浅谈移动通信基站的防雷与接地

　　摘要：随着科学技术的发展，现代通信进入了数字时代，特别是因特网商用化后的迅猛发展，使传统的电信业受到巨大的震动和冲击，为此，本文专门介绍移动通信基站防雷接地的重要性，防雷接地系统的构成和基本要求，移动通信基站的防雷与接地。
　　关键词：移动通信基站防雷接地
　　1、移动通信基站防雷接地的重要性
　　移动通信在中国发展十分迅速，中国移动通信的走向一直为世人所瞩目。1987年11月，我国广东正式开通了第一个TACS制式模拟蜂窝移动通信系统，实现了移动电话用户“零”的突破。1994年底，广东又首先开通了GSM数字蜂窝移动通信系统，至1995年，全国已15个省、市也相继开通了GSM移动通信网。迄今为止，全国各省、自治区、直辖市面上都建设了GSM网，实现了国内和国际的全自动谩游。目前我国正在积极准备在21世纪初期开展第三代移动通信的商用试验。从1987年至今，我国移动电话用户数的增长很快，尤其是GSM网更是以人们始料不及的速度在迅猛发展。这主要是因为GSM系统在技术和经济方面均比TACS系统有较大的优势，更重要的我国在GSM运营领域引入了竞争机制，促进了GSM网的发展。我国的移动通信用户已超过了8000万，位居世界第二。近10年来，我国在移动通信领域的科研、设备生产等方面也取得了可喜的进步。正因如此，通信机房防雷与接地尤其重要。通常，由于移动通信基站BTS天线位于室外且架设的比较高，带电的云层会在天线上产生感应电荷。如果天线与大地之间有直流通路，则电荷可以通过大地泄放，而不至于积累起来，从而也不会因感应电荷在天线与大地之间产生高电位差而引起放电。
　　在干燥的气候条件下，砂土、雪等与天线的摩擦也会产生静电，接地有助于减少雷击破坏、静电破坏和人为噪声，所以对于每种接地通信设备进行良好的接地是很重要的。由于接地系统的质量往往成为避免雷击事故发生的关键，所以防雷问题往往成为BTS设备安装设计中的一个重要问题。对于山区内孤立山上的BTS，雷击事件更为频繁，更应该重视防雷接地系统的设计。
　　2、防雷接地系统的构成和基本要求
　　防雷接地系统是由大地、接地电极、接地引入线、地线汇流排、接地配线五部分组成的整体。其中：大地具有导电性和无限大的容电量，是良好的公共地参考电位；接地极是与大地电气接触的金属带等，用于使电流扩散入地；接地引线是在接地电极与室内地线汇流铜排之间起连接作用的部分；地线汇流排为汇集接地配线所用的母线铜排；接地配线是连接设备到地线汇流排的导线
　　接地极有垂直打入地下的棒形接地极组（用扁钢或角钢）、钢板接地极组和水平辐射的带状接地极，也有用这几种形式混合组成的复合式地网的。垂直打入地下，然后用导线连接起来的方式比破土方式好。因为重填的泥土紧密性差，接地电阻大。此外。铁塔下面的接地电阻应尽量靠近铁塔底部。
　　接地引线不能用扁平编织线或绞合线，因为它们容易被腐蚀氧化，并且有较大的电感和互感，对泄放浪涌电流不利，故最好采用镀锌扁铁或￠16～￠18的螺纹钢。它与避雷针和接地体的连接建议采用烧焊，其烧焊接触缝长度应大于20cm，以防止大电流通过时因接触面小而发热引起严重脱焊。避雷针、引下线和接地体等整个防雷接地系统，最好采用相同的金属材料，以防止长期的电化学反应使接地线遭受腐蚀而接地不良。尤其要避免铜与镀锌铁制件直接接触，因为铜锌会在接触面上形成铜锌电池而很快腐蚀。当接地线从楼顶引下时，应防止靠近其他导体或与其作平行布置，即使其他导体接触、地也应该相隔2m以上。当接地引线必须穿金属管道时，则必须使引下线在被穿过的导线的两端与导线相连接，此金属也称为地线的连接线。
　　地线排一般分为室内接地排和室外接地排，室内接地排通常安装BTS、电源机柜较近且与走线架同高的墙上。室外接地线通常在馈管窗外附近（1m内）。接地排用铜排做成。自接地排至各种设备的连接电缆（称为接地线）要尽量短。最后，室内接地排通过一根单独的黑色接地线引至楼底接地极。室外接地排可用一根黑色接地线（95mm2）连接至楼底接地体。
　　防雷接地系统的要求主要体现在以下两个方面，①接地电阻的要求：接地电阻主要包括：土壤电阻、土壤和地电极之间的接触电阻、地电极自身电阻、接地引下线电阻等，由于后几种电阻很小，一般可忽略不计，所以接地电阻主要是指土壤电阻。降低接地电阻是实现雷电流泄流的关键，雷电流通过单根引下线的全部电压降计算公式为
　　其中为电压降，单位；为雷电流，单位：；为接地装置电阻，单位；为单位长度的电感，约为1.5；为引下线的长度，单位；为雷电流的陡度，单位。从公式可以知道在防雷接地装置中，接地电阻阻值越小，则瞬间内冲击接地电压降就越小，雷电时设施的危险性就越小。不同设施对接地电阻的要求稍有差异，移动通信基站基座≤4Ω、天馈线金属屏蔽层≤4Ω、信号避雷器≤10Ω、电源避雷器≤4Ω、安全保护地≤4Ω、通信机房≤1Ω。系统设计时要正确规划、符合规范参数。②联合接地的要求：IEC（国际电工委员会）和ITU-T（国际电信联盟）的相关防雷接地设计规范中都不再有单独接地，而是建立公共地网以防雷，即电源地、工作地、保护地等在公共地线上连成电气一体化，以建立零电位参考电平平台。移动通信基站中，防雷接地为针对雷击防护采用的泄流接地；工作接地为直流电源接地；保护接地为室内设备机壳接地。
　　3、移动通信基站BTS接地的几种实际情况
　　3.1利用现有的避雷带
　　当BTS所在大楼有较可靠的屋顶避雷带、防雷接地及工作接地时，BTS的接地应利用大楼现有的接地装置，但必须测试其接地电阻值。如果测试结果不符合要求。应增加接地体，使接地电阻满足≤5Ω的要求，如果大楼的防雷接地与工作接地分设接地体，而且经实际测试防雷接地装置的接地电阻大于工作接地电阻时，应增加接地体，使其阻值降到与工作接地的电阻相同或更小一些。天线、天线杆/塔、馈线及屋顶走线架与屋顶避雷带做可靠的连接，连接点不能少于两点。如果天线附近没有避雷带，则专设下引线沿外墙引至接地体，不要引入机房的接地排上。
　　3.2大楼没有避雷带
　　当所在大楼没有现成的屋顶避雷带时，应架设一定数量的避雷针，使天线顶端处于避雷针的保护角之下，并同时将避雷针接地线直接引至楼下接地体。
　　3.3BTS设有天线铁塔
　　当BTS设有铁塔时常采用三合一（即联合接地）系统。这种情况，一般都把整个机房设计在铁塔的避雷保护范围内，机房顶可以不设避雷带，但机房四周可以仍需埋设一闭合接地环，使机房的地电位均衡分布和缩短接地引线。这个闭合接地环与铁塔的均压接地环在地下连接在一起。铁塔的塔脚也应该互相连接起来，然后再多点与均压环相连。天线的同轴电缆必须安装在铁塔体内，以防止大电流贯穿同轴线。接地时需用大截面导体，才能达到电阻低，热量高、引线电感小、趋肤效应也小的要求。
　　4、移动通信基站的防雷与接地
　　4.1供电系统的防雷与接地
　　（1）移动通信基站的交流供电应采用三相五线制供电方式。
　　（2）移动通信基站宜设置专用电力变压器，电力线宜采用具有金属护套或绝缘护套电缆，穿钢管埋地，并引入移动通信基站，电力电缆金属护套或钢管两端应就近可靠接地。
　　（3）当电力变压器设在站外时，对于低处年雷暴日大于20天、大地电阻率大于100Ω/m的暴露地区的架空高压电力线路，宜在其上方架设避雷线，其长度不宜小于500m。电力线应在避雷线地25°角保护范围内，避雷线（除终端杆外）应每杆做一次接地。
　　为确保安全，宜在避雷线终端杆的前一杆上，增装一组氧化锌避雷器。
　　（4）当电力变压器设在站内时，其高压电力线应采用电力电缆从地下进站，电缆长度不宜小于200m，电力电缆与架空电力电缆连接处三根相线应加装氧化锌避雷器，电缆两端金属外护层应就近接地。，
　　（5）移动通信基站交流电力变压器高压侧三根线，应分别就近对地加装氧化锌避雷器，电力变压器低压侧三根相线应分别对地加装无间隙氧化锌避雷器，变压器的机壳、低压侧的交流零线，以及变压器相连的电力电缆的金属外护层，应就近接地。出入基站的所有电力线均应在出口处加装避雷器。
　　（6）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。电力电缆在进入机房交流屏处，应加装避雷器，从屏内引出的零线不做重复接地。
　　（7）移动通信基站供电设备的正常不带电的金属部分、避雷器的接地端，均应做保护接地，严禁作接零保护。
　　（8）移动通信基站的直流工作地，应丛室内接地汇集线上就近引接，接地线截面积应满足最大负荷的要求，一般为35～95mm2,材料为多股铜线。
　　（9）移动通信基站电源设备应满足相关标准、规范中关于耐雷电冲击指标的要求，交流屏、整流器应设有分级防护装置。
　　（10）电源避雷器和天馈线避雷器的耐雷电冲击指标等参数应符合相关标准、规范的要求。
　　4.2铁塔的防雷与接地
　　（1）移动通信基站铁塔应有完善的防直雷击及二次感应雷的防雷装置。
　　（2）移动通信基站铁塔采用太阳能灯塔。对于使用交流电馈电的航空标志灯，其电源线应采用具有金属外护层的电缆，电缆的金属护外套应在塔顶几进机房入口处的外侧就近接地。灯塔控制线及电源线的每根相线，均应在机房入口处分别对地加装避雷器，零线应直接接地。
　　4.3天馈线系统的防雷与接地
　　（1）移动通信基站天线应在接闪器的保护范围内，接闪器应设置专门雷电流引下线，材料宜采用40×40mm的镀锌扁钢。
　　（2）基站同轴电缆馈线的金属外护套，应在上部、下部和走线架进机方入口处就近接地，在机房入口处的接地，应就近与地网引出的接地线妥善连通。当铁塔高度大于或等于60m，同轴电缆馈线的金属外护套层还应在铁塔中部增加一处接地。
　　（3）同轴电缆馈线进入机房后，与通信设备连接处应安装馈线避雷器，以防止自天馈线引入的感应雷。馈线避雷器接地端子应就近引接到室外馈线入口处接地线上，选择馈线避雷器时，应考虑阻抗、衰耗、工作频段等指标与通信设备相适应。
　　4.4其他设备的防雷与接地
　　（1）移动通信基站的建筑物应有完善的防直击雷及抑制而次感应雷的防雷装置（避雷网、避雷网和连接器等）
　　（2）机房顶部的各种金属设施，均应分别与屋顶避雷带就近连通。机房顶部的彩灯应安装在避雷带下方。
　　（3）机房内走线架、吊挂铁架、机架或机壳、金属通风管道、金属门窗等均应做保护接地。保护接地引线一般宜采用截面积不小于35mm2的多股铜导线。
　　案例：
　　移动通信公司成立以来，专门从事机房通信电源、基站防雷与接地工作，尤其在山坡丘陵，城市房顶的防雷与接地积累了大量的资料与实践经验，为通信机房，与基站的防雷和接地提供可靠设备及方案，从而以最大程度避免了雷击状况，保证了移动、通信机房安全平稳，可靠的运行，例如：杭州的下沙、余杭一带基站反而比山区、雷击多的现象进行分析试验，采用多层面接地保护措施，大大减少雷击引起停站、停电状况。这一方案被录入浙江移动通信机房建设V5规范版本。十几年来已为浙江移动通信机房提供防雷与接地设施达上千万元。
　　5、结束语
　　随着IT业的不断发展，移动通信站点的设备和防雷措施也在不断革新，只要在工程实际中不断调查优化研究，充分认识雷电可能的入侵途径，采取全方位、多层次综合防护，就能取得有效的防雷效果。
　　参考文献
　　[1]《移动通信基站防雷与接地设计规范》（YD5068-98）
　　[2]张殿富.《移动通信基础》.中国水利水电出版社
　　[3]浙江移动通信基站建设V5规范
　　