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通信（移動(dòng)）基站雷電及過(guò)電壓防護(hù)設(shè)計(jì)方案
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南京寧翔防雷
◆背景描述
眾所周知，雷電具有很強(qiáng)的破壞性，主要有直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電波侵入和地電壓反擊四種形式。由于移動(dòng)通信基站的天線設(shè)備不僅安裝在建筑物頂上，而且還有相當(dāng)一部分安裝在鐵塔上，相對(duì)周?chē)h(huán)境而言，形成十分突出的目標(biāo)，從而導(dǎo)致雷擊概率增多，移動(dòng)基站常常遭受雷害，導(dǎo)致通信設(shè)備損壞、通信中斷。怎樣才能有效地預(yù)防雷害，確保移動(dòng)通信基站設(shè)備和工作人員的安全，必須根據(jù)每個(gè)基站的實(shí)際情況設(shè)計(jì)移動(dòng)通信基站的防雷系統(tǒng)，實(shí)施基站針對(duì)性防雷。
◆挑戰(zhàn)與需求
1、通信（移動(dòng)）基站系統(tǒng)雷電電磁脈沖干擾的入侵途徑主要為：
1）直擊雷：通信（移動(dòng)）基站的鐵塔都是安裝在城市高層建筑物的樓頂上和開(kāi)闊（或曠野的郊區(qū)）的地帶，在氣象條件下是直擊雷侵害的首選對(duì)象。
2）雷電侵入波：通信（移動(dòng)）基站系統(tǒng)的電源線、信號(hào)傳輸線或進(jìn)入基站房的其它金屬線纜遭到雷擊或被雷電感應(yīng)時(shí)，雷電波沿這些金屬導(dǎo)線/導(dǎo)體侵入通信設(shè)備，導(dǎo)致高電位差使設(shè)備損壞。
3）地電位反擊：直擊雷防護(hù)裝置（接閃器安裝在通信鐵塔的頂端）在引導(dǎo)強(qiáng)大的雷電流流入大地時(shí)，在它的引下線（鐵塔體）、接地體以及與它們相連接的金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生非常高的瞬時(shí)電壓，由于接地電阻的存在引起基站的地電位升高，基站直流負(fù)荷如BTS電源、開(kāi)關(guān)電源的監(jiān)控單元、基站的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控器等設(shè)備相對(duì)遠(yuǎn)端地一般都存在寄生電容，這些設(shè)備一端與工作接地相連，無(wú)流的遠(yuǎn)端地與基站的工作接地間存在電位差，因而產(chǎn)生差模脈沖電壓，當(dāng)超過(guò)設(shè)備的容許限度時(shí)必然造成設(shè)備的損壞。地電位反擊不僅足以損壞通信設(shè)備，也可能造成人身傷害或火災(zāi)爆炸事故。
2、通信（移動(dòng)）基站雷電防護(hù)思想：
1）直擊雷防護(hù)措施：通信（移動(dòng)）基站外部防雷是利用通信鐵塔本身為通信（移動(dòng)）基站提供直擊雷防護(hù)措施和直擊雷雷電流泄流通道體，使直擊雷不會(huì)直接擊在通信（移動(dòng)）基站的通信設(shè)施（設(shè)備），外部防雷裝置包括三部分：接閃器、引下線、接地裝置。
2）雷電感應(yīng)防護(hù)措施：在通信（移動(dòng)）基站內(nèi)電源系統(tǒng)、微電子線路和終端設(shè)備加裝相對(duì)應(yīng)的防雷器（SPD）有效地防護(hù)雷電波（電磁脈沖）對(duì)傳輸電纜和通信設(shè)備的干擾和侵害。
3）地電位反擊措施：把直擊雷防護(hù)裝置的引下線以及防雷器的接地線都必須良好的接地以達(dá)到快速泄流的作用并且引下線裝置都需連接到公共接地網(wǎng)。
◆方案與解決
1、通信（移動(dòng)）基站防雷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：
1）電源系統(tǒng)裝置
2）開(kāi)關(guān)電源輸入配電柜
3）集群信號(hào)接發(fā)器
4）電纜（信號(hào)傳輸）
5）通信（移動(dòng)）基站設(shè)備分布圖：
2、通信（移動(dòng)）基站系統(tǒng)雷電防護(hù)內(nèi)容：
1）直擊雷裝置
2）雷電電磁脈沖防護(hù)裝置
3）泄流裝置
3、通信（移動(dòng)）基站雷電及過(guò)電壓防護(hù)措施技術(shù)依據(jù)：
1）直擊雷裝置：依據(jù)建筑物防雷標(biāo)準(zhǔn)GB50057-2010《附錄D：滾球法確定接閃器的保護(hù)范圍》第D.0.2條技術(shù)參數(shù)確定接閃器高度的計(jì)算公式，作為有效保護(hù)半徑技術(shù)措施。直擊雷防護(hù)裝置材料需符合GB11032-89防雷器材指標(biāo)要求。
2）雷電電磁脈沖防護(hù)裝置：根據(jù)GB50057-2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范和GB50343-2012建筑物電子信息系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（第5.4.條規(guī)定，參照5.4.1-1圖、5.4.1-1表和5.4.1-2表、5.4.2條、5.4.2-1表、5.4.2-2表、5.4.3條、5.4.4條、5.4.5條、5.4.6條、5.4.7條、5.4.8條、5.4.9條之技術(shù)參數(shù)）的要求，在通信（移動(dòng)）基站電源系統(tǒng)、微電子（信號(hào)）系統(tǒng)的線路和終端設(shè)備加裝相對(duì)應(yīng)的防雷器（SPD）防止傳輸線路中感應(yīng)雷的雷電波/流侵害通信設(shè)施裝置和損害設(shè)備及人員的操作安全。
3）泄流裝置：依據(jù)防雷規(guī)范GB50057-2010/GB50343-2012要求設(shè)計(jì)接地裝置的阻抗值，接地裝置安裝實(shí)施流程參照接地裝置示意圖D501-1～4建筑物防雷設(shè)施安裝規(guī)范。
4、通信（移動(dòng)）基站雷電及過(guò)電壓防護(hù)具體措施：
1）直擊雷防護(hù)：直擊雷防護(hù)裝置是通信（移動(dòng)）基站不可或缺的雷電防護(hù)重要基礎(chǔ)條件之一，是通信（移動(dòng)）基站的防雷系統(tǒng)保護(hù)不可忽視的組成部分。
2）前端設(shè)備直擊雷防護(hù)：通信（移動(dòng)）基站前端設(shè)備有室外和室內(nèi)兩種，安裝在室內(nèi)的設(shè)備一般不會(huì)遭受直擊雷，而安裝于室外的設(shè)備，多數(shù)處于相對(duì)的開(kāi)闊地帶，直擊雷風(fēng)險(xiǎn)較大，則必須考慮直擊雷防護(hù)問(wèn)題。通信（移動(dòng)）基站前端設(shè)備系統(tǒng)（如集群信號(hào)接發(fā)器等）應(yīng)置于接閃器（或其它接閃導(dǎo)體）有效保護(hù)范圍之內(nèi)。采用將接閃器架設(shè)在通信（移動(dòng)）基站的鐵塔頂端，引下線可直接利用鐵塔本身（也可采用Φ12的鍍鋅圓鋼或40×4鍍鋅扁鋼），但為了防止電磁感應(yīng)，沿鐵塔引上布置的線纜（饋線、DV線）應(yīng)穿金屬管沿鐵塔內(nèi)壁敷設(shè)，金屬管應(yīng)可靠接地。
3）電源浪涌保護(hù)措施：按照電源系統(tǒng)浪涌分級(jí)泄放原理和依據(jù)GB50057/GB50343防雷規(guī)范要求在低壓配電房電源裝置的電源輸入與輸出端口、交流電源總配電柜、開(kāi)關(guān)電源配電柜AC端、開(kāi)關(guān)電源配電柜DC端安裝相對(duì)應(yīng)的浪涌保護(hù)器作為電源線路、機(jī)電設(shè)備的電涌保護(hù)裝置。
4）微電子設(shè)備信號(hào)浪涌保護(hù)措施：按照微電子（信號(hào)）系統(tǒng)浪涌分級(jí)泄放原理和依據(jù)GB50343-2012防雷規(guī)范第5.5.2條、第5.5.3條、第5.5.4條、第5.5.5條、第5.5.6條、第5.5.7條的技術(shù)參數(shù)要求在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備端口、移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)備輸入與輸出端口安裝相對(duì)應(yīng)的信號(hào)浪涌保護(hù)器作為通信（移動(dòng)）基站微電子（信號(hào)）設(shè)備的電涌保護(hù)裝置。
5）通信（移動(dòng)）基站傳輸線路直擊雷防護(hù)：為了使傳輸線路免遭直擊雷的侵害，傳輸線路應(yīng)盡量避免架空敷設(shè)，最好是穿金屬管埋地敷設(shè)，金屬管的兩端應(yīng)可靠接地。
6）通信（移動(dòng)）基站設(shè)備機(jī)房直擊雷防護(hù)：通信（移動(dòng)）基站終端設(shè)備機(jī)房所在建筑物應(yīng)采取直擊雷的防護(hù)措施，可采用φ10的圓鋼（刷銀粉漆）在樓頂構(gòu)筑接閃帶，另外用φ10的圓鋼做接閃帶支撐，支撐高度15cm，每隔1m設(shè)一個(gè)支撐，并用40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網(wǎng)（地網(wǎng)電阻應(yīng)小于10Ω）連接，引下線的間距應(yīng)不大于25米（或采用接閃器作為直擊雷防護(hù)措施，用40×4mm的鍍鋅扁鋼作為引下線與地網(wǎng)連接，接閃器的高度、安裝位置應(yīng)根據(jù)滾球法進(jìn)行計(jì)算）。
7）通信（移動(dòng)）基站防雷接地系統(tǒng)：通信（移動(dòng)）基站防雷系統(tǒng)所有防雷裝置系統(tǒng)均應(yīng)有可靠、有效的接地，接地系統(tǒng)亦是通信（移動(dòng)）基站防雷保護(hù)的必要組成部分之一（通信基站設(shè)備系統(tǒng)前端、終端設(shè)備均應(yīng)有良好的防雷接地，相應(yīng)接地系統(tǒng)應(yīng)符合規(guī)范要求。無(wú)論前端還是終端設(shè)備的接地系統(tǒng)相互之間應(yīng)做等電位連接）。
8）通信（移動(dòng)）基站敷設(shè)布線注意事宜：許多布線人員因?qū)Ψ览字R(shí)了解有限或者圖簡(jiǎn)單方便，習(xí)慣于將戶外走線線路與建筑物接閃帶、引下線（鐵塔塔體）相互捆綁。方便了工程施工與影響美觀的同時(shí)，也帶來(lái)了較大的防雷安全隱患。這一點(diǎn)是值得重視和注意的（為減小雷害風(fēng)險(xiǎn)，任何導(dǎo)線/金屬線路均應(yīng)盡可能避免與直擊雷防護(hù)系統(tǒng)平行捆扎，而應(yīng)依有關(guān)規(guī)范要求合理布線）。
◆方案實(shí)施（產(chǎn)品選型）
1、直擊雷防護(hù)裝置
1）GFL系列接閃塔
2）普通接閃器
3）優(yōu)化接閃器
4）提前放電接閃器
2、雷電電磁脈沖防護(hù)裝置（SPD）
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序號(hào)
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材料名稱
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規(guī)格型號(hào)
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安裝位置
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1
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電源防雷器
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電源第一級(jí)
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低壓側(cè)電源總裝置負(fù)荷
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2
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電源防雷器
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電源第二級(jí)
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交流電源總配電柜
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3
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電源防雷器
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電源第三極
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開(kāi)關(guān)電源配電柜AC端
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4
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電源防雷器
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電源第四級(jí)
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開(kāi)關(guān)電源配電柜DC端
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5
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天饋防雷器
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信號(hào)單級(jí)
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饋線接口處
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6
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天饋防雷器
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信號(hào)單級(jí)
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饋線接口處
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3、泄流（接地）裝置
1）銅包鋼接地極
2）離子接地極
3）石墨接地模塊
4）等電位連接器
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