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淺談移動(dòng)通信基站的防雷與接地的論文
中級通信工程師論文介紹了移動(dòng)通信基站防雷接地的重要性，防雷接地系統(tǒng)的構(gòu)成和基本要求，移動(dòng)通信基站的防雷與接地。和實(shí)際會(huì)遇到的幾種情況。
1、移動(dòng)通信基站防雷接地的重要性
當(dāng)今移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展迅速，通常，由于移動(dòng)通信基站BTS天線位于室外且架設(shè)的比較高，帶電的云層會(huì)在天線上產(chǎn)生感應(yīng)電荷。如果天線與大地之間有直流通路，則電荷可以通過大地泄放，而不至于積累起來，從而也不會(huì)因感應(yīng)電荷在天線與大地之間產(chǎn)生高電位差而引起放電。
在干燥的氣候條件下，砂土、雪等與天線的摩擦也會(huì)產(chǎn)生靜電，接地有助于減少雷擊破壞、靜電破壞和人為噪聲，所以對于每種接地通信設(shè)備進(jìn)行良好的接地是很重要的。由于接地系統(tǒng)的質(zhì)量往往成為避免雷擊事故發(fā)生的關(guān)鍵，所以防雷問題往往成為BTS設(shè)備安裝設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。對于山區(qū)內(nèi)孤立山上的BTS，雷擊事件更為頻繁，更應(yīng)該重視防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
2、防雷接地系統(tǒng)的構(gòu)成和基本要求
防雷接地系統(tǒng)是由大地、接地電極、接地引入線、地線匯流排、接地配線五部分組成的整體。其中：大地具有導(dǎo)電性和無限大的容電量，是良好的公共地參考電位;接地極是與大地電氣接觸的金屬帶等，用于使電流擴(kuò)散入地;接地引線是在接地電極與室內(nèi)地線匯流銅排之間起連接作用的部分;地線匯流排為匯集接地配線所用的母線銅排;接地配線是連接設(shè)備到地線匯流排的導(dǎo)線接地極有垂直打入地下的棒形接地極組(用扁鋼或角鋼)、鋼板接地極組和水平輻射的帶狀接地極，也有用這幾種形式混合組成的復(fù)合式地網(wǎng)的。垂直打入地下，然后用導(dǎo)線連接起來的方式比破土方式好。因?yàn)橹靥畹哪嗤辆o密性差，接地電阻大。此外。鐵塔下面的接地電阻應(yīng)盡量靠近鐵塔底部。
接地引線不能用扁平編織線或絞合線，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀妆桓g氧化，并且有較大的電感和互感，對泄放浪涌電流不利，故最好采用鍍鋅扁鐵或￠16～￠18的螺紋鋼。它與避雷針和接地體的連接建議采用燒焊，其燒焊接觸縫長度應(yīng)大于20cm，以防止大電流通過時(shí)因接觸面小而發(fā)熱引起嚴(yán)重脫焊。避雷針、引下線和接地體等整個(gè)防雷接地系統(tǒng)，最好采用相同的金屬材料，以防止長期的電化學(xué)反應(yīng)使接地線遭受腐蝕而接地不良。尤其要避免銅與鍍鋅鐵制件直接接觸，因?yàn)殂~鋅會(huì)在接觸面上形成銅鋅電池而很快腐蝕。當(dāng)接地線從樓頂引下時(shí)，應(yīng)防止靠近其他導(dǎo)體或與其作平行布置，即使其他導(dǎo)體接觸、地也應(yīng)該相隔2m以上。當(dāng)接地引線必須穿金屬管道時(shí)，則必須使引下線在被穿過的導(dǎo)線的兩端與導(dǎo)線相連接，此金屬也稱為地線的連接線。
地線排一般分為室內(nèi)接地排和室外接地排，室內(nèi)接地排通常安裝BTS、電源機(jī)柜較近且與走線架同高的墻上。室外接地線通常在饋管窗外附近(1m內(nèi))。接地排用銅排做成。自接地排至各種設(shè)備的連接電纜(稱為接地線)要盡量短。最后，室內(nèi)接地排通過一根單獨(dú)的黑色接地線引至樓底接地極。室外接地排可用一根黑色接地線(95mm2)連接至樓底接地體。防雷接地系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面，①接地電阻的要求：接地電阻主要包括：土壤電阻、土壤和地電極之間的接觸電阻、地電極自身電阻、接地引下線電阻等，由于后幾種電阻很小，一般可忽略不計(jì)，所以接地電阻主要是指土壤電阻。降低接地電阻是實(shí)現(xiàn)雷電流泄流的關(guān)鍵，雷電流通過單根引下線的全部電壓降計(jì)算公式為其中為電壓降，單位;為雷電流，單位：;為接地裝置電阻，單位;為單位長度的電感，約為1.5 ;為引下線的長度，單位;為雷電流的陡度，單位。從公式可以知道在防雷接地裝置中，接地電阻阻值越小，則瞬間內(nèi)沖擊接地電壓降就越小，雷電時(shí)設(shè)施的危險(xiǎn)性就越小。不同設(shè)施對接地電阻的要求稍有差異，移動(dòng)通信基站基座≤4Ω、天饋線金屬屏蔽層≤4Ω、信號避雷器≤10Ω、電源避雷器≤4Ω、安全保護(hù)地≤4Ω、通信機(jī)房≤1Ω。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要正確規(guī)劃、符合規(guī)范參數(shù)。②聯(lián)合接地的要求：IEC(國際電工委員會(huì))和ITU-T(國際電信聯(lián)盟)的相關(guān)防雷接地設(shè)計(jì)規(guī)范中都不再有單獨(dú)接地，而是建立公共地網(wǎng)以防雷，即電源地、工作地、保護(hù)地等在公共地線上連成電氣一體化，以建立零電位參考電平平臺。移動(dòng)通信基站中，防雷接地為針對雷擊防護(hù)采用的泄流接地;工作接地為直流電源接地;保護(hù)接地為室內(nèi)設(shè)備機(jī)殼接地。
3、移動(dòng)通信基站BTS接地的幾種實(shí)際情況
3.1 利用現(xiàn)有的避雷帶
當(dāng)BTS所在大樓有較可靠的屋頂避雷帶、防雷接地及工作接地時(shí)，BTS的接地應(yīng)利用大樓現(xiàn)有的接地裝置，但必須測試其接地電阻值。如果測試結(jié)果不符合要求。應(yīng)增加接地體，使接地電阻滿足≤5Ω的要求，如果大樓的防雷接地與工作接地分設(shè)接地體，而且經(jīng)實(shí)際測試防雷接地裝置的接地電阻大于工作接地電阻時(shí)，應(yīng)增加接地體，使其阻值降到與工作接地的電阻相同或更小一些。天線、天線桿/塔、饋線及屋頂走線架與屋頂避雷帶做可靠的連接，連接點(diǎn)不能少于兩點(diǎn)。如果天線附近沒有避雷帶，則專設(shè)下引線沿外墻引至接地體，不要引入機(jī)房的接地排上。
3.2 大樓沒有避雷帶
當(dāng)所在大樓沒有現(xiàn)成的屋頂避雷帶時(shí)，應(yīng)架設(shè)一定數(shù)量的避雷針，使天線頂端處于避雷針的保護(hù)角之下，并同時(shí)將避雷針接地線直接引至樓下接地體。
3.3 BTS設(shè)有天線鐵塔
當(dāng)BTS設(shè)有鐵塔時(shí)常采用三合一(即聯(lián)合接地)系統(tǒng)。這種情況，一般都把整個(gè)機(jī)房設(shè)計(jì)在鐵塔的避雷保護(hù)范圍內(nèi)，機(jī)房頂可以不設(shè)避雷帶，但機(jī)房四周可以仍需埋設(shè)一閉合接地環(huán)，使機(jī)房的地電位均衡分布和縮短接地引線。這個(gè)閉合接地環(huán)與鐵塔的均壓接地環(huán)在地下連接在一起。鐵塔的塔腳也應(yīng)該互相連接起來，然后再多點(diǎn)與均壓環(huán)相連。天線的同軸電纜必須安裝在鐵塔體內(nèi)，以防止大電流貫穿同軸線。接地時(shí)需用大截面導(dǎo)體，才能達(dá)到電阻低，熱量高、引線電感小、趨膚效應(yīng)也小的要求。
4、移動(dòng)通信基站的防雷與接地
4.1 供電系統(tǒng)的防雷與接地
(1)移動(dòng)通信基站的交流供電應(yīng)采用三相五線制供電方式。
(2)移動(dòng)通信基站宜設(shè)置專用電力變壓器，電力線宜采用具有金屬護(hù)套或絕緣護(hù)套電纜，穿鋼管埋地，并引入移動(dòng)通信基站，電力電纜金屬護(hù)套或鋼管兩端應(yīng)就近可靠接地。
(3)當(dāng)電力變壓器設(shè)在站外時(shí)，對于低處年雷暴日大于20天、大地電阻率大于100Ω/m的暴露地區(qū)的架空高壓電力線路，宜在其上方架設(shè)避雷線，其長度不宜小于500m。電力線應(yīng)在避雷線地25°角保護(hù)范圍內(nèi)，避雷線(除終端桿外)應(yīng)每桿做一次接地。為確保安全，宜在避雷線終端桿的前一桿上，增裝一組氧化鋅避雷器。
(4)當(dāng)電力變壓器設(shè)在站內(nèi)時(shí)，其高壓電力線應(yīng)采用電力電纜從地下進(jìn)站，電纜長度不宜小于200m，電力電纜與架空電力電纜連接處三根相線應(yīng)加裝氧化鋅避雷器，電纜兩端金屬外護(hù)層應(yīng)就近接地。，
(5)移動(dòng)通信基站交流電力變壓器高壓側(cè)三根線，應(yīng)分別就近對地加裝氧化鋅避雷器，電力變壓器低壓側(cè)三根相線應(yīng)分別對地加裝無間隙氧化鋅避雷器，變壓器的機(jī)殼、低壓側(cè)的交流零線，以及變壓器相連的電力電纜的金屬外護(hù)層，應(yīng)就近接地。出入基站的所有電力線均應(yīng)在出口處加裝避雷器。
(6)進(jìn)入移動(dòng)通信基站的低壓電力電纜，宜從地下引入機(jī)房，其長度不宜小于50m。電力電纜在進(jìn)入機(jī)房交流屏處，應(yīng)加裝避雷器，從屏內(nèi)引出的零線不做重復(fù)接地。
(7)移動(dòng)通信基站供電設(shè)備的正常不帶電的金屬部分、避雷器的接地端，均應(yīng)做保護(hù)接地，嚴(yán)禁作接零保護(hù)。
(8)移動(dòng)通信基站的直流工作地，應(yīng)叢室內(nèi)接地匯集線上就近引接，接地線截面積應(yīng)滿足最大負(fù)荷的要求，一般為35～95mm2,材料為多股銅線。
(9)移動(dòng)通信基站電源設(shè)備應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中關(guān)于耐雷電沖擊指標(biāo)的要求，交流屏、整流器應(yīng)設(shè)有分級防護(hù)裝置。
(10)電源避雷器和天饋線避雷器的耐雷電沖擊指標(biāo)等參數(shù)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求。
4.2 鐵塔的防雷與接地
(1)移動(dòng)通信基站鐵塔應(yīng)有完善的防直雷擊及二次感應(yīng)雷的防雷裝置。
(2)移動(dòng)通信基站鐵塔采用太陽能燈塔。對于使用交流電饋電的航空標(biāo)志燈，其電源線應(yīng)采用具有金屬外護(hù)層的電纜，電纜的金屬護(hù)外套應(yīng)在塔頂幾進(jìn)機(jī)房入口處的外側(cè)就近接地。燈塔控制線及電源線的每根相線，均應(yīng)在機(jī)房入口處分別對地加裝避雷器，零線應(yīng)直接接地。
4.3 天饋線系統(tǒng)的防雷與接地
(1)移動(dòng)通信基站天線應(yīng)在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)，接閃器應(yīng)設(shè)置專門雷電流引下線，材料宜采用40×40mm的鍍鋅扁鋼。
(2)基站同軸電纜饋線的金屬外護(hù)套，應(yīng)在上部、下部和走線架進(jìn)機(jī)方入口處就近接地，在機(jī)房入口處的接地，應(yīng)就近與地網(wǎng)引出的接地線妥善連通。當(dāng)鐵塔高度大于或等于60m，同軸電纜饋線的金屬外護(hù)套層還應(yīng)在鐵塔中部增加一處接地。
(3)同軸電纜饋線進(jìn)入機(jī)房后，與通信設(shè)備連接處應(yīng)安裝饋線避雷器，以防止自天饋線引入的感應(yīng)雷。饋線避雷器接地端子應(yīng)就近引接到室外饋線入口處接地線上，選擇饋線避雷器時(shí)，應(yīng)考慮阻抗、衰耗、工作頻段等指標(biāo)與通信設(shè)備相適應(yīng)。
4.4其他設(shè)備的防雷與接地
(1)移動(dòng)通信基站的建筑物應(yīng)有完善的防直擊雷及抑制而次感應(yīng)雷的防雷裝置(避雷網(wǎng)、避雷網(wǎng)和連接器等)
(2)機(jī)房頂部的各種金屬設(shè)施，均應(yīng)分別與屋頂避雷帶就近連通。機(jī)房頂部的彩燈應(yīng)安裝在避雷帶下方。
(3)機(jī)房內(nèi)走線架、吊掛鐵架、機(jī)架或機(jī)殼、金屬通風(fēng)管道、金屬門窗等均應(yīng)做保護(hù)接地。保護(hù)接地引線一般宜采用截面積不小于35mm2的多股銅導(dǎo)線。
5、結(jié)束語
隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，移動(dòng)通信基站設(shè)備和防雷措施不斷創(chuàng)新，只要在工程測量不斷優(yōu)化研究，充分了解雷電可能的方式采取全面入侵，多層次、全方位的保護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)有效的防雷效果。
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