通信基站防雷设计方案

联通通信基站防雷方案

前言

随着通信行业的迅猛发展，通信基站几乎遍及全球每一个角落，目前地球极端气候越来越多,雷击灾害天气对通信基站的影响也越来越严重。通信基站的设备大部分属于微电子设备，近年来基站集成化小型化发展,其抗雷电、抗电磁干扰能力要求越来越高,而通信基站能否正常运行是移动通信的关键。基站在建设时虽然已安装了一些避雷装置，但往往还是因雷击而造成通讯中断，给人们的生产和生活带来了巨大的损失。因此，如何做好基站的综合防雷工作，保障通信系统的安全，显得尤为重要。

移动通信基站防雷是综合、系统性的雷电防护工程,从基站的构成特点、地理环境特点、系统设备工程界面等等全方位的考虑。基站主要由供电电源设施以及通信信号传输、基站系统设备组成。供电电源设施包括电力传输线、发电机、电力变压器和基站交直流配电电源设备；通信信号设施包括微波传输信号收发、光纤传输、馈线和通信收发设备，各个设备之间紧密联系，共同构成了基站通信系统。从防雷的角度讲，这些设备引入雷电的危害形式应该是多种多样的，主要包括——直接雷击、感应雷击、电磁脉冲辐射、雷电过电压侵入和雷击高电压反击，一旦某一设施遭受雷电袭击，必然会直接影响到与它相连的其它设施，造成破坏，影响通信设备的正常运行。

根据通信基站遭受雷害的情况，我们将通信基站的组成概括为基站铁塔、基站电力、信号传输和基站机房三个部分来讨论基站的整体防护，着重阐述了每一组成部分各设施的具体防雷措施。并应用这些方法，对基站进行了防雷方案设计。

一、雷电对移动通信基站的危害

雷电是自然界中强大的脉冲放电过程，有天空中不同带电云层之间、带电云层和建筑物之间等等。雷电入侵移动通信基站造成损坏是多渠道的。一般说来，我们可以把雷电放电对通信基站系统设备可能产生的危害形式划分为下列几类。

雷电入侵基站渠道

另外，按照国际电工委员会IEC标准，对雷电防护分区做了明确的区分，根据通信基站的系统设备的构成和环境界面，可以将通信基站按下图进行防雷分区划分：

根据防雷分区概念,通信基站在防雷分区里面的环境分布情况

1、直接雷击影响

在雷暴活动区域内，雷云直接通过人体、建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象，称之为直接雷击。此时雷电的主要破坏力在于电流特性而不在于放电产生的高电位，我们可由基站天线和机房遭受直击雷的情况看出它对基站的危害。

直接雷击对基站的影响

A、通信基站机房

当雷电击中独立基站机柜或基站机房时，强大的雷电流变成热能，雷电流的高温热效应将引起机房建筑物燃烧甚至金属柜融化爆炸等。在雷电流过的通道上，物体水分受热汽化而剧烈膨胀，产生强大的冲击性机械力，因而可使机房建筑物结构断裂破坏，导致人员伤亡，设备破坏。

B、通信基站天线

基站天线也是雷击的主要破坏点，由于天线大多设置在机房的房顶上，也有一部分安装在铁塔上，从防雷角度来看，相对周围环境而言，形成十分突出的目标。雷电流在闪击天线过程中将进入与天线相连的馈线，它沿着馈线可以传送到很远的地方。除了在馈线上产生电或热效应，破坏其机械和电气连接之外，当它侵入与之相连的RRU（分布式基站）、BTS（传统射频拉远基站）设备时，还会对RRU、BTS设备的机械结构和电气结构产生破坏作用。同时，它在RRU、BTS 设备处出现一个强大的雷电冲击波及其反射分量，反射分量的幅值尽管没有冲击波大，但其破坏力也大大超过微电子器件的负荷能力，尤其是它与冲击波叠加，形成驻波的情况下，便成了一种强大的破坏力。

2、感应雷击

在自然界大气中从乌云密布到发生闪电放电的整个过程中，雷电活动区几乎同时出现三种物理现象，其中静电感应与电磁感应两种现象是可能造成感应雷击的危害形式。感应雷击虽然没有直接雷击猛烈，但其发生的几率比直接雷击高得多。下面我们来分析一下高压架空线、馈线分别在雷电静电感应、电磁感应作用下是怎样将雷害引入基站的。

●静电感应

当雷电来临时，雷云底部分布着大量的负电荷，它们将产生静电场。高压架空线路上将感应出大量与雷云底部电荷符号相反的电荷，这种静电感应作用随着与雷云正下方高压架空线路的距离的增大而迅速减小。在雷云对地面或另一雷云放电后，雷云上所带的电荷，通过闪击与异种电荷中和。此时，高压架空线路上虽未受到雷击，但已聚积的电荷却产生了很高的电压，它必然要放电。而由于高压架空线路与大地间的电阻比较大，感应电荷不能在同样短的时间内相应消失，这样就会形成高压架空线路上的感应高压。当电荷放电时，将产生一个很大的脉冲电流，其雷击效果虽然比直接雷击小一些，但由于电力线对雷电波的传输损耗小，雷电流几乎无衰减的沿电力线进入电源设备，也会造成设备损坏。

●电磁感应

闪电电流在经铁塔入地过程中，在铁塔周围的空间产生磁场，这种磁场将随时间而变化，其感应作用随着与落雷点的距离的增大而较快地减少。磁场在馈线同轴电缆的金属屏蔽层上激发出感应电流，屏蔽层的电阻会使屏蔽层产生相当高的电压降，此时，由于芯线上没有感应电流，即为电位零点，

此电压降就成为屏蔽层与芯线之间的电压。而当电压超过设备的耐受能力时，设备损坏。

电磁脉冲辐射

雷电放电产生的第三种物理现象就是电磁脉冲辐射，闪电放电时，其电流是随时间而非均匀变化的。一次闪电往往由几个短脉冲放电组成，脉冲电流向外辐射电磁波，这种电磁脉冲辐射虽然也随着距离的增大而减小，但却比较缓慢，闪电的电磁脉冲辐射通过空间以电磁波的形式耦合到对瞬态电磁脉冲极其敏感的设备。随着通信网日趋庞大，通信设备的集成化、数字化程度不断提高。此类设备一般工作电压低、耐压水平低、敏感性高、抗干扰能力低，受雷电影响及损坏的几率增大，即使是几公里以外的高空雷闪或地面雷闪都可能造成设备故障或损坏。

3、雷电过电压侵入

当基站机房建筑物并不处于雷暴活动区域内，或者虽然在雷暴活动区域内，但机房设备已受到防直击雷的避雷装置的保护与屏蔽，有时仍会遭到雷害。其原因可能是在电力电缆、同轴电缆或金属管道上未采用防止雷电过电压侵入的措施。下面以电力电缆为例说明雷电过电压侵入对基站的危害。直击雷或感应雷都可能使电力电缆产生过电压。这种过电压沿着电力电缆从远处雷区或防雷保护区域之外传来，侵入设备内部，使交、直流电源和整流器损坏。由于雷电过电压波沿电力电缆传播的距离远，扩散面大，特别是当地并无雷电活动，工作人员毫无准备的情况下，突然袭来，所以，雷电过电压侵入造成的损失也比较严重。据统计，在电子设备遭受的雷击事故中，雷电过电压沿电源线侵入设备而造成的雷击故障，大约要占80﹪。