新余市移动通信基站防雷设计

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摘 要：本方案是对新余移动基站防雷设计的方案，根据建筑物防雷设计规范和通信行业标准防雷与接地设计规范对移动通信基站进行综合防雷设计。从控制雷击点、安全引导雷电流入地网、加设完善的低阻抗地网、进行等电位连接、防护电源浪涌冲击、防护通信线及信号线的浪涌冲击等方面进行了综合防护，能有效防范电源线路、信号线路及设备因各种感应过电压、过电流造成设备损坏从而带来的经济损失。该方案针对移动通信基站的特点，分析而得到实际可行的解决方案。

关键词：通信基站；综合防雷；联合接地

中图分类号：S972.7文献标识码： A

1、引言

随着人们对信息的需求日益增加 ,使得通信事业得到了迅猛发展 ,通信系统变得越来越庞大 ,通信基站遍及各个偏僻的角落。从而使传输线路的环境日趋复杂 ,通信基站的数量及所处的地理位置、周边环境、铁塔高度、土壤电阻率都有较大差别 ,基站中应用的各种各样的通信设备越来越多 ,集成化、数字化程度不断提高 ,需要的设施也日趋增加。这就为通信基站的防雷系统提出了更高的新要求。

2、雷电对移动通信基站的危害

雷电是自然界中强大的脉冲放电过程，有天空中不同带电云层之间、带电云层和建筑物之间等等。雷电入侵移动通信基站造成损坏是多渠道的。一般说来，我们可以把雷电放电对通信基站系统设备可能产生的危害形式划分为下列几类，在雷暴活动区域内，雷云直接通过人体、建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象，称之为直接雷击。此时雷电的主要破坏力在于电流特性而不在于放电产生的高电位，我们可由基站天线和机房遭受直击雷的情况看出它对基站的危害。

3、直击雷防护设计

移动通信基站通常具有以下几个特点：

①地理位置：在城区通常设在高大建筑物的较高楼层上，在郊区和乡村经常设在开阔地带或山区。

②机房条件：无论是在城区还是在乡村，大量建在非专用通信建筑内，这些建筑往往不具备符合要求的防雷实施（包括外部防雷装置、内部防雷装置和地网等）。此外，机房面积一般都很小，不便于多级防雷方案的实施。

③交流电源：特别是在乡村和山区，机房的交流供电通常是由户外架空引入。

建筑物年预计雷击次数应按下式确定：

N ＝ k×Ng×Ae

式中：N ──建筑物预计雷击次数0.11（次/年）；

k ──校正系数，（因在土山顶部的建筑物取1.5）

Ng─建筑物所处地区雷击大地的年平均密度次5.94(km2・a)；

Ae──与建筑物截收相同雷击次数的等效面积0.012(km2)。

雷击大地的年平均密度应按下式确定：

Ng＝0.1Td

式中：Td──年平均雷暴日（d/a），根据新余气象台资料确定为59.4天。

建筑物等效面积Ae应为其实际平面积向外扩大后的面积。其计算方法应符合下列规定：

当建筑物的高H小于100m时，其每边的扩大宽度和等效面积应按下列公式计算确定：

式中：D──建筑物每边的扩大宽度（m）；

L、W、H──分别为建筑物的长、宽、高（m）。

由上述公式算得基站的年预计雷击次数为0.11(次/年)

根据通信基站的特点，初步对通信基站的直击雷防护提出以下要求：根据YD5068-98移动通信基站防雷与接地设计规范中3．2和4．3条中规定可知塔顶应安装避雷针，发射天线、航空标志灯等设施都应在其保护范围之内，金属塔体可作为引下线。如另外加设引下线应采用不小于40mm×4mm的镀锌或50mm的铜铰线。铁塔的四脚均应与地网连接。

单只避雷针保护范围：利用铁塔作接闪装置，保护范围可以根据建筑物防雷规范《GB50057-2010》中的要求计算得出，当避雷针高度h≤hr时：（hr为滚球半径）

（1）距地面hr处作一平行于地面的平行线；

（2）以针尖为圆心，hr为半径，作弧线交于平行线于A、B两点；

（3）分别以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面上就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体。

式中：rx――避雷针在 hx高度的xx′平面上的保护半径（m）；

hr――滚球半径（m）；

hx――被保护物的高度（m）；

r0――避雷针在地面上的保护半径（m）。

rx=-

=-

=37.4-16.2

=21.2

机房边上的通信铁塔保护范围为21.2m。该建筑物完全在保护范围之内，故不考虑直击雷防护。

馈线：基站的馈线一般采用同轴电缆，由于它已在避雷针的保护范围内，其引入机房的主要是感应雷电波，所以，可采取屏蔽层接地的方法，将雷电流尽快泄入大地，减少对机房通信设备的影响。应将同轴电缆的金属屏蔽层在塔顶与铁塔的钢梁连接，作为一个接“地”点；离开塔身至机房转弯处上方0.5～1m 适当位置与铁塔钢梁连接，作为另一个接“地”点；在机房入口处就近与地网引出的接地线妥善连通，作为第三个接“地”点。当同轴电缆长度超出60m 时，金属屏蔽层应在铁塔中部增加一处接“地”点，使相邻两个接“地”点间的距离不超过60m。电缆金属屏蔽层接地可以防止高电位引入机房，在高电位到达电缆时，电缆金属屏蔽层与芯线之间的绝缘介质被击穿，两者连通。根据集肤效应，电流被排挤到金属屏蔽层而进入大地，从而起到钳制高电压引入的作用。同轴电缆进入机房后，在连接到基站通信设备前其芯线应加装天馈避雷器，以便让从芯线传来的雷电能量泄放到大地，防止感应雷的引入。

4、联合接地设计

在整个防雷系统中接地系统是一个基本前提，只有具备了良好的接地系统，防雷设备才能真正发挥作用。所以，接地系统的建设是所有防雷工作的基础。

1)接地是为了防止电磁干扰起屏蔽作用；

2)接地是为了泄放过电压以保护设备和人身安全；

3)接地是为了起着工作回路的作用；

4)在受到雷击时以供大电流泄放入地，以保护设备和人身安全。

4.1 接地体

接地体宜采用镀锌钢材，其规格要求如下：

钢管，φ50mm，壁厚不应小于3.5mm。

角钢,不应小于50mm×50mm×5mm。

扁钢，不应小于40×4mm。

垂直接地体长度宜为1.5~2.5m，垂直接地体间距为其自身长度的1.5~2倍。若遇到土壤电阻率不均匀的地方，下层的土壤电阻率低，可以适当加长。当垂直接地体埋设有困难时，可设多根环形水平接地体，彼此间隔为1~1.5m，且应每隔3~5m相互焊接连通一次。在沿海盐碱腐蚀性较强或大地电阻率较高难以达到接地电阻要求的地区，接地体宜采用具有耐腐、保湿性能好的非金属接地体。接地体之间所有焊接点，除浇柱在混凝土中的以外，均应进行防腐处理。接地装置的焊接长度：对扁钢为宽边的2倍，对圆钢为其直径的10倍。接地体的上端距地面不应小于0.7m，在寒冷地区，接地体应埋设在冻土层以下。

4.2 接地线与接地引下线的设计

1）接地线宜短、直，截面积为35~95mm2，材料为多股铜线。

2）接地引入线长度不宜超过30m，其材料为镀锌扁钢，截面积不宜小于40mm×4mm或不小于95mm2的多股铜线。接地引入线应作防腐、绝缘处理，并不得在暖气地沟内布放，埋设时应避开污水管道和水沟，在地面以上部分，应有防止机械损伤的措施。

3）接地引入线由地网中心部位就近引出与机房内接地汇集线连通，对于新建站不应小于两根。

4）接地汇集线一般设计成环形或排状，材料为铜材，截面积不应小于120 mm2，也可采用相同电阻值的镀锌扁钢。

8、结论

移动通信基站是电源系统、接收/发射系统、天馈线系统以及中继传输系统等构成的一个综合系统。经过现场的勘察与实践，现在己形成一系列对通信基站防雷有效的方法和技术。这些成功的防雷方法和技术，归纳起来有接闪、均压等电位连接、接地、分流、屏蔽以及躲避等。将这些方法应用于移动通信基站的防雷，可在一定程度上减小雷电对基站的危害。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。

参考文献：

[1] GB50057-2010.建筑物防雷设计规范[S]

[2] YD5068-98.移动通信基站防雷与接地设计规范[S]

[3] YD5078-98.通信工程电源系统防雷技术规定[S]

[4] 国际电工委员会雷电电磁脉的防护（IEC1312）：