移动通信基站的防雷设计方案

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移动通信基站的防雷设计方案一、概述 　　信息产业部邮电设计院对全国10几个省份移动通信基站遭雷击情况统计结果表明，基站收发信机几乎没有一起因遭受直击雷损坏的事例，雷击造成通信设备损坏事故的95%是雷电过电压引起的，因此对移动通信基站雷电过电压的保护就更为重要。 　　对于每一个通信局（站）采用统一的防雷措施既不经济、又不合适，一般而言，建在山上及郊外孤立的站与地处雷暴强度较强、雷暴日较多通信局（站）雷击事故概率较大，其应比那些雷击事故概率小的采用更为有力的防雷保护措施。另外移动通信基站的雷电过电压保护，各级防护器件是相辅相成的，互相影响的，此时用以局部防护的过电压器件不能有效的发挥其防护性能，将影响移动通信基站的整体防护。另外还有一个重要的原则，移动通信基站的雷电过电压保护设计必须是建立在联合接地基础上。因此移动通信基站雷电保护并非是简单的接地或者单一的雷电过电压保护器件应用，而是根据移动通信基站所处的具体位置、环境因素、所在地区的雷暴强度及雷暴日的大小、来确定基站的雷电保护措施和方法。 　　二、移动通信基站的防雷设计方案 　　（一）设计依据 　　1、IEC61024《建筑物防雷》 　　2、IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》 　　3、YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》 　　4、YD 2011-93《微波站防雷与接地设计规范》 　　5、GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 　　6、GB50057-94《建筑物防雷设计规范》 　　7、GB50174-93《电子计算机机房设计规范》 　　8、YDJ 26-89《通信局（站）接地设计暂行技术规定》 　　9、GB 50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》 　　10、XQ3-2000《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》 　　（二）设计方案 　　从移动通信基站的雷击概率而言，雷击事故的95%以上都是由电源线、信号线引入，因此在通信局（站）联合接地的基础上，移动通信基站的雷电过电压保护就更为重要。 　　1、移动通信基站供电系统防雷方案 　　低压电力电缆引入机房入口处（在交流稳压器或交流配电屏前），TT系统相线对中性线、中性线对地（TN系统相线及中性线应分别对地）加装过压型SPD，并且在SPD回路中串接保险丝，其目的主要是防止SPD因各类因素损坏或由于暂态过电压使SPD燃烧，影响移动通信基站供电线路的正常工作（由于以往的规范忽视了在SPD并联回路中串接保险丝，从而给移动通信基站的正常供电带来了隐患）保险丝标称电流的量级一般为上一级保险丝的1/1.6倍。并且根据雷电活动区的划分、移动通信基站的分类、移动通信基站所处的地理环境、建筑物的形式、供电方式的情况，在设计中对电源SPD提出的不同要求。 　　（1）建在高山，地处多雷区以上，与微波站合用机房的移动通信基站，配电变压器低压侧各相对地应安装安装冲击通流容量大于100kA SPD，型号为立信REP-D380B5D，通流容量100KA，箱式；在电力室入口处各相及中线对地应安装标称放电电流为20kA的过压型SPD，型号为立信REP-XEL385M20，通流容量20KA，模块式；其中过压型SPD必须考虑电力供电电压波动较大的问题。 　　（2）建在城市和郊区无专用配电变压器供电，配电采用TT系统的移动通信基站低压电缆必须从共用的配电变压器全程埋地引入机房，在机房入口处，相线应分别对N线加装过压型SPD，N线对地间应采用由放电管组成的SPD，地处城市的基站应安装标冲击通流容量大于60kA的过压型SPD，型号为立信REP-D380B5D，通流容量80KA，箱式；地处郊区的基站应安装冲击通流容量大于80kA的过压型SPD，型号为立信REP-D380B5D，通流容量100KA，箱式。 　　（3）建在野外空旷场地、无机房建筑的无线基站供电线路应采用冲击通流容量大于100kA电源SPD，型号为立信REP-D380B5D，通流容量100KA，箱式。SPD接地端子应就近与地网连接，避雷箱内的元器件必须考虑电力供电电压波动较大的问题，无线基站供电的电力电缆必须全程埋地引入。 　　（4） 移动通信基站内直流电源线使用的SPD应具有带保险丝功能的、标称放电电流为3kA的SPD，型号为立信REP-D116，通流容量10KA ，SPD应就近接地。 　　（5）注意问题 　　A、通信局（站）对于不同的供电方式，雷电过电压保护器安装的方式要求是不同的，在中国对于通信局（站）的供电方式，原邮电部暂行规定XT005-95《通信局（站）电源系统总技术要求》规定“县以上城市各种通信局（站）宜采用10kV高压市电引入，并采用专用降压变压器供电”，这就规定了通信局（站）的配电方式采用TN系统，但又规定了“当通信局（站）引入高压电有困难或投资较大时可采用220/380V低压市电引入”，即又规定了通信局（站）的配电方式也可采用TT系统（目前移动通信基站基本上采用的都是TT系统）。鉴于TN 、TT系统的接地方式不同，因此SPD的安装方式和作用也是不同的，错误的安装方式轻者将导致SPD的损坏，重者将致使通信设备烧毁。 　　① TN系统内安装SPD的要求 　　SPD的选用与安装和电源线路的接地系统有很大的关系，图5为TN－C－S接地系统中SPD的安装方式。从图可知TN系统PEN线在进线处已接于建筑物内总等电位联结的接地母排上，PEN线已在此处接地而等电位，在此处N线对地不必装用SPD，这时TN－C－S系统需装设3＋0方式的SPD。但进入通信局（站）以后N线对地还需装用SPD ，这时TN－C－S系统需装设4＋0方式的SPD。型号为立信REP-D380B5C（4＋0），箱式，通流容量80KA，并联接法。 　　② TT系统内安装SPD的要求 　　图6为上述IEC 60364－5－534标准推荐的TT系统中SPD安装方式示例之一。如前所述TT系统除电源中性点外，N线自始至终都是与地绝缘的，因此N线上也需装设SPD，即三相四线TT系统内需装设3＋1方式的SPD（单相两线TT系统内需装设2个SPD）。型号为立信REP-D380B5C（3＋1），箱式，通流容量80KA，并联接法。 　　B、两级SPD的安装隔距 　　按照国内外有关文献及标准，根据两级SPD的类型，SPD对雷电反映时间的快慢，连接线缆的材料及粗细，当两级都为MOV时，连接线缆隔距一般要求为3～5米；当两级SPD为不同器件时，连接线缆隔距一般要求为10米或连接线缆电感量为7～15mH。因此为了有可操作性，当上一级SPD为雷击电流型SPD，次级SPD采用过压型SPD时，两者之间的配电缆线隔距应大于15米。当上一级SPD与次级SPD都采用过压型SPD时，两者之间配电缆线的隔距应大于5米。 　　2、移动通信基站信号系统的防雷方案 　　由于进入局（站）的PCM电缆芯线未加装保安单元，特别是进入无线通信局（站）的缆线未加装保安单元，致使PCM接口、PCM逻辑盘、话路板以及2Mb接口被雷击坏的事故时有发生。而这些存在的问题，正是IEC1312和ITU-K系列文件专门论述的要点，为了减少雷害事故的发生，这些问题更应引起我们的注意。 　　1)出入通信局（站）的电缆，应在进线室将金属铠装外护层做接地处理。 　　2) 出入通信局（站）的光缆，应将缆内的金属构件，在终端处接地。 　　3) 进入通信局（站）的PCM电缆芯线应加装保安单元，空线对应就近接地。 　　4) 进入无线通信局（站）的缆线应加装保安单元后，再与上下话路的终端设备相连。 　　3、移动通信基站天馈线的防雷方案 　　天馈线入口处安装SPD，型号为立信REP-G900， SPD接地端子的接地引线应从天馈线入口处外侧的接地线、避雷带或地网引接。 　　4、移动通信基站的接地方案 　　（1）天馈线的接地 　　A、铁塔上安装移动通信天馈线的防雷接地： 　　铁塔上架设的移动通信系统馈线、同轴电缆金属外护层应在天线侧及进入机房入口处外侧就近接地，经走线架上塔的馈线及同轴电缆，其屏蔽层应在其转弯处上方0.5～1米范围内作良好接地，当馈线及同轴电缆长度大于60米时，其屏蔽层宜在塔的中间部位增加一个与塔身的接地连接点，室外走线架始末两端均应和接地线、避雷带或地网连接。 　　B、在民用建筑上安装的移动通信天馈线的防雷接地 　　移动通信系统的扩容，微蜂窝、小区化，城市中多数基站一般都利用民用建筑设立站址，在其建筑物房顶安装移动通信天线。国家标准GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》，对于通信局（站）和民用建筑的防雷设计，从建筑物的分类来讲就不是一个类别，对于通信局（站）的防雷设计要求，远高于民用建筑的防雷设计，不同类别的建筑物使用的目的是不同的，明明是公共建筑物，基站却要设计在这里，这就为移动通信基站的防雷接地带来不少的难题。 　　许多工程技术人员来电讲，按照规范设计不好处理，也做不到条文所要求的，当然由于建筑物的类型很多，不可能用一种模式去解决所有的问题，对于利用办公大楼、大型宾馆、高层建筑作为基站机房天馈线系统的接地，由于条件所限只能利用大楼顶避雷带上或者在大楼顶的避雷网预留的接地端（相对而言，此类建筑物内的主钢筋作为防雷接地系统是安全的）；而对于较低的居民楼或公共建筑物，除了利用楼顶的避雷带外，为了保险的缘故，最好在楼底下专设一组地，用40X4的镀锌扁钢引至楼顶避雷带焊接为一体作为作为基站机房天馈线系统的接地。 　　值得注意的是，通信局（站）机房的防雷设计要求，远高于民用建筑的防雷设计，不同类别的建筑物使用的目的是不同的，明明是公共建筑物，基站却要设计在这里，这就为移动通信基站的防雷接地带来不少的难题。由于建筑物的类型很多，不可能用一种防雷模式去解决所有的问题，因此应因地制宜搞好基站的防雷接地工作。 　　（2）接地体的选择 　　对于和其它通信局（站）同站址的基站，基站的接地系统仅需利用原有机房的接地系统，对接地体没有什么特殊的要求，但建在民用建筑的基站，往往由于条件所限，或者业主和环境的要求，基站的接地是非常困难的事情。 　　通信局（站）地网的概念在民用建筑中是不可能存在的，民用建筑本身的防雷接地仅是利用建筑物内的金属构件和基础内的钢筋作为防雷接地系统，由于作为雷电流引下线柱内的主钢筋并非是焊接的，此时若将建筑物本身金属构件的作为唯一的接地系统是不可靠的，为此一般应在此基础上另外设一个辅助接地系统，根据环境条件，可在楼房机房的一侧地下加设一组接地体，接地体可有3~5根2.5米长的镀锌垂直接地极棒组成，在电阻率较高的地区，通信局（站）要达到规范要求的接地电阻值，可在垂直接地极棒周围加液状长效降阻剂，这样才能保证基站设备的安全运行。 　　三、防雷方案预算（略） 四、防雷方案图 五、运行维护 　　（1）避雷器安装之后，应检查所有接线是否正确安装，然后运行测试，看系统和设备是否正常工作，有无异常情况，如有，应及时检查，直至整个系统均正常运作。 　　（2）每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。 　　（3）接地网的接地电阻宜每年进行一次测量。 　　（4）每年雷雨季节前应对运行中的避雷器进行一次检测，雷雨季节中要加强外观巡视，如检测发现异常应及时处理。 　　六、竣工验收 　　（1）防雷工程施工单位须按设计要求精心施工，工程建设管理部门应有专人负责监督。对于隐蔽工程应实行随工验收，重要部位应进行拍照和专用设备项记录。 　　（2）设计资料和施工记录应由相应的防雷主管部门妥善存档备查。 　　七、售后服务及质量保证 　　（1）由本公司销售的产品和施工的工程均由保险公司承担产品质量和工程责任保险。 　　（2）工程中所使用的防雷器件，从工程验收合格之日起一年内免费保修，超过保修期两年内维修只收取工本费，终身负责维修。 　　（3）根据用户需求，免费提供防雷知识或防雷技术讲座； 　　（4）保修期内，若防雷系统出现故障，公司技术人员在接到通知后的24小时内赶到现场。