通讯基站系统防雷设计方案浅析:基站防雷

　　摘 要：现今社会是信息的时代，也是通信行业迅速发展的时代，全球各地都离不开通信行业。通讯基站也遍布到世界的各个角落。目前，因为人类的人口剧增，加之经济和工业的发展导致地球气候多变，极端气候也越来越多。其中雷击灾害天气对通讯基站的影响最为严重。随着科学技术的发展，通讯基站已经从大规模化过度为集成化、小型化。通讯基站设备属于微电子设备，所以通讯基站是否能正常进行运作是关系到移动通信的重要前提条件，正是因为此原因，结合可续技术手段，通讯基站的抗雷电和抗电子干扰能力越来越高。通讯基站在进行建设的同时已经安装了一些避雷装置，虽然已经做了预防措施，但是基站还是会因为雷击而造成通讯中断，从而给工作和生活带来很多不便甚至造成损失，那么，如何做好通讯基站的综合防雷工作，保障通讯系统安全稳定的运行是我们首要考虑的问题。
　　关键字：通讯基站；防雷设计；辐射；雷电袭击
　　中图分类号:TN92 文献标识码：A
　　通讯基站防雷工作是一项综合性强，系统性高的雷电防护工程，通讯基站系统防雷设计主要是从基站的构成特点、地理环境、系统设备工程界面等方面进行全面考虑。通讯基站主要构成部分为供电电源设施以及通信信号传输、基站系统设备。供电电源设施与通信信号传输设备之间的各个设备紧密连接，共同构成基站通讯系统。从防雷的角度来看，这些设备引入雷电的危害形式是多种多言过的。这些危害性是组要包括接雷击、感应雷击、电磁脉冲辐射、雷电过电压侵入和雷击高电压反击。假如说，某一设备遭受到雷电的袭击，就一定会导致相应程度的破坏，同时也会直接或间接的影响到与其相连接的其他设备，进而影响通讯设备的正常运作。
　　根据通讯基站遭受雷击的不同情况，我们将通讯基站的组成概括为基站铁塔、基站店里、信号传输和基站机房，本文将对通信基站的整体防护进行分析，详细分析每一组成部分中各设备设施的具体提防雷设计和措施，并应用这些措施对通讯基站进行防雷方案的具体设计。
　　一、雷电对通讯基站的危害
　　雷电是一种自然现象，是大自然中强大的脉冲放电过程，雷电入侵移动通信基站所造成的破坏是多渠道的，破坏力是巨大的主要有通过接地系统危害、通过信号传输危害、通过基站电力传输危害和通过铁塔天线部分危害。雷电有天空中不同带电云层之间、带电云层和建筑物之间等等。经过总结分析，我们一般情况下将雷电放电对通讯基站系统设备可能产生的危害形式主要划分为——直接雷击影响、感应雷击、雷电过电压侵入和高电压反击。下面我们进行详细分析。
　　1直接雷击影响
　　在雷暴活动的区域内，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。当雷电发生时并击中基站机柜或基站机房时，强大的雷电电流就能迅速将电能转换为热能，雷电流的高温热能能够引发机房等建筑物发生大火燃烧，甚至还会致使金属柜融化发生爆炸事故。在雷电流流过的通道上，物体水分受热迅速汽化，进而发生剧烈膨胀，因此会产生强大的冲击性机械力，因而可使机房建筑物结构断裂破坏，导致人员和设备破坏。基站天线也是雷击的主要破坏点，天线大多设置在机房的房顶之上，也有一少部分安装字铁塔上，从防雷的角度来看，基站天线就成为了在周围环境中十分突出的雷击目标。
　　2感应雷击
　　在发生闪电的过程中，雷电的活动区域内几乎会同时出现三种物理现象——静电感应、电磁感应、电磁脉冲辐射。其中静电感应和电磁感应两种物理现象是造成感应雷击的主要危害形式。感应雷击与直接雷击相比，其猛烈程度相对较小，但发生几率高很多。
　　3雷电过电压侵入
　　基站机房建筑物不处于雷暴活动区域内时或者处于雷暴活动区域内，但机房设备已受到防直击雷的避雷装置的保护与屏蔽时，仍然会遭受到雷电危害。其原因可能是其原因可能是在电力电缆、同轴电缆或金属管道上未采用防止雷电过电压侵入的措施。
　　例如雷电过电压通过电力电缆对基站所造成的危害，直接雷和感应雷都可能是只是电力电缆产生过电压。这种过电压可沿着电力电缆从远处雷区或防雷保护区域之外传来，并侵入设备内部，使交、直流电源和整流器损坏。由于雷电过电压波沿电力电缆传播的距离远，扩散面大，特别是当地并无雷电活动，工作人员毫无准备的情况下，突发雷电现象，雷电过电压侵入造成的损失也比较严重。据统计，在电子设备遭受的雷击事故中，雷电过电压沿电源线侵入设备而造成的雷击故障，大约要占80﹪。
　　4高电压反击
　　在雷电频繁发生的活动区域当中，当雷电闪击到基站的接闪装置上时，及时接闪装置的接地系统十分良好，但也会因为雷电流幅值较大，波头陡度高致使雷电流流过是是接地引下线和接地装置的电位聚升到成百上千伏。如果基站的接地引下线与各种金属管道或用电设备的工作地线间的绝缘距离未达到安全要求，则可能造成引下线与各种金属管道或用电设备的工作地线之间放电。从而使这些金属管道或用电设备的工作地线上引入反击电流，造成工作人员和设备雷击事故。
　　通过上述情况来看，通讯基站的防雷既要做到能防直击雷，又要能防感应雷，既要防止高电压雷电波从金属线缆输入，又要防止高电压的反击。
　　二、防雷的设计方案
　　在机房的内部直流工作地、保护接地、安全接地接到一个总接地汇集线上；一级电源避雷器接地、二级电源避雷器接地、光缆加强芯以及金属防护层接地应该独立接入另外一个总接地汇集线上，同时考虑选择合理的接地导线以及接地线的布局。外部防雷设计：
　　建筑物年预计雷击次数应按下式确定：
　　N ＝ k Ng Ae，
　　其中N是建筑物预计雷击次数（次/a），k 是校正系数，在一般情况下取1（位于旷野孤立的建筑物取2，金属屋面的砖木结构建筑物取1.7，位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5）；Ng 为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度［次/（km2·a）］；Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。
　　雷击大地的年平均密度应按下式确定：
　　Ng ＝ 0.024Td 1.3
　　Td代表年平均雷暴日，一般都是根据当地气象台和气象站资料来确定（d/a）。由上述公式算得基站的年预计雷击次数，以及属于第几类防雷建筑物。
　　在接闪器的设计上，首先在铁塔上安装避雷针对建筑物进行直接雷保护，避雷针的高度以及保护范围可以根据建筑物防雷规范《GB50057-94》中的要求计算得出，避雷针可用铁塔作引下线，因铁塔已良好接地，所以，只需在安装避雷针时保证避雷针与铁塔有良好的电气连接，并将铁塔分别在四个角上与建筑物混凝土内的钢筋相连即可，同时还要做好防腐处理。
　　基站天线架设在屋顶的建筑物还应该在屋顶女儿墙上敷设避雷带，材料为热镀锌圆钢，直径12mm。如果还不能完全保护建筑物，需利用建筑物屋顶的钢筋作为避雷网，对建筑物以及机房等进行保护。机房建筑物避雷网可用建筑物内的钢筋作引下线，同时建筑物内的钢筋也起到了均压环的作用
　　结语
　　在通信遍布全球的这个时代，为了保证通信行业的迅猛发展，也保障人们日常生活、工作和学习的便利以及企业的经济利益，对移动通讯基站系统防雷设计要做到全面、严密，做好通讯基站系统防雷的工作，保障通讯系统正常、稳定、安全的运行是首要考虑的问题，也是防止雷电给我们生活带来巨大损失的有效途径，希望在不久的将来会有更加完善的防雷设计方案来保障通讯基站的正常运作。
　　参考文献
　　[1]刘磊.完善移动通信基站的防雷保护措施[J].山东师范大学学报（自然科学版），2010（02).
　　[2]倪荣祥.微波通讯基站系统防雷设计方案[J].中国科技博览，2010（31）.