎，它包括模擬移動電話網基站、數字移動電話網基站、集群通信基站、無線尋呼基站及其他無線通信站。通信基站一般分為傳輸系統、動力系統、動環監控系統以及天饋系統等幾個系統，其中的設備包括SDH設備、光纜、電纜、蓄電池、BTS主設備、交流柜、開關電源柜、BTS設備柜、綜合架、電池組以及其他輔助設備等。

2 雷電形式及對移動通信基站的危害

2.1 直擊雷

帶電的云團和地面目標之間的劇烈放電過程被稱為直擊雷。隨著攜帶著電荷的云團接近地面時，地面上突出的目標會感應出不同種的電荷。當電場強度達到25～30 kV/cm時，空中帶電的云團將向地面釋放大量電能，而這個過程也被稱為先導放電。先導放電不是以直線形式發生的，而是一個跳躍的過程，一旦通信基站被雷擊并且沒有安裝合格的避雷裝置，那么基站就會遭到十分嚴重的破環[5]。

2.2 感應雷

當雷擊產生時會釋放大量的能量，并在電源和數據傳輸線以及金屬管道上感應產生過電壓，這被稱為感應雷。在帶電的云團釋放出的閃電擊中其他物體之后，架空線中的導線或者導電物體突起頂部中的電荷失去了約束，就會以高壓電能沖擊波的形式沿導線或導電物體極快地擴散。當在具有防雷裝置的建筑物中被雷擊時，高能電流會通過防雷通道釋放到地面，從而產生強大的瞬變磁場，并釋放出具有巨大能量的電磁脈沖，對通信設備具有十分嚴重的危害性[6]。

2.3 雷電波侵入

雷電波的侵入是指雷電對架空導線或金屬管道的入侵，雷電波可以沿著這些導電線路進入房屋，這是由沿著電纜或管道朝著的兩個方向快速擴散的過點壓波[6]。當傳輸電纜或者金屬導管連接的通信設備被雷電波入侵后，雷電波會在此過程中產生瞬變磁場，在一定的范圍內對通信設備產生電磁作用[7]。

3 基站防雷常存在的問題

一是通信天線與避雷針之間的距離不夠。通信塔的避雷針和天線之間的相距過近，沒有一個適當的安全距離，當避雷針接收到閃電時，天線也會接受到電磁力，從而導致通信設備連接裝置被損壞[8]。二是接地電阻不標準。接地電阻較大且不能符合標準，無法完全將雷電引入到地面。三是天線不符合規格。部分通信基站的鐵塔過高，天線未接地或天線和通信端口沒有安裝浪涌保護器[9]。

4 基站綜合防雷技術方案

4.1 外部防雷

4.1.1 直擊雷防護

在中國大多數移動通信基站中，主要有兩種完成通信基站鐵塔安裝的方法。第一種是將塔架移至基站側面，第二種是將塔架移至基站建筑物的上方，要求在移動通信基站的正常工作狀態期間，沒有人可以接觸鐵塔，以防止由人為因素致使防雷裝置受到損壞。這種方法可以確保每個防雷設備在移動通信基站中都能發揮最大作用，并確保移動通信基站在雷電和雷雨天氣中可以安全使用[10]。

4.1.2 防雷接地技術

接地是為防范雷擊災害的重要防控技術，能十分有效將雷擊的電能引導入地，從而減弱引線上的電壓。我國規定移動基站的地阻值必須要低于5 Ω以下，對于一些高土壤電阻率的地區來說，防雷接地技術中的控制接地電阻率的措施主要有4種。一是采取多支線的外引接地設備，外引的長度保證不超過有效長度，二是接地體要埋到深度較大的低電阻率土壤之中，三是采取降阻劑，四是進行換土操作[11]。

4.1.3 通信線纜雷電防護

基站通信電纜一般會分為埋地電纜和架空線纜，被雷擊的電纜一般會出現直擊、地電位反擊以及感應過電壓3種情況。其中最為容易遭受到雷擊的電纜是在偏遠山區與海島埋設于地面中的電纜，這種情況下，在確定電纜埋設的位置時應盡可能沿平坦的地區埋設電纜[12]。在設計埋設電纜的區域時，周邊不應有孤立且突出的其他建筑物，而且最好沿電阻率較小的區域埋設。

4.2 內部防雷

4.2.1 等電位連接措施

等電位連接是電感式雷電防護的重要措施，成本較低，但防雷效果明顯。由于感應雷和雷電波的入侵以及地電位反擊會損害基站計算機室中的通信設備，因此基站計算機室必須等電位連接[13]。一般情況下，通信基站電腦室中的等電位分為兩種，一種是穩態等電位，另一種是瞬態等電位，兩者有各自獨特的優點。只有在通信基站中將這兩種等電位的連接做好，基站中的設備才能有效地抵抗電磁干擾和感應過電壓等雷擊災害中造成的破壞。

4.2.2 移動通信基站屏蔽

基站的移動通信屏蔽是在兩個空間區域之間布置金屬隔離層，這樣可以有效控制兩個區域之間的電場以及磁場和電磁波產生的感應與輻射。屏蔽是減少電磁干擾的基本措施，其中外部屏蔽將線路鋪設在適當的路徑中。對于雷電產生的電磁波，屏蔽是最有效的保護措施[14]。

4.2.3 供電系統的防雷電波入侵

電源供應系統是移動基站的“心臟”，也是基站防雷的工作中最為重要的一環[15]。一旦基站的電源系統損壞，其他通信設備將失去電力供應而無法正常工作。同時，突然斷電還會影響電子設備的磨損程度，從而減短設備的使用壽命。嚴重情況下，設備還會直接受到不可逆轉的損毀，如果沒有及時有效的維護，那么很容易出現大范圍的通信中斷和不可彌補的損失。

5 結 論

很多通信基站所處在的區域相對來說地形較為復雜的同時，氣候也較為惡劣，一旦遭受到雷擊災害難以在很短的時間內得到及時且妥善的處理。而且基站塔普遍要高于地面，遭到雷擊的可能性很高，基站機房中的設備也更容易因為受到雷擊而損壞，所以對通信基站對防雷技術和設備的要求很高。因此研究基站防雷技術是確保網絡和設備安全性的關鍵的一環。為確保通信基站防雷工作的順利開展，必須不斷總結經驗，提高基站防雷技術水平和綜合防雷能力。