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移動通信基站雷電流侵入的方式及防雷措施

2016-4-14 閱讀(2000)

移動通信基站數量很多,同時有集成了很多通信設備,一般為了得到很好的通信效果,基站都建立在比較高而突出的位置,所以移動通信基站遭受雷擊的事故時有發生。很多人覺得按裝避雷針做好接地就可以了,這種傳統的認知造成了近年來很多基站遭受雷擊。下面就移動基站雷電侵入的方式及防雷措施做出探討:

一:雷電侵入基站的途徑方式

1、 天饋線路引入感應雷擊 
為了擴大信號覆蓋范圍,就要盡可以能地增加天線架設高度(65m以上的鐵塔約占50%)。這樣在提高信號覆蓋范圍的同時,也增加了鐵塔引雷的概率。當塔上避雷針引雷入地產生二次雷擊效應時順塔而下的天饋線*。盡管按現有技術規范在天饋線安裝時,已將饋線上中下3點屏蔽層接地,可一旦二次雷擊效應以信號方式進入饋線時,收發信設備端口損壞也就在所難免了。 
福建某基站1997年6月因雷擊造成收發信設備損壞,經分析就是從饋線引入雷擊的(事故后檢查饋線屏蔽層上中下3點接地良好)。

2、 供電線路引入雷害 
市區以外的移動通信基站使用的供電線路大多采用架空明線。試驗表明,雷電頻譜在幾十MHz以下頻域,主要能量集中分布在工頻附近。因此,雷電與市電相耦合的概率很高。 
盡管按YD2011-93規范,市電引入機房前采取部分地理,有些基站的開關電源安裝了電源避雷器,但通過電源線路引入的雷害仍占全部雷害的絕大多數。 
據廣東移動通信公司對1997年雷害事故統計,在全部雷害事故中,從電源線路引入的占80%以上。

3、 地電位反擊引入雷害 
在移動通信系統建設中,將許多郊縣站建在郵電支局內或郵電系統外單位的院內或樓頂上。按YDJ26-89和YD20ll-93設計規范,支局和基站在基建時各自都已采取了共地措施,由于兩者不是同期建設,因此形成了許多一個局(站)內兩個地網的現象,受地理環境所限,兩個地網之間相距很近,從此留下了地電位反擊的隱患。

以北京某支局為例:自1996年無線局在支局內建移動通信基站以來,支局交換機、光端機兩年內遭3次雷擊(基站設備無損壞),而在此之前從未有過雷擊歷史。現場勘察發現:基站鐵塔(塔高65m)防雷地和移動機房保護地、交直流工作地之間已實現共地(地阻<40Ω。支局建筑物(3層樓房)地和交換機房保護地、交直流工作地之間也已實現共地(地阻<1Ω)。兩個地網之間zui近處相距僅2m且未做任何連接(基站和支局共用一組電源)。對雷擊事故分析后認為:在建基站前,由于支局內zui高建筑物不足20m,因此幾年中沒有落雷史。建移動基站后,高65m的鐵塔是周圍zui高的目標。當鐵塔避雷針引雷入地時,使鐵塔防雷地電位瞬間升高,由于基站實現共地,故基站設備無損壞;而僅2m相隔的基站地網和支局地網間卻產生了很高的電位差,因此形成支局地電位反擊,造成支局設備損壞。

4、避雷針的副作用及感應雷效應 
避雷針主要的作用是防直擊雷而后引雷入地。在引雷過程中,由于入地雷電流強度大(可達幾百kA),放電時間短(通常為幾十μs),因此在避雷針和引下線周圍將產生瞬時強磁場。在強磁場作用下,處于磁場之中的導體上將產生幅度可達幾千至幾十kV的感應電壓。如此之高的感應電壓勢必造成通信設備的損壞。這一現象就是人們所說的感應雷效應。 
幾十年來的通信設備是從電子管、晶體管向集成電路過渡的。由于電子管、晶體管的耐沖擊能力較強,因此二次雷擊效應對電子管、晶體管通信設備沒有造成太大損害。移動通信設備是集成化較高的微電子設備,其耐沖擊能力差是造成雷害損失過大的主要原因。
通過對部分雷擊事故分析,發現許多雷擊事故都是在避雷針、接地完好情況下發生的。分析其原因就是感應雷效應造成的。 
1996年8月29日四川某基站遭雷擊,造成VOC板、BSC板、PCM板等多部位接口板損壞。事故發生后,檢查發現避雷針完好,地阻<1Ω,經分析屬典型的感應雷擊事故

二:防護措施 
除了按YDJ26-89和YD20ll-93規范做好聯合接地和采取均壓等措施以外,建議利用現代防雷技術對雷害進行綜合治理,系統防護,具體方法如下: 
1、安裝天饋避雷器 
目前的移動通信系統,除了MOTOROLA系統安裝了天饋避雷器以外,其它系統尚未采用天饋防護措施。實踐證明,安裝天饋避雷器的MOTOROLA系統從未發生收發信機被雷擊壞事故,而其它系統都有過收發信機遭雷擊的事故發生。 
采用波道分流技術研制的天饋避雷器已經通過郵電部部級鑒定。建議在未采用天饋防護措施的系統中安裝使用這種天饋線防雷器。 
2、供電采取三級防護 
目前市場上國內外生產的電源避雷器有許多品牌,有的基站安裝電源避雷器后并未減少電源引入雷害。以廣東某基站為例:交流配電柜上安裝了西歐某電源避雷器,雷擊事故發生后,不但開關電源全部被擊壞,并且電源避雷器本身也被打壞。現場勘察時發現該品牌避雷器只提供相對地保護,缺少相間保護。為此,建議在電源防護中采取三級防護;*級在市電引入端安裝總電源避雷器;第二級在配電柜安裝分電源避雷器;第三級在開關電源中安裝單相電源避雷器。在雷害多發地區可加裝直流電源避雷器(浪涌吸收器)。*級和第二級宜使用既帶相間保護又帶相對地保護的三相五線制電源避雷器。作為*級防護的電源避雷器其雷電通流量不宜<40kA(市區站可適當減少)。

3、安裝信號接口避雷器 
在進出基站的各種信號線接口處安裝信號避雷器;在站內長度超過5m的各種信號線接口處也應考慮安裝信號避雷器
4、消除地電位反擊 
凡屬基站和支局(或外單位)建在一起的基站,按YD2011-93規范將兩個地網相連(zui少做兩點以上焊接),在保護自己的同時避免殃及他人。

5、用新型避雷針消除傳統避雷針的副作用 
傳統避雷針的副作用——二次雷擊效應集中反映在感應磁場強度上。感應磁場強度的大小取決于入地雷電流的前沿陡度(di/dt)的大小。 
既能保持傳統避雷針的優點——避免直擊雷,又能抑制感應雷的新型避雷針已經通過郵電部部級鑒定。經國家避雷器檢測中心檢測,這種新型避雷針可將入地雷電流的前沿陡度衰減至百分之一以下。使用這種新型避雷針即可將二次雷擊效應減小到zui低程度,為其它防護措施減小壓力。

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三:總結
移動基站的防雷一直沒有受到重視,導致雷害經常發生,對通信運營商造成損失。本文通過對基站雷電入侵的途徑及防雷措施進行了深入分析,希望能對大家有所幫助。



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