基于移動通信基站雷電防御的探析

李萌

摘 要：簡要分析了雷電入侵基站的主要方式，分別介紹了直擊雷和感應雷兩種不同形式的雷電的防護措施，以保證移動通信基站免受雷電的侵害而持續正常運行。

關鍵詞：移動通信基站；雷電入侵；直擊雷；感應雷

中圖分類號：TN929.5；TM862+.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.102

移動通信基站是信號傳遞的根本，在如今信息化的時代，移動通信基站的正常運行尤為重要。由于移動通信基站在運行過程中極易受到雷電的襲擊，因此，雷電防護措施是否有效，直接決定著移動通信基站能否正常運行?？梢?，雷電防護措施的制訂已然成為基站建設的重要工序之一。

1 雷電入侵基站的主要方式

雷電入侵移動通信基站的方式主要有以下三種：①由架空輸電線引入。雷電侵入移動通信基站的主要方式之一便是經由架空輸電線進入基站。架空輸電線所處的位置較高，且四周都存在磁場，因此極易受到雷電的襲擊。移動通信基站系統中，機房由輸電線供電。如果架空輸電線遭到雷電襲擊，就會形成感應雷電流，而輸電線會將電流直接送入供電系統。此時，基站所使用的電源系統便會受到影響，使得機房運行出現故障，難以繼續為基站供電。②經由天饋線進入基站。雷電流也可通過天饋線襲擊移動通信基站。當外部有雷電產生時，雷電流會經天線進入饋線，之后再沿著饋線侵入機房，使得機房設備受到嚴重的損害，進而發生故障。③由地網反擊入侵。大部分基站都安裝了避雷器，在避雷器向地面釋放雷電流的過程中，由于基站還裝設有接地電阻，基站工作區域的電位會升高?；局械碾娫?、開關電源監控單元、基站動力環境控制器等含有直流負荷的設備都存在不同量的寄存電容。上述設備一端與工作接地相連，沒有電流存在的遠端區域與基站的工作區域形成了電位差，從而進一步形成了差模脈沖電壓。如果該電壓超出設備絕緣耐壓的允許范圍，則設備便會受到一定程度的損害。

2 直擊雷防護

對于直擊雷防護，工作人員可通過分流的方式，降低甚至消除雷電流對基站造成的損害。常見的直擊雷防護措施有安裝避雷針、避雷帶和避雷網，使三者形成避雷系統。通過引下線將電流逐級導入地面，避免雷電流直接擊中系統各設備或鐵塔。

鐵塔是基站中最高的建筑，同時也是最容易遭到雷擊的建筑。因此，工作人員需在塔頂安設避雷器，以避免雷電直接擊中電塔或其他設備，使得設備出現故障，導致基站無法正常運行。對于鐵塔的防護，工作人員可通過滾球法進行計算，以明確避雷器的安設高度和實際保護區域。移動通信基站往往將天線搭設于鐵塔之上，天線極易被雷電擊中，發生故障。因此，塔頂的避雷器應使用半徑為5 mm的圓鋼搭設，搭設高度按照滾球法確定，以確保天線和機房頂部不會直接受到雷電的襲擊?；緦儆诘谌惙览捉ㄖ?。設滾球半徑為60 m，鐵塔與機房間的距離為23 m，根據滾球法可求得避雷器的安裝高度。

滾球法計算公式如下：

rx= - . （1）

r0= . （2）

式（1）（2）：rx為避雷器在高度為hx之上xx′平面的保護半徑；h為鐵塔與機房間的距離；hr為滾球的半徑；hx為受保護物體的實際高度；r0為避雷器對地面的保護半徑。

將hr=60 m、hx=3 m、h=23 m帶入式（1）（2）可得rx=23.1 m，r0=39.256 m。

至此，可得出避雷器對地面的保護半徑可達39.256 m，而在高度為23 m的空中，其保護半徑可達到23.1 m。

基站對直擊雷的防護應將防護重點放在鐵塔上。工作人員在建立防直擊雷系統之前，應對周圍地形、建筑物的狀況進行勘察與檢測。由于變壓器位于基站周圍，因此，建立雷電防護系統之后，還需將變壓器納入基站防雷系統之中。這就要求避雷器達到一定的標準。避雷器的安裝高度與其保護范圍有直接的關系，設變電站與基站的距離為48 m，則基站避雷器的安裝高度應不低于20 m，盡量控制在30 m左右，不可過高。如果避雷器安裝得過高，其對地面的保護范圍并不會發生變化，反而避雷器本身具有一定的危險，施工成本也會相應增加。

3 感應雷防護

3.1 天饋線和傳輸系統的感應雷防護

感應雷指雷電在發生過程中會形成電磁場，而該電磁場會與電子設備的信號線、天饋線和電源線耦合，進而形成脈沖電流。除此以外，帶電雷云與地面設備所形成的靜電感應電流也可稱為感應雷。天饋線系統是基站重要的系統之一，經由饋線輸送的電磁波能夠利用天線轉化為可在自由空間內輸送的電磁波。同時，天線也能夠將自由空間內輸送的電磁波轉化為饋線輸送的電磁波。天饋線對信號的輸送會對基站的運行造成直接影響，因此，天饋線防雷設施的建立對基站的正常運行十分重要。在避雷器與閃電接觸之后，雷電流會沿著鐵塔釋放。此時，同軸電纜便會產生感應電流，工作人員應使基站中電線的同軸電纜自鐵塔中心處向下引導，以最大限度地降低感應電流?；捐F塔利用四個鐵柱在同一時刻將電流釋放入地面，極大削弱了感應雷在鐵塔中心所形成的感應場。

3.2 供電系統的感應雷防護

供電系統是維持基站正常運行的重要部分。通常情況下，基站的供電線應通過外架空線接入，也可由埋地的金屬管穿過。由于電源線線架較長，線路分布極為復雜，因此能夠輕易對雷電流形成感應?？傊?，無論工作人員使用哪種方式將電源線接入，都需于進入基站的電源線口位置安設大通流量的避雷器。在供電系統中，往往利用SPD作為控制雷電流的設備。如今，在基站中使用較為頻繁的SPD為限壓型壓敏電阻，部分基站也使用雷電流放電器。限壓型壓敏電阻與雷電流放電器間存在一定的差異，在功能、應用范圍和性能方面有各自的優點。與雷電流放電器相比，限壓型壓敏電阻能夠更為有效地保護基站，且使用更安全、更可靠。

4 結束語

移動通信基站的運行狀況與人們生活密切相關。因此，工作人員應建立完善的防雷系統，降低移動通信基站遭受雷擊的概率，以達到保證移動通信基站穩定運行的目的。

參考文獻

[1]馮慶華.移動通信基站引入雷電的主要途徑及防護措施[J].科技資訊，2011（12）：43.

[2]呂德勝，高鵬.移動通信基站引入雷電的主要途徑及防護措施[J].硅谷，2011（16）：117.

〔編輯：劉曉芳〕