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移動通信基站的防雷與接地

劉吉克主要內(nèi)容富蘭克林與避雷針雷擊的主要途徑等電位連接接地電阻值基站地網(wǎng)電源SPD的最大通流量與接地之間的關(guān)系光纜內(nèi)金屬構(gòu)件接地的處理饋線SPD是否需要安裝的問題饋線接地點(diǎn)的處理原那么防雷器的選擇

一富蘭克林與避雷針避雷針的創(chuàng)造者B．Franklin2006年是電學(xué)先驅(qū)B．富蘭克林誕生三百周年。他在1706年1月17日生于美國波士頓。在大氣電學(xué)方面，他第一個(gè)發(fā)現(xiàn)雷電是由電造成的。他發(fā)現(xiàn)閃電是一種電荷，這有很大的實(shí)際用途。他知道電流可被針尖吸引，但不知道閃電是否也會被吸引。一七五二年，他進(jìn)行了有名的、但也是危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在費(fèi)城郊野進(jìn)行，在一個(gè)行雷閃電的日子，他把一只鑲有金屬在頂部的風(fēng)箏放入云層去，連接風(fēng)箏下端的線上那么系著鑰匙，當(dāng)行雷閃電之際，他即用手緊握鑰匙，當(dāng)即感覺一種輕微的震動，流經(jīng)拳頭，然後通過身體，進(jìn)入地面。他事後說，那種震動有如電池所產(chǎn)生一樣。由此他證明了天電是一種放電現(xiàn)象，創(chuàng)造了避雷針。

圖1：富蘭克林放風(fēng)箏進(jìn)行雷電實(shí)驗(yàn)

避雷針是是一根簡單的安裝在高層建筑物上的金屬針，稱為接閃器，再加上引下線和接地極，就成為一套完整的防護(hù)直擊雷的裝置。200多年來避雷針有效地保護(hù)了各種建筑物和工業(yè)設(shè)施，避雷針的防雷原理就在于它能接閃雷電流，并順利地將其引導(dǎo)進(jìn)入大地，而保護(hù)它下面的或它周圍的建筑物不受雷擊。避雷針泄放雷電流時(shí)，在其周圍將產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁幅射干擾。在以前，或者說對于普通的建筑物，機(jī)器，或人類，這種電磁幅射不會帶來顯著的危害?？墒堑搅爽F(xiàn)代社會的今天，計(jì)算機(jī)和其它精密儀器設(shè)備在各行各業(yè)的大量應(yīng)用，情況就不同了。

在這些精密儀器設(shè)備中，存在大量的微電子器件，特別是計(jì)算機(jī)芯片。在這些芯片中，集成著大量的微小的電子元件，它們很小，它們之間的絕緣也十分微弱。它們工作在幾伏的低電壓下。避雷針引導(dǎo)雷電流產(chǎn)生的強(qiáng)烈電磁幅射將在這些電子器件的回路中感應(yīng)生成過電壓，這種過電壓將有極大的可能性擊穿集成電路芯片中元件之間的絕緣，摧毀這些芯片，造成對這些精密儀器設(shè)備的不可彌補(bǔ)的損壞。從上世紀(jì)70年代初期美國的消雷器到90年代初期的半導(dǎo)體消雷器、2000左右出現(xiàn)的各類優(yōu)化避雷針,以及八十年代放射源避雷針，到的法國依麗〔Helita〕的Pulsar大氣高脈沖電壓避雷針〔Atmospherichighpulsevoltagelightningconductor〕，到九十年代的富蘭克林避雷針〔Franklinconductor〕、圣埃爾摩避雷針〔SaintElmolightningconductor〕，到現(xiàn)在的各種型號的提前放電避雷針:如拓海通用〔TOHI〕的易敵雷〔Indelec〕〔〕主動式提前放電避雷針;以及杜爾—梅森的衛(wèi)星〔Satelit〕提前放電避雷針，西班牙Ingesco公司的PDC系列主動式早期放電避雷針，等等。這些都屬于非常躲避雷針。半導(dǎo)體消雷器宣傳它對雷電有兩種作用.一是可以中和云中的電荷,二是可以限制雷電流的大小.而各類優(yōu)化避雷針宣傳的主要作用是可以改變雷電流波形陡度,減小雷電流的幅值.其實(shí)這些都是人們?yōu)榱耸袌鲋圃斐鰜淼墓适?。主動式提前放電避雷針〕根?jù)宣傳資料的介紹主要有兩個(gè)作用，一是它可以“主動放電〞，或“提前放電〞，或“早期放電〞。即這些避雷針比普通避雷針具有更好的引雷性能。二是將它的提前放電時(shí)間換算成提前放電距離后，相當(dāng)于增加了避雷針的高度，從而可以增大保護(hù)半徑。在相同接地網(wǎng)〔極〕和引下線的情況下，一根等高的普通金屬針作接閃器與一支昂貴的洋避雷針作接閃器可以得到同樣的保護(hù)效果和保護(hù)半徑。接閃器建筑物的接閃器〔國家標(biāo)準(zhǔn)GB50057-94規(guī)定接閃器由避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)格〕；建筑物柱內(nèi)鋼筋；根底接地體組成。二雷擊的主要引入途徑雷電可以從基站通信設(shè)備四個(gè)接口影響移動通信基站的正常工作，如下圖：1〕電源端口一直是雷電保護(hù)的重點(diǎn)，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，雷擊造成設(shè)備的損壞90％以上都是與電源端口有關(guān)的接口。2〕天饋端口的雷電保護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定SPD作為饋線可以選擇保護(hù)器件〔不是必須的〕。但對于饋線的雷電保護(hù)接地卻有明確的規(guī)定：鐵塔上架設(shè)的波導(dǎo)饋線、同軸電纜金屬外護(hù)層應(yīng)分別在上、下端及進(jìn)入機(jī)房入口處外側(cè)就近接地，當(dāng)饋線及同軸電纜長度大于60m時(shí)，其外護(hù)層宜在塔的中間部位增加一個(gè)接地連接點(diǎn),接地連接線截面為不小于10mm2。另外饋線的接地線應(yīng)防止從雷電引下線，特別是從鐵塔角引接。當(dāng)基站采用房頂鐵塔的方式時(shí)，饋線入口處的接地排必須接在地網(wǎng)上，而不宜接在房頂鐵塔的塔基上，從而防止雷電流直接進(jìn)入機(jī)房。3〕信號及系統(tǒng)端口：由于基站為了實(shí)現(xiàn)無人值守，采用了環(huán)境監(jiān)控裝置3)站內(nèi)傳輸設(shè)備與基站發(fā)射機(jī)等相連的信號線，這些信號端口對于雷電的抗擾度是較弱的，基站經(jīng)常有信號接口雷擊損壞的記錄，而且在采用屏蔽線時(shí)同樣有雷擊造成信號接口雷擊損壞的記錄，在K56內(nèi)容中基站設(shè)備信號端口沒有提供耐受浪涌電壓〔電流〕指標(biāo)要求，耐受能力的依據(jù)沒有，怎能評判是否對信號端口進(jìn)行保護(hù)〔當(dāng)然包括電源設(shè)備耐受浪涌電壓/電流的指標(biāo)〕。4〕接地端口主要是瞬間的電位升對設(shè)備的影響；

對于接地端口主要是瞬間的電位升對設(shè)備的影響，移動機(jī)房設(shè)備直流供電一般采用兩種形式：24V〔直流負(fù)接地〕和-48V〔直流正接地〕，而這兩種形式的供電都是需要接地。當(dāng)有雷擊通過地網(wǎng)泄放時(shí)，那么會造成瞬間的電位抬升，這樣就使得直流電源正負(fù)極的瞬態(tài)電位差很大，造成設(shè)備敏感部位〔整流模塊和收發(fā)信機(jī)等〕損壞。由于地電位抬升有時(shí)會從前端〔開關(guān)電源直流輸出口〕引入損壞設(shè)備，也有可能從后端〔用電設(shè)備如GSM的直流輸入口〕引入損壞設(shè)備，所以應(yīng)在直流電源的兩端分別加裝防雷器，形成直流電源正、負(fù)極與地的瞬態(tài)等電位。防止因地電位升高造成的電位還擊損壞設(shè)備。以往對阻性耦合，地電位升的影響僅僅是理論分析上，在實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果統(tǒng)計(jì)上，現(xiàn)場基站開關(guān)電源那邊的直流SPD雷擊損壞的情況還很少見，下面是在其它省、某地區(qū)直流SPD擊壞的照片，顯示了加在開關(guān)電源直流端SPD被雷電擊壞的狀況，從擊壞情況可以看出地電位升高產(chǎn)生的能量還是相當(dāng)可觀的。因此基站開關(guān)電源直流SPD不是可裝可不裝的問題，在雷暴日較多、雷電強(qiáng)度較大的地區(qū)，特別是有鐵塔的基站，在開關(guān)電源的直流端一定需要加裝直流SPD進(jìn)行保護(hù)。三、等電位連接1、基站內(nèi)經(jīng)常遭雷擊損壞設(shè)備情況曾遭雷擊損壞的設(shè)備：電源類占88%〔變壓器、配電箱、穩(wěn)壓器、整流模塊、空調(diào)主板、照明系統(tǒng)〕，信號類占12%〔GSM或CDMA設(shè)備的核心CPU、用戶板、監(jiān)控、傳感器、消防控制板、小微波〕。

！高壓避雷器被雷擊損壞穩(wěn)壓器被雷擊損壞感應(yīng)過電壓造成信號線對機(jī)殼放電光纜終端盒被雷擊打掉2基站內(nèi)經(jīng)常遭雷擊損壞設(shè)備的原因與分析這些設(shè)備的損壞的都是由于機(jī)房內(nèi)某些設(shè)備的電源線、信號線遭受雷擊或有感應(yīng)過電壓時(shí)，使得自身電位抬高。而其他設(shè)備仍處于低電位或零電位狀態(tài)，由于機(jī)房內(nèi)設(shè)備通過電源線或信號線均有假設(shè)干聯(lián)系，這樣就在設(shè)備間形成了等電位差，導(dǎo)致了設(shè)備的絕緣及內(nèi)部元器件被擊穿所至。機(jī)房設(shè)備的接地方式的等效圖一般如圖一所示，當(dāng)有雷擊時(shí)，會在接地引線上產(chǎn)生較大的電位差，這個(gè)電位差有時(shí)足以使設(shè)備損壞。設(shè)備A設(shè)備B地電位抬高U=Ldi/dt+IR零電位

這個(gè)電位差，可根據(jù)下式算出：U=Ldi/dt+IR，如引線長1m，入侵的雷電流為20kA(8/20us),那么每米導(dǎo)線上的電壓降為3.6kV,如接地線長度為5米那么地電位抬高為18kV。為了減小此電位差，可采取如下圖的方法加以改造，這時(shí)的電位差，可根據(jù)下式算出：U=Ldi/dt+IR如引線長1m，入侵的雷電流為20kA(8/20us),那么每米導(dǎo)線上的電壓降為3.6kV，如果等電位連接點(diǎn)提高到a點(diǎn)〔a至設(shè)備B之間為0.5m,a至PE之間為4.5m〕，那么設(shè)備A和設(shè)備B之間的電位差降為原來的十分之一1.8kV，此改造方法適用于機(jī)房設(shè)備較多的情況下使用。采取右圖所示的方法改造后設(shè)備間的電位差會更低，效果更好。a設(shè)備A設(shè)備B地電位抬高U=Ldi/dt+IRa設(shè)備A設(shè)備Ba地電位抬高U=Ldi/dt+IR3通信用開關(guān)電源必須和電源一級SPD進(jìn)行等電位連接移動基站機(jī)房設(shè)備的等電位連接，一般都忽略了一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，就是開關(guān)電源與電源一級SPD之間的等電位連接。因?yàn)橐话銖慕涣髋潆娤渑渌偷介_關(guān)電源的都是三相四線形式的電源，不做等電位連接的等效形式如下圖：被保護(hù)設(shè)備SPDU1U2U3以上是SPD安裝后的殘壓示意圖。當(dāng)有雷電流時(shí)，其中：U1為從配電箱到SPD的連線上的殘壓；U2為SPD自身的殘壓；U3為從SPD的接地端子到接地匯流排間連線的殘壓。這時(shí)，加在被保護(hù)設(shè)備的上殘壓為：U改造前=U1+U2+U3

SPD與被保護(hù)設(shè)備的等電位為了減小加在被保護(hù)設(shè)備上的殘壓，我們可以采取如下圖的方法，即在SPD的接地端子與被保護(hù)設(shè)備的接地匯流排間加一根等電位連接線。此時(shí)加在被保護(hù)設(shè)備上的殘壓為：U改造后=U1+U2

或U改造后=U改造前-U3當(dāng)有雷電流〔8/20μs〕時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的電壓降可按下式計(jì)算：假設(shè)引線長1米，入侵的雷電流為20kA〔8/20us〕，那么每米導(dǎo)線上的電壓降為：V=1×1.44(μH)×20(kA)/8(μs)+IR≈1×1.44(μH)×20(kA)/8(μs)=3.6〔kV〕4、機(jī)房內(nèi)等電位連接4.1機(jī)房內(nèi)接地匯流排的改造在機(jī)房走線架上依據(jù)走線架的位置新設(shè)一組環(huán)形〔日字形或口字形〕接地匯流排，材料采用30×3mm銅排。要求環(huán)形接地匯流排為全封閉的且電氣連通。環(huán)形接地匯流排在靠近墻壁的兩側(cè)用膨脹螺栓和絕緣子將其固定在墻壁上，位于走線架上的兩側(cè)可用螺釘直接固定在走線架上。根據(jù)實(shí)際情況，位于走線架上的接地排可豎立在走線架上，也可橫放在走線架上。接地引下線應(yīng)就近與環(huán)形接地匯流排可靠連接。對于公用建筑或租用民房還應(yīng)將房間里柱子的柱鋼筋敲出，也與接地匯流排電氣連通。機(jī)房內(nèi)各設(shè)備應(yīng)用不銹鋼螺釘就近與環(huán)形接地排可靠連接。包括交流配電箱、開關(guān)電源、GSM設(shè)備、SDH設(shè)備、DDF、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、走線架、金屬門窗等。特別說明：如果機(jī)房內(nèi)空間位置、設(shè)備擺放的情況不能完全做環(huán)形地排，可采用將局部設(shè)備做環(huán)形地排后，再與其他設(shè)備電氣連通。

4接地電阻值世界各個(gè)國家對于基站的接地電阻都有明確的規(guī)定，世界著名的移動通信設(shè)備生產(chǎn)商也在標(biāo)準(zhǔn)中明文規(guī)定了接地電阻值，按照原YD5068-1998?移動通信防雷接地設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?的要求，基站接地電阻要求為5Ω，接地電阻5Ω的要求是否能滿足基站防雷的需要，接地電阻5Ω的要求在大地電阻率較高的地區(qū)是否能夠到達(dá)呢？。通過中訊郵電咨詢設(shè)計(jì)院對這個(gè)問題長達(dá)10幾年的時(shí)間，最早的研究成果發(fā)表在廣東全國微波站防雷會議上一篇?微波站地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的考慮與接地電阻的測量?的論文，該文改變?nèi)藗児逃械膫鹘y(tǒng)觀念，并被當(dāng)時(shí)多個(gè)省微波局列為標(biāo)準(zhǔn)，做為解決接地電阻問題的方法，后來我們和廣東移動合作的?移動通信基站地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及新型綜合防雷接地解決方案?，以及與廣東移動通信有限責(zé)任公司江門分公司的?移動通信基站防雷接地科學(xué)研究?的合作工程先后在工程中得到應(yīng)用，結(jié)果證明該論點(diǎn)是正確的，而且在其他省基站也得到了廣泛得應(yīng)用。新的標(biāo)準(zhǔn)根本上對基站的接地電阻是這樣處理的：當(dāng)基站所在地區(qū)大地電阻率較低時(shí)，基站地網(wǎng)接地電阻一般不大于10Ω，當(dāng)采用環(huán)形接地時(shí)，地網(wǎng)面積一般應(yīng)大于100m2；當(dāng)基站的土壤電阻率大于1000Ω·m時(shí)，可不對基站的接地電阻予以限制，但要求其地網(wǎng)的等效半徑應(yīng)大于等于20m，并在地網(wǎng)四角加以10m～20m輻射型接地體。地網(wǎng)環(huán)形接地體的周邊可以根據(jù)地形、地理狀況決定其形狀。五基站地網(wǎng)5.1基站地網(wǎng)的組成移動基站地網(wǎng)由機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)或者由機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)組成，基站地網(wǎng)應(yīng)充分利用機(jī)房建筑根底〔含地樁〕、鐵塔根底內(nèi)的主鋼筋和地下其它金屬設(shè)施作為接地體的一局部。1〕機(jī)房地網(wǎng)：機(jī)房地網(wǎng)應(yīng)沿機(jī)房建筑物散水點(diǎn)外設(shè)環(huán)形接地裝置，同時(shí)還應(yīng)利用機(jī)房建筑物根底橫豎梁內(nèi)兩根以上主鋼筋共同組成機(jī)房地網(wǎng)。當(dāng)機(jī)房建筑物根底有地樁時(shí)，應(yīng)將地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋與機(jī)房地網(wǎng)焊接連通。2〕鐵塔地網(wǎng)：當(dāng)鐵塔位于機(jī)房旁邊時(shí)，應(yīng)采用40mmx4mm的熱鍍鋅扁鋼將鐵塔地基四角塔腳內(nèi)部金屬構(gòu)件焊接連通組成鐵塔地網(wǎng)，其地網(wǎng)網(wǎng)格尺寸不應(yīng)大于3m×3m，其周邊為封閉式，鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)之間應(yīng)每隔3m～5m相互焊接連通，連接點(diǎn)不應(yīng)少于兩點(diǎn)。3〕變壓器地網(wǎng)：當(dāng)電力變壓器設(shè)置在機(jī)房內(nèi)時(shí)，可共用機(jī)房及鐵塔地網(wǎng)組成的聯(lián)合地網(wǎng)；當(dāng)電力變壓器設(shè)置在機(jī)房外，且距機(jī)房地網(wǎng)邊緣大于30m時(shí)，宜設(shè)獨(dú)立地網(wǎng)；假設(shè)電力變壓器設(shè)置距機(jī)房地網(wǎng)邊緣30m以內(nèi)時(shí)，變壓器地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)或鐵塔地網(wǎng)之間應(yīng)連接焊通，一般宜在兩處連通焊接連通，以相互組成一個(gè)周邊封閉的地網(wǎng)。5.2基站不同構(gòu)筑物地網(wǎng)形式1〕鐵塔建在機(jī)房上的地網(wǎng)當(dāng)鐵塔位于機(jī)房屋頂時(shí)，鐵塔四腳應(yīng)與樓〔房〕頂避雷帶就近不少于兩處焊接連通，機(jī)房鐵塔除利用建筑物框架結(jié)構(gòu)建筑四角柱內(nèi)的鋼筋作為雷電引下線外，且在鐵塔避雷針上設(shè)置專門雷電引下線〔假設(shè)鐵塔金屬構(gòu)件電氣連續(xù)可靠，鐵塔避雷針可以不設(shè)置專門雷電引下線〕，在天線鐵塔避雷針引下線所接的垂直接地體周圍施放液狀長效降阻劑，這樣有利于增加雷電流的泄流能力。接地系統(tǒng)除利用建筑物自身的根底還需要外設(shè)環(huán)形地網(wǎng)為其接地裝置，同時(shí)應(yīng)在機(jī)房地網(wǎng)四角設(shè)置20米左右的水平接地體作為輻射式接地體，以利散流。機(jī)房內(nèi)的接地排分為一側(cè)單獨(dú)設(shè)立或者兩側(cè)各一個(gè)接地排的方式。2〕鐵塔四角包含機(jī)房的地網(wǎng)移動通信機(jī)房為框架結(jié)構(gòu)建筑，機(jī)房包含在鐵塔四角之內(nèi)，鐵塔避雷針應(yīng)專門設(shè)40×4的熱鍍鋅扁鋼作為雷電引下線〔假設(shè)鐵塔金屬構(gòu)件電氣連續(xù)可靠，鐵塔避雷針可以不設(shè)置專門雷電引下線〕，接地系統(tǒng)應(yīng)利用建筑物自身的根底和鐵塔四角外設(shè)的環(huán)形地網(wǎng)為其接地裝置，接地網(wǎng)的面積最小應(yīng)大于15×15mm。假設(shè)土壤電阻率大于1000Ω·m時(shí)采在原地網(wǎng)的根底上加附加輻射形接地體，即在地網(wǎng)的四個(gè)角向外輻射20m左右的水平接地體，在水平接地體終端附加垂直接地體，其水平接地體四周采用長效降阻劑處理。機(jī)房的接地排分為一側(cè)單獨(dú)設(shè)立或者兩側(cè)各一個(gè)接地排。3〕鐵塔建在機(jī)房旁邊的地網(wǎng)將機(jī)房、鐵塔、變壓器地網(wǎng)相互獨(dú)立的地網(wǎng)相互連通組成一個(gè)聯(lián)合地網(wǎng)，如果土壤電阻率較高的地區(qū)，再在鐵塔地網(wǎng)遠(yuǎn)離機(jī)房一側(cè)的鐵塔兩角采用輻射型接地體，并在輻射型水平接地體周圍采用液狀長效降阻劑處理。4〕自立式鐵塔或者通信桿塔的地網(wǎng)自立式鐵塔一般采用塔基根底內(nèi)的金屬作為接地體，自立式鐵塔接地系統(tǒng)應(yīng)和建筑物的接地以及避雷帶相連，宜圍繞機(jī)房做一個(gè)地網(wǎng)，其地網(wǎng)應(yīng)與自立式鐵塔地兩端相連。當(dāng)使用通信桿塔時(shí)，宜圍繞桿塔3m遠(yuǎn)范圍設(shè)置封閉環(huán)形〔矩形〕接地體，并與桿塔地基鋼板四角可靠焊接連通。桿塔地網(wǎng)應(yīng)與機(jī)房地網(wǎng)每隔3m～5m相互焊接連通一次。5〕利用辦公樓、大型建筑作為機(jī)房的地網(wǎng)機(jī)房建在辦公樓、大型建筑的地網(wǎng)，應(yīng)充分利用建筑物自身各類與地構(gòu)成回路的金屬管道〔如消防水管〕，并與大樓頂避雷帶上或者在大樓頂?shù)谋芾拙W(wǎng)預(yù)留的接地端屢次連接，在條件允許的情況下，應(yīng)將機(jī)房內(nèi)幾根柱子內(nèi)的鋼筋與大樓頂避雷帶上或者在大樓頂?shù)谋芾拙W(wǎng)預(yù)留的接地端相互連在一起作為基站的接地。6〕土壤電阻率較高、有引外接地時(shí)鐵塔建在機(jī)房旁邊時(shí)地網(wǎng)、桿塔建在機(jī)房旁邊時(shí)典型地網(wǎng)的設(shè)計(jì)6電源SPD的最大通流量與接地之間的關(guān)系由于基站防雷接地對于接地電阻值放寬了要求，基站接地電阻值不是那么重要了，但基站防雷接地系統(tǒng)確是必須的！。接地網(wǎng)最正確面積的大小確是非常重要的。一個(gè)接地地網(wǎng)的面積不管有多大，在工頻時(shí)，是可以把接地體的外表近似地看成等位面，故接地網(wǎng)全部面積都能得到利用。但是，許多根接地體在地中構(gòu)成的網(wǎng)狀接地體，在沖擊電流的作用下，當(dāng)土壤電阻率和介電系數(shù)一定時(shí)，接地網(wǎng)的沖擊等效半徑就是一個(gè)常數(shù)，而沖擊等效半徑要比接地網(wǎng)面積的等值半徑小得多，即在沖擊電流的情況下，僅僅利用接地網(wǎng)很小的一塊面積。在工頻時(shí)，接地電阻之所以和接地網(wǎng)面積的平方根成反比，是因?yàn)榻拥鼐W(wǎng)上的電位比較均勻，全部接地體都起著散流作用，接地網(wǎng)得到充分利用的緣故。但在雷電流作用下，情況就不同了。由于接地體的電感作用，接地網(wǎng)的電位呈現(xiàn)不均勻性，離開雷電流引入點(diǎn)愈遠(yuǎn)的地方，接地體上的電位就愈低，甚至電位為零，其變化規(guī)律按指數(shù)曲線衰減，只有雷電流引入點(diǎn)附近一塊接地網(wǎng)才起著散流作用，而且散流的程度與這一塊面積上的電位分布成正比。雷擊電流通過接地系統(tǒng)流入大地，接地網(wǎng)提供了泄流渠道，接地電阻的增加，自然還擊地電位提高，由地電位施加在電源配電線上的對地電壓或者地對線電壓增加了。由于電流幅值很大，在接地體周圍形成強(qiáng)大的電場，土壤呈現(xiàn)的電阻率，也受到電場強(qiáng)度的影響，隨著電場強(qiáng)度增加，也就是隨著電流密度的增加，土壤電阻率隨之減少，接地體周圍電場強(qiáng)度到達(dá)一定數(shù)值時(shí)，電壓和電流不是直線關(guān)系，而呈現(xiàn)非線性，等效于接地電阻減小。地網(wǎng)接地電阻與引外線路的耐雷水平成反比，根據(jù)基站所在地區(qū)的土壤電阻率的情況，在條件允許的情況下，盡可能地降低基站地網(wǎng)的接地電阻，這是提高線路耐雷水平的根底。地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，在大地電阻率較高的情況下，采取對地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式，外表上無視了地網(wǎng)接地電阻值的大小要求，其實(shí)接地電阻值不可防止的增加了，從而導(dǎo)致地網(wǎng)地電位升高，由此提高SPD最大通流容量的量級是必須的。7光纜內(nèi)金屬構(gòu)件接地的處理進(jìn)入基站的光纜，其內(nèi)部金屬構(gòu)件加強(qiáng)芯和光纜PVC塑料內(nèi)金屬護(hù)層的接地非常重要，按照ITUK25光纜的接地有兩種方式，一是將光纜的金屬構(gòu)件直接接地，另外是將光纜的金屬構(gòu)件斷開不接地。在基站采用的方式是前者。由于光纜一般都是架空引入機(jī)房的，長距離架空光纜可能將雷電引入機(jī)房，懸掛光纜的鋼絞線一般可以通過加絕緣子將光纜的金屬構(gòu)件斷開不接地或鋼絞線直接接入基站地網(wǎng)的方式泄放雷電流。但光纜只有進(jìn)入基站后，才能將光纜鋼芯和金屬護(hù)層接地。如果有光纜接頭盒，那么光纜鋼芯和金屬護(hù)層在接頭盒內(nèi)接地，然后再引到光端機(jī)或綜合柜中，光纜鋼芯和金屬護(hù)層接地不良的話，最多在光纜接頭盒附近對地發(fā)生放電現(xiàn)象。如果光纜進(jìn)入基站后直接進(jìn)入綜合柜，按照規(guī)定將光纜鋼芯和金屬護(hù)層直接接在專用的接地端上，并用不少于16平方毫米的多股銅線引到站內(nèi)第一級匯流排接地。但由于光纜鋼芯容易接地，而光纜金屬護(hù)層在施工時(shí)往往不注意，沒有或接地不良，引起光纜鋼芯和金屬護(hù)層之間的電位差，雷擊時(shí)光纜金屬護(hù)層在雷電的作用下，對光纜鋼芯的接地端放電，輕者金屬護(hù)層在雷電的作用下，拉弧產(chǎn)生與接地端放電，重者致使光纜塑料外層燃燒。燃燒的后果非常嚴(yán)重，圖1是西南地區(qū)光纜塑料外層燃燒后的嚴(yán)重后果，光纜燃燒后導(dǎo)致饋線燃燒的情況。8饋線SPD是否需要安裝的問題橫向電壓與接至電纜的設(shè)備界面的耐受能力比較，如果橫向電壓大于設(shè)備界面的耐受能力，那么必須安裝SPD,如果橫向電壓小于設(shè)備的耐受能力那么無須安裝SPD。通過對管式塔、三角塔、四角塔的計(jì)算，饋線電纜的橫向電壓范圍為0.006～0.050kV。不同雷暴區(qū)的饋線電纜的橫向電壓如下表：這些計(jì)算結(jié)果說明，所有數(shù)據(jù)都低于ITU所討論的無線設(shè)備的耐受能力,在這最嚴(yán)酷的計(jì)算條件下，計(jì)算結(jié)果可以明確說明，移動通信基站天饋線一般不需要安裝SPD進(jìn)行保護(hù)的。如果基站采用微波中繼的方式，微波的電纜采用的是多芯同種電纜〔電源、控制、信號〕，應(yīng)在機(jī)房內(nèi)微波機(jī)直流端口加裝保護(hù)器。因?yàn)槔讚翳F塔時(shí)，電纜饋線上的電源線的電位上升，其上升的幅度為地網(wǎng)電壓與塔身電壓之和，而機(jī)房內(nèi)部電源系統(tǒng)電位上升幅度為地網(wǎng)電壓，兩者之間的壓差可能導(dǎo)致微波設(shè)備的損壞。9饋線接地點(diǎn)的處理原那么基站饋線由于在避雷針的保護(hù)下，根據(jù)雷電保護(hù)區(qū)的劃分，直擊雷不可能直接擊到造饋線上，數(shù)十米的饋線為了等電位連接、就近接地泄流的需要，一般要求鐵塔上敷設(shè)的同軸電纜金屬外護(hù)層及饋線應(yīng)分別在天線處、離塔處以及機(jī)房入口處外側(cè)就近接地；當(dāng)饋線及其它同軸電纜長度大于60m時(shí)，宜在鐵塔中部增加一個(gè)接地點(diǎn)，室外走線架始末兩端均應(yīng)接地。根據(jù)電磁兼容的原理，饋線在機(jī)房入口處外側(cè)需要就近接地，而且同軸線的接地引線應(yīng)在機(jī)房外直接與地網(wǎng)連接接地方式。對于鐵塔在機(jī)房附近的情況由上圖所示。但對于建在機(jī)房上面的鐵塔，饋線的塔下接地點(diǎn)就非常重要了。從雷電流的分配模型可以看出，當(dāng)雷擊避雷針的情況，95%以上的雷電涌電流流經(jīng)大樓的立柱、墻壁。避雷針引線中的雷電流僅僅是百分之幾的比例。而且入侵大樓的雷電流幾乎全部集中在外墻，大樓內(nèi)的柱子中的電流僅占百分之幾以下。大樓內(nèi)的雷電流幾乎全是沿縱向柱子入侵，除房頂外，橫向電流很少。那么避雷針引線中的雷電流僅僅是百分之幾的比例，對于鐵塔保護(hù)的饋線系統(tǒng)電磁場感應(yīng)的電流更小可憐！。計(jì)算結(jié)果說明，當(dāng)直擊雷的雷電流是100kA時(shí)，流經(jīng)每個(gè)鐵塔的四角塔體鋼結(jié)構(gòu)的雷電流，假設(shè)是均勻分配的情況，即25kA/每塔體結(jié)構(gòu)，此時(shí)由雷電電磁場在饋線感應(yīng)電流不超過1kA。在4.5節(jié)對管式塔、三角塔、四角塔的計(jì)算，饋線電纜的橫向電壓范圍僅為0.006～0.050kV。尚假設(shè)對于建在機(jī)房上面的鐵塔，饋線的塔下接地點(diǎn)，如果不是直接接在地網(wǎng)上，而是接在鐵塔塔體的一角的話，雷電流的分布就大不一樣了，原本通過鐵塔塔體、建筑物柱子鋼筋流入大地的25kA/每塔體的雷電流，就分為兩過渠道，雷電流一是通過建筑物柱子鋼筋流入大地，二是由雷電電磁場在饋線不超過1kA感應(yīng)電流加上由塔體、塔角分流到饋線、設(shè)備外殼、接地線流入大地的雷電流，變?yōu)閿?shù)千安、甚至10kA以上，即增加了雷電流流入基站機(jī)房的渠道與量級。江門基站主要是鐵塔建在機(jī)房上面的機(jī)房，在防雷接地改造中，將接在鐵塔角的饋線接地線改為了直接接入地網(wǎng)的方式。10、SPD的分類及功能要求10.1浪涌保護(hù)器浪涌保護(hù)器〔SurgeProtectiveDevices簡稱SPD〕在通信局〔站〕是用于各類通信系統(tǒng)對各種雷電電流、操作過電壓等進(jìn)行保護(hù)的器件。SPD可以分為：1〕開關(guān)型〔間隙型〕SPD〔SwitchingtypeSPD〕安裝在一般建筑物外,〔按照IEC1312-3的要求，一般用在LPZ0B-LPZ1區(qū)〕用于電源系統(tǒng)的SPD，開關(guān)型SPD由放電間隙、石墨等材料組成，或者由間隙和限壓型器件組合的SPD。2〕限壓型SPDVoltagelimitingtypeSPD安裝在防雷區(qū)建筑物內(nèi)的SPD，可疏導(dǎo)8/20s的模擬雷電沖擊電流。限壓型SPD一般由氧化鋅壓敏電阻〔MOV〕或半導(dǎo)體放電管〔SAD〕等元器件組成，在通信局〔站〕推薦使用限壓型SPD。另外由MOV與濾波器、半導(dǎo)體放電管〔SAD〕與MOV等電路可以組成混合型SPD。10.3SDP的功能要求電源SPD模塊及避雷箱的功能既滿足了SPD一般性能的需要，又考慮了環(huán)境集中監(jiān)控對SPD性能監(jiān)控的要求。電源用SPD應(yīng)符合以下要求：10.3.1工程選用限壓型SPD時(shí)，必須考慮通信局〔站〕供電電源的不穩(wěn)定等因素。對SPD的標(biāo)稱導(dǎo)通電壓、標(biāo)稱放電電流、沖擊通流容量、限制電壓、殘壓等參數(shù)，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況進(jìn)行選擇。通信局〔站〕采用的電源用第一級模塊式SPD，應(yīng)具有以下功能：1〕SPD模塊損壞告警；2〕遙信；3〕SPD劣化指示；4〕熱容和過流保護(hù)；5〕雷電記數(shù)。11各類通信局站供電方式的要求通信局〔站〕的供電方式應(yīng)采用TN系統(tǒng)，TN系統(tǒng)可以分為TN—S系統(tǒng)，字母S的含義是PE線和N線一般在中性點(diǎn)接地后，配電單獨(dú)設(shè)立不再接觸〔圖1〕；TN－C－S系統(tǒng)，字母C的含義是電源至建筑物的一段線路中PE線和N線〔中性線〕是合為一根PEN線的。字母S的含義是PEN線進(jìn)入建筑物后即分為PE線和N線并不再接觸〔圖2〕；TN—C系統(tǒng)，字母C的含義是電源中PE線和N線自始至終合用一根PEN線〔圖3〕。通信局〔站〕最常用的是TN—S系統(tǒng)和TN—C—S系統(tǒng)。圖1TN—S系統(tǒng)圖2TN－C－S系統(tǒng)圖3TN—C系統(tǒng)圖4TT系統(tǒng)12不同供電方式對安裝SPD的要求TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)對安裝SPD的要求是不同的，SPD的選用與安裝和電源線路的接地系統(tǒng)有很大的關(guān)系，如果錯(cuò)誤的安裝將導(dǎo)致SPD的燃燒。1TN系統(tǒng)內(nèi)安裝SPD的要求圖1-1為TN－C－S接地系統(tǒng)中SPD的安裝方式。從圖可知TN系統(tǒng)PEN線在進(jìn)線處已接于建筑物內(nèi)總等電位聯(lián)結(jié)的接地母排上，PEN線已在此處接地而等電位，在此處N線對地不必裝用SPD，這時(shí)TN－C－S系統(tǒng)需裝設(shè)3個(gè)SPD。但進(jìn)入通信局〔站〕以后N線對地還需裝用SPD，這時(shí)TN－C－S系統(tǒng)需裝設(shè)4個(gè)SPD。2TT系統(tǒng)內(nèi)安裝SPD的要求圖1-2為IE