移動基站綜合防雷工程技術(shù)方案

防雷是一項綜合工程，它包括防直擊雷、防感應(yīng)雷以及接地系統(tǒng)的設(shè)計。本方案按照國家標(biāo)準(zhǔn)及中國移動通信有限公司提出的規(guī)范書，同時參照信息產(chǎn)業(yè)部批準(zhǔn)的中國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：“移動通信基站防雷與接地設(shè)計規(guī)范”,“通信工程電源糸統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定” 及“通信局（站）雷電過電壓保護工程設(shè)計規(guī)范”，結(jié)合我公司產(chǎn)品的特點和工程設(shè)計的經(jīng)驗，提出了本方案。

第一部分：   接地系統(tǒng)

    防雷工程設(shè)計中無論是防直擊雷還是感應(yīng)雷，接地系統(tǒng)是最重要的部分。                   

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50057-2010（（建筑物防雷設(shè)計規(guī)范））條文說明：

引下線部分:

    第4.1.1條 所選用材料應(yīng)采取鍍鋅等防腐措施或加大截面，接地線應(yīng)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(yīng)的利用系數(shù)為0.75-0.85。當(dāng)接地裝置的敷設(shè)地方受到限制時，上述距離可以根據(jù)實際情況適當(dāng)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(wěn)定。根據(jù)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(shè)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?qū)拥仉娮柚档挠绊憽?/span>

    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(yīng)大于地網(wǎng)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(yīng)沿最短接地路徑敷設(shè)。

    第4.2.2 引下線在距地面高度1.7m處設(shè)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?？?/span>15個。接地模塊埋設(shè)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(wǎng)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(shè)應(yīng)暗敷，如有外露，應(yīng)用PVC管保護

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

其聯(lián)合接地系統(tǒng)地電阻需達(dá)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(jù)我們的經(jīng)驗，地阻決不能大于4歐姆，應(yīng)力爭小于1歐姆。

4.2.2.2 應(yīng)采用聯(lián)合接地：

    接地的流派很多，近年來聯(lián)合接地的觀點占上風(fēng)?？紤]現(xiàn)場的具體情況，地網(wǎng)設(shè)計為部分聯(lián)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(gòu)成.A極由導(dǎo)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(jié)合在一起,并可在其周圍形復(fù)合水,從而達(dá)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(wǎng)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(yīng)的利用系數(shù)為0.75-0.85。上述距離可根據(jù)實際情況適當(dāng)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(wěn)定。根據(jù)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(shè)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?qū)拥仉娮柚档挠绊憽?/span>

    為了減小引下線的電感量，引下線應(yīng)沿最短接地路徑敷設(shè)，引下線在距地面高度1.7M處設(shè)斷接卡。匯流排安裝在機房靜電地板下面，引下線連接地網(wǎng)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(lián)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(shù)量

      η_c--垂直接地體的利用系數(shù)

      η_P—水平接地體的利用系數(shù)

A--水平接地體的形狀系數(shù)

4.2  對接地電阻的要求：

從理論上講接地電阻愈小愈好。據(jù)我們的經(jīng)驗，接地電阻一般不大于10歐姆，應(yīng)力爭小于4歐姆。

4.2．1  應(yīng)采用聯(lián)合接地：

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

基站地網(wǎng)防雷方案

  技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》、YD5068-98《移動通信基站防雷與接地設(shè)計規(guī)范》和YD 5098-2005《通信局（站）防雷接地工程設(shè)計規(guī)范》以及相關(guān)行業(yè)要求,特制定技術(shù)規(guī)范如下：

一、工程技術(shù)基本慨述

1、移動通信基站地網(wǎng)由機房地網(wǎng)，鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)組成。基站地網(wǎng)將充分利用機房建筑物的基礎(chǔ)(含地樁)，鐵塔基礎(chǔ)內(nèi)的主鋼筋和地下其他金屬設(shè)施作為接地體的一部分。當(dāng)鐵塔設(shè)在機房房頂其地網(wǎng)可合用機房地網(wǎng)。

2、機房地網(wǎng)：機房地網(wǎng)將沿機房建筑物外設(shè)環(huán)形接地裝置，同時還將利用機房建筑物基礎(chǔ)橫豎梁內(nèi)兩根以上主鋼筋共同組成機房地網(wǎng)。當(dāng)機房建筑物基礎(chǔ)有地樁時，將地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋與機房地網(wǎng)焊接連通。

3、鐵塔地網(wǎng)：當(dāng)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(nèi)部金屬構(gòu)件焊接連通組成鐵塔地網(wǎng)，其地網(wǎng)網(wǎng)格尺寸不大于3m×3m，其周邊為封閉式，鐵塔地網(wǎng)與機房地網(wǎng)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(wǎng)：當(dāng)電力變壓器設(shè)置在機房內(nèi)時，可共用機房及鐵塔地網(wǎng)組成的聯(lián)合地網(wǎng)；當(dāng)電力變壓器設(shè)置在機房外，且距機房地網(wǎng)邊緣大于30m時，將設(shè)獨立地網(wǎng)；若電力變壓器設(shè)置距機房地網(wǎng)邊緣30m以內(nèi)時，變壓器地網(wǎng)與機房地網(wǎng)或鐵塔地網(wǎng)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(wǎng)。

將機房、鐵塔、變壓器地網(wǎng)相互連通組成一個聯(lián)合地網(wǎng)，如果大地電阻率較高的地區(qū)，接地電阻達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，再在鐵塔地網(wǎng)遠(yuǎn)離機房一側(cè)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(wǎng)

自立式鐵塔一般采用塔基基礎(chǔ)內(nèi)的金屬作為接地體，自立式鐵塔接地系統(tǒng)將和建筑物的接地以及避雷帶相連，圍繞機房做一個地網(wǎng)，                                                                                                                        其地網(wǎng)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(guī)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(tǒng)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(jù)埋設(shè)地網(wǎng)的土質(zhì)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(shù)量可以根據(jù)地網(wǎng)大小、施工情況來確定，地網(wǎng)四角的連接處將埋設(shè)垂直接地體，接地系統(tǒng)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(yīng)雷電的防護

一、概述

  1、前言：

隨著中國移動通信的不斷發(fā)展，GSM網(wǎng)、CDMA網(wǎng)、3G基站大范圍投入使用，通信設(shè)備在實際運行中所暴露出的雷擊事故逐漸加劇。據(jù)統(tǒng)計在移動通信基站雷擊事故中，電源模塊、收發(fā)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電源模塊損壞的數(shù)量占實際事故總數(shù)量的絕大部分，而這些設(shè)備的損壞95%是由于雷電感應(yīng)過電壓引起的，因此對移動通信基站的雷電感應(yīng)過電壓的防護就顯得尤為重要。如何提高通信質(zhì)量，建設(shè)一個穩(wěn)定可靠的通信網(wǎng)絡(luò)并最終得到用戶認(rèn)可，增強通信市場的竟?fàn)幜σ殉蔀楦魍ㄐ胚\營商的首要任務(wù)。

2、目前移動通信網(wǎng)絡(luò)防護的現(xiàn)況：

1、浪涌保護器的應(yīng)用較為普及，但電源、信號系統(tǒng)防護設(shè)計單一化，                  全方位系統(tǒng)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(tǒng)沒有形成系統(tǒng)化，防地網(wǎng)反擊能力差。                                                 

3、系統(tǒng)防護的目的：

1、提高通信質(zhì)量，使通信網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定可靠。

2、防止雷擊造成通信中斷。

3、防止雷擊損壞通信設(shè)備。

4、移動基站雷電感應(yīng)過電壓引入的途徑分析：

   根據(jù)移動通信基站的特點及防雷現(xiàn)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(fēng)險性很大，尤其是象廣東、福建等地，地質(zhì)情況復(fù)雜，氣候潮濕多雨，年平均雷暴日在60以上，屬于強雷區(qū)，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(shù)方案

1、方案依據(jù)

   （1）、IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》

   （2）、GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》

   （3）、GB50057-10《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》

   （4）、GB50174-93《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》

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

   （6）、YD5068-98《移動通信基站防雷與接地設(shè)計規(guī)范》

   （7）、YD2011-93《微波站防雷與接地設(shè)計規(guī)范》

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

   （9）、YDJ26-89《通信局（站）接地設(shè)計暫行技術(shù)規(guī)定》

   （10）、YD5078-98《通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定》

   （11）、XQ3-2000《氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁肪沖防護規(guī)范》

2、技術(shù)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(yīng)的機會最多，最易引入感應(yīng)雷。根據(jù)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(tǒng)耦合引入的感應(yīng)雷擊造成設(shè)備的損壞占雷擊災(zāi)害損失概率的70%以上。因此對電源系統(tǒng)的防雷保護是整個防雷工程中必不可少的一個環(huán)節(jié)。

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

當(dāng)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(cè)和低壓側(cè)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(dāng)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(guān)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(xiàn)兩級的能量分配，以確保兩級防雷器能正常響應(yīng)。另在防雷模塊前需串聯(lián)適當(dāng)電流容量的保險絲或空開，進行后續(xù)保護，以防止防雷模塊因大電流擊穿時（防雷模塊來不及發(fā)熱脫扣）對地短路，造成供電系統(tǒng)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(dāng)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(yīng)雷電過電壓，該過電壓將沿天饋線轉(zhuǎn)輸?shù)?/span>GSM（CDMA）設(shè)備，從而損壞收發(fā)設(shè)備、傳輸設(shè)備等。因此在此天饋線與收發(fā)設(shè)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(jīng)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(fā)生，為了減少雷害事故的發(fā)生，在進入基站的PCM電纜芯線應(yīng)加裝保安單元，空線對應(yīng)就近接地，出入基站的電纜應(yīng)將金屬鎧裝外護層做接地處理。

光纜里的光纖不會傳導(dǎo)雷電流，但光纜的金屬加強芯能感應(yīng)并傳導(dǎo)雷電流，金屬加強芯一般與光端設(shè)備外殼相連，當(dāng)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(shè)備外殼端形成高電勢，而另一方面光端設(shè)備直流供電電源的正極為低電勢（接近零電勢），這樣設(shè)備外殼的高電壓必然通過設(shè)備電源正極放電，從而輕則使傳輸設(shè)備出現(xiàn)誤碼，重則將設(shè)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(yīng)將纜內(nèi)的金屬加強芯在終端處做接地處理。

（4）、接地系統(tǒng)、地電位反擊的防護：

電子設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的接地主要包括三種，即工作接地、保護接地，防雷接地，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，這三種地分別與電子設(shè)備所在建筑物的自然接地網(wǎng)（或者另建人工接地網(wǎng)）相連，實現(xiàn)電子設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)防護所需要的零電勢、等電位。同時建筑物的防雷系統(tǒng)（避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等）通過金屬引下線也與該接地網(wǎng)相連，實現(xiàn)雷擊時泄放雷電能量的目的。這就是標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的聯(lián)合接地體。

YD5068-98《移動通信基站防雷與接地設(shè)計規(guī)范》要求，基站的接地電阻值應(yīng)小于5Ω，基站設(shè)備的工作地、保護地與防雷地在基站聯(lián)合接地網(wǎng)上的引接點距離不應(yīng)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(yīng)小于0.03Ω，鐵塔接地點應(yīng)與設(shè)備保護接地、工作接地點分開5m以上的距離。鐵塔上架設(shè)的移動通信系統(tǒng)饋線，同軸電纜金屬外護層應(yīng)在天線處及進入機房入口處外側(cè)就近接地，經(jīng)走線架上塔的饋線及同軸電纜，其屏蔽層應(yīng)在其轉(zhuǎn)彎處上方0.5 m～1m處進行良好的接地處理,當(dāng)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(yīng)和接地線、或地網(wǎng)相連。