移动通信基站防雷与接地浅谈

移动通信基站防雷与接地浅谈

我国移动通信经过十几年的发展，从初期的第一代模拟通信发展到第二代GSM数字通信，网络从小规模、小围覆盖发展到今天的大规模、覆盖全国所有地市及绝大部分县市。我国移动通信完成了从无到有并成为世界第一手机用户大国的发展历程。各省、市每年都有新的基站建立，现又正在研究第三代数字移动通信。固定通信与移动通信的融合，已成为当今通信和信息科学技术及其产业总的发展趋势。微电子技术是移动通信基站电子设备的核心，这些设备很脆弱，雷电易对它们产生破坏，造成通信中断和严重经济损失。移动基站有城区站、郊外站和高山站，其通信天线一般都有金属塔支撑。机房所处地势也较高，通信铁塔容易成为雷云对地放电的接闪通道，从而导致基站容易遭受雷击。过电压尤其是功率强大的雷电电磁脉冲对基站电子设备硬件的损坏是呈逐年上升趋势。现在已成为移动基站建到哪里，而雷电的侵害就跟踪到那里。因此，加强移动通信基站对雷电的防御能力，减小雷击灾害损失，其防雷与接地措施必须结合基站建筑物及基站通信专业的特点，做到综合治理、系统纺雷。

作者于1995年就参加我国第一代模拟移动基站的防雷与接地工程，经过几年的实践，根据调查及用户反馈的情况，基站防雷与接地通常存在以下问题：

（1）有的基站铁塔上避雷针与通信天线的垂直、水平距离太近，避雷针接闪时，天馈线上的雷电感应电压过高，对通信设备端口造成危害；有的基站避雷针在机房屋顶虽然接地，但接地电阻太大，不利雷电流泄流。

（2）有的基站铁塔高度大于或等于60m，天馈线中间和进入机房前都没有接地；有的馈线与通信机端口未设置馈线SPD。

（3）有的基站供电线路没有从地下敷设进站，而是架空直接进入二楼机房，把雷电波直接引入房间。

（4）有的基站天线铁塔地网和机房地网没有形成联合接地；有的基站机房通信设备接地不规，直接与屋顶女儿墙上避雷带相连，基站遭雷击时致使通信设备严重损坏；独立铁塔旁的机房或铁塔下面的机房通信设备接地不规，只用一根扁钢从铁塔一个角引到机房作通信设备接地。

（5）光缆进入基站机房后，金属层和金属芯及光端机未接地，使光端机损坏。

由于各基站的环境和建设方式不同，对基站防雷与接地不能一概而论，应根据具体情况采取防雷与接地措施。建议新建基站在选址时，要考虑防雷与接地有利的地形，不宜选用高土壤电阻率的岩石地带，要考虑做地网的问题；独立铁塔与机房不能靠得太近，铁塔地网与机房有3—5m间距。

YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规》和GB50057-94《建筑物防雷设计规》（2000年版）是目前移动基站防雷工程设计的直接依据。结合几年来防雷工程的实践，浅谈基站防雷与接地方面的一些问题。

1、直击雷的防护

为保护基站通信天线免遭直接雷击，基站无论建在什么地方，天线应有直击雷的防护措施，应在接闪装置保护围之，即天线处于LPZO B区。安装接闪装置或天线时，应注意天线顶部与接闪装置顶部有3~5m的垂直距离，天线与塔身水平距离应保持2.5m。在设计接闪装置时应按GB50057-94中滚

球法确定，其滚球半径应为45m。接闪装置与铁塔作可靠的电气连通。铁塔建在建筑物楼顶时，接闪装置应纳入建筑物直击雷防护系统，塔脚与避雷带在两个方向焊接连通。

基站同轴电缆馈线的金属外护层，应在上部、下部和经走线架进机房入口处接地，当铁塔高度大于或等于60m时，同轴电缆馈线的金属外护层还应在铁塔中部增加一处接地。以此增加雷电流的入地途径，并使馈线上的过电压分割成多段承担，加强分流和均压效果。通过至少三次接地，直接使雷电能量在进入机房机架前泄入，从而达到保护机架及设备安全的目的。

同轴电缆馈线进入机房后与通信设备连接处应安装馈线SPD，以防来自天馈线引入的感应雷。馈线SPD接地端应引接到室外馈线入口处接地线上，选择馈线SPD时应考虑连接器、阻抗、工作频段、衰耗等指标与通信设备相适应。

基站机房应有直击雷防护措施，屋顶应设避雷带、避雷网，而且该网与避雷带应按一定间距焊接连通。

2、基站220/380V供电线路的雷电防护

基站交流供电方式应采用三相五线制以解决交流零线上的不平衡电流通过联合接地体对移动通信的干扰问题。

从防雷角度考虑，目前作为电源线路的防护广泛使用过电压保护装置（SPD）并采取分级保护的原理。完备的防护一般采用三级SPD保护，有很多基站的电源柜已加装了金属氧化锌阀片的，这属于电源部分的末级保护，在机柜前可以设置两级SPD。电源进线处第一级SPD主要作用是泄放大

部分雷电流，并在一定程度上降低雷电过电压；第二级的作用在于进一步降低电压幅度。应该采用分级保护的手段，逐级将雷电流泄放入地，从而扼制雷电流的入侵，将瞬态过电压幅值降低到设备可以承受水平。起到保护电子设备的作用。

有些移动基站的低压电力线路是架空引入的，很容易遭到感应雷击沿线路一直传到机房将设备损坏。电源线架空入室，有可能遭到直接雷击，这是引雷的重要途径，应该从加强屏蔽的角度去保障系统的安全，采用屏蔽电缆穿铁管埋地敷设进基站，实际上铁管和电缆段花钱不多，而防雷效果明显。YD5068-98第3.1.6条规定：“进入移动通信基站的低压电力电缆宜从地下引入机房，其长度不宜小于50m（当变压器高压侧已采用电力电缆时，低压侧电力电缆长度不限）。”埋地敷设的电力电缆，在进基站机房前边距离大于10m的室配电箱处安装第一级限压型SPD1，其通流容量为60~100KA；在机房安装第二级限压型SPD2，其通流容量为20~40KA。为了实现第一级与第二级SPD之间有效配合，在SPD1和SPD2之间线距小于10m时，必须在这两级间串入解耦电感器。SPD的选择应考虑各级之间的能量分配和电压配合，在许多因素难以确定时，建议在机房采用组合型串并式电源SPD。串并式是根据现代雷电防护中应用场合、保护围、层次区分等特点提出的。其实质是经能量配合和电压分配的多级放电器与滤波技术的有效组合。

直流电源线路应安装直流电源SPD对线路进行保护。

3、移动基站共用（联合）接地系统

接地是分流和排泄直接雷击和雷电电磁脉冲能量最有效的手段之一。没有接地装置或者接地不良的避雷设施就成了引雷入室的祸害。

YD5068-98规定移动基站铁塔地网、机房地网、变压器地网进行妥善连接，站实行联合接地，并要求工频接地电阻值应小于5Ω，对于年雷暴日小于20天的地区，接地电阻值可小于10Ω。这是经实践证明是行之有效的规定。铁塔地网是泄放直击雷大电流的地网，直击雷电流是冲击电流，其地网用冲击接地电阻表示，而冲击电位在入地后是在地下不太深的地层中沿半球体成指数曲线衰减，越靠近直击雷电流引下线入地的地方其冲击电位越高。离开雷电流引入点愈远的地方，接地体上的电位就愈低，任何情况下，机房电子设备的接地引入线接地点与直击雷电流引下线入地点应有足够的间隔距离，YD5068-98规定相互离开5m以上，条件允许时应离开10—15m，否则雷电冲击高电位将对弱电设备造成反击而受损。因此，机房电子设备的接地应从机房地网上引入地线。基站的环境有不同，但都要做机房地网，并用导体引接到机房去，机房应设置局部等电位连接带，是LPZ1与LPZ2区界面处的等电位连接带；而机房地网应属于总等电位连接带的接地网，是LPZO B区与LPZ1区界面处的等电位连接。

机房各种线缆的金属外层、设备保护接地、工作接地、金属构件、各种箱件、壳体、机架、屏蔽网等均以最短距离与局部等电位连接带连接。采用的是S型星形结构或M型网形结构的等电位连接网络，在这一连接处，电源系统可采用第二级电涌保护器（SPD）进行连接。

设置基站地网有以下几种情况：

（1）基站建于城市现代建筑物的顶层

天线用铁塔支持，铁塔建在楼顶屋面上，避雷带、避雷网与现代钢筋混凝土建筑结构相结合，天线与铁塔的接地直接与避雷带、避雷网连接，

防直击雷应纳入建筑物防直击雷系统。这种建筑物有庞大基础的接地网（包括与之相连的自然接地体），基站机房的局部等电位连接带与共用接地系统的连接，可以从楼层中部的辅助等电位连接带或接地端子板上用接地线引入，亦可用接地干线与总等电位连接带连接后引至机房。

（2）租用民房建的基站

租用民房建立的基站如图1。

图1 租用民房建的基站地网

铁塔在楼顶，两个方向接避雷带，其引下线的地电阻应小于10Ω。必须再做一个机房地网地电阻小于10Ω，两个地网间在0.6m 地下用扁钢连成联合地网，相距应大于5m 。机房局部等电位连接带的引入线应从机房地网

避雷带