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移动通信基站是全球分布最广，数量最多的无线基站，同时移动通信设备又是集成化最高的通信设备之一。在基站选址方面，尽可能的选在与周围环境相比较为突出的地理位置上，这样移动通信基站遭雷击的事故便在所难免了。 谈到雷击，许多人认为塔上有避雷针，机房有保护地，室外有地线与地相连便可以了，正是由于这种传统观念的影响，才造成了近年来许多移动通信基站屡遭雷击事故的发生。 现在我们来看一组有关雷击带来损失的数据： 在国内，据有关部门对广东、福建、浙江、江苏、四川、北京、吉林等省市的抽样统计，仅1997年在上述省市移动通信系统中因雷击造成的直接经济损失就多达1000万元。 在国外，1994年德国法兰克福ELELTRA.WVBA保险公司理赔金额统计中由于过压、间接雷击损害为全部赔偿金额的33.8%，德国幕尼黑TELA保险公司对1978年-1994年之间对过电压及雷击造成的损失进行统计，发现已由1978年的不足4%上升到1994年的16%，17年增加了3倍多！ 因此我们应对移动通信基站的雷害加以高度重视，对雷害的防护也势在比行。为了实现对雷击的防护，那么必须对雷有一个简单的认识，概括的说主要有以下几点： （一） 雷电是由于大气层中的云层里程累了大量电荷所引起的放电现象，并且可以在两块带有异性电荷的云层之间产生，也可以在云层与地面之间产生。 （二） 主要特点 1 放电时间极短，曲型盾为几十微妙。 2 电流量非常大，常以安培计，又称浪涌电流。 3 由于浪涌电流持续时间短，致使占有很宽的频谱，但其主要集中在上频附近。 （三） 雷的种类，主要有四种： 1直击雷：是雷电与地面，树林，建筑等直接放电而形成的。 2雷点侵入波：雷电发生时，雷电经架空线路或者金属管道等金属体产生冲击电压，这些冲击电压有随着这些金属的走向而迅速扩散，以致形成危害。 3 球雷：是一种紫色或灰色的在不停滚动的雷，它能沿地面滚动或在空中漂动，能从烟囱，门窗等缝隙，孔洞窜入室内，遇到人体或物体就会爆炸。 4感应雷：是一种感应过电压。 （四） 由于地理，气象条件的不同，各地的雷击情形，雷击发生的频度，危害程度因地而异。因此我们应时刻警惕，既全面性地，又有针对性的采取防雷措施，防范于万一，保证设备的正常运行和人身安全。 基站不仅是一个独立的设备，而是与之相关的许多设备如：空调、电源线、天馈线、地线、信号线……一起形成了一个较为复杂的系统。基站装在机房内，内外有联系，必然存在门窗，进线孔……因此具有一个较为复杂的内外部环境，对无孔不入的雷害提供了一个广阔的空间和途径，总的来说主要为以下途径： 〈一〉 传统避雷针的副作用产生的三次雷击效应。 传统避雷针是美国人富兰克林在1749年发明的（又称富兰克林针），在避免高大建筑遭受雷击方面发挥了巨大作用。避雷针的作用众所周知—引雷入地，在引雷入地过程中，由于引入地电流过于强大（可达几百KA），放电时间短（为几十微秒），因此将在引下线周围产生瞬时强磁场，在强磁场作用下，处于磁场之中的导体将产生可达几千甚至几十KV的感应电压，如此之高的电压势必造成通信设备的损坏，这一现象就是我们通常所说的二次雷击效应。 几十年来通信设备从电子管，晶体管向集成电路过渡，由于电子管，晶体管的耐冲击能力较强，因此二次雷击对电子管，晶体管的通信设备未能造成太大的损害，移动通信设备是集成化较高的微电子设备，其耐冲击能力是造成雷害损失过大的主要原因。 1996年8月29日四川某站遭雷击，造成VCC、BSC板、PCM板多部位接口被损坏。事故发生后，检查发现避雷针完好，接地电阻1欧，经分析为明显的二次雷击事故。 〈二〉 天馈线引入感应雷击 为了扩大信号的覆盖范围，就要尽可能的增加天线架设高度（65M以上的占50%）。这样在覆盖范围提高的同时，也增加了铁塔引雷的概率，当塔上避雷针引雷入地，产生二次雷击效应时顺塔而下的天馈线首当其冲，尽管按现有的技术规范在天馈线安装时已将馈线的上中下三点屏蔽接地，可一旦二次雷击效应以下信号方式引入馈线时，收发信设备端口损坏也在所难免了。 福建省某基站1997年6月因雷击造成收发信设备的损坏，经分析为从馈线引入雷击的。（事故发生后检查馈线上中下层接地良好） 〈三〉 供电线路引入雷击 市区以外的移动通信基站使用的供电线路大多使用架空明线。实验表明，雷电频谱在几十MHZ以下频域主要能量集中在直频附近，因此雷电与市电藕荷的概率很高。尽管YD2011-93规范中，市电引入机房采取部分处理。水中矿物质的种类与含量、当地雷暴情况等，它们均影响到接地系统的确定。 目前常用的接地方案主要有以下几种： （1） 单个接地体的埋设形式 A 沟电极 沟电极是一种水平电极，埋设在靠近土壤表面的位置，因为它使一个大客积的大地起作用，所以通常具有较低的电阻，但是够电极要受地形的限制，其电阻易受季节的影响，另外，由于其埋设在土壤表面，受机械损坏的可能性也较大。 当土壤电阻率一定时，可以采用长的导线来降低沟电极的接地电阻，但采用几条较短的辐射状导线更为有利，因为一条很长的导线，它本身的电阻可能变成很重要的参数，再者在施工时埋设几条短的导线也比较方便，而且两条或者更多条辐射状导线的冲击电阻比一条单一的长线要低。 B 垂直棒电极 垂直棒电极打入土壤，施工简单，使用灵活，经济节约，是一种常用的接地电阻，在土壤表面为沙质或水位相当低的地方，接地棒能够打入到使地电阻降低的深度，对由于温度和温度季节变化而引起接地电阻变化的可能性，打得足够深的接地棒比埋设在地面的电极要小得多。 C 极电极 极电极是最初的接地方式，与棒电极相比效果差不多，但较浪费，同前少用。 （2） 多极接地体 通常单个的接地体很难达到要求，因此需将多个单独接地体相并联起来，以得到足够低的电阻。 A 在低电阻率优质土壤率地区，可采用将多根垂直电极并联的接地方案。 B 在对高山高土壤地区而言，行行有效的方法是采用浑浅相连的基地极网加降阻剂的接地方式，即在表上较厚，土壤电阻率较低的地带采用浅界地极，然后将接地电极并联起来组成接地网并在接地外包上降阻剂。 在以上接地方式中接地体选择及安装主要有以下要求: （1） 接地体宜采用热镀锌刚材，其规格要求如下 钢管：直径50mm,壁厚不小于305mm. 角钢: 尺寸不应小于50mm.50mm.5mm. 扁钢: 尺寸不应小于40mm.4mm. (2) 垂直接体长度宜为1.5-2.5m,垂直接地体间距为其自身长度的1.5-2.7米,若遇到土壤电阻率不均匀的地方,下层土壤电阻率低可适当加长,当垂直埋设有困难时,的设多根环形水平接地,彼此之间隔为1-1.5米,每隔3-5米相互焊接连通一次。 (3) 在沿海盐域腐蚀性较大的地区或大地电阻难以达到的地区，接地体常采用耐腐保湿性较好的非金属接地体。 (4) 接地体之间所有焊接点，除浇在混泥土之中的均进行防腐处理，接地装置的焊接长度，对扁钢为其宽度的2倍，圆钢为直径的10倍。 针对以上方案及接地体的选择,其接地电阻的计算如下： (1) 常用的管形垂直棒电极电阻值为： R=(0.366P/L)lg{4l(l+2h)/[d(l+4h)]} 式中，R为单个接地电阻（欧），P为土壤电阻率尺寸不应小于50mm.50mm.5mm.（欧米）， L为接地电极的长度（米），H为接电极的埋深（米），D为管形接地电极的截面直径（米）。L>>D (2) 多极接地体的接地电阻 当几个接地电阻相同的单个接地电极用对地不绝缘的带行导体（一般用扁钢，组成的接地网时，其总的接地电阻为：R=R1R2/(R2η1+NR1η2) Rz为总的电阻； R1为带形导体的利用系数； R2为单个括地电极的接地电阻； η1为带形导体的利用系数； η2为单个接地电极的利用系数； (3) 不同季节土壤电阻率的计算 接地电阻随着土壤温度和湿度的变化而变动的，季节的不同，温度和湿度也有所不同，接地电阻也相应变动，不同季节的土壤电阻率为：P=Pok P为土壤电阻率的计算值，Po为不同季节时的实测值； K为季节修正系数 表2：由土壤性质选定季节系数 注： Ψ1：测量前几天下过较长时间雨时用 Ψ2：测量时土壤中具有中等质量水量时用 Ψ3：测量时土壤干燥或测量前降雨不大时用 然而在实践中证明，并非具有良好的防雷接地系统，就可确保基站机房的平安无事。在很多情况下，二者完好却仍然避免不了被雷击的事实。其中一个非常重要的原因便是没有一个完好的等电位体系统在雷击发生时在防雷区域内不同地方形成较大的电位差。 等电位体是用连接导线或过电压（电涌）保护将处在需要防雷空间内的防雷装置，建筑物的金属构架，金属装置,外来导线，电气装置，电信装置等连接起来，形成一个等电位体连接网络以实现均压等电位，防止防雷空间内的火灾，爆炸，生命危险和设备的损坏，现从以下几方面讨论： 1、机房内等电压体系统设计 （1） 当地板下埋设均压网，室内地板下均压网可用度锌扁钢或圆钢埋入地下0.4-0.6M即可，D为1－2M.这适合机房在底楼的情况。如在楼层上，则在机房内的防静电地板下的支撑金属条之间应用钢导线相互连通构成一个网状等电体。 （2） 机房地板四周需铺设均压带，均压带同其它防雷设施相连。 （3） 室内高1.7M处四周也需敷设闭合均压带，尤其在多雷压。 （4） 沿机房内壁柜高0.5M处还需敷设环形接地母线，机房内所有外壳，电缆金属外皮，不带电的金属体（如金属门，窗，管道）均应以最短距离与之相近，此时接地电阻越小越好，相连处以焊接为好，接地母线以足够宽的铜带为好。 （5） 一般采用多点对称连接，以焊接为宜。 2、联合接地系统 联合接地实质也是一种等电位接地的一种方式，在移动通信均压等电压的原理，将工作地保护地和防雷地以及不同地网的联合接地。这样便可防止由前文所述的地电压反击造成设备损坏的事故发生，同时美国标准IEEESTD1100－1992更尖锐的指出：不建议采用任何一种所谓分开的独立的，绝缘的，专用的，干净的，静止的，信号的，计算机的，电子的或其它此不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点。基站的联合接地系统主要内容如下： i. 移动通信基站地网由机房地网,铁塔地网和变压器地网组成。 ii. 基站地网应充分利用机房建筑物的基础（含地桩）铁塔基础内的钢筋和地下其它金属设施作为接地体地一部分，当铁塔在机房顶部时，电力变压器设在机房楼内时，其地网可合用机房地网。 iii. 机房地网应沿机房建筑物散水点外设环形装置，同时还应利用机房建筑物基础横梁内两根以上主钢筋共同组成机房地网，当机房建筑物有地桩时，应将地桩内两根以上主钢筋与机房地网焊接连通。 iv. 对于利用告品房的移动通信基站，应尽量找尘建筑防雷接地网或其它专用网，并就再设一组地网，三者相互在地下焊接连通，有困难时也可在地面上将可见部分焊接成一体作为机房地网，找不到原有地网时，应因地制宜就近设一组地网作为机房工作地，保护地和铁塔防雷地。工作地及防雷地网上的引接点相互距离不应小于5M，铁塔尚应与建筑物避雷带就近两处以上连通。 v. 当通信铁塔位于机房旁边时，铁塔地网应延升到塔基四脚处1.5M远的范围内，网格尺寸不应大于3M×3M，其周边为封闭式，同时还应利用塔基地桩内两根以上主钢筋作铁塔地网的垂直接地体，铁塔地网与机房地网之间应每隔3－5M相互焊接连通一次，连接点不应少于两点。 当通信铁塔位于机房屋顶时，塔四脚应与楼顶避雷带就近不少于两处焊接连通，同时宜在机房地网四角设置辐射式接地体，以利电流散流。 vi. 变压器地网地组成，当电力变压器设置在机房内时，其地网可利用机房及铁塔地网组成的联合地网，当电力室在机房外时，且距机房地网边缘30M以内，变压器地网与机房地网或铁塔之间，应每隔3.5M相互焊接连通一次，以相互组成一个周边封闭地地网。 vii. 当地网的接地电阻值达不到要求时，可以扩大地网面积，即在地网外围增设1圈或2圈环形接地装置，环形接地装置由水平接地体组成，水平接地与地网宜在同一水平面上，环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间应每隔3－5M相互焊接一次，也可在铁塔四角设置辐射式延伸接地体，延伸接地体的长度宜限制在10－30M以内。 viii. 如果基站所在地，楼除组成基站地网的三个地网之外还有其它的地网时，应把YD2011-93规范将其相连（最少得两点以上焊接），以保护自己的同时避免央及他人，即消除可能发生的地电位反击。
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发表于 2014-5-26 15:37:10
