移动通信无线基站的防雷技术研究分析 电子信息技术专业

1、 移动通信无线基站的防雷技术研究 摘要本文主要针对于移动通信无线基站防雷技术进行了研究和详细的介绍；然后对移动通信基站防雷系统进行了简要的介绍，同时对防雷系统的构成了进行了阐述；其次对其中一种形成雷击事故的重要原因-反击电压进行了详细的介绍，主要阐述了其是如何形成，并给应对措施；接下来主要针对于移动基站的防雷技术措施进行了介绍，包括电源线路保护空开以及分级保护两种措施，在最后针对于某基站的防雷技术方案进行了改造，对防雷技术进行了应用。关键字：移动通信；无线基站；雷击；防雷目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc9222 摘要 PAGEREF _Toc9222 I HYP

2、ERLINK l _Toc5332 目录 PAGEREF _Toc5332 II HYPERLINK l _Toc28073 第1章 绪论 PAGEREF _Toc28073 1 HYPERLINK l _Toc19550 1.1 研究背景和意义 PAGEREF _Toc19550 1 HYPERLINK l _Toc29646 1.2 防雷技术现状 PAGEREF _Toc29646 1 HYPERLINK l _Toc30019 第2章 移动通信基站防雷系统 PAGEREF _Toc30019 3 HYPERLINK l _Toc577 2.1 防雷系统简述 PAGEREF _Toc577

3、 3 HYPERLINK l _Toc32033 2.2 防雷系统的构成 PAGEREF _Toc32033 3 HYPERLINK l _Toc25894 第3章 反击电压 PAGEREF _Toc25894 5 HYPERLINK l _Toc10399 3.1 地电压反击 PAGEREF _Toc10399 5 HYPERLINK l _Toc6987 3.2 降低反击电压的措施 PAGEREF _Toc6987 5 HYPERLINK l _Toc15600 第4章 移动基站防雷措施 PAGEREF _Toc15600 8 HYPERLINK l _Toc6198 4.1 电源线路保护

4、空开 PAGEREF _Toc6198 8 HYPERLINK l _Toc32313 4.2 分级防雷 PAGEREF _Toc32313 9 HYPERLINK l _Toc31582 第5章 基站防雷技术方案改造 PAGEREF _Toc31582 10 HYPERLINK l _Toc29268 5.1 实际基站勘察情况 PAGEREF _Toc29268 10 HYPERLINK l _Toc3697 5.2 防雷方案的技术改造 PAGEREF _Toc3697 11 HYPERLINK l _Toc4748 5.3 改造过程中的注意事项 PAGEREF _Toc4748 12 HY

5、PERLINK l _Toc10907 总结与展望 PAGEREF _Toc10907 14 HYPERLINK l _Toc11323 参考文献 PAGEREF _Toc11323 15 HYPERLINK l _Toc25892 致谢 PAGEREF _Toc25892 16第1章 绪论1.1 研究背景和意义一旦出现了较为恶劣的雷雨天气，那么雷击经常会造成出现通信终端以及通信错误等通信事故，因此雷击一直是造成通信事故的重要因素之一1-3。作为移动通信基站的一种常见干扰源，雷电所造成的攻击会针对基站的通信质量造成最为直接的影响，严重的时候甚至会出现通信中断事故。因为移动通信基站工作性质的特殊

6、性，所以在通常情况下其都会被设置在一些高层建筑物的楼顶上面，这就使得其相比于周围的建筑物，总是更高一些，特别是铁塔，经常成为了雷击的对象，因此能够看得出来，研究移动通信无线基站的防雷技术至关重要的4-7。1.2 防雷技术现状目前在移动无线基站中，主要采用的防雷技术有四种，分别是连接、传导、分流以及接地8-10。下面依次进行详细的介绍。（1）连接通常情况下这里所说的连接指的是均衡连接，也可以称之为等电位连接。其是目前一种比较重要的防雷技术。因为自然的闪电和电流波是比较类似的，因此防雷电装置能够给雷电提供一个阻抗较低的通道。所以，通过导线把闪电所经过的部位与需要保护的设备进行连接，这样就能够达到一

7、种等电位的效果；在由闪电出现的时候，每一处的电位都一样得到提升，相应的也就不存在旁侧的闪络放电。（2）传导通常情况下对于那些所使用到的闪电传导器而言，在日常的工作当中，我们还称之为避雷针，避雷针能够起到的主要作用就是把雷电所产生电流经过自身传输到大地里面，一旦闪电的被避雷针导入到大地里面去了，那么其所具有的能量也就被分散了，起到了一种保护的效果。（3）分流所谓的分流就是利用把所引来的导线和接地体两者进行并联，从而形成一个避雷器，一般情况下一旦室外的线路上面形成了过电压，同时顺着导线进到室内的时候，相应的避雷器电阻就会马上处于短路的状态，这样就能够有效的实现过电压的分流效果了。另外还能够看得出来

8、，假如可以在基站的内部线路上面进行避雷器的安装，那么效果就会更好，能够实现一种所谓的多级分流的效果，相应的所具有的防御能力也就更强了。（4）接地通常情况下，我们设置接地的主要目的就是避免自然天气下避免出现直击雷害的一套系统。如果在基站上面采取了一套效果较好的接地系统，那么就能够使得闪电大部分泻入到大地里面去，这样就能够使得引下线上面的电压值减小。同时接地工作还属于一项较为基本的工作，所起到的主要作用是为了别的一些防雷措施进行相应的服务，如果没有做好接地这项基本工作，那么相应的其他的一些措施也很难达到应有的效果。第2章 移动通信基站防雷系统2.1 防雷系统简述移动通信无线基站的防雷工程属于一项较

9、为复杂的系统工程，以前我们都是通过相关的防雷理论针对于防雷系统所具有的泄流能力进行一个最大限度的提升，通常情况下所使用的都是那种80ka或者是100ka的大型防雷器，可是通过实际的应用案例能够看得出来，所能够起到的效果并不是想象中的那么理想，常常发生一种情况就是防雷器并没有进行相应的动作，但是设备已经被损坏了。出现了这种情况，是防雷器的问题吗？显然不是，因为所使用的防雷器全都属于经过合格检测的产品。主要的原因是我们并没有根据移动基站的具体情况对防雷系统进行设计。对于基站里面的设备而言，其被雷电或者是直击雷所所破坏的可能性基本为0。这主要是由于对于基站设备而言，通常情况下其所在的位置一般都比较低

10、，能够通过避雷系统进行雷电的泄放，因此通常不会被直击雷所损害，除此之外，对于基站而言，一般其内部的天馈线以及走线架等金属物质都配置了保护接地，并且都远离室外的雷击点，因此使得雷电感应并没有办法最大限度的发挥出自己应有的作用。在针对大量的文献以及实际案例的查询之后，发现在最近一些年当中，所发生的各种雷击事故大部分都会出现这样的现象：基站b级防雷器保护空开动作，一些直流设备或者是交流设备遭到破坏。通过以上所述，能够看得出来，对基站设备造成损坏的原因主要有两个，一个是电压反击，另外一个就是雷电波侵入。因此对于基站防雷系统而言，主要的目标就是防止电压反击以及雷电波侵入。2.2 防雷系统的构成 目前我们

11、所使用的大多数移动通信基站防雷系统都是由下面三部分所构成的。（1）雷电接受装置：通常情况下这种装置所指的就是能够有效的针对雷击进行直接的或者是间接接受的金属制杆，比如我们经常所使用的避雷网，避雷针，避雷器或者架空地线都属于是雷电接受装置。 （2）接地线：通常情况下这种装置所指的就是能够连接雷电接受装置以及接地装置的金属制导体。其所能够起到的主要作用就是将雷电接受装置上面所接受的雷电通过自身传送到接地装置上面，通常情况下，对于接地线而言，都是通过扁钢或者是圆钢所构成的。（3）接地体：所指的主要是接地装置以及装置周边的混凝土，起到的作用是将雷电泄到大地里面去，目前通常所使用的有垂直接地极，水平接地

12、极，基础接地极以及延长接地极这四种。第3章 反击电压3.1 地电压反击在雷电流基站周围的避雷器进行雷电泄放的时候，因为存在着接地电阻就一定会造成基站所具有的工作地电位的提升，对于在基站当中所存在的直流负荷，例如在基站内部的开关电源的监控单元等设备和远端地相比的话的是存在着电位差存在的，所以会形成差模脉冲电压。在大于设备绝缘耐压的最大允许值的时候，那么就一定会不同程度的损坏设备。通常情况下对于基站所含有的单向交流负荷而言，所叙述的这些设备上面的零线都是和变压器上面的交流地连接在一起的，在雷电顺着基站周边的避雷器进行泄放的过程中，对于变压器而言，其交流地以及交流重复接地点位均会提高，所以对于单相交

13、流设备而言，一样具有地电压反击的问题出现。3.2 降低反击电压的措施如何才可以有效的减少地电压反击所导致的损失呢，通常情况常规的方法就是利用到所谓的直流浪涌抑制器以及交流过压保护器，简单的说就是在基站交流配电箱以及交流变压器的低压侧进行交流过压保护器的配置；同时将浪涌抑制器安装在直流负载的电源输入端上面。通常情况下对于每一个直流浪涌抑制器以及交流过压保护器而言，都一定要和需要进行保护的设备相接近，防止需要进行保护的设备因为电源所具有的引线太长了造成出现脉冲反射等一系列问题，另外还有一个非常需要进行注意的问题就是需要把室外避雷器接地和基站的工作接地在基站地网上面的引接点进行各自分开的焊接，这样做

14、的效果就是能够使得基站工作接地母排的电压浪涌幅值大幅度减少。通常情况下，雷电在顺着地网向大地进行泄放大地时候，那么在地网以及避雷器引下线连接点的周围土壤里面就会构成一个较为强的电位场，如果距离相距越近的话，那么相应的电压值也就会相应的得到提升。如果把室外的避雷器接地和基站的工作地分开的话，那么相应的就能够在很大程度是的基站所具有的反击高压能够得到大幅度减少。因此对于基站防雷地和工作地两者而言，在基站联合接地网上面的引接点的距离要超过5米以上，最好保持在10到15米之间。事实上除了电力线路以外，受到雷击攻击最频繁的就是基站的铁塔，和铁塔使用同一个接地网的基站会频繁的遭受地电压反击的打击，假如对于

15、铁塔地网而言，其边缘和基站的距离超过了5米，那么所需要做的就是在基站的周边再建设上一个具有环形结构的工作接地网；如果目标基站的条件不是很好的话，那么就可以顺着这个基站工作接地以及铁塔地网来接上一条引线，之后再进行接地桩的补设；如果目标基站仅仅能够对铁塔地网进行有效利用的话，那么所需要做的就是在对角塔基上面分别的进行工作接地以及避雷接地引接点的安装。如果目标基站所处的位置是在山顶上面的话，那么需要注意的是要把避雷接地和工作接地相分开，这是由于处在山顶上面的基站具有较大的接地电阻，以及较长的接地引线，整个泄放的速度是比较慢的，因此会遭到严重的地电压反击。使基站接地电阻减小能够有助于避免地电压反击。

16、对于山上的基站，由于其具有较大的接地电阻，可以选择利用蓄水池以及塔基钢筋等众多自然接地体，对于难以进行地桩埋设的山上基站而言，处理的方式就是同样能够从塔基顺着山体上面所具有的沟壑，同时再选择一些相对来说比较潮湿的地方，来进行一个横向辐射接地网的制作，但是需要注意的是这个接地网所具有的长度是不可以超过30米这个限值的，这种横向接地网越多的话，那么相应的泄流效果也就越好。第4章 移动基站防雷措施4.1 电源线路保护空开通常情况下对于我们所使用的避雷器而言，其所具有的响应特向是存在着软硬之分的：一般情况下对于气体放电管以及火花间隙防雷器而言，两者都是基于斩孤的角形火花隙以及同轴放电火花隙，在线里面的

17、电压值大小相比于防雷器的击穿电压大的时候，那么防雷器里面的绝缘电阻便马上减小，相应的其所具有的放电能力就会开始进行增强，同时残压的值也会比较高，恢复电压小于之前的击穿电压，这就是所谓的硬响应特性；具有软相应特性的浪涌抑制二极管以及压敏电阻，其所具有的主要特定就是相比之下具有较小的放电电路以及相对较短的响应时间，并且对于恢复电压而言，通常是不变的。对于具有硬响应特性的防雷器而言，绝缘劣化以及工频后续电流均会导致线路出现短路问题，因此对于防雷器而言，在其前面要进行过流保护空气开关或者是熔丝的安装。对于它的额定电流而言，其大小是不可以超过防雷器自身所具有的最大短路允许强度。假如对于主电路保护空开关而

18、言，其大小相比于防雷器自身所具有的最大保险丝强度要大的话，那么相应的就需要进行避雷器分路保护空开的设置。通常情况下，对于雷电波而言，其脉冲属于纳米级的，因此通常来说防雷器的一个标准就是响应时间为纳米级。所以在设计基站防雷系统的时候都是按照这个标准来进行设计的，例如在c级防雷器上面配置保护空开，选择20a或者是32a，这样的话不但能防雷还更加的安全。事实上根据统计，得出来的结论就是通常情况下大部分基站设备遭到雷电攻击出现过压损坏的事故里面，其中防雷器保护空开动作的发生占到了惊人的100%，而防雷器正常的情况占比超过了90%。通过这个数据能够明显的看出，因为防雷器保护空开所具有的短路作用，最终使得

19、防雷器并没有最大限度的实现其所具有的泄电能力。所以我们需要选择那些叫嚣的设备的保护空开，同时在安装防雷器的时候要紧靠需要进行保护的设备，这样两者才能够拥有一样的安全级别。通常情况下，针对于那些是纳米级的雷电波而言，其在针对大地进行泄放的过程当中所形成的雷电波侵入以及地电压反击的作用时间是由可能被延长到毫米这一级别的。这里我们会将上述两者所影响到的基站设备等效成一个通过回路电阻、寄生电感以及对地电容三者所构成的一个所谓的串联电路。因为对于电感以及电容而言，均具备储能作用，就算是不出现震荡，对于高压脉冲而言，其在进行衰减的时候所具有的存在时间同样会被延滞，除此之外，雷击会常常导致出现更长时间的电网

20、操作过电压，因此通常情况下我们在进行防雷器以及设备保护空开二者的选择的时候，一定需要综合的考虑到线路所具有的进线容许短路电流的大小，防雷器自身所对应的最大允许熔丝电流大小以及设备所对应的负荷电流大小。4.2 分级防雷对于防雷器而言，其所具有的残压数值大小是针对于基站设备进行一个有效保护的重要参数，通常来说，一个具有相对较强能力的防雷器，那么其基本都会具有较高的残压大小以及较长的响应时间大小。就目前的情况来看，在市面上面还不存在一种防雷器可以完全符合每一种雷电冲击波、残压以及响应时间指标这三个参数的要求，因此要按照基站电源设备的绝缘等级针对防雷层析进行划分，这样就能够达到一种多级防护的效果，一级

21、然后一级的逐渐降低雷电所具有的能量大小，这样就能够让每一级防雷器所具有的残压大小能够实现一种相互之间进行配合的关系，最后让过电压值的大小能够小于设备绝缘强度。第5章 基站防雷技术方案改造5.1 实际基站勘察情况（1）本基站所在的位置处于平原地带，同时其铁塔在周围属于最高的建筑，非常容易遭到雷电的攻击（2）基站使用公用变压器来进行供电，对于高压电力线而言，是通过架空的方式送到电力变压器里面的，变压器的高压侧已经安装了壁垒装置，低压侧的电力线通过计量箱之后被埋地进入了机房。对于机房而言，其电力线路所使用的是C级电涌保护措施。（3）本基站的接地系统是一种联合接地系统，同时接地电阻的大小是8欧。（4）

22、数传是使用的架空光纤来实现传输的，（5）在机房里面的相关设备均实现了接地处理。（6）在铁塔上，有两条避雷针引下线，都被焊接在了塔基上面，如图5.1所示。图5.1铁塔避雷针接地示意图机房里面的保护地与工作地都是在地网里面引出来的，两者之间的距离没有超过30厘米，如图5.2所示。图5.2基站保护地和工作地连接示意图（8）对于室内走线架而言，是固定在墙上面的，并没有进行相应的绝缘处理，同时这个墙体和避雷针引下线是在一侧的。对于室外的馈线而言，其在进入机房的门口是有接地存在的，而在机房外面是单独进入的。5.2 防雷方案的技术改造（1）在室外再进行一圈地网的制作，然后将这个地网和原来的地网连接起来，在里

23、面取出来两条或者三条引出线，用来作为避雷针接地引下线的焊接点。（2）在室内机房配电箱测找出建筑的主钢筋，通过扁铁与这个主钢筋进行焊接之后，从上面引出来一条接地，用来作为工作地来进行使用，对于保护地并不进行变动。（3）找到光纤加强芯接地，然后把它直接的引到室外馈线接地铜排处进行连接。改造后的示意图如图5.3和图5.4所示。图5.3铁塔避雷针接地整改示意图图5.4光纤加强芯接地整改示意图5.3 改造过程中的注意事项（1）对于一切地线排和接地引线之间的连接，均要通过铜鼻子来进行操作，通过若干数量的螺栓再配合上相应的梅花垫片使其能够被拧紧，这样的话才能够有效的保证两者之间的可靠接触。通常情况下对于接地引线而言，其和地网之间的连接最好采用焊接的方式进行连接。（2）针对于每一个焊接扁钢搭接长度大小而言，都是宽度大小的2倍，同时对于所有的焊接点而言，都要在上面涂上一定的沥青进行防腐蚀处理。（3）对于空调和室外机两者的接地而言，都要通过施工单位的实际情况来进行保护接地处理。总结与展望随着移动通信技术的快速发展，未来移动通信无线基站的数量会越来越多，因此移动通信无线基站的防雷技术至关重要，只有将