移动通信基站综合防雷设计方案

移动通信基站综合防雷设计方案内容摘要：

hx高度的 xx′平面上的保护半径， m； hr 为滚球半径， m； hx 为被保护物的高度 ， m。 h＞ hr 时，在避雷针上取高度 hr 的一点代替单支避雷针针尖作为圆心。 其余作法同上。 直击雷防护 检测 建在城市市区的基站遵照三类建筑物的直击防护标准，建在旷野或高山上的基站，按二类防雷建筑物直击雷防护标准。 根据通信基站的特点，初 步 对通信基站的直击雷防护提出以下要求： 根据 YD506898 移动通信基站防雷与接地设计规范 中 3． 2和 4． 3条 中规定可知 塔顶应安装避雷针，发射天线 、 航空标志灯等设施都应在其保护范围之内，金属塔体可作为引下线。 如另外加设引下线应采用不小于 40mm179。 4mm 的镀锌或50mm 的铜铰 线。 铁塔的四脚均应与地连接。 建筑物天面上的通讯塔应至少有相对称的两点与建筑物的避雷带连接。 避雷针选择 图 6 单支避雷针 rx 与 hr， hx 的关系图 图 6 单支避雷针 rx 与 hr， hx 的关系图 第 8 页 共 30 页 使用传统的金属避雷针、避雷带对一般建筑物和建筑物内的人能够起到保护作用，其机理是“引雷入地”，即首先是引雷，代替被保护对象承受雷击，然后将雷电流引导入地。 因此避雷针的实质是“引雷针”，同时，在引雷入地的过程中，由于未对雷电流进行大幅度的衰减，使得强大的雷电流在μ s 级的瞬间迅速通过避雷针及其引下线，这样势必在其周围产生强大的感应电磁场 (脉冲 )，感应电磁脉冲通过空间传播或与传输线耦合引入破坏电子设备，这就是 感应雷和雷电入侵波。 另外，在引下线入地处，未经衰减的雷电流会抬升地电位，并通过接地线对设备造成反击。 可以说，造成电子设备雷击损坏原因，绝大部份是 感应雷、雷电入侵波和地电位反击 (统称二次雷击效应 )， 而普通的避雷针不仅不能避免这些二次雷击效应，反而促使其发生。 富兰克林避雷针 也就是 传统避雷针，它在接闪后，其引下线的雷电流大，雷电脉冲的前沿陡度高，它的二次雷击效应严重，地电位高，会对现代信息系统电子设备产生较为严重的破坏和影响，随着社会的发展，信息时代的到来和实践的不断深化，它的局限性也越显露了出来。 如果要保护 的对象是电子设备，使用普通避雷针防直击雷是危险的。 为克服传统避雷针的缺陷，应采用能削弱感应雷的 优化避雷针 作为防直击雷装置。 优化避雷针的优点是： 能够在保持传统避雷针“引雷入地”机理的同时，通过阻抗限流和箝位分流装置，将雷电流的幅度大大减小，将雷电波波形展宽至几百 ms，使雷电流缓慢入地。 这样，不仅能够有效地防御直击雷而且能够有效地抑制感应雷和地电位反击的产生，这对于保护区域内电子设备大量集中使用的情况是非常有效的。 出于上述原因的考虑，在基站的通信铁塔的顶端安装既能防止直击雷又能抑制二次雷击效应的优化避雷针，作 为防直击雷的接闪器。 优化避雷针的保护半径按 GB5005794 所附滚球法计算确定。 中光优化避雷针采用气隙箝位、阻抗限流等综合技术，明显地改变了雷电流的放电过程。 雷电波形展宽、波头平缓、幅值降低，其衰减倍率 K≥ 33，从而有效地抑制、削弱地电位反击和二次雷击效应造成的危害，克服了传统避雷针的局限性和主要弊病。 该产品的特点：具有传统避雷针的承接雷电和疏导入地的特长，又能使入地雷电流的幅度和波头陡度同时降低，使雷击危害减到最小。 产品的雷电通流大，衰减倍率高，造型美观，具有装饰性。 移动基站用它来保护通信天线，作为 直击雷防护的接闪器是较为理想的产品。 图 7 避雷针保护示意图 第 9 页 共 30 页 通信 铁塔的高度一般在 30~50m 之间，一般情况下优化避雷针的型号可选用ZGUⅢ A2 型优化避雷针作为防直击雷的接闪器。 ZGUⅢ A2 主要参数和性能如下： 雷电通流量 200KA；陡度衰减倍率≥ 33；幅值衰减≥ 80%；电阻≤ 5Ω；高度3m；重量 42kg；抗风强度 40m/s；安装尺寸Φ 260177。 适用于雷击活动较为频繁的大中型台站的直击雷防护。 在一些雷击活动特别频繁、雷击强度较大的基站，通信铁塔的顶端可采用ZGUⅢ A3 型优化避雷针作为防直击雷的接闪 器。 ZGUⅢ A3 主要参数和性能如下： 雷电通流量 300KA；陡度衰减倍率≥ 33；幅值衰减≥ 80%；电阻≤ 5Ω；高度3m；重量 45kg；抗风强度 40m/s；安装尺寸Φ 260177。 适用于雷击活动特别频繁、雷击强度较大的大中型台站的直击雷防护。 在一些偶然发生雷击的通信站可使用 ZGUⅢ A1 型优化避雷针作为防直击雷的接闪器。 ZGUⅢ A1 主要参数和性能如下： 雷电通流量 100KA；陡度衰减倍率≥ 33；幅值衰减≥ 80%；电阻≤ 5Ω；高度3m；重量 42kg；抗风强度 40m/s；安装尺寸Φ 260177。 适用于雷击活动较少的大中型台站的直击雷防护。 4 防感应雷和防雷电波 入 侵 当建筑物防雷装置落雷后，强大的雷击电流在入地的过程中，由于雷电流陡度的作用，在雷电流通道周围的金属体内产生大的感应脉冲过电压。 当建筑物附近落雷或云中放电时的电磁感应和雷电电磁脉冲的辐射作用，在建筑物的金属部件和内部的各种管线等部位感应出强大的感应脉冲过电压，这即是感应雷的危害，感应雷的概率比直击雷大的多，而且作用范围大。 感应雷的幅值与雷击点距离成反比，与雷电流的幅值和陡度成正比。 因此雷击点附近，雷电流的陡度越大，感应 脉冲过电压就越大，也就越危险。 对电子设备的破坏性也就越大。 感应雷和雷电入侵波是造成电子设备损坏的主要原因。 除了附近发生雷击时，感应电磁脉冲可通过传输线形成入侵波，同样的道理，即使在远处发生雷击，只要传输线通过那个区域，一样可以引入感应雷电波，因此，传输线涉及的范围越广，进雷的几率就越高。 要解决传输线的引雷问题，除了防直击雷、防感应雷外，还需要在暴露于室外的以及长距离敷设的各种传输线 (光纤除外 )上安装相应的电子避雷器，来对侵入到传输线内部的感应雷电波进行抑制和泄放，以确保设备的安全。 电源系统防护 在各种各 样的传输线中，电源线是分布最广的传输线，也就意味着受雷电感应的几率最高，最易引入感应雷。 事实也证明 60％～ 80 ％的感应雷和雷电入侵波来自于电力传输线。 根据 IEC 防雷的有关规定，对雷电入侵波应分区域进行防护，在每个区域的界面上采取相应的措施，逐级对雷电流进行泄放，直到将感应过电压降到设备可以承受的水平。 因此， 电源系统的防雷应采取多重保护、层层设防的原则， 根据设备的重要程度和地理位置进行有重点，有层次的保护。 一般来讲，电源系统应采取三到四级保护。 第一级保护 外接供电线路入总配电柜前 安装大通流量的电源避雷器， 作为电源系统的第第 10 页 共 30 页 一级保护，以泄放掉来自外界电力传输线的雷电入侵波的大部分能量。 在雷击活动严重的地区总电源避雷器可选用 ZGB153B4100 型用户总电源避雷器。 ZGB153B4100 的主要参数及性能如下： 工作电压 AC380V/420V；雷电通流量 (8/20μ s)100KA；响应时间≤ 25ns；压敏电压 1500V；限制电压 (8/20μ s)≤ 3KV；接线柱形式连接；外型尺寸 433179。 245179。 90mm；安装尺寸 380179。 195；重量 ；有劣化指示和雷击计数；劣化后自动脱离。 适用于综合系统大中型台站的三相电 源一级保护。 在一般情况下，总电源避雷器可选用 ZGB153B21 型用户总电源避雷器。 ZGB153B21 的主要参数及性能如下： 工作电压 AC380V/420V；雷电通流量 (8/20μ s)60KA；响应时间≤ 25ns；压敏电压 910V；限制电压 (8/20μ s)≤ 2KV；接线柱形式连接；外型尺寸 360179。 218179。 100mm；安装尺寸 305179。 168；重量 ；有劣化指示和雷击计数；劣化后自动脱离。 适用于综合系统大中型台站的三相电源一级保护。 在雷击活动较少的地区，总电源避雷器可选用 ZGB153B01 型用户 总电源避雷器。 ZGB153B01 的主要参数及性能如下： 工作电压 AC380V/420V；雷电通流量 (8/20μ s)60KA；响应时间≤ 25ns；压敏电压 680V；限制电压 (8/20μ s)≤ ；接线柱形式连接；外型尺寸 360179。 218179。 100mm；安装尺寸 305179。 168；重量 ；有劣化指示和雷击计数；劣化后自动脱离。 适用于综合系统大中型台站的三相电源一级保护。 第二级保护 在设备集中的楼层的分 配电柜 或房间的进户电源处安装用户分电源避雷器，作为电源系统的第二级保护，进一步限制雷电过电压的幅值。 用 户分电源避雷器可选用 ZGB149B20 或 ZGB148B20， ZGB149B20 主要参数及性能如下： 工作电压 AC380V/420V；通流容量 (8/20μ s)20KA；响应时间≤ 25ns；压敏电压 680V；限制电压 (8/20μ s)≤ ；接线端形式连接；外型尺寸 165179。 145179。 93mm；安装尺寸 115179。 100；有劣化指示和雷击计数；劣化后自动脱离。 适用于进户三相电源的二级保护。 ZGB148B20 的主要参数及性能如下： 工作电压 AC220V/240V；通流容量 (8/20μ s)20KA；响应时间≤ 25ns；压敏电压 560V；限制电压 (8/20μ s)≤ ；接线端形式连接；外型尺寸 165179。 145179。 93mm；安装尺寸 115179。 100；有劣化指示和雷击计数；劣化后自动脱离。 适用于进户单相电源的二级保护。 在雷击活动较少的地区，第二级保护可选用 ZGB149A 或 ZGB148A， ZGB149A主要参数及性能如下： 工作电压 AC380V/420V；通流容量 (8/20μ s)20KA；响应时间≤ 25ns；压敏电压 680V；限制电压 (8/20μ s)≤ ；接线柱形式连接；外型尺寸 250179。 160179。 80mm；安装 尺寸 200；重量 ；有劣化指示。 适用于进户三相电源的二级保护。 ZGB148A的主要参数及性能如下： 工作电压 AC220V/240V；通流容量 (8/20μ s)20KA；响应时间≤ 25ns；压敏电压 560V；限制电压 (8/20μ s)≤ ；接线柱形式连接；外型尺寸 250179。 160179。 80mm；安装尺寸 200；重量 ；有劣化指示。 适用于进户三相电源的二级保护。 第三级保护 第 11 页 共 30 页 在直流用电设备的直流电源处安装直流电源避雷器，作为电源系统的第三级保护，进一步对雷电入侵波的涌浪进行抑制，以确保耐压水平较 低的直流用电设备的安全。 直流电源避雷器可选用 ZGB1706，主要参数和性能如下： 工作电压 DC48V；通流容量 (8/20μ s)5KA；响应时间≤ 25ns；压敏电压 100V；限制电压 (8/20μ s)≤ ；端子板形式连接；外型尺寸 125179。 65179。 50mm；重 量 ；有劣化指示。 适用于直流供电设备的三级保护。 图 8 电源系统防雷示意图 天馈系统防雷 天馈线系统是通信基站的重要组成部分之一。 天线起着将馈线中传输的电磁波转换为自由空间传播的电磁波，或将自由空间传播的电磁波转换为馈线中传输的电磁 波的作用。 而馈线则是电磁波的传输通道。 在多波道共用天馈线系统的通信基站电路中。 由于移动通信基站的天馈部分安装在通信铁塔上，相对周围环境而言，形成十分突出的目标，从而导致雷击概率增多，移动通信基站常常遭受雷害，导致通信设备损坏、系统瘫痪。 天馈系统防雷设计 为防止基站铁塔或天线受雷击在馈线上感应出很高的雷电过电压沿馈线窜入机房，在馈线进入机房前，必须增加 C 点接地（如图 9 所示），且要求接地线在机房外直接与机房地网就近可靠接地，这样一方面可将直击雷通过馈线引入机房的可能性降低，另一方面还可降低进入机房馈线电缆屏蔽 层的电位，缓解后级的压力。 图 7 第 12 页 共 30 页 ABC机 房铁 塔馈 线 图 9 馈线的外屏蔽层在机房外接地 馈线进入机房后，进入收发信机前，应接馈线用 SPD，从而实现对收发信机和馈线的瞬态等电位连接，保护收发信机的馈线口免。