移动通信基站的防雷与接地

《移动通信基站的防雷与接地》由会员分享，可在线阅读，更多相关《移动通信基站的防雷与接地（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、移动通信基站的防雷与接地 作者：信息产业部邮电设计院 刘吉克 2003 年 03 月 31 日 摘要 信息产业部邮电设计院对全国 10 几个省份移动通信基站遭雷击情况统计结果表明, 基站收发信机几乎没有一起因遭受直击雷损坏的事例，雷击造成通信设备损坏事故的 95%是雷电过电压引起的，因此对移动通信基站雷电过电压的保护就更为重要。本文从移动通信基站的事故分析作引导，着重论述移动通信基站的防雷问题。关键词 移动通信基站 防雷 接地 雷击概率 雷电过电压保护 接地体对于每一个通信局（站）采用统一的防雷措施既不经济、又不合适，一般而言，建在山上及郊外孤立的站与地处雷暴强度较强、雷暴日较多通信局（站）雷

2、击事故概率较大，其应比那些雷击事故概率小的采用更为有力的防雷保护措施。另外移动通信基站的雷电过电压保护，各级防护器件是相辅相成的，互相影响的，此时用以局部防护的过电压器件不能有效的发挥其防护性能，将影响移动通信基站的整体防护。另外还有一个重要的原则，移动通信基站的雷电过电压保护设计必须是建立在联合接地基础上。因此移动通信基站雷电保护并非是简单的接地或者单一的雷电过电压保护器件应用，而是根据移动通信基站所处的具体位置、环境因素、所在地区的雷暴强度及雷暴日的大小、来确定基站的雷电保护措施和方法。1 一些省市移动通信基站雷击统计分析信息产业部邮电设计院对全国 10 几个省移动通信基站遭雷击情况的统计

3、，为了便于说明移动通信基站的雷害情况，本文仅对雷暴日较多的福建、湖南、浙江省移动通信基站的统计结果进行分析，选择这几个省的移动通信基站为调查目标，有一个很重要的因素，这就是福建、湖南、浙江省都是雷暴日较多的地区（年雷暴日为 70 以上） 。且几乎都没有使用非常规避雷装置（如消雷器、优化避雷针）作为防直击雷的方式，这样根据雷击通信设备的事故分析，就可以说明对于移动通信基站的雷电防护究竟采用什么措施更为有效。1.1 湖南省移动通信局雷击情况统计根据所统计到的湖南省移动通信局 281 个站，自 1992 年开通以来，共发生了 24 次雷击事故，其中： 雷击使天线输出变化、参数改变，换天线一根（根据该

4、局人员分析，雷击的原因是：“移动通信天线与避雷针等高，天线不在避雷针保护范围内，雷击造成天线参数改变”，但从天线本身看，没有任何雷击迹象） ，尚若该事故是雷击造成的，雷击是属于防雷设计问题。占雷击事故总数的 4%；- 电源系统、电源设备损坏 14 次，占雷击事故总数的 56%，雷击损坏设备有：稳压器、交流配电屏、空调等； 由中继电路造成的事故 10 次，占雷击总数的 40%，雷击损坏光端机接口；PCM 板；交换机用户板；W2464Z 线路支架；MAX8099 板。1.2 福建省移动通信基站雷击情况统计根据所统计的福建省移动通信局 19 个基站，在 92 年开通以来，共发生 11 次雷击（其中既

5、击坏电源，又击坏 PCM 电路的两次） ，其中： 电源系统、电源设备损坏 3 次，占雷击事故总数的 27.3%（占统计总数的 15.8%） ，雷击损坏设备有：电源模块、微波设备室外机电源；- 由中继电路造成的事故 9 次，占雷击总数的 81.8%（占统计总数的 47.36%） ，雷击损坏 2Mb接口；PCM 板；话路盘。1.3 浙江省移动通信基站雷击情况统计根据所统计的浙江省移动通信局 93 年开通以来遭受雷击的 49 个基站，其中： 电源系统、电源设备损坏 3 次，占雷击事故总数的 28.8%，雷击损坏设备有：电源模块、微波设备室外机电源；- 由中继电路造成的事故 35 次，占雷击总数的 6

6、7.2%，雷击损坏 2Mb 接口；PCM 板；话路盘。 信道、功放电路雷击事故两次（事故原因待分析） 。1.4 湖南、福建、浙江移动通信基站雷击归一化统计结果分析为了更清楚的分析移动通信基站雷击概率，我们将湖南、江西、福建移动通信基站19901997 年的雷击事故概率进行归一化处理，归一化雷击概率由下式表示：雷击次数归一化雷击概率=-100%总站数年 湖南省移动通信局：雷击电源系统归一化概率: 0.83% ;雷击中继电路归一化概率：0.59% 雷击其它电路归一化概率：0.06%。 福建省移动通信局：雷击电源系统归一化概率: 2.63% ;雷击中继电路归一化概率：7.9% 。 浙江省移动通信局：

7、雷击电源系统归一化概率: 1.22% ;雷击中继电路归一化概率：14.3% ；雷击其它电路归一化概率：0.81%。雷击造成移动通信基站的事故，被损坏设备基本上是感应雷引起的电力线、电源设备、与外界有线缆联系的信号电路及接口设备。按防雷接地标准施工的移动通信基站，经过防雷接地、过电压保护的综合治理，此时由直击雷造成的通信设备损坏事故仅是一个小概率事件，另外从湖南、福建微波站 *与湖南、福建移动通信局雷击统计结果可以看出一个问题：同一省份的移动通信基站的雷击概率远小于微波站的雷击概率，这主要是由于；移动通信基站大都建在城市，微波站建在市郊及山上的站为多的缘故所致。由于雷击造成移动通信基站通信设备损

8、坏事故的95%是雷电过电压引起的，因此对移动通信基站雷电过电压的保护就更为重要。*2 移动通信基站的雷击概率与接地电阻、年雷暴日等因素之间的关系由于移动通信基站蜂窝网覆盖区基站的分布在城市密度远高于郊县，现阶段山区的基站更在少数，因此造成雷击基站毕竟是小概率事件，虽然中国在世界上属于雷击日最多的地区，但是不要忽略中国的国土幅员辽阔，地区之间雷暴日不均匀性这一不争的事实，中国既有雷暴日超过 100 天的海南省，又有雷暴日不超过 30 天的广大地区及雷暴日 10 天左右的新疆和内蒙，对于每一个通信局（站）采用统一的防雷模式措施，必然造成很大的浪费，相关规范的编制并未考虑这一主要因素，工程技术人员对

9、此应有一个清楚的认识。从通信局（站）接地电阻这一局（站）防雷的重要参数讲，如果要在大地电阻率大于500。m 的地区建站时，为了达到现有标准规定的 5，局（站）的接地地网面积，根据地网接地电阻的计算公式： R=0.5 S式中： R-通信局（站）接地网的接地电阻值（ ） ；- 站址所在地区的大地电阻率（ 。M） ；S-地网的面积（m 2） 。地网的面积应大于 2500 m2，在城市一般专用局址的移动通信基站地网做到这样的面积在通常情况下是困难的，在山区要做到这样的面积和满足接地电阻值的要求可能要花更大的代价。从理论上讲 ：“一个接地地网的面积不论有多大，在工频时，可将接地网的表面近似看成等位面，故

10、接地网的全部面积都能得到利用。但是由许多根接地体在地中构成的网状接地体，在冲击电流的作用下，当土壤电阻率和大地介电系数一定时，接地网的冲击等效半径就是一个常数，而冲击等效半径要比接地网面积和的等效半径小的多。即在冲击电流的情况下，仅仅利用接地网很小的一块面积”。因此在确定雷击概率与年雷暴日、地理环境以及接地电阻等因素时，应找出主要雷击因素 *。日本在 70 年代，花了三年时间对 419 个微波站的雷击事故进行了调查研究，其结果表明雷电事故与年雷暴日、海拔高度成正比，而与微波站的接地电阻几乎无关系，虽然日本人的统计是 70 年代微波站的雷击情况，但其结果可为移动通信基站的防雷方案提供一个清晰的思

11、路。3 移动通信基站的雷电过电压保护3.1 配电系统对雷电过电压保护器件安装方式的要求通信局（站）对于不同的供电方式，雷电过电压保护器安装的方式要求是不同的，在中国对于通信局（站）的供电方式，原邮电部暂行规定 XT005-95通信局（站）电源系统总技术要求规定“县以上城市各种通信局（站）宜采用 10kV 高压市电引入，并采用专用降压变压器供电” ，这就规定了通信局（站）的配电方式采用 TN 系统，但又规定了“当通信局（站）引入高压电有困难或投资较大时可采用 220/380V 低压市电引入” ，即又规定了通信局（站）的配电方式也可采用 TT 系统。TN 、TT 系统的接地方式有什么区别呢？1）

12、TN 系统和 TT 系统TN 系统的第一个字母 T 说明系统中有一点（一般是电源的中性点）直接接大地，它被称作系统接地（System earthing） ，其第二个字母 N 说明用电设备的外壳，经保护接地线即 PE线（Protective earthing cordutor ）与该点连接而接地，它被称作保护接地（ Protective earthing） 。TN 系统又分为三类，图 1 为 TNS 系统，字母 S 的含义是 PE 线和 N 线一般在中性点接地后，配电单独设立不再接触；图 2 为 TNCS 系统，字母 C 的含义是电源至建筑物的一段线路中PE 线和 N 线（中性线）是合为一根 P

13、EN 线的。字母 S 的含义是 PEN 线进入建筑物后即分为PE 线和 N 线并不再接触；图 3 为 TNC 系统，字母 C 的含义是电源中 PE 线和 N 线自始至终合用一根 PEN 线。通信局（站）最常用的是 TNS 系统和 TNCS 系统。图 4 所示为移动通信基站和县支局常用的 TT 系统，是符合 通信局（站）电源系统总技术要求中规定的，作为基站和县支局其电力负荷要求非常小，一般基站的电力负荷电流仅30A 以下，这样小的负荷量，不可能设立专用变压器，因此作为基站和县支局由于引入高压电有困难或投资较大时采用了 220/380V 低压市电引入的选择，TT 系统第一个字母 T 也表明系统接地

14、是直接接大地，其第二个字母 T 表明用电设备外壳的保护接地是经 PE 线接单独的接地板直接接大地，它与电源中的 N 线线路和系统接地毫无关连。因接地系统的不同，通信局（站）电源配电线路雷电过电压保护的器件选用和安装方法要求也十分不同。2） TN 系统和 TT 系统对安装 SPD 的要求 TN 系统内安装 SPD 的要求SPD 的选用与安装和电源线路的接地系统有很大的关系，图 5 为 TNCS 接地系统中SPD 的安装方式。从图可知 TN 系统 PEN 线在进线处已接于建筑物内总等电位联结的接地母排上，PEN 线已在此处接地而等电位，在此处 N 线对地不必装用 SPD，这时 TNCS 系统需装设

15、 3 个 SPD。但进入通信局（站）以后 N 线对地还需装用 SPD ，这时 TNCS 系统需装设4 个 SPD。 TT 系统内安装 SPD 的要求图 6 为上述 IEC 603645534 标准推荐的 TT 系统中 SPD 安装方式示例之一。如前所述 TT 系统除电源中性点外， N 线自始至终都是与地绝缘的，因此 N 线上也需装设 SPD，即三相四线 TT 系统内需装设 4 个 SPD（单相两线 TT 系统内需装设 2 个 SPD） 。3.2 基站配电系统的雷电过电压保护要求低压电力电缆引入机房入口处（在交流稳压器或交流配电屏前） ，TT 系统相线对中性线、中性线对地（TN 系统相线及中性线

16、应分别对地）加装过压型 SPD，并且在 SPD 回路中串接保险丝，其目的主要是防止 SPD 因各类因素损坏或由于暂态过电压使 SPD 燃烧（国内外移动通信基站发生过多次此类事故，国外的防雷公司的 SPD 产品在工程上都要求采用串接保险丝，IEC60364-5-534过电压保护装置对此有专门论述） ，影响移动通信基站供电线路的正常工作（由于以往的规范忽视了在 SPD 并联回路中串接保险丝，从而给移动通信基站的正常供电带来了隐患）保险丝标称电流的量级一般为上一级保险丝的 1/1.6 倍。 并且根据雷电活动区的划分、移动通信基站的分类、移动通信基站所处的地理环境、建筑物的形式、供电方式的情况，在设计中对电源 SPD 提出的不同要求。（1） 建在高山，地处多雷区以上，与微波站合用机房的移动通信基站，配电变压器低压侧各相