移動通信基站的通信防雷技術與防雷檢測注意事項

摘要 隨著我國科學技術水平的不斷提升，各個地區對移動通信基站加大了建設力度。因我國幅員遼闊，基站數量眾多，再加上環境因素和相關技術水平的限制，使得我國移動通信基站遭受雷擊的概率較高，嚴重阻礙了通信事業的快速發展。在移動通信基站雷擊災害主要形式的基礎上，重點分析了移動通信基站通信防雷技術和防雷檢測注意事項，以不斷完善現有的移動通信基站防雷，將雷電對其的危害降到最低。

關鍵詞 移動通信基站；防雷技術；防雷檢測；注意事項

中圖分類號：TU856 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）05–0176-03

Communication Lightning Protection Technology of Mobile Communication base Station and Precautions for Lightning Protection Detection

Lu Min et al（Jiangxi Climate Center， Nanchang， Jiangxi 330096）

Abstract With the continuous improvement of China’s scientific and technological level， various regions have stepped up the construction of mobile communication base stations. Due to China’s vast territory and large number of base stations， as well as the limitations of environmental factors and related technical level， the probability of lightning strikes on mobile communication base stations in China is high， which seriously hinders the rapid development of communication industry. On the basis of the main forms of lightning disasters in mobile communication base stations， focused on the analysis of lightning protection technology for mobile communication base stations and precautions for lightning protection detection， in order to continuously improve the existing lightning protection of mobile communication base stations and minimize the harm of lightning to them.

Key words Mobile communication base station; Lightning protection technology; Lightning protection detection; Precautions

隨著國家通信網的不斷完善和現代化水平不斷提升，在構建信息基礎設施中移動通信網發揮著十分重要的作用。自移動、聯通和電信三大運營商成立“鐵塔公司”以來，對基站建設、運營和維護工作的要求不斷增強。移動通信基站分布區域較為廣泛、站址環境極為惡劣，再加上基站信號發射的特點，基站選址的過程中會優先選擇易遭受雷擊的樓頂、山頂等位置。該類地區建設的基站存在頻繁雷擊、雷擊侵入途徑等很多不安全因素，通信基站設備遭受雷擊的概率較大，一旦受到損壞會給運營維護人員帶來嚴重困擾。結合原信息產業部郵電設計院統計全國多個省份的移動通信基站遭受雷擊情況結果，全國范圍內的基站幾乎沒有遭受直接雷擊損壞的情況，大部分的通信設備雷擊受損均是雷電過電壓造成的。受損設備則是由雷電感應引發的電力線、電源設備及同外界線纜聯系較為密切的信號電路和接口設備。因此，做好移動通信基站雷電過電壓防護顯得十分重要。

對于移動通信基站而言，在防御雷電過電壓的過程中，需在聯合接地、均壓等電位的基礎上進行，還要結合雷電電磁場分布狀況合理布設站內接地線。由此不難看出，移動通信基站防雷并不單純的接地線或對單一雷電過電壓保護器的應用，應結合移動通信基站所在位置、四周環境因素、所在地雷暴日數和雷暴強度確定基站雷電防護措施，保證各級雷電防護相輔相成，進一步增強整體防雷效果。

1 移動通信基站雷擊災害的主要形式

1.1 直擊雷

直擊雷就是雷電直接作用于建筑物或防雷設施，進而引起電效應、熱效應、機械效應等[1]。直擊雷有較大的破壞性，若是移動通信設備缺少防直擊雷措施，一旦遭受直接雷擊，會損害鐵塔、通信設備，嚴重的情況下則會出現人員傷亡。

1.2 靜電感應

雷電感應就是在附近雷電作用下，導體上出現靜電和電磁感應。與直擊雷相比，雷電感應破壞強度相對較小，但雷電感應出現頻率較高，會對移動通信基站的通信設備造成不同程度破壞。

1.3 雷電波侵入和雷擊電磁脈沖

雷擊電波就是雷電流以線路為媒介進入基站，進而造成設備受損[2]。雷擊電磁脈沖就是建筑物或防雷設備被雷電擊中后出現的干擾性效應，對基站通信設備也會產生損壞。

2 移動通信基站通信防雷技術

2.1 通信基站鐵塔防雷

2.1.1 接閃器 基站內的天線主要放置在鐵塔內，應確保天線處于避雷針保護范圍內。將避雷針直接布設到鐵塔頂部，并與鐵塔進行有效焊接，同時做好焊點處的防腐處理。根據滾球法計算出避雷針架設高度，保證滾球半徑同防雷體系保護等級相符，可選擇鋼管或圓鋼作為避雷針。為了避免因避雷針的出現對天線輻射產生損害，進而影響整體通信效果，應保證避雷針同天線間的距離適宜。

2.1.2 接地引下線 通常情況下，可將鐵塔作為引下線，其防雷效果相對較好[3]。只需要做好鐵塔接地工作，就能確保雷電流從塔身截面安全通過。工作人員需做好接閃器與鐵塔之間的電氣連通，還要涂抹防腐層，以保證雷電流可以快速泄放進入大地。

2.1.3 屏蔽層接地 基站饋線以同軸電纜為主，同時在避雷針有效保護范圍內，而雷電中的感應雷電波易進入機房，應做好屏蔽層接地工作。將塔頂與鐵塔鋼梁處連接同軸電纜金屬屏蔽層，將其作為接“地”點；將鐵塔鋼梁與塔身到機房轉彎處上方0.5～1.0 m位置處進行連接，使其成為接“地”點；根據就近原則，在機房入口位置處，直接連通從地網引出的接地線，使其成為接“地”點。對于基站饋線而言，若是長度超過60 m，可在鐵塔中新增接“地”點，將其作為金屬屏蔽層使用，同時還要確保相鄰接“地”點的距離在60 m以內。若是機房內有同軸電纜進入，在沒有連接到基站通信設備前，需要將天饋避雷器布設到芯線上，確保芯線上的雷電流可以及時泄放到大地，進而預防感應雷。

2.2 基站電力傳輸部分防雷

2.2.1 高壓架空線 高壓架空線在進入基站前需要經過變壓器、低壓電纜，如何降低直接雷對高壓架空線路的危害，值得人們高度重視。為了確保高壓線路安全，可在高壓線路上架設避雷線，同時還要確保避雷線架設長度超過500 m。若在高壓架空線路上有雷電繞機的情況出現，通過布設避雷線的方式可將耦合、分流和屏蔽作用發揮出來，不斷降低雷電過電壓，使高壓架空線路承受的電壓進一步下降。另外，還可以將氧化鋅避雷器直接布設到高壓架空線終端桿上，以抑制雷電波幅值和陡度。基站外的各個桿需要單獨布設接地體，并將其設計成環形或輻射形，終端桿的接地電阻值需在10 Ω以內，而其他桿的接地電阻值需控制在30 Ω以內。

2.2.2 供電電力變壓器 移動通信基站的電力變壓器需要單獨布設，同時還要根據實際情況進行選擇，安裝完成后需在變壓器所在位置處轉換供電接地系統[4]。為了正確安裝變壓器，需在雷電波到來方向上布設避雷器，由于雷電電壓的接地支路電壓要低于閾值，應保證雷電沖擊波及時泄放到大地，使其處于變壓器絕緣可以承受的最大范圍內。根據就近原則將變壓器高壓側2根相線安裝到距離變壓器最近的位置處，對地布設時還要做好避雷器布設。

2.2.3 低壓供電輸電電源線 從變壓器到基站機房引入的低壓線路，應選擇具有金屬保護套的電纜穿鋼管直接埋地引入，電纜長度需超過50 m，埋地深度在0.7 m以上。在機房入口處，根據就近原則做好將金屬護套和鋼管與地網直接的連接工作。

2.3 基站機房部分防雷

2.3.1 機房 對于移動通信基站的機房而言，主要的防雷方式是接閃器，可在屋頂直接布設避雷網或避雷帶，在屋頂相關金屬設施的最近位置處，做好與接閃器之間的有效焊接，防止出現直接雷擊和繞機情況[5]。實際上，機房避雷帶和避雷網的規格型號以扁鋼或圓鋼為主，結合機房防雷等級選擇合適的避雷網尺寸，應確保兩者保持一致。對于鋼筋混凝土結構的機房，引下線可以選擇四周墻面混凝土主筋、機房梁、柱、樓板等進行替代。鋼筋上下兩端需分別與防雷裝置、地網相連，為了削弱閃電出現時的瞬變電磁場強度，應將鋼筋中間分別與各層均壓環進行有效焊接。

2.3.2 電源系統 移動通信基站機房電源系統的雷電防護主要選擇安裝電壓保護器。由于設備自身的耐壓水平和設備所在位置存在很大差異，可將其的防雷等級劃分為三級或三級以上[6]。電源系統的雷電三級防護主要是：第一級防護。為了將電纜中的直擊雷和較高強度的感應雷第一時間泄放進入大地，從變壓器到機房配電屏電纜芯線處要做好對地SPD的安裝。第二級防護。該級別SPD以大通容量類型浪涌保護器為主，且是氣體放電管，以實現放電能力達到最高，這種類型SPD卻有較高的殘壓；在配電屏到機房配電箱電纜芯線兩端分別對地加裝SPD，以保護不間斷電源、整流器等設備。第三級防護。該級別SPD以小容量限壓型SPD為主，且是氧化鋅壓敏電阻，響應時間短、殘壓低且無續流；在通信設備前端做好線與線、線與地SPD安裝，保護終端設備，以限制過電壓，確保后級設備安全。可選擇大功率TVS管，響應能力較快，同時還有放電限壓能力。

2.3.3 信號系統 （1）饋線。通常情況下，雷擊感應的主通道是天饋通道，除了根據就近原則做好同軸電纜金屬屏蔽層的接地工作，還要安裝天饋避雷器[7]。另外，同軸電纜布設SPD主要有2個級別，分別將設備接口端與其做好室外和室內的連接工作，接地端子應與機房外同軸電纜入口最近的接地體相連。（2）信號線。在布設信號線SPD時，只需要將保護范圍考慮進去即可。在安裝SPD應就近安裝到通信設備上，若設備不位于防雷區交界處，需在通信設備處再次加裝SPD。

2.3.4 基站地網 （1）鐵塔和機房地網。若機房旁邊分布有鐵塔，需單獨布設鐵塔地網，并將塔基地樁內2根以上的柱鋼筋作為鐵塔地網垂直接地體；若是鐵塔在機房屋頂處，應按照就近原則將鐵塔死角同屋頂避雷帶進行焊接連通，并做好焊接部位的防腐處理。若是機房基礎有地樁出現，接地體可選擇地下鋼筋混凝土基礎，并將機房地網同地樁內超過2根的柱鋼筋進行有效焊接，以確保接地電阻值較低且穩定[8]。（2）聯合地網。若是機房內有變壓器，可以選擇機房地網作為聯合地網。

3 移動通信基站防雷檢測注意事項

3.1 是否選擇共用接地

移動通信基站的主要組成部分是機房、變壓器和鐵塔3個部分的地網組成。在均壓和等電位原理的基礎上，需要將基站的工作、保護、防雷接地做好，并共用1個接地網。對于站內的不同種類的接地線，需分別從接地網或接地匯集線上直接引入。若是第一次進行接地檢測，應選擇毫歐表測量相鄰接地裝置，若是測出的接地電阻值在4.0 Ω以內，則說明電氣導通，反之，則說明各個設備獨立接地[9-10]。

3.2 測量接地電阻大小和方法

根據移動通信基站防雷與接地設計規范的相關要求，移動通信基站地網的接地電阻值需在5.0 Ω以下；若是區域內的年雷暴日數不足20 d，接地電阻值可低于10 Ω。在測量接地電阻值，應確保測量儀器同電網、電壓極、電流極、測試極的距離適宜，以提升測量數據的準確性水平。

3.3 線纜引入不規范的問題

結合通信局（站）防雷接地設計規范要求，應將移動基站電力電纜埋地敷設工作做好，若選擇的是專用變壓器，應保證高壓電力電纜的埋設長度超過200 m；若是進入基站機房的是低壓電纜，應優先選擇金屬鎧裝層電力電纜或者是直接穿過鋼管埋地后引入機房，將埋地長度控制在12 m以上[10-11]。根據就近原則，在距離變壓器地網最近的位置處，直接與鋼管和電纜金屬鎧裝層連通。在防雷檢測中，應結合規范要求，認真查看圖紙和施工現場，針對架空引入的電纜或埋地引入后不符合要求的，需在檢測報告中明確指出。

3.4 接地裝置距離線纜較近的問題

在現場檢測中，需認真查看電纜同接地裝置線的距離，需保證兩者的距離在1 m以上。另外，若是傳輸線、鋼絞線直接將鐵塔作為終端桿在鐵塔上捆綁需要進行說明。若是傳輸線上有雷擊出現，鋼絞線上會出現電磁感應，進而損壞連接設備，或者是鐵塔上的雷電流以鋼絞線為媒介直接竄到機房或其他基站上，進而引發雷電災害[12]。

3.5 檢查等電位連接系統

通過等電位連接可將各分開裝置和導電物體之間的電位差降到最低[13]。對于機房內的各種類型線纜金屬外層、工作接地、設備保護接地、金屬構件、各種箱體、機架、殼體來說，應根據就近原則將其連接最近的局部等電位，且以“S”型接地應用頻率最高。需做好機房內走線架、機架、吊掛鐵架、金屬通風管道、金屬門窗等的保護接地。可選擇截面積超過35 mm2的多股銅導線作保護接地。在保護接地檢測中，需分別檢查接地線線徑、各個金屬體與匯流排的連接情況，應保證過渡電阻值在0.03 Ω以內。在就近位置處，做好基站同軸電纜饋線金屬外護層上部、下部及經走線架進入機房入口的接地工作；在機房入口做好地網接地線連通工作。若是鐵塔高度超過60 m，在鐵塔中部增加同軸電纜饋線金屬外護層的接地。在現場防雷檢測中，除了查看接地是否與規范要求相符外，還要檢查站房室外匯流排連接情況，應保證過渡電阻值在0.03 Ω以內。禁止鐵塔直接與室外匯流排連接。

3.6 SPD檢查

現階段，基站中的電源線路防護使用頻率最多是SPD分級防護，通過逐級泄放雷電流，以遏制入侵的雷電流，以最大限度地降低瞬態過電壓幅值，使其處于設備可以承受的范圍內，進而確保電子設備安全。在檢查SPD時，應將各個配電柜打開，檢查內部是否安裝了電源SPD或信號SPD。對SPD的檢查主要包括參數、安裝方式、過渡電阻、狀態顯示等的檢查。

3.7 保護范圍問題

在檢測保護范圍中，主要是查看站房和天線是否在直擊雷保護范圍內，尤其是樓頂是重點檢查對象。

4 結論

隨著社會經濟的快速發展和通信技術水平的不斷提高，移動通信基站在促進社會發展方面發揮著關鍵性作用。移動通信基站雷電防護屬于系統性工作，在開展移動通信基站防雷工作的過程中，需根據實際情況，通過因地制宜，不斷探索，不斷完善現有的防雷技術。在確保符合國家和行業現行法規的基礎上，加大創新力度，通過充分利用新技術和新方法，不斷簡化復雜的移動通信基站防雷工作，使其變得更加安全、簡單、可靠，通過采取綜合性的防護措施，確保移動通信基站防雷水平得到大幅度提高，使其可以持續穩定運行。

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責任編輯：黃艷飛