无线通信基站防雷工程实践的几个问题

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                         无线通信基站防雷工程实践的几个问题

1 概述

移动通信基站是电源系统、接收/发射系统、天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不受雷电以及浪涌（以下简称雷击）的干扰和破坏。防雷最终是通过等电位连接实现的，雷击能量通过接地系统引入大地。

雷电波入侵基站的途径主要有两种：直击雷和感应雷，其中感应雷除通过线路、电磁感应等侵入方式之外，雷电电磁脉冲还可通过接地系统进入基站内部（即常说的地电位反击）。在现代防雷技术中，针对上述各种雷电入侵途径已经形成了完善的防护体系和技术，比如对直击雷采用接闪器系统，对线路入侵的感应雷则通过安装多级SPD来逐级实现动态等电位连接而达到良好的防护效果；对电磁感应通过屏蔽接地措施，也可达到较好的效果。本文主要针对工程实际中遇到的一些防雷问题，通过技术、经济分析而得到实际可行的解决方案，对工程实际有一定的参考价值。

2 基站防雷工程实践中值得探讨的五个问题

在工程实践中，通信防雷相关规范已经为我们提供了比较完备的解决方案，但往往在一些细节上尚欠缺明确规定，值得我们去探讨。

2.1 基站是否合设一个室内地线排

基站系统的“地”主要包括直流工作地、交流工作地、机壳保护地、防静电接地和防雷接地。防雷接地技术发展到现阶段，基站所有的地均接入联合地网已是不争的事实，但是在工程中却常会遇到机房直流工作接地、通信设备防静电接地是否与其它接地分开设置地线排的问题。在相当长的时间内，某运营公司要求基站机房内的工作地、保护地合设一个地线排，而另一运营公司则要求基站机房内的工作地与保护地分别设置地线排。

机房内使用两个地线排看似符合等电位原则，但是由于没有考虑系统的最佳接地参考点和引线的阻抗效应，并不能有效地抑制各部件间危险电位差的出现。假设雷电流从交流线路侵入，由于瞬时电压往往达几万伏乃至几十万伏，而另一个地线排处于地电位，这样两个地线排之间存在电位差，从而会使开关电源机壳与直流单板间存在危险的电位差，可能导致敏感的器件损坏，危及基站设备的安全运行。

正确的做法是基站内的直流工作地、安全保护地、防静电接地和防雷接地合设1个室内地线排。采用两个室内地线排的基站存在着雷害风险，应着手进行接地系统的改造，最简单的改造措施就是在两个室内地线排之间采用不小于70mm2的铜芯电缆进行等电位连接。

笔者曾见到一个AC屏内存在相互隔离的机壳保护地排、SPD接地排，这也是一种类似的错误接地方式。实际上在AC屏机架内部将SPD的接地直接连接到保护地线排上，这样才能使SPD的接地线足够短，地线上产生的残压足够小，使SPD起到有效的防护作用。

2.2 基站的室内接地汇集线采用地线排还是接地汇流条

在“设计规范”中，对接地排、环形接地汇集线的应用场所并无明确规定。在工程实践中，已出现一种更为有效的接地汇集线方案——接地汇流条。接地汇流条方案是指用架设在主走线架上方的镀锌扁钢或铜条作为接地汇集线。现从防雷接地效果、经济性和机房美观等方面对这三种方案进行比较。

首先从防雷效果来说，采用接地汇流条的方案优于采用地线铜排的方案，与环形接地汇集线的方案效果等同。在采用地线铜排方案的基站内，常常会出现总AC屏内SPD接地线过长，或者迁就了总AC屏的接地但是会产生其它设备的接地线过长而影响整体的防雷接地效果。采用接地汇流条的方案，容易实现SPD、设备外壳就近接地的要求，能取得更好的防雷效果。实际上，在雷害比较严重的基站防雷接地改造工程中，将地线排改为架设在主走线架上的接地汇流条是一种常用的改造措施。

其次从经济上分析，虽然由于沿主走线架敷设接地汇流铜条，其价格较地线排高（实际上也可采用同阻抗的镀锌扁钢，且成本不会比传统的地线铜排高），但由于该方案可以减少35mm2的电缆长度（每个基站约50米），综合成本实际上较采用接地铜排的方案会有所降低。类似地，接地汇流条方案的综合成本较环形接地汇集线方案的综合成本低。

第三，从机房的整齐美观方面考虑，由于各种设备地线直接从其上方的接地汇流铜条上引线，采用接地汇流条的方案比采用地线排的方案效果明显（参见图1）。

图1 基站接地汇流条示意图

综上所述，虽然机房采用单个地线排也是一个久经考验的设计方案，但是无论从防雷效果，还是经济分析、机房美观看，采用沿走线架布置接地汇流条的方案不失为一个完美的方案，值得在新建基站中广泛采用（见基站图2）。

2.3 馈线避雷器的接地应该接室内地线排还是室外地线排

在“设计规范”中，对馈线的三点接地做了详细的要求（如图2的A、B、C三点），馈线与通信设备的连接处加装SPD要求其地线应就近引接到馈线入口处的室外地线排上。根据笔者分析，馈线SPD地线的接法值得商榷。

根据图2可见，天馈线SPD属于雷电保护区LPZ0B与LPZ1交界处的防雷保护装置，只泄放感应雷击（包括雷电电磁脉冲）能量，不能防护雷电保护区LPZ0A内的直击雷。由图可知馈线一般是位于LPZ0B区内，从这个意义上来说，馈线SPD的地线接到室内或者室外地线排上效果相同，并且室外地线排与室内地线排可以合设。但是实际上，这是不可以的，室外地线排有馈窗接地、室外走线架接地以及馈线屏蔽层的C点接地等，一方面，这些设施本身极有可能遭到直击雷（侧击雷）的入侵，而馈线的内芯则由于金属屏蔽层的存在而不会遭到直接雷的入侵；另外，馈线（实际上是馈线的金属屏蔽层）的A点、B点接地与直击雷的引下线（如铁塔的塔身）甚至接闪器（天面女儿墙上的避雷带）连接在一起，虽然直击雷的大多能量沿最直接的泄流通道（引下线）进入大地，但是由于馈线屏蔽层构成了直击雷引下系统和室外地线排的电气连通，难免对室外地线排构成一定的直击雷雷电脉冲的干扰。

根据上述基站雷击分区的分析来看，馈线SPD的接地是LPZ1与LPZ0B交界处SPD的接地，而室外地线排实际上是LPZ0A与LPZ0B交界处的接地设施，笔者认为，馈线SPD的地线应就近接到室内地线排上。

2.4 第一级电源SPD与总开关的相互位置

第一级电源SPD应安装在市电引入进入机房处，尽可能的靠近室内总接地排，SPD的电源连接线和接地线（到参考接地排）的长度不应大于2米。

“设计规范”明确要求在SPD前必须加装空开或熔断器，且基站总AC屏处必须加装第一级SPD，但是在实际工程中会遇到该SPD到底应该安装在总输入开关之前或者之后的问题。这要根据开关的类型不同来确定：

(1) 配电系统总开关为剩余电流保护器（漏电开关，RCD）

当SPD采用“3＋1”模式时，SPD应安装在RCD之前。在此接线模式下，SPD短路失效时也不会出现接地故障。即使SPD位于RCD之后，RCD也不会测得SPD的泄漏电流；还可避免大幅度的浪涌不必要地流过RCD的零流线圈。

当SPD采用“4＋0”模式时，SPD应安装在RCD之后。在该接线模式下，RCD能及时测得即将失效SPD的泄漏电流，用于跳闸或报警，避免SPD对地短路引发接地故障。

(2) 配电系统总开关为断路器或者熔断器

一般情况下SPD都应安装在总开关之后；只在正常情况下断路器为断开状态时，为使SPD起到应有的作用，才将SPD前置于总开关直前。配电系统的总开关于SPD的保护电器（断路器或者熔丝）还应满足选择性配合关系：若两者都是熔断器保护，前后空开电流之比满足1.6:1即可。

移动基站（包含其他的通信局站）一般均不采用漏电开关。在一般情况下，SPD可以安装在配电系统总开关之后，即AC屏输入总开关之后。

2.5 移动基站室内结构分布图（较推荐的两种）

根据江苏联通基站目前SPD的使用情况来看，推荐两种基站内防雷接地系统结构如下图：

1．当基站采用防雷模块，且SPD被安装在基站的交流配电箱内，要求配电箱一定要为SPD单独配空开或熔丝，配电箱安装位置为市电进入机房处，整个机房内只设一个接地排，且室内接地排就近设在配电箱旁。然后沿走线架上敷设等电位铜排，将各个机柜保护地，工作地等地就近连接到该等电位铜排上。

2．基站采用防雷箱

，防雷箱安装位置应放在市电引入的配电箱旁，防雷箱可采用凯文接线，如采用凯文接线要求防雷箱前应有开关。

2．6室内开关电源的工作地单独敷设的基站整改示例