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【摘 要】通过雷电对铁塔、电源等直接入侵基站和感应雷、雷电的二次感应间接入侵基站的分析，以及现有基站模式：塔包房、塔机分设、板房模式的防雷浅析，找出了移动基站易遭雷击的关键点。将综合防雷和重点防雷相结合的办法，使基站的防雷既经济又有效。
【关键词】雷电；入侵；有效防护；移动基站
1.序言
本论文结合工作实践，分析雷电入侵基站的途径和基站的有效、经济防雷方法。
2.雷电的特性
雷电是一种自然现象，是发生在大地和雷云间的放电过程。雷电的特点是上升快、下降相对较慢。波头长度在1-5μS范围内，最大陡度为10-20KA/μs，雷电幅度≥40KA约占45%，雷电幅度≥100KA约占10%。
3.雷电入侵基站的途径分析
雷电对基站入侵的两种途径：一是雷电直击站内金属设施、缆线后入侵到设备；另一种途径是感应雷电和雷电二次感应间接引入到基站设备。
3.1电源供电系统引雷
电源供电线路引雷而遭雷击的基站占基站雷击的主要部份。基站电源线的引入区既是导电带，也是引雷带。它不仅因为雷云感应寻找可能的落雷点，而且还可能吸引周围数十米处的雷电。当电力线遭雷击时，通过电力线路向变压器侵入，若无保护措施，可能将变压器的绝缘击穿，同时通过变压器传到低压电力系统，这样与电力线路直接相连的设备可能会遭受雷击而损坏。
3.2基站天馈系统和GPS引雷
当雷击天馈避雷针时，在该处会产生很高的电压U. （U=iR+Ldi/dt，以60米高的铁塔为例，取分布电感L=1μH·m-1、i=40KA、R地=4Ω，波头时间di/dt =2.5μs，可达U=1120KV），足以损坏机房内的通信设备。
GPS是通过馈线供电的低压有源器件，虽然在塔体的保护范围内，但侧击雷和感应雷足以构成威胁。
3.3雷电的二次感应引入基站设备
基站天线以铁塔或抱杆进行架设。当雷电袭击避雷针时，经铁塔泄流，雷电流强度大，放电时间短，周围产生瞬时强磁场，磁场中导体的感应电动势E=- dΦ.dt，磁通Φ=Bds，磁场强度B=μH，在离R处产生的磁感应强度H=I/2πR。由此可得R愈小，E愈大。基站铁塔与机房分离建设时，铁塔引雷对机房影响相对较小，但对机房防直接雷差一些；机房采用金属板房建筑对防雷较好。基站采用塔包房的建设形式显然对防直接雷和由塔体外产生的感应雷有利，但对铁塔避雷针引雷泄流时产生的二次感应雷电影响较大。
3.4雷电反击对设备造成的威胁
站内的避雷针遭受雷击时，由于地网有接地电阻值，在雷电对地泄流的瞬间，会形成一个很高的电压，和此节点相连的途径引入到机房设备对机房造成威胁。
4.基站的防雷措施
4.1基站天馈系统的防雷
铁塔上应装设避雷针，其泄流带分别从塔的东西或南北两个方向直接用40*4mm及以上的扁钢或铜胶线引入到地网。天线应安装在避雷针45°角的保护范围内。馈线应分别在顶端和机房入口处就近入地，若馈线长度超过30m，应在每隔30m处加一处接地，以构成多处泄流途径；馈线进入室内加装同轴型SPD避雷器，SPD避雷器的标称放电电流≥5KA。GPS安装在避雷针的保护范围内，馈线长度小于20m，在机房入口处做一次接地，如果大于20米考虑2处及以上的接地，并在设备入口处加装GPS避雷器（中兴设备配备了避雷器），如果基站处于多雷区，考虑在室外GPS接收端再加装一个避雷器，避雷器就近接入室外地排。GPS是山区基站易遭受雷击的地方。
4.2电源采取由粗及细的多级纵深防雷体系
注：A、B、C、D为避雷器，E为浪涌吸收装置
图1基站供电及各级避雷器系统
基站的供电接入有通过变压器高压接入方式和低压搭接在公用变压器搭接方式。如通过变压器高压接入，变压器需有一个专门的防雷接网，接地网做成环形，如果该地网离机房的联合接地网小于20m，此地网通过2处及以上的联接和联合接地网接在一起，如果大于20m，可单独独立。在变压器的高低压端分别加装高低压氧化锌避雷器。若处在多雷区，要加强对变压器的保护，还要在变压器前的一、三杆或二、四杆各加装一组高压氧化锌避雷器，并在该电杆处做一个环形接地网，将高压避雷器接地，地网的工频接地电阻值小于10Ω。
电容越大，对过电压的保护更为有利。
低压供电线路的防雷。低压三相电的输入线路应采用代金属护套层的铠装电力电缆或用钢管护导的电缆引入，最好是埋地方式走线。在电缆两端应将其金属护套层就近接入地，这样金属电缆对地呈现一个大的分布电容，从而有效降低雷电陡度。埋地电缆越长，分布如图1，比较清晰地体现ICE“防雷分区、逐级泄放”的理念。在变压器的低压侧装A类防雷器、在交流配电屏（箱）处安装B类防雷器，在开关电源的输入端安装C类防雷器（按照YD5098-2001规定安装通流量40KA的限压型SPD），D类（一般采用工作电压小于70V，通流量大于15KA的限压型防雷器）防雷安装在开关电源的输出端。C类、D类一般是开关电源厂家出厂时已经按规定配置上了；A类一般由供电局来选择安装低压氧化锌避雷器，交流配电屏（箱）中的B级防雷器根据基站的实际情况进行选择，B类防雷器通流量的选择如下：
表4.1 B级防雷器通流量选择参考表
气象因素 强雷区（KA） 强雷区（KA） 中雷区（KA） 少雷区（KA）
环境因素 10/350 8/20 10/350 8/20 8/20 8/20
高山基站 35 150 25 100 80 60
山区基站 25 100 20 80 60 40
农村成效基站 20 80 15 60 40 20
城市基站 15 60 10 40 20 15
基站避雷器通流量的选择合适为宜，通流量选择大了，不易被雷电击坏，但残压高，对设备的保护不利；通流量选择小了，易被雷电击坏，但残压低，对设备的保护有利。所以采用同粗及细的A类至D类的防雷保护方式来对电源系统的进行防雷。在高雷区，适当增大防雷器的通流量可减少避雷器被雷击损坏的概率，但在普通地区，并非某些宣传的一样用得越大越好。
4.3接地网
“地”是雷电能量泄放的重要目的地，地网的工频接地电阻值应达到规定要求，其值尽可能做得小一些。基站的接地网应采用联合接地，将铁塔地网、机房地网、变压器地网相互连接成一个共用地网（如图2）。三网共地后能够平衡地电位，克服因各地网较近而产生的雷电压差，损坏设备。地网应做成网格状，形成闭合回路，以形成一个分布电容，地网面积越大，接地分布电容也大，由于雷电冲击电流波长很短，在落雷时冲击电流达不到最大值被抑制掉。当地网的接地阻值达不到要求时，可使用无腐蚀的长效降阻剂或扩大地网的面积来降低接地电阻。扩大面积在原地网外围增设一圈或二圈环形接地装置，对外引线长度不大于2√ρ （ρ土壤电阻率）；若引线过长，电感增大，落雷时冲击阻抗增加，反击电压升高，保护作用降低。机房总接地排的接地线与地网连接时应避开铁塔及避雷针的专用引下线，两者间的距离要求大于5m，以免铁塔和避雷针上的雷电流沿总地线引入线流入机房。
图2机房地网连接分布图
对一些租用大楼或民用建筑的基站，一般都采用建筑物钢筋混凝土基础作为地网，找到房屋本身的接地引下线或建筑物中起防雷作用的主钢筋，用镀锌扁钢焊接引入机房周围形成一圈密闭接地环。一般是建筑物的主钢筋上端与楼顶避雷网、下端与联合接地网、中间与楼层间的闭合环形接地母线做可靠的电气连接。
5.结束语
基站防雷受地理环境、气象因素、机房铁塔物理结构布局、各种缆线的结构引入方式等多种因素的影响，针对雷电的不同入侵原因，采取综合防雷和重点防雷相结合的措施，实现更为有效、更为经济的防雷。
参考文献：
[1]刘继.论空间和大地环境电磁暴的统一防护模式与DBSGP技术 通信系统防雷技术文集1993.10.
【关键词】雷电；入侵；有效防护；移动基站
1.序言
本论文结合工作实践，分析雷电入侵基站的途径和基站的有效、经济防雷方法。
2.雷电的特性
雷电是一种自然现象，是发生在大地和雷云间的放电过程。雷电的特点是上升快、下降相对较慢。波头长度在1-5μS范围内，最大陡度为10-20KA/μs，雷电幅度≥40KA约占45%，雷电幅度≥100KA约占10%。
3.雷电入侵基站的途径分析
雷电对基站入侵的两种途径：一是雷电直击站内金属设施、缆线后入侵到设备；另一种途径是感应雷电和雷电二次感应间接引入到基站设备。
3.1电源供电系统引雷
电源供电线路引雷而遭雷击的基站占基站雷击的主要部份。基站电源线的引入区既是导电带，也是引雷带。它不仅因为雷云感应寻找可能的落雷点，而且还可能吸引周围数十米处的雷电。当电力线遭雷击时，通过电力线路向变压器侵入，若无保护措施，可能将变压器的绝缘击穿，同时通过变压器传到低压电力系统，这样与电力线路直接相连的设备可能会遭受雷击而损坏。
3.2基站天馈系统和GPS引雷
当雷击天馈避雷针时，在该处会产生很高的电压U. （U=iR+Ldi/dt，以60米高的铁塔为例，取分布电感L=1μH·m-1、i=40KA、R地=4Ω，波头时间di/dt =2.5μs，可达U=1120KV），足以损坏机房内的通信设备。
GPS是通过馈线供电的低压有源器件，虽然在塔体的保护范围内，但侧击雷和感应雷足以构成威胁。
3.3雷电的二次感应引入基站设备
基站天线以铁塔或抱杆进行架设。当雷电袭击避雷针时，经铁塔泄流，雷电流强度大，放电时间短，周围产生瞬时强磁场，磁场中导体的感应电动势E=- dΦ.dt，磁通Φ=Bds，磁场强度B=μH，在离R处产生的磁感应强度H=I/2πR。由此可得R愈小，E愈大。基站铁塔与机房分离建设时，铁塔引雷对机房影响相对较小，但对机房防直接雷差一些；机房采用金属板房建筑对防雷较好。基站采用塔包房的建设形式显然对防直接雷和由塔体外产生的感应雷有利，但对铁塔避雷针引雷泄流时产生的二次感应雷电影响较大。
3.4雷电反击对设备造成的威胁
站内的避雷针遭受雷击时，由于地网有接地电阻值，在雷电对地泄流的瞬间，会形成一个很高的电压，和此节点相连的途径引入到机房设备对机房造成威胁。
4.基站的防雷措施
4.1基站天馈系统的防雷
铁塔上应装设避雷针，其泄流带分别从塔的东西或南北两个方向直接用40*4mm及以上的扁钢或铜胶线引入到地网。天线应安装在避雷针45°角的保护范围内。馈线应分别在顶端和机房入口处就近入地，若馈线长度超过30m，应在每隔30m处加一处接地，以构成多处泄流途径；馈线进入室内加装同轴型SPD避雷器，SPD避雷器的标称放电电流≥5KA。GPS安装在避雷针的保护范围内，馈线长度小于20m，在机房入口处做一次接地，如果大于20米考虑2处及以上的接地，并在设备入口处加装GPS避雷器（中兴设备配备了避雷器），如果基站处于多雷区，考虑在室外GPS接收端再加装一个避雷器，避雷器就近接入室外地排。GPS是山区基站易遭受雷击的地方。
4.2电源采取由粗及细的多级纵深防雷体系
注：A、B、C、D为避雷器，E为浪涌吸收装置
图1基站供电及各级避雷器系统
基站的供电接入有通过变压器高压接入方式和低压搭接在公用变压器搭接方式。如通过变压器高压接入，变压器需有一个专门的防雷接网，接地网做成环形，如果该地网离机房的联合接地网小于20m，此地网通过2处及以上的联接和联合接地网接在一起，如果大于20m，可单独独立。在变压器的高低压端分别加装高低压氧化锌避雷器。若处在多雷区，要加强对变压器的保护，还要在变压器前的一、三杆或二、四杆各加装一组高压氧化锌避雷器，并在该电杆处做一个环形接地网，将高压避雷器接地，地网的工频接地电阻值小于10Ω。
电容越大，对过电压的保护更为有利。
低压供电线路的防雷。低压三相电的输入线路应采用代金属护套层的铠装电力电缆或用钢管护导的电缆引入，最好是埋地方式走线。在电缆两端应将其金属护套层就近接入地，这样金属电缆对地呈现一个大的分布电容，从而有效降低雷电陡度。埋地电缆越长，分布如图1，比较清晰地体现ICE“防雷分区、逐级泄放”的理念。在变压器的低压侧装A类防雷器、在交流配电屏（箱）处安装B类防雷器，在开关电源的输入端安装C类防雷器（按照YD5098-2001规定安装通流量40KA的限压型SPD），D类（一般采用工作电压小于70V，通流量大于15KA的限压型防雷器）防雷安装在开关电源的输出端。C类、D类一般是开关电源厂家出厂时已经按规定配置上了；A类一般由供电局来选择安装低压氧化锌避雷器，交流配电屏（箱）中的B级防雷器根据基站的实际情况进行选择，B类防雷器通流量的选择如下：
表4.1 B级防雷器通流量选择参考表
气象因素 强雷区（KA） 强雷区（KA） 中雷区（KA） 少雷区（KA）
环境因素 10/350 8/20 10/350 8/20 8/20 8/20
高山基站 35 150 25 100 80 60
山区基站 25 100 20 80 60 40
农村成效基站 20 80 15 60 40 20
城市基站 15 60 10 40 20 15
基站避雷器通流量的选择合适为宜，通流量选择大了，不易被雷电击坏，但残压高，对设备的保护不利；通流量选择小了，易被雷电击坏，但残压低，对设备的保护有利。所以采用同粗及细的A类至D类的防雷保护方式来对电源系统的进行防雷。在高雷区，适当增大防雷器的通流量可减少避雷器被雷击损坏的概率，但在普通地区，并非某些宣传的一样用得越大越好。
4.3接地网
“地”是雷电能量泄放的重要目的地，地网的工频接地电阻值应达到规定要求，其值尽可能做得小一些。基站的接地网应采用联合接地，将铁塔地网、机房地网、变压器地网相互连接成一个共用地网（如图2）。三网共地后能够平衡地电位，克服因各地网较近而产生的雷电压差，损坏设备。地网应做成网格状，形成闭合回路，以形成一个分布电容，地网面积越大，接地分布电容也大，由于雷电冲击电流波长很短，在落雷时冲击电流达不到最大值被抑制掉。当地网的接地阻值达不到要求时，可使用无腐蚀的长效降阻剂或扩大地网的面积来降低接地电阻。扩大面积在原地网外围增设一圈或二圈环形接地装置，对外引线长度不大于2√ρ （ρ土壤电阻率）；若引线过长，电感增大，落雷时冲击阻抗增加，反击电压升高，保护作用降低。机房总接地排的接地线与地网连接时应避开铁塔及避雷针的专用引下线，两者间的距离要求大于5m，以免铁塔和避雷针上的雷电流沿总地线引入线流入机房。
图2机房地网连接分布图
对一些租用大楼或民用建筑的基站，一般都采用建筑物钢筋混凝土基础作为地网，找到房屋本身的接地引下线或建筑物中起防雷作用的主钢筋，用镀锌扁钢焊接引入机房周围形成一圈密闭接地环。一般是建筑物的主钢筋上端与楼顶避雷网、下端与联合接地网、中间与楼层间的闭合环形接地母线做可靠的电气连接。
5.结束语
基站防雷受地理环境、气象因素、机房铁塔物理结构布局、各种缆线的结构引入方式等多种因素的影响，针对雷电的不同入侵原因，采取综合防雷和重点防雷相结合的措施，实现更为有效、更为经济的防雷。
参考文献：
[1]刘继.论空间和大地环境电磁暴的统一防护模式与DBSGP技术 通信系统防雷技术文集1993.10.