通信基站防雷设计方案

移动防雷设计

1.1设计思想

1.1.1通信基站的特点

移动通信基站通常具有以下几个特点：

①地理位置：在城区通常设在高大建筑物的较高楼层上，在郊区和乡村经常设在开阔地带或山区。

②机房条件：无论是在城区还是在乡村，大量建在非专用通信建筑内，这些建筑往往不具备符合要求的防雷实施（包括外部防雷装置、内部防雷装置和地网等）。此外，机房面积一般都很小，不便于多级防雷方案的实施。

③交流电源：特别是在乡村和山区，机房的交流供电通常是由户外架空引入。

④通信信号：基站设备的通信线路通常也是由户外架空引入。

1.1.2基站综合防雷设计思想

移动通信基站是由电源系统，接收／发射系统，天线馈线系统以及中继传输系统等构成的一个综合系统，防雷的目的是保证各系统都能正常工作，不受雷电的干扰和破坏。

防雷最终是通过等电位连接实现的，等电位连接的位置选择在不同防雷区的界面上，而雷击的能量通过接地系统引入大地。不同防雷区之间的电磁强度不同，除直击区外内部防雷区因电磁衰减而与外部防雷区的雷击电磁强度不一样。因此，采取适当的屏蔽措施，在一定程度上可以防止雷电电磁脉冲的进入。那么，穿越防雷区界面的线路变成了雷电侵入的主要通道。做好穿越防雷区界面线路的防雷工作，无疑是整体防雷的重点。

除了线路入侵和电磁感应之外，雷电电磁脉冲进入内部防雷区的渠道还有接地系统。当雷击发生在地网附近时，雷电流通过接地线入地，地网瞬间的高电位可能通过接地线反击设备而造成破坏。由此可以得出，综合防雷不仅仅包括避雷针和避雷器，还包括屏蔽与接地等其他有助于将雷电流安全合理地下泄到大地的措施。

综合防雷是分流、均压、接地和屏蔽四项技术的综合。而有的基站为非标准机房，只是租借的普通建筑物，屏蔽和接地措施无法达到要求，再整改加强屏蔽不大现实。这时，只有从合理安装避雷器，改善接地系统等角度入手来解决雷击电磁脉冲问题。

依照全面防护，综合治理的原则，探索出基站整体防雷的六点解决方案。

①控制雷击点；

②安全引导雷电流入地网；

③加设完善的低阻抗地网；

④进行等电位连接，避免地电位反击；

⑤防护电源浪涌冲击；

⑥防护数据线、通信线及信号线的浪涌冲击；

1.2设计方案

每个基站的铁塔顶部安装一台优化避雷器，保护通信天线和机房外部设施。

每根天馈线在机房入口处，安装天馈避雷器，保护收/发机的天馈线接口。

220/380V供电线路应从地下敷设进入基站，进站后应安装2-3级电源雷电

过电压保护装置——电源避雷器，保护供电线路的雷电安全，直流电源安装一级低压电源避雷器。

信号电缆应由地下进出移动通信基站，电缆内芯线在进站处应加装信号避雷器。

移动通信基站应按均压、等电位的原理，将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。站内各类接地线应从接地汇集线或地网上分别引入。中光公司的非金属接地模块，在地电阻率较高难以达到接地电阻要求的基站，用来改造地网效果较好。

2雷电基本理论与避雷原理

2.1雷电基本理论

2.1.1雷击

通常所谓雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层与大地之间的迅猛的放电。

通常雷击有三种形式：其一是直击雷，是指带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。其二是感应雷，是带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围内带上异种电荷。当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面上某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象。其三是球形雷，在雷电频繁的雷雨天，偶然会发现紫色，红色，灰红色，蓝色的“火球”。这些火球有时从天空降落，然后又在空中或沿地面水平方向移动，有时平移有时滚动。这种火球能通过烟囱，开着的窗户，门和其它缝隙进入室内，或者无声地消失，或者发出丝丝的声音，或者发生剧烈的爆炸。球形雷发生的机会很少，存在时间又十分短暂，所以对它的研究十分困难，它的成因目前为止并没有完满的解释。

2.1.2雷电的电流参数

雷电流幅值：雷云的放电过程中数值是变化的，在雷电先导中雷电流很小，到主放电阶段雷电流急剧升高，达到最大值，称为雷电流幅值，用I表示，单位为kA，以后逐渐减少，到余辉放电阶段雷电流仅为100～1000A。大量统计得知，幅值超过20kA的雷电流出现的概率为65%，而超过120kA的概率只有7%，所以很高的雷电流只有在特别重要的电气设备或建筑物的防雷设计中才需要考虑，一般防雷设计中雷电流的最大幅值取150kA。

雷电流陡度：雷电流陡度为α，为雷电流变化的速度，即α＝di／dt，为雷电流对时间的微分，因此雷电流陡度也是随时间而变化的。在主放电阶段，雷电流陡度的数值增加很快，以后就逐惭减小，当雷电流到达幅值时，雷电流陡度为零，在波尾它就变为负了。因此，雷电流幅值与雷电流最大陡度不在同一时间出现，但雷电流愈大，则雷电流陡度越大。

雷云的电位可达10～100MV，它造成的雷云内部平均电场为10KV／m。当雷云接近地面局部场强达10～3KV／cm时，就会使空气游离而放电。

雷电波阻抗：在计算雷击点的电位时，往往引用雷道波阻抗的概念。即把直

的线路波动的电压波，投射到击雷的作用以某一沿着一条阻抗等于雷道波阻抗Z

闪击对象上的作用来代替。在作防雷计算时，一般取雷道波阻抗Z

＝300Ω。

2.2避雷器原理与要求

2.2.1避雷器保护原理

各种电气设备的绝缘都是按一定的耐受电压水平来设计的，为了设备的安全，需要对超过耐受度的过电压加以抑制，将过电压降低到绝缘耐受压范围以内，这种过电压抑制装置通常是避雷器。避雷器的保护动作特性是通过其动作电压体现出来的，当避雷器两端电压低于动作电压时，避雷器呈现近似开路，当避雷器两端电压达到和超过动作电压时，它将导通，对过电压实施抑制。避雷器设置在被保护设备附近，安装在相导线与地之间，与被保护设备并联，如图1所示。在系统正常运行情况下，作用于避雷器两端的电压为系统的相对地工作电压，低于动作电压，避雷器处于开路状态，此时避雷器的存在不会影响到系统的正常运行。如果雷电过电压波沿线路侵入电气设备，则作用在避雷器两端的电压会明显高于动作电压，使避雷器导通，通过很大的冲击电流，向大地泄放雷电过电压的能量，并将雷电过电压降低到被保护设备绝缘可以耐受的限度内。电力系统中采用的避雷器主要有阀式避雷器，氧化锌避雷器，保护间隙和管型避雷器，其中有些避雷器还被用于抑制系统操作过电压。

2.2.2对避雷器的基本要求

避雷器并联与被保护设备附近，为了使设备能够得到可靠保护，它应满足以下技术要求:

1）电气设备冲击绝缘强度是以伏秒特性，即击穿电压值与击穿放电延时之间的关系特性来表示的。当受到雷电过电压作用时，与被保护设备并联的避雷器应能率先动作限压，保护设备的安全，这一要求可以通过避雷器与设备之间的伏秒特性配合来满足。实际上，由于击穿过程的随机性，击穿电压具有明显的分散性，实测的伏秒特性是一条曲线带，有一个下限边界和一个上限边界，如图2所示，要实现较为理想的配合，避雷器伏秒特性带（2）的上限边界应低于被保护设备伏秒特性带（1）的下限边界，而其下限边界应高于系统最高运行电压（3）。