移動通信基站的防雷與接地問題探討工學(xué)論文

時(shí)間：2024-05-30 10:53:00 其他類論文我要投稿

　　摘要：本文論述了移動基站防雷接地系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的問題，介紹了移動通信基站防雷接地的重要性，防雷接地系統(tǒng)的構(gòu)成和基本要求，并結(jié)合多年運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)提出根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)移動通信基站防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。

移動通信基站的防雷與接地問題探討工學(xué)論文

　　關(guān)鍵詞：移動通信;基站;防雷;接地

　　簡介由于移動通信基站的天線設(shè)置大多安裝在建筑物的房頂上，還有一部分安裝在鐵塔上，相對周圍環(huán)境而言，形成十分突出的目標(biāo)，從而導(dǎo)致雷擊概率增多。通信設(shè)備損壞，耗費(fèi)了大量人力財(cái)力。怎樣才能有效地預(yù)防雷害，確保移動通信基站設(shè)備和工作人員的安全呢?幾年來的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)告訴我們：必須根據(jù)每個(gè)基站的實(shí)際情況設(shè)計(jì)移動通信基站的防雷接地系統(tǒng)，實(shí)施基站針對性防雷。

　　1認(rèn)清移動基站雷害的主要原因

　　移動基站防雷是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，過去我們按照防雷理論[1]，盡量提高基站防雷系統(tǒng)的泄流能力，選用了80kA甚至100kA的大型防雷器，但是防雷效果卻不盡人意，經(jīng)常出現(xiàn)基站防雷器沒有明顯動作，基站設(shè)備卻已經(jīng)發(fā)生損壞[2]。是防雷器不好嗎?不，防雷器都是檢測合格的入網(wǎng)產(chǎn)品。原因是沒有按照基站的實(shí)際情況設(shè)計(jì)防雷系統(tǒng)。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)了黑龍江省近兩年來的雷擊事故，得出一條重要數(shù)據(jù);基站內(nèi)設(shè)備被直擊雷和雷電感應(yīng)破壞的概率為零。這是因?yàn)榛驹O(shè)備包括基站室外電力變壓器的位置普遍較低[3]，完全處于建筑防雷設(shè)施或鐵塔以及架空線路避雷系統(tǒng)和建筑防雷等外圍的避雷系統(tǒng)泄放，所以基站設(shè)備很難遭到直擊雷損害。

　　2防止地電壓反擊是基站防雷接地的主要課題

　　當(dāng)雷電流基站附近的避雷器對地泄放時(shí)，由于接地電阻的存在必然引起基站工作地的電位升高，基站直流負(fù)荷如BTS電源、開關(guān)電源的監(jiān)控單元、基站的動力環(huán)境監(jiān)控器等設(shè)備相對遠(yuǎn)端地一般都存在寄生電容，這些設(shè)備一端接工作接地，無流的遠(yuǎn)端地與基站的工作接地間存在電位差，因而產(chǎn)生差模脈沖電壓[5]。當(dāng)超過設(shè)備絕緣耐壓的容許限度時(shí)必然造成設(shè)備的損壞�；镜膯蜗嘟涣髫�(fù)荷如基站空調(diào)、照明等設(shè)備的零線接在變壓器的交流地上，當(dāng)雷電流沿基站附近的避雷器對地泄放時(shí)，變壓器的交流地和交流重復(fù)接地電位也會升高，因此基站的單相交流設(shè)備也同樣存在地電壓反擊的問題。

　　若把基站設(shè)備與接地有關(guān)的電路簡單等效為線路電阻、線路寄生電感(可忽略不計(jì))、線路負(fù)載(如傳感器、BTS、空調(diào)、燈具等)、終端對遠(yuǎn)端地寄生電容組成的串聯(lián)回路。假設(shè)基站的沖擊接地電r為2歐姆，防雷器對地的泄放電流為2kA，這時(shí)基站的接地排的瞬間電壓為U=1×r=4kV，可見負(fù)載兩端的瞬間浪涌電壓可達(dá)4kV，如不采取措施，必然造成設(shè)備損壞。

　　3因地制宜消減反擊電壓

　　怎樣才能避免地電壓反擊造成的損失呢?一般很自然會想到使用交流過壓保護(hù)器和直流浪涌抑制器，即在交流變壓器的低壓側(cè)、基站交流配電箱的地零間加裝交流過壓保護(hù)器;在直流負(fù)載的電源輸入端加裝浪涌抑制器。所有交流過壓保護(hù)器和直流浪涌抑制器必須靠近被保護(hù)的設(shè)備安裝，避免被保護(hù)設(shè)備由于接地或電源引線過長引起脈沖反射。除此之外一個(gè)非常重要的問題就是將基站的工作接地與室外避雷器接地在基站地網(wǎng)上的引接點(diǎn)分開焊接，這樣可以大大降低基站工作接地母排的電壓浪涌幅值。眾所周知，雷電電流沿地網(wǎng)泄放時(shí)，在避雷器引下線與地網(wǎng)連接點(diǎn)附近土壤內(nèi)形成一個(gè)強(qiáng)電位場，距離越近電壓越高。將基站工作接地與室外避雷器接地分開，可以大大降低基站的反擊電壓。所以YD5068-98《移動通信基站防雷與設(shè)計(jì)規(guī)范》明確指出：基站工作地與防雷地在基站聯(lián)合接地網(wǎng)上的引接點(diǎn)距離不應(yīng)小于5m，條件允許時(shí)宜間距10~15m。實(shí)際上除電力線路外，基站的鐵塔遭雷擊次數(shù)最多，與鐵塔共用接地網(wǎng)的基站經(jīng)常受到地電壓反擊的損害，如果鐵塔地網(wǎng)邊緣距離基站大于5m，應(yīng)在基站附近另建環(huán)形工作接地網(wǎng);條件差的基站可以沿鐵塔地網(wǎng)與基站工作接地引接線，補(bǔ)設(shè)接地樁;只能利用鐵塔地網(wǎng)的基站也應(yīng)把鐵塔避雷接地的引接點(diǎn)與工作接地的引接點(diǎn)分別在對角塔基上安裝。

　　對于山項(xiàng)基站尤其應(yīng)注意將基站的工作接地與鐵塔避雷接地及站基室外接地分開，因?yàn)樯巾敾镜慕拥仉娮栎^大，接地引線較長，雷電流泄放相對緩慢，所以地電壓反擊比較嚴(yán)重。

　　降低基站接地電阻也有利于電壓反擊事故。接地電阻較大的山上基站，可利用塔基鋼筋、蓄水池、無爆炸和電擊危險(xiǎn)的金屬管路等自然接地體，埋設(shè)地樁有困難的山上基站也可從塔基沿山體的自然溝壑，最好選擇陰暗潮濕的地方，制作橫向輻射接地網(wǎng)，輻射接地網(wǎng)長度應(yīng)小于30m，塔基四周輻射的橫向接地網(wǎng)越多也有利于雷電散流。

　　4適當(dāng)?shù)剡x用電源線路保護(hù)空開

　　防止雷電波侵入避雷的響應(yīng)特性有遠(yuǎn)近軟硬之分：氣體放電管和火花間隙防雷器是基于斬弧技術(shù)的角形火花隙和同軸放電火花隙，當(dāng)線中電壓超過防雷器的擊穿電壓后，防雷器的絕緣電阻立刻急劇下降，放電能力較強(qiáng)，殘壓相對較高，恢復(fù)電壓低于原來的擊穿電壓，屬于硬響應(yīng)特性;屬于軟響應(yīng)特性的壓敏電阻和浪涌抑制二極管，其特點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間短，放電電流小，殘壓低，而且恢復(fù)電壓基本不變。硬響應(yīng)特性的防雷器工頻后續(xù)電流和防雷器絕緣劣化可能造成線路短路，所以防雷器前面應(yīng)該配置過流保護(hù)空氣開關(guān)或熔絲。其額定電流應(yīng)小于防雷器的最大短路允許強(qiáng)度。如果主電路保護(hù)空開關(guān)大于防雷器的最大保險(xiǎn)絲強(qiáng)度，應(yīng)設(shè)避雷器分路保護(hù)空開。

　　5實(shí)現(xiàn)分級防雷

　　防雷器的殘壓是保護(hù)基站設(shè)備的最重要參數(shù)，一般來講，泄流能力強(qiáng)的防雷器，響應(yīng)時(shí)間長，殘壓高。世界上沒有任何一種防雷器能滿足所有混合雷電沖擊波、殘壓以及響應(yīng)時(shí)間指標(biāo)要求，所以應(yīng)根據(jù)基站電源設(shè)備的絕緣等級劃分防雷層次，實(shí)現(xiàn)多級防護(hù)，對雷電能量逐級減弱，使各級防雷器殘壓相互配合，最終使過電壓值限制在設(shè)備絕緣強(qiáng)度之內(nèi)。另外多級防護(hù)對于某一級防雷器失效、防雷器的殘壓不配合設(shè)備絕緣強(qiáng)度等也是必須的。我們認(rèn)為應(yīng)該結(jié)合YD5078-98《通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定》和基站的實(shí)際情況，從交流電力網(wǎng)高壓線路開始，根據(jù)基站主要電源配套設(shè)備的耐雷電沖擊指標(biāo)和防雷器殘壓要求，采取分級協(xié)調(diào)的防護(hù)措施，進(jìn)行基站的防雷系統(tǒng)設(shè)備。避雷器的直流1mAA參考電壓是我們選擇避雷器的絕緣要求，選用時(shí)應(yīng)考慮電網(wǎng)的電壓波動上限值和操作過電壓遠(yuǎn)小于直流1mA參考電壓。

　　實(shí)現(xiàn)各級防雷器的能量分配與電壓配合的要點(diǎn)在于利用兩級防雷器之間線纜本身的感抗。電纜本身的感抗有一定的阻礙電流及分壓作用，使雷電流更多地被分配到前級泄放。當(dāng)保護(hù)地線與其它線纜緊貼敷設(shè)或處于同一條電纜之內(nèi)時(shí)，要求兩級防雷器之間線纜長度在15m左右，當(dāng)防雷器接地線與被保護(hù)電纜有一定距離(>1m)，這時(shí)要求線纜長度大于5m即可。在一些不適合采用線纜本身作退耦措施的，如兩級防雷器靠近或線纜長度較短時(shí)，可利用專門的退耦器件，這是無距離要求。

　　參考文獻(xiàn)

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