移動基站綜合防雷工程技術方案

防雷是一項綜合工程，它包括防直擊雷、防感應雷以及接地系統的設計。本方案按照國家標準及中國移動通信有限公司提出的規范書，同時參照信息產業部批準的中國通信行業標準：“移動通信基站防雷與接地設計規范”,“通信工程電源糸統防雷技術規定” 及“通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范”，結合我公司產品的特點和工程設計的經驗，提出了本方案。

第一部分：   接地系統

    防雷工程設計中無論是防直擊雷還是感應雷，接地系統是最重要的部分。                   

根據國家標準GB 50057-2010（（建筑物防雷設計規范））條文說明：

引下線部分:

    第4.1.1條 所選用材料應采取鍍鋅等防腐措施或加大截面，接地線應與水平接地體的截面相同。

    第4.1.2條 為接地裝置由多根水平或垂直接地體組成時，為了減小相鄰接地體的屏蔽作用，接地體的間距一般5m，相應的利用系數為0.75-0.85。當接地裝置的敷設地方受到限制時，上述距離可以根據實際情況適當減小，但一般不小于垂直接地體的長度。

    第4.1.3條 接地體埋得越深，土壤濕度和溫度的變化愈小，接地電阻愈穩定。根據計算，在均勻土壤電阻率的情況下埋得太深對降低接地電阻值不顯著。實際上，接地裝置埋設深度一般不小于0.5-0.8m，既能避免接地裝置遭受機械損壞，同時也減小氣候對接地電阻值的影響。

    第4.2條 降低接地電阻宜采用下列方法：

一、采用多支線外引接地裝置，外引長度不應大于地網有效長度。

二、接地模塊埋于較深的底電阻率土壤中。

三、采用降阻劑。

四、采用換土法。

    第4.2.1 為了減小引下線的電感量，故引下線應沿最短接地路徑敷設。

    第4.2.2 引下線在距地面高度1.7m處設斷接卡，用PVC管保護。

在大樓外作防雷接地裝置的施工，開挖的地溝長度約160m，寬度為0.8m，深度為0.8m，地極坑寬度為0.8m，深度為0.8m，地極坑之間間距為2m，接地模快15個。接地模塊埋設深度距地面一般不小于0.5-0.8m，接地模塊之間用40×4mm的鍍鋅扁鋼連接，其焊接處按圖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的制作要求施工，焊接處作防銹處理。

匯流排安裝在機房靜電地板下面,引下線連接地網和匯流排其焊接處作防銹及防腐處理，引下線距離要求盡量短。機房接地線用BVR35mm²的銅芯線；防直擊雷接地線用40×4mm的鍍鋅扁鋼。接地線的敷設應暗敷，如有外露，應用PVC管保護

    用長效降阻劑，主要在于降低地電阻和穩定地電阻，同時讓深層泥土達到保濕的作用。

其聯合接地系統地電阻需達到要求≤2歐。

引下線平均距離

4.2.2.1 對接地電阻的要求：

    從理論上講接地電阻愈小愈好，據我們的經驗，地阻決不能大于4歐姆，應力爭小于1歐姆。

4.2.2.2 應采用聯合接地：

    接地的流派很多，近年來聯合接地的觀點占上風。考慮現場的具體情況，地網設計為部分聯合接地。

4.2.2.3 接地材料的選擇：

    采用非金屬高效接地極(即接地模塊HD002)，它具有降阻、保濕、耐腐等特點，運行壽命20年以上。該接地極由A極和B極構成.A極由導電非金屬材料制成,室溫下電阻率<3.0歐.米,能與土壤有機的結合在一起,并可在其周圍形復合水,從而達到保濕降阻的目的.B極由金屬極和降阻液組成,能把沙土層電阻率大大降低,并可減少沙土流失.

4.2.2.4地網施工說明：

    接地裝置由多根水平或垂直接地體組成，為了減小相鄰接地體的屏蔽作用，接地體間距一般5M，相應的利用系數為0.75-0.85。上述距離可根據實際情況適當減小，但不能小于垂直接地體長度。接地體埋得越深，土壤濕度和溫度的變化越小，接地電阻越穩定。根據計算，在均勻土壤電阻率的情況下埋得太深對降低接地電阻值不顯著。實際上，接地裝置埋設深度一般不小于0.5-0.8M，既能避免接地裝置遭受機械毀壞，同時也減小氣候對接地電阻值的影響。

    為了減小引下線的電感量，引下線應沿最短接地路徑敷設，引下線在距地面高度1.7M處設斷接卡。匯流排安裝在機房靜電地板下面，引下線連接地網和匯流水排焊接處作防銹、防腐處理，引下線距離要求盡量短。

4.2.2.5接地電阻計算公式:

單一垂直接地體:

R_c=ρ/2πL×ln4L(L+2h)/d(L+4h)

幾個并聯的相同垂直接地體:

R_nc= R_c/nη_c

水平接地體:

R_p=ρ/2πL×(lnL²/hd+A)

幾個平行的水平接地體或垂直水平綜合接地體中的水平接地體:

       R_np= R_p/nη_p

板式接地體:

       R_b=ρ/4d(l+d/6h)

垂直水平綜合接地體:

R_x=R_eR_p/R_Cη_P+R_Pη_cn)

式中

R_c--單根垂直接地體的工頻接地電阻(歐)

R_nc--N根垂直接地體的工頻接地電阻(歐)

R_p--單根水平接地體的工頻接地電阻(歐)

R_np--N單根水平接地體的工頻接地電阻(歐)

R_b--板式接地體的工頻接地電阻(歐)

R_x--垂直水平接地體的工頻接地電阻(歐)

ρ--土壤電阻率

L—垂直接地體單根長度

h—接地體頂面埋深

n--垂直接地體的數量

      η_c--垂直接地體的利用系數

      η_P—水平接地體的利用系數

A--水平接地體的形狀系數

4.2  對接地電阻的要求：

從理論上講接地電阻愈小愈好。據我們的經驗，接地電阻一般不大于10歐姆，應力爭小于4歐姆。

4.2．1  應采用聯合接地：

接地的“流派” 很多，近年來聯合接地的觀點占了上風。因為，現代化的城市不可能以足夠的距離作幾個地網來滿足使用要求。采用聯合接地時只要保證各種接地做到共地網而不共線的原則，機房設備做到用匯流排或均壓環實現設備的等電位聯接即可。

基站地網防雷方案

  技術標準

 根據國家標準GB 50057-2010《建筑物防雷設計規范》、YD5068-98《移動通信基站防雷與接地設計規范》和YD 5098-2005《通信局（站）防雷接地工程設計規范》以及相關行業要求,特制定技術規范如下：

一、工程技術基本慨述

1、移動通信基站地網由機房地網，鐵塔地網和變壓器地網組成。基站地網將充分利用機房建筑物的基礎(含地樁)，鐵塔基礎內的主鋼筋和地下其他金屬設施作為接地體的一部分。當鐵塔設在機房房頂其地網可合用機房地網。

2、機房地網：機房地網將沿機房建筑物外設環形接地裝置，同時還將利用機房建筑物基礎橫豎梁內兩根以上主鋼筋共同組成機房地網。當機房建筑物基礎有地樁時，將地樁內兩根以上主鋼筋與機房地網焊接連通。

3、鐵塔地網：當鐵塔位于機房旁邊時，將采用40x4的熱鍍鋅扁鋼將鐵塔地基四角塔腳內部金屬構件焊接連通組成鐵塔地網，其地網網格尺寸不大于3m×3m，其周邊為封閉式，鐵塔地網與機房地網之間將每隔3m～5m相互焊接連通，連接點不少于兩點。

4、變壓器地網：當電力變壓器設置在機房內時，可共用機房及鐵塔地網組成的聯合地網；當電力變壓器設置在機房外，且距機房地網邊緣大于30m時，將設獨立地網；若電力變壓器設置距機房地網邊緣30m以內時，變壓器地網與機房地網或鐵塔地網之間，將至少兩處焊接連通，以相互組成一個周邊封閉的地網。

將機房、鐵塔、變壓器地網相互連通組成一個聯合地網，如果大地電阻率較高的地區，接地電阻達不到標準規定的要求，再在鐵塔地網遠離機房一側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。

5、自立式鐵塔或者通信桿塔的地網

自立式鐵塔一般采用塔基基礎內的金屬作為接地體，自立式鐵塔接地系統將和建筑物的接地以及避雷帶相連，圍繞機房做一個地網，                                                                                                                        其地網將與自立式鐵塔底部相連。

6、接地體將采用熱鍍鋅鋼材，其規格要求如下:

鋼管： 選用直徑50毫米，壁厚3.5毫米；

角鋼 ：選用50×50×5㎜；

扁鋼：選用40×4㎜；

圓鋼：直徑 選用8㎜。

7、接地系統中的垂直接地體：將采用長度為2.5米的熱鍍鋅鋼材（將根據埋設地網的土質及地理情況決定垂直接地體的長度）、銅包鋼或者采用新型的接地電極，垂直接地體間距大于5米，具體數量可以根據地網大小、施工情況來確定，地網四角的連接處將埋設垂直接地體，接地系統中的水平接地體都采用熱鍍鋅扁鋼，水平接地體與垂直接地體采用焊接相連。

                  第二部分：感應雷電的防護

一、概述

  1、前言：

隨著中國移動通信的不斷發展，GSM網、CDMA網、3G基站大范圍投入使用，通信設備在實際運行中所暴露出的雷擊事故逐漸加劇。據統計在移動通信基站雷擊事故中，電源模塊、收發系統和數據傳輸系統的電源模塊損壞的數量占實際事故總數量的絕大部分，而這些設備的損壞95%是由于雷電感應過電壓引起的，因此對移動通信基站的雷電感應過電壓的防護就顯得尤為重要。如何提高通信質量，建設一個穩定可靠的通信網絡并最終得到用戶認可，增強通信市場的竟爭力已成為各通信運營商的首要任務。

2、目前移動通信網絡防護的現況：

1、浪涌保護器的應用較為普及，但電源、信號系統防護設計單一化，                  全方位系統的防護工作尚不全面。

2、受基站選址的限制，大多高山站接地很難符合要求，各接地系統沒有形成系統化，防地網反擊能力差。                                                 

3、系統防護的目的：

1、提高通信質量，使通信網絡運行穩定可靠。

2、防止雷擊造成通信中斷。

3、防止雷擊損壞通信設備。

4、移動基站雷電感應過電壓引入的途徑分析：

   根據移動通信基站的特點及防雷現狀，從雷電防護角度來看，移動基站大都處在高山上，雷害的風險性很大，尤其是象廣東、福建等地，地質情況復雜，氣候潮濕多雨，年平均雷暴日在60以上，屬于強雷區，因此對雷電防護的要求很高。

    從大量的移動基站雷擊事故的了解和分析，雷擊事故的95%以上都是由電源線；天饋、微波等信號線；電纜及光纜金屬加強芯以及地電位反擊引入的。因此必須針對這幾方面入手對移動基站采取強有力的防護措施。

                         雷電侵入移動基站示意圖

二、基站防雷技術方案

1、方案依據

   （1）、IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》

   （2）、GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》

   （3）、GB50057-10《建筑物防雷設計規范》

   （4）、GB50174-93《電子計算機機房設計規范》

   （5）、GB50169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》

   （6）、YD5068-98《移動通信基站防雷與接地設計規范》

   （7）、YD2011-93《微波站防雷與接地設計規范》

   （8）、YD/T5098-2001《通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范》

   （9）、YDJ26-89《通信局（站）接地設計暫行技術規定》

   （10）、YD5078-98《通信工程電源系統防雷技術規定》

   （11）、XQ3-2000《氣象信息系統雷擊電磁肪沖防護規范》

2、技術方案

   （1）、通過電源線引入雷電的防護：

     在各種傳輸線路中，電源線是分布最廣的，也就意味著受雷電感應的機會最多，最易引入感應雷。根據氣象資料對雷電波的頻譜分析，雷電波的絕大部分能量集中在40kHz以下，其中最大的諧波分量就在工頻附近，因此雷電波極易與電源線耦合，事實也證明了這一點，由電源系統耦合引入的感應雷擊造成設備的損壞占雷擊災害損失概率的70%以上。因此對電源系統的防雷保護是整個防雷工程中必不可少的一個環節。

   根據IEC1312防雷及過電壓規范中有關防雷分區的劃分，針對重要系統的防雷應分區加以考慮。只做單級防雷可能會帶來因雷電流過大而導致的泄流后殘壓過大破壞設備或者保護能力不足引起的設備損壞。因此，根據實際情況及防雷原理，結合YD5078-98《通信工程電源系統防雷技術規定》，本方案對電源系統實行多級防護，從交流電力線路開始，根據基站主要電源配套設備的耐沖擊能力和防雷器殘壓要求，采用分級協調，逐級降壓的防護原則，使過電壓降到對設備無害的值。具體措施如下：

當基站采取10kV高壓市電引入，通過專用降壓變壓器供電時，在變壓器的高壓側和低壓側的三相線路處分別加裝氧化鋅高、低壓避雷器。做為供電線路的A級過電壓防護（此處大都由供電公司在建站時做）。當220/380V低壓供電線路直接引入基站時，在基站總配電箱進線處安裝最大通流容量為100KA型號為KSJ-380BJ/100三相交流電源防雷箱做為供電線路的B級防護。在開關電源的輸出端加裝最大通流容量為20KA型號為KSJ-M（S）/2DC10/48直流電源防雷模塊做為供電線路的C級防護。注意兩級防雷器之間的距離大于10米。如果距離較近可運用退耦器來實現兩級的能量分配，以確保兩級防雷器能正常響應。另在防雷模塊前需串聯適當電流容量的保險絲或空開，進行后續保護，以防止防雷模塊因大電流擊穿時（防雷模塊來不及發熱脫扣）對地短路，造成供電系統的安全隱患。

   （2）、通過天饋線、微波等信號線引入雷電的防護：

天饋、微波線從鐵塔上引入機房，當避雷針遭受雷擊時，避雷針的引下線上有強大的雷電流通過，極易在天饋線上感應雷電過電壓，該過電壓將沿天饋線轉輸到GSM（CDMA）設備，從而損壞收發設備、傳輸設備等。因此在此天饋線與收發設備接口處需安裝最大通流容量為10kA型號為KSJ-T3000天饋線路防雷器加以防護（此處大都在建站時已經做到）。

（3）、通過電纜、光纜金屬加強芯引入雷電的防護：

實踐證明，進入基站的PCM電纜如果未加裝保安單元致使PCM接口、PCM邏輯盤、話路板以及2Mb接口被雷擊壞的事故時有發生，為了減少雷害事故的發生，在進入基站的PCM電纜芯線應加裝保安單元，空線對應就近接地，出入基站的電纜應將金屬鎧裝外護層做接地處理。

光纜里的光纖不會傳導雷電流，但光纜的金屬加強芯能感應并傳導雷電流，金屬加強芯一般與光端設備外殼相連，當雷電流通過光纖金屬加強芯傳來時，使與金屬加強芯相連的設備外殼端形成高電勢，而另一方面光端設備直流供電電源的正極為低電勢（接近零電勢），這樣設備外殼的高電壓必然通過設備電源正極放電，從而輕則使傳輸設備出現誤碼，重則將設備的電路板直接燒毀，造成通信中斷，因此出入基站的光纜應將纜內的金屬加強芯在終端處做接地處理。

（4）、接地系統、地電位反擊的防護：

電子設備及網絡的接地主要包括三種，即工作接地、保護接地，防雷接地，根據相關標準規定，這三種地分別與電子設備所在建筑物的自然接地網（或者另建人工接地網）相連，實現電子設備及網絡防護所需要的零電勢、等電位。同時建筑物的防雷系統（避雷針、避雷帶、避雷網等）通過金屬引下線也與該接地網相連，實現雷擊時泄放雷電能量的目的。這就是標準所規定的聯合接地體。

YD5068-98《移動通信基站防雷與接地設計規范》要求，基站的接地電阻值應小于5Ω，基站設備的工作地、保護地與防雷地在基站聯合接地網上的引接點距離不應小于5m，條件允許時宜間隔10 m～15m。鐵塔避雷針的接地引接點與工作地、保護地的引接點宜分別安裝在對角塔基上。鐵塔頂端至底端的過渡電阻應小于0.03Ω，鐵塔接地點應與設備保護接地、工作接地點分開5m以上的距離。鐵塔上架設的移動通信系統饋線，同軸電纜金屬外護層應在天線處及進入機房入口處外側就近接地，經走線架上塔的饋線及同軸電纜，其屏蔽層應在其轉彎處上方0.5 m～1m處進行良好的接地處理,當饋線及同軸電纜長度大于60m時，其屏蔽層宜在塔的中間部位增加一個與塔身的接地連接點，室外走線架始末兩端均應和接地線、或地網相連。