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移动基站防雷解决方案

2016/03/04

       移动基站大多建于地势高处,如高山、郊区、建筑物上,基站天线往往高出建筑物已有的防雷接闪器,成为雷击高发点。所以,对移动基站的防雷不仅要考虑直击雷的防护,还要考虑对雷电感应的防护,以及对雷电波入侵的防护,对通信线路的屏蔽和建立良好的接地系统,降低接地电阻,进行等电位连接,避免地电位反击。
一  直击雷防护
      为避免移动基站智能天线遭受雷击,可以在移动基站支架主体杆上焊接一支高度适宜的避雷针,使避雷针足够保护以90度角散开的智能天线,并用95mm 多股双绞线焊接避雷针和天面避雷带。如果条件允许,可以在距天线支架旁3米左右的位置设置一根优化避雷针。避雷针的高度应使基站天线置于其保护范围之内,具体计算方法可根据天线高度并参考滚球法。这样,避雷针与天线分体设置,在雷电发展成放电之前,由于避雷针针尖附近电场强度强,可提前适时的产生一个连续放电路径与雷云的下行先导汇合,将雷电流吸引到自己身上并通过引下线、接地装置安全的将雷电流泻入大地,有效的保护了基站天线和主设备。对于避雷针的材料选择和技术规格可根据移动基站周围环境和当地气候而定。
二  感应雷和雷电波侵入的防护
       感应雷是雷电在雷云之间和雷云对地放电时,在附近的户外电力线、传输信号线、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备,使串连在线路中间或终端设备遭到损坏。雷电波侵入则指通过直击或电磁感应和静电感应沿传输线路侵入的雷电波。根据波传输理论,雷电波在传输过程中波阻抗发生变化会产生反射、折射,可导致波阻抗突变处的电压升高,产生浪涌,加大对设备的危害。移动基站受到感应雷和雷电波侵入的危害主要是通过与基站主设备连接的电源线、信号线、天馈线的电磁耦合或静电感应的形式进入设备的感应过电压波和雷电电磁脉冲。因此,必须在基站设备的电源线、信号线、天馈线的各种接口上加装相应的避雷器。
1、基站电源防雷
       目前移动基站的交流电源主要由市电网提供,由于市电网的不稳定和停电的原因,以及移动基站的工作环境恶劣,条件苛刻,设备市电网的浪涌和遭受雷电过电压损坏的可能性较大。因此必须对基站内电源系统进行分级防护,首先在基站市电入口安装80-120kA电源防雷箱,然后在交流配电柜安装40-60kA电源防雷模块,从而残压降到最低,保护通信设备电源系统安全。
2、基站天馈线防雷
       为了避免感应雷电流和雷电波从基站天馈线侵入基站主设备,损坏设备电子板,所以应在天馈线进入设备的接口串接天馈避雷器。避雷器的工作频率和接口方式要与接站天馈线工作要求相适应,并且应采用高通滤波器设计,能有效的降低插入损耗,不影响基站对信号的收、发。一般的移动基站有六根天馈线,从不同的角度接发信号,因此,每线需要串接一个避雷器。
3、基站信号线防雷
       移动基站的信号线在进入基站主设备前都是在天面经过很长距离的铺设,由此增加了感应雷侵入概率。为避免感应雷从信号线入侵,可在部分基站安装信号避雷器,避雷器应具有能免遭雷击产生的感应过电压和瞬间浪涌电压危害的双级保护装置,能最大程度降低残压和寄生电容以及快速响应能力。同时信号线在天面部分应套设一定长度的金属管屏蔽。
三  移动基站接地系统
1、联合接地
       接地是避雷技术最重要的环节,不管是防直击雷、防侧击雷还是防感应雷最终都是将雷电流安全地引入大地。因此,没有合理、适当、良好的接地装置是不能避雷的。移动基站接系统应采用联合接地,即将天线防雷接地,基站设备保护地,基站设备工作接地,各种避雷器接地等接地系统联合为一个接地系统,但避雷针接地应与其它接地分开引入联合接地装置,两者接地点相距应达5米。采用联合接地网的接地电阻要求不大于10Ω。
2、移动基站防雷接地处理:
(1)、避雷针防雷接地可采用-40×4镀锌扁钢,在避雷针基座从两个方向引至天面避雷带;并与避雷带作可靠电气焊接,防雷接地的引下线亦应与避雷带焊接连通。
(2)、在天线座的金属构件上安装一个联合接地汇流铜排。将信号线和电源线的金属屏蔽层,基站设备金属外壳,天馈、电源、信号避雷器的接地,天线架金属构件接地均用截面积为10mm2的绝缘多股铜芯线连接到联合接地汇流铜排上。
(3)、从联合接地汇流铜排用35mm2绝缘铜芯线(或用-40×4镀锌扁钢)引至联合接地网的接地点上焊接。此35mm2铜芯线(或-40×4镀锌扁钢)称之为基站设备接地引入线。
(4)、在一些租用民房站,如没有接地,需新建一个合格的联合接地网,地网接地电阻要求小于4Ω。
3、使用接地降阻模块。
       如果接地电阻达不到要求,可使用接地降阻模块;在高土壤电阻率的地区,使用降阻模块,能有效降低接地电阻,同时,也可有效地降低工程费用。
降阻模块主要由导电性能良好、化学性能稳定的非金属材料和导电电解介质组成,其内置镀锌金属棒,将其与被保护的地线连接时,则金属接地体与大地的有效接触面积将大大增加,而且由于降阻模块与金属地线连接后,金属接地体与大地的接触电阻将大大降低,从而充分发挥接地模块的降阻作用,使雷电流得以迅速泄流入大地。
四、移动基站防雷安装施工
       由于移动基站建设环境多样,名个基站所处的环境不同,而且移动基站的数量很多,对基站防雷安装施工应根据安装高效、科学、安全、因地制宜的原则落实好,保证满足客户的需求。
1、移动基站防雷安装施工流程
在防雷安装施工前,应检查移动基站工作是否正常,若正常,则按以下步骤进行安装施工。否则,必须排除基站设备故障后,方可进行安装施工。
(1)测试基站所处建筑物接地电阻,并做好测试记录(接地电阻应小于4Ω)。
(2)安装避雷针。
(3)根据基站天线确定优化避雷针的具体位置。
(4)将避雷针底座与屋面楼板用膨胀螺丝栓紧固定,同时安装避雷针支架及避雷针针体。
(5)用-40×4扁钢焊接避雷针底座防雷引下线至建筑物避雷带或焊接至联合接地网。
(6)安装接地汇流铜排于天线底座适当位置,也可不用汇流排而将接地线直接连接在支架接地孔上。
(7)断开基站电源(拔下基站电源电源开关),同时断开基站内与机壳相连的电源保护地线。
(8)将电源线、信号线套金属管屏蔽,且屏蔽管至少两点接地,可焊接到避雷带上
(9)断开220V电源线,安装好UPS电源后,再将电源信号组合避雷器,串接入电源、信号线紧靠设备的一端。
(10)将每个天馈避雷器串接入天馈线紧靠设备的一端。
(11)将天馈、电源、信号避雷器接地线和设备保护地线接至接地汇流铜排上。
(12)用防水胶带密封天馈线避雷器接吕,密封电源信号组合避雷器进出电缆线与外界接口处。
(13)用电缆扎带或塑料套管整理保护接地线。
(14)用防锈材料涂覆各焊点。
(15)接通基站电源、等待基站恢复工作,作主叫、被叫测试,若工作正常,则清理安装现场并收拾安装工具,完成避雷器装置安装。
(16)基站设备若工作异常,检查避雷器接地次序和线路对应关系并与电信公司相关技术人员联系。
2、移动基站防雷安装施工说明
(1)优化避雷针的位置应相距基站天线3米左右,基站天线应处于避雷针保护范围之内。
(2)所有焊点要作防锈处理。
(3)电源、信号、天馈线避雷器接地线及设备工作接地线,必须连接可靠。多股地线汇接一起时,用冷线铜耳压接在一起并用锡焊,再通过铜耳用螺栓固定于接地汇流铜排上。
(4)严禁用屋面供水管、室外空调机组、太阳能热水器、金属冷却塔等金属作为基站接地。对于没有地网或地网不合格的移动基站,应新建地网或整改基站地网至合格。
(5)对天馈线避雷器的接口,每个接口应做好防水处理,方法与基站设备防水处理方法相同,电源、信号避雷器的输入,输出端子也应作好防水处理。
(6)电源线路与信号线路要分开走线。
(7)电源避雷器与信号避雷器应共同组装于一个防水防晒的密封铁盒内。
五、移动基站防雷方案总结
       防雷工程是一项系统工程,因此有效的防护不能只采用单一的防护措施。如果仅考虑对直击雷的防护,而对其他感应雷部分不作防护或防护措施不足,则雷电感应过电压及雷电电磁脉冲将从各种线路侵入基站设备,另外,如接地系统未处理好,则整个防雷系统没有起到安全作用。因此,我们对移动基站防雷设计原则应进行综合防雷设计,坚持“接闪、屏蔽、等电位连接、均压、分流、接地、合理布线”等措施进行综合防雷。