分析通信基站如何引入雷电途径及防护措施

出处:bsbjx 发布于:2011-08-25 16:11:22

  随着通信行业的迅速发展,微电子设备得到广泛应用,通信设备的集成度越来越高,其耐压水平也越来越低[1].由于移动通信基站分布范围广,位置处于制高点,容易遭受雷击灾害。雷电具有很强的破坏性,一旦通信基站遭受雷击,容易造成通信设备损坏,通信信号中断,给社会带来较大的经济影响,因此做好移动通信基站的防雷是一项重要的工作。

  1 雷击移动通信站的主要途径

  1.1雷电通过基站铁塔和天馈线侵入

  一般的基站铁塔高度为40~60 m,有些高达70~90 m.当铁塔的避雷针受到直接雷击时,对通信设备造成损坏。如果天馈线为同轴电缆,在导体上感应出较强的感应电流,即为同轴电缆的感应电流。感应电流经同轴电缆从铁塔天线进入基站机房,进入收发信机,烧坏移动通信设备。

  1.2雷电通过架空管线侵入

  移动通信系统基站的架空管线是引入雷害的重要途径。当雷云放电时,使其周围电场强度显着增加,架空管线很容易发生放电而被雷电击中。当架空管线遇雷电侵袭时,将过电压引入基站机房, 很可能烧坏基站的通信设备。雷云对地放电也会在架空管线上感应过电压,该过电压也会对电源设备造成威胁。

  1.3雷电电磁感应影响

  雷电放电时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应,它可能使金属部件之间产生火花从而损害设备。是由于附近落雷所引起的电磁作用的结果。分静电感应和电磁感应两种。静电感应是由于雷云接近地面,在地面凸出物顶部感应出大量异性电荷所致。在雷云与其他部位放电后,凸出物顶部的电荷失去束缚,以雷电波的形式,沿凸出物极快地传播。电磁感应是由于雷击后,巨大的雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场所致,这种磁场能在附近金属导体上感应出很高的电压。如在送电线路附近发生雷云对地放电时,在送电线路上就会产生电磁感应过电压。当雷击杆塔时,在导线上也会产生电磁感应过电压。防止雷电感应造成伤害的主要措施是将建筑物内的金属设备、管道、结构、钢筋等进行接地。

  接闪器在接闪过程中,雷电流强度大,放电时间短,在接闪器和引下线周围将产生较大的瞬时电磁场。在强磁场作用下,处于磁场中的导体将产生高达几千至几万伏的感应电压,如此之高的感应电压势会造成通信设备的损坏。移动通信设备是集成化较高的设备,耐冲击力相对较差,因此受雷电感应的影响较大。

  1.4基站机房引入雷电

  当移动基站机房建在山顶上,机房位置的海拔高度很高时,直击雷可能绕过避雷针从横向及斜面击中被保护物,这种现象叫雷电绕击。在这种情况下,孤立的避雷针往往已不能防御雷电对机房的直击。因此,基站机房必须采取必要的防雷措施。

  2 通信基站的综合防雷措施

  2.1铁塔的防雷

  铁塔顶部天线平台处,塔身中部及塔基处应预留接地孔,或将附近塔身紧固螺栓改用加长紧固螺栓作接地点。因铁塔较高,上述相邻2个接地点之间距离超过 60 m时,需在该网点之间增加1个接地点。一定要保证连接点的数量和分散性,以利于分散雷电流。铁塔为落地塔时,其铁塔地网与机房地网之间应每间隔3~5 m相互焊接连通1次,天线铁塔设避雷针并与铁塔焊接。天线安装位置应在避雷针的防雷保护区内。避雷针与铁塔焊接的目的就是确保避雷针有良好的接地线,以保证雷电流及时流入大地。

  2.2架空管线的防雷

  连至机房的电力线、光缆等架空管线不能直接进入,应分类穿入金属管埋地后进入机房。若路程较长,则电力线、光缆两端均应加装保护装置。金属管两端分别与地线焊接,焊点要作防腐处理,电力线与信号线不能混合走线。各系统的接地应按照安装要求,分别接至各自的接地汇流排,再统一接至室内接地排。机房内直流电源接地线从室内地线排上引入,与保护地各自独立,再接入接地汇流排上,且不共用引线。

  2.3天馈线的防雷

  馈线屏蔽层应在塔顶、馈线离开塔身至机房转弯处上方0.5~1.0 m处、进入机房入口后的内侧3点妥善接地。当长度超出60 m时,应在其中间增加接地点,使相邻2个接地点间距离不超过60 m,室内走线架应每隔5~10 m接地1次。某些厂家要求馈线进入室内后加装避雷器,避雷器的安装位置应尽可能紧靠馈线进建筑物的入口处。

  2.4通信机房的防雷

  对于通信机房的防雷问题应包括机房的建筑物防雷接地、机房设备和供电系统的防雷接地。一是建筑物的防雷和接地。通信机房天面应按规范要求设置避雷网,通信机房内等电位接地端子板之间应采用螺栓连接,其连接导线截面积应采用不小于16 mm2的多股铜芯导线,穿钢管敷设。机房内的走线架应每隔5 m接地1次,走线架、吊挂铁件、机架(或机壳)、金属通风管道、金属门窗以及其他金属管线均应良好接地并相互连通。通信机房的供电电力变压器不宜与通信机房在同一建筑物内,若其安装在通信机房内时,高压电力电缆长度应不小于200 m,在与架空电力线的接头处,电缆金属外护层应就近接地,电缆内3根相线应分别对地加装氧化锌无间隙避雷器。

  2.5 等电位连接

  移动通信基站地网应按均压、等电位的原理,将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网,基站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入。对于高土壤电阻率地区的高山基站地网,除了要降低其地阻值外,重要的是进行等电位连接、屏蔽以及均压处理,以达到各部分之间的电位分布均匀,使电位差为 "零",从而确保雷电流不会对各部分造成高压反击及减小电磁干扰。

  2.6 降低接地电阻值

  国家标准要求移动基站地阻值应小于5 Ω,在高土壤电阻率地区,降低接地电阻的常用方法有以下几种:一是采用多支线外引接地装置,外引长度应不大于有效长度;二是接地体埋于较深的低电阻率土壤中;三是采用降阻剂;四是换土。其做法是:用电阻率较小的粉状矿泥、塘泥、田泥、黑土、陶土等物质换掉地网内电阻率较高的土壤。



  
关键词:通信

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