通信基站雷电灾害风险分析

通信基站雷电灾害风险分析
发布时间：2021-06-21T08:26:42.492Z 来源：《防护工程》2021年5期作者：陈代亮李丹雍志刚
[导读] 通信基站是移动通信网络中最关键的基础设施,作为移动设备接入互联网的接口设备, 主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输站。

通信基站为防止通信基站的信号传输受影响,站址一般会建在视野相对开阔且周围无高大的建筑物，加之其本身高度较高，且其铁塔均为金属构件组成，极易诱发雷电灾害，在固有防雷体系下，如果基站选址不到位，极有可能对基站本身甚至周边建筑物及人身安全造成严重影响，引发雷电灾害事故，因此通过一则实际的案例对基站雷电灾害风险进行了分析，明确了相关的分析方法，仅供参考。

陈代亮李丹雍志刚
湘潭市气象局湖南湘潭 411100
摘要：通信基站是移动通信网络中最关键的基础设施,作为移动设备接入互联网的接口设备, 主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输站。

通信基站为防止通信基站的信号传输受影响,站址一般会建在视野相对开阔且周围无高大的建筑物，加之其本身高度较高，且其铁塔均为金属构件组成，极易诱发雷电灾害，在固有防雷体系下，如果基站选址不到位，极有可能对基站本身甚至周边建筑物及人身安全造成严重影响，引发雷电灾害事故，因此通过一则实际的案例对基站雷电灾害风险进行了分析，明确了相关的分析方法，仅供参考。

关键词：通信基站；雷电灾害；风险分析
雷电灾害是一种非常严重的自然灾害，目前雷电灾害被称为是电子时代的一大公害。

通信基站是移动通信网络中最关键的基础设施,作为移动设备接入互联网的接口设备, 主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输站。

通信基站为防止通信基站的信号传输受影响,站址一般会建在视野相对开阔且周围无高大的建筑物，加之其本身高度较高，且其铁塔均为金属构件组成，极易诱发雷电灾害，而一旦遭遇雷击,对基站本身甚至周边一定范围内的建筑物及人身安全会造成严重影响，引发雷电灾害事故，因此分析通信基站雷电灾害风险具有重要意义。

一、关于雷电风险分析
通信基站在当前时代背景下是非常重要的通信设施，是支撑数字时代的关键装备，而多年以来雷电一直在威胁通信基站的安全运行，一旦通信基站遭遇雷击，基站本身及其周边一定范围内建筑物均可能遭受严重损失。

近些年来气象部门在防灾减灾方面下了大力气，防雷技术日益进步，雷电灾害风险评估体系也越来越完善，但是时代在进步，数字经济时代到来后，对基站的安全稳定运行提出了更高要求。

参考现有雷电灾害风险评估体系，其主要依据包括法律依据，如《气象灾害防御条例》,《气象法》,《防雷减灾管理办法》,《防雷装置设计审核与竣工验收规定》等等相关法律法规；技术标准如《雷电防护风险管理》,《雷电灾害风险评估技术规范》,《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》等。

依据这些法律法规和技术规范的相关规定，雷电灾害风险评估主要的目标是实现系统防雷，雷电灾害风险评估主要针对雷电灾害特性、建设项目性质、所在地雷电活动规律等进行综合分析，形成对本地雷电活动的有效认识，进而对保护对象所采取的雷电防护措施进行研判，以确保雷电防护措施有效，进而将雷电灾害发生的风险降到最低。

下文中通过一则雷击事故案例来对雷电风险进行详细分析，希望可由此明确通信基站雷电灾害风险分析方法。

二、基于事故的通信基站雷电灾害风险分析
（一）事故详情
湘潭县新建一通信基站，该基站选址位于该县某小学办公楼屋顶，该小学始建于2000年前，建成后至基站建设之前从未遭遇过雷电事故。

基站新建后连续遭遇雷电事故，最为严重的是，在一次雷击过程中雷电击中距离基站80m的一幢教学楼, 造成屋顶女儿墙边缘水泥块被击落,位于二楼的计算机房的内部信息系统及其相关设备受损，直接经济损失2万余。

（二）基于事故的分析
从基站建设前后的差别来看，显然该小学在基站建成后遭遇雷电灾害事故显著提升。

按照当地防雷中心提供的资料显示，基站铁塔高度为15m，接地网为环形地网，与该办公楼基础共网，并加入降阻剂降低接地电阻，测试接地网接地电阻值为1.15Ω，铁塔四角均与接地网连接，顶端接闪杆引下线为扁铁，规格40mm*4mm，接入接地网，接触牢固并无锈蚀情况基站整体防雷措施完善，符合相关规范要求。

如此可从如下角度进一步分析雷电灾害风险。

其一，基站铁塔本身防雷体系完善，它保护铁塔与其下方机房遭遇直击雷的损害。

基于国防科工委设计研究院的经验公式，去分析基站建设前后雷击次数的变化。

由于该学校办公楼及教学楼高度基本为20 m之内,通信基站铁塔高度为15m,建筑物与铁塔一起的高度为35m，
按照经验公式:N = KNgAe .
式中：N——建筑物预计年雷击次数，次/a，即次/年；
K——校正系数，在一般情况下取1，(此处取1)在下列情况下取相应数值：
①位于旷野孤立的建筑物取2；
②金属屋面的砖木结构建筑物取1.7；
③位于河边、湖边、山坡下或地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑，以及特别潮湿的建筑物取
1.5；
Ng——建筑物所处地区雷击大地的年平均密度，次/km²▪a；Ng=0.024 Td1.3
式中：Td——年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定为55d/a
Ae——与建筑物截收相同雷击次数的等效面积，km²。

进行计算后发现该学校在基站建设前后的雷击次数分别为前0.054次每年，后0.165次每年，即基站建成以后该小学遭遇雷击的概率比建设之前提升了3倍余。

其二，雷电灾害对于通信系统而言，主要是雷击所产生的电磁脉冲的危害最大，因为电磁脉冲所产生的过电压和直击雷不一样，它不需要直接击中目标物，即可引起设备损毁。

根据U=25ih/s这一公式，可计算得到雷电静电感应过电压，根据雷电静电感应产生的原理，基站铁塔实际就是一个电磁波天线，在其四周会产生100Hz~100MHz的电磁场，该电磁场会向四周的三维空间辐射电磁波，并对周围的设备、人员造成影响，尤其是对电气设备、电子设备造成的影响最大。

脉冲过电压的峰值与雷击点位置距离成反比，与雷电流陡度成正比，所以当雷击点越近，陡度越大，脉冲过电压越强，危险性就越大，进一步根据 ADTD闪电定位系统监测到的地闪信息资料，基于相关公式进行计算，在以基站铁塔为圆心，以500m为半径的一个圆形范围内均可存在感应脉冲过电压，距离铁塔越近，过电压越强，在200m范围内即可达到21.82kV/m的过电压分量，根据电气设备与电子设备的绝缘耐冲击过电压额定值来讲，500m范围内的电气电子设备均会受到严重影响，200m范围几乎会被烧毁（不配置防浪涌装置的情况下）。

其三，从防雷体系的角度来讲，基站铁塔相当于一个直击雷防护装置，而且由于是架设高度高，遭遇侧向雷击以及导致雷击的概率都非常强，如果接闪器遭到的是侧向雷击，那么雷电会有概率击中附近地面，这个区域称为散击区。

进一步根据滚球法等方法计算接闪器保护半径，可知保护范围为以铁塔为圆心，半径39.69m的圆形范围是其保护区域，也就是有部分在保护区内，而绝大部分在保护区外，根据上述数据可知，该学校绝大部分的范围处在雷击感应脉冲的覆盖范围内，且教学楼明显处在散击区内，从而被雷击的概率大大增加。

其四，很显然的情况是，该小学内的建筑物未建设通信基站前并未发生雷击事故，因而在防雷措施上不够完善，经实地调查发现被雷击的教学楼并未设置完善的雷电防护装置，由此可知基站建设仅仅是雷击灾害的诱因，而并非直接原因，直接原因在于教学楼并未设置完善的雷电防护装置。

结束语：
经过本文分析得出如下结论，首先是目前雷电灾害风险评估方法相对完善，可对通信基站的雷电灾害风险成因进行分析。

其次，通信基站会增加原建购物雷击概率，且其铁塔均为金属构件组成，极易诱发雷电灾害，一旦接引了雷击，对基站本身甚至周边安全造成严重影响，引发雷电灾害事故，周边一定范围内建(构)筑物若防雷措施不完善，极有可能遭遇雷击灾害。

最后，通信基站建设必须进行雷电灾害风险分析，强化选址规划，特别是在5G时代需要大量基站，尤其是现在的大多数基站已进入居民居住小区的情况下，强化综合雷电防控非常关键。

参考文献：
[1]金锦涛.通信基站防雷设计探析[J].农村经济与科技,2017(04):23.
[2]陈君.无线通信基站防雷设计研究[J].科学与财富,2017(11):142-143.
[3]向城.浅谈移动通信基站防雷技术研究[J].通讯世界,2017(09):79.
作者简介：陈代亮（1974—）男，汉族，本科，工程师，从事防雷检测工作。