移动基站的综合防雷工程设计方案Word格式.docx

移动基站的综合防雷工程设计方案Word格式.docx

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如果防护措施不力，随时可能遭受重大损失。

二、雷电引入途径分析

移动基站防雷的主要保护对象是在机房中的通信设备，保障这些通信设备的正常运行。

雷电损坏设备通常是它在通过带电或非带电的导体对地泄放的过程中，由于电荷运动产生的一些物理效应，比如热效应、磁效应等，改变了在雷电泄放通道中所涉及设备的基本性能，从而使设备不能正常运行或被损坏。

因此我们需要对雷电的入侵途径进行仔细分析，发掘出雷电可能的入侵途径，并在雷电流到达设备前改变其对地泄放途径，保障设备的安全运行。

雷电传导主要有两种方式：

一、直接雷击：

即雷云通过地面上某一点直接对地释放。

由于我们国家对建筑物的防雷有严格的标准，通常雷电都是通过建筑物的外部防雷系统对地泄放，在旷野中通常通过一些架空电源线或其它一些对地具有良好导电性能的突出媒介进行对地泄放。

雷电流直接入侵基站内部设备主要是通过一些与外界相连的媒介传导入侵，如进出局站的电源线、通信线及铁塔地网等。

二、感应雷击：

带电的雷云层由于静电感应作用，使地面某些范围内带上异种电荷，当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻较大，以致出现局部高压，从而形成雷电流；

或者在由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高压以致发生闪击的现象。

而磁场感应方式入侵最终也是体现在一些带电的金属导体上。

根据物理学尖端放电的原理人类发明了避雷针，它可以将一定场强范围内的闪电引到自己身上，再通过引下线将雷电流泄放入地，从而使在这个范围内的建筑不成为雷电对地泄放的途径，也就避免了被雷击。

而在移动基站中，高高的铁塔通过钢筋混凝土与大地紧密相连，由此可以说铁塔就是一个巨大的“引雷针”，它可以将方圆几公里内的雷电引到自己身上。

从而大大增加了移动基站直接被雷击的概率，更增加了在铁塔旁一些缆线、金属构架产生感应雷电流的概率。

因此我们必须对移动基站的铁塔及其周边环境进行仔细分析，以确定雷电侵入移动基站内部的主要途径。

三、铁塔引雷分析

通常从移动基站的外部环境构造来看，从雷电引入的角度可以粗略分为带铁塔和不带铁塔两种，这两种情况虽然里面内部构造相同，但遭受雷击的概率却大相径庭。

不带铁塔的基站：

这类基站主要分布在城市市区或市郊，多为租用普通大楼或民宅，基站天线采用抱杆，这类基站遭受雷击的概率通常较小。

这些基站机房的特点是整个建筑本身在等电位连接、电磁屏蔽、接地电阻方面都能较好的满足信息产业部的要求，但存在问题是大楼的功能并不是为基站设计，所以比较难找到一个较好的接地参考点来确保机房内电子设备有良好的接地。

要保证机房内部有良好的等电位连接系统，通常这类基站的接地系统和大楼的接地网采用的联合接地系统。

这类基站雷电入侵的主要途径是雷电浪涌通过一些电源系统、信号系统、接地系统等所有进出机房的线缆和管道引入，采取浪涌保护措施。

带铁塔的基站：

这类基站主要分布在农村、郊区，多为独立机房旁边建铁塔的方式，这类基站多建在地势开阔的平原地带、山坡上。

通常铁塔在当地为最高建筑，有非常好的接地，按信息产业部的要求基站接地要求小于5欧姆，一旦在该区域内有雷云，地面上的电荷将通过铁塔与雷云中的电荷发生中和，铁塔将成为云中雷电对地泄放的一个主要通道。

与铁塔相连的一些线路、桥架、设备就成为雷电入侵的对象，比如天馈线、走线架、与地网相连的设备等。

这类基站被雷电击中的概率较不带铁塔的基站要高得多，因此对有铁塔的基站防雷就更加的迫切，有必要对这类基站进行进一步分析。

通常按移动基站机房与铁塔的关系可分为：

塔边屋、屋顶塔、塔下屋三种。

下面就这三种基站类型进行相应的防雷接地、等电位连接，起到良好的雷电防护作用。

（一）、屋顶塔

铁塔与机房独立型的移动站，如图一所示。

雷电对该类型移动通信基站的危害主要途径是直击雷和感应雷两种。

图1.铁塔与机房一体型结构

1.雷电流直接危害

根据我们现场的调查和分析，在移动通信基站的铁塔建在基站机房上面的情况下，当雷电击中铁塔后，雷电流就会沿着铁塔及同轴馈线的外导体往下泻放，由于移动通信同轴馈线的外导体与铁塔是相互连接的，铁塔上的雷电流直接会分流一部分到同轴馈线的外导体上，并沿同轴馈线的外导体和机房内的走线架直接流入到移动设备上，对移动设备造成雷击危害。

除此以外，还由于同轴馈线的走线架是与铁塔直接相连，并进入机房，从而将雷电直接引入到机房内，对机房内的通信设备造成危害。

2.雷电感应对移动通信基站内设备造成的危害

当雷电流在移动通信基站周围的空中或空中对地放电时，就会在移动通信基站周围的空中产生交变电磁场，从而使移动设备上产生感应电流和电压，严重者也会对移动设备通信造成危害，但这种危害的概率较少，另一方面若雷电击中铁塔并沿着铁塔和机房的立柱中的钢筋在下泻的过程中，也会在周围产生强大的交变电磁场，从而在移动设备上产生感应雷电流和雷电压，同样地感应雷电对通信设备所造成的危害比起直击雷所造成的危害要少得多。

（二）、铁塔与机房独立型

铁塔与机房独立型的移动站，如图二所示。

该移动站遭雷电直击的主要途径是雷电流通过铁塔的走线架和同轴馈线的外导体进入机房，对通信设备造成危害。

其次是雷电在空中放电时对机房内的通信设备所造成的感应雷的影响，同样感应雷对通信设备所造成的影响比起直击雷来说，则概率很少。

该类型的移动站与上述的第一种铁塔与机房一体型的情况相比，则少得多。

图二铁塔与机房相互独立型结构

（三）、铁塔包围机房型

铁塔包围机房型的移动基站，如图三所示。

该种类型的移动基站遭直击雷的途径与第二类的铁塔与机房独立型的移动站相似，主要是雷电通过同轴馈线的外导体和同轴馈线的走线架进入机房，对通信设备造成危害。

但该种类型的移动站所遭受到的感应雷则最少，因有四面铁塔的屏蔽作用。

（四）不带铁塔型基站

这类基站往往建在城区，一般使用公共大楼或民用建筑来作为机房。

对于公用建筑上，由于我们国家对这类建筑物有严格的防雷标准要求，因此这类基站具有接地良好，外部防雷完善，且整个建筑形成一个法拉第笼的特点，所以这类基站遭受直接雷击的概率较小，受到雷电电磁干扰的影响也较小。

雷电入侵这类基站的方式将主要是供电线路、同轴馈线的外导体和同轴馈线的走线架、接地系统进入机房。

对这类基站的防护级别，对防雷器的通流能力通常不需要很高，因此对这类基站通常只需选择一般的B类限压型和C类限压型两级防雷就基本能满足这类基站要求。

而民用建筑与公用建筑的差别主要在国家对这类建筑的要求不是很高，因此建筑物在屏蔽和接地的效果上可能差一些，但只要将这类基站的接地问题处理好，很多防雷问题也就迎刃而解。

我们把雷电入侵移动基站的主要渠道总结如下：

雷电对移动通信基站的四个引入渠道

第一个入侵渠道——由铁塔天馈线、接地系统引入的雷害

第二个入侵渠道——由交流配电系统引入的雷害

第三个入侵渠道——由传输线路引入的雷害

第四个入侵渠道——由雷电电磁脉冲的雷害

通过对雷电主要入侵途径的分析，结合移动基站现场综合环境特点，给我们进行防雷方案设计提供了思路和线索。

根据防雷分区、综合防雷的思想，综合基站所处的地理环境，在具体位置选择相匹配的浪涌保护器，将可以很好解决移动基站的防雷问题。

移动通信基站的雷电过电压保护，各级防护器件是相辅相成的，互相影响的，此时用以局部防护的过电压器件不能有效的发挥其防护性能，将影响移动通信基站的整体防护。

另外还有一个重要的原则，移动通信基站的雷电过电压保护设计必须是建立在联合接地基础上。

因此移动通信基站雷电保护并非是简单的接地或者单一的雷电过电压保护器件应用，而是根据移动通信基站所处的具体位置、环境因素、所在地区的雷暴强度及雷暴日的大小、来确定基站的雷电保护措施和方法。

因此，移动通信基站的雷击电磁脉冲防护必须综合考虑，应从整体防雷的角度来进行防雷方案的设计

二、依据的规范

1．GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

2．YDJ26-89《移动基站（站）接地设计暂行技术规范》（综合楼部分）

3．YD/T1235.1、2-2002《移动基站站低压配电系统用电涌保护器技术要求及测试方法》

4．YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》

5．YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规定》

6．YD5098-2001《移动基站（站）雷电过电压保护设计规范》

三、方案设计原则

一、综合防雷的思想

移动基站的防雷是一个系统工程，它包括直击雷防护、等电位连接措施、屏蔽措施、规范的综合布线、安装电涌保护器（电源、信号）、完善合理的接地系统六个部分组成。

这六部分在一个完善的移动基站防雷系统工程中缺一不可。

对移动基站的防雷设计应进行全面规划、综合治理、多重保护，将外部防雷措施和内部防雷措施应整体统一考虑，做到安全可靠、技术先进、经济合理、施工维护方便。

综合防雷的思想在YD5098总则中就有明确规定，如YD5098-1.0.3通信局（站）雷电过电压保护工程应建立在联合接地、均压等电位分区保护的基础上。

综合防雷的思想在移动基站中的主要体现到具体的防雷手段，就是分流、接地、屏蔽、等电位连接和过电压保护五个方面。

其中：

（A）、分流

利用避雷针将雷电流沿引下线或铁塔安全地流入大地，防止雷电直接击在基站建筑物和设备上。

（B）、屏蔽

移动基站内应采取屏蔽措施的对象主要有两种：

一是所有的带电金属导线,包括电力电缆、通信电缆和信号线，应采用屏蔽线或穿金属管屏蔽。

二是基站内部电子设备，通常采取的措施是在机房建设中利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼。

以及通信设备的机柜因具有一定的屏蔽效果，用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰基站设备。

（C）、非带电金属等电位连接

通常等电位连接分带电与不带电金属导体，这里主要指将基站机房内所有非带电金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、走线架、金属门窗、设备外壳等金属构件进行电气连接，以均衡电位。

（D）、带电设备的过电压保护

对于与基站设备相连的馈线、信号线、电源线路安装防雷器进行过电压保护。

（E）、接地

在移动基站中的接地包含两个方面，一是地网，建立一个接地通畅的地网是移动基站防雷基础，具体要求是根据YD5078中要求基站接地电阻小于5欧姆；

二是、基站内的接地系统，为保护基站通信设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统。

一个好的接地系统的关键在于建立统一的接地参考点，采用“S型”接地。

二、“防雷分区、逐级泄放”的思想

为了定义雷电电磁脉冲（LEMP）影响程度不同的空间，和选择带电导体等电位连接点的适当位置，被保护空间必须首先被分成不同的防雷保护区。

（见下图）这点在移动基站的防雷工程中非常重要，等电位连接点的位置选择将直接影响到防雷设备在基站防雷效果。

根据IEC61312中对雷电保护区的划分思想，我们通常可以将移动基站防雷进行如下图分区

根据IEC1312以及YD5098中的相关规定，其中YD5098中1.0.4通信局（站）雷电过电压保护设计应根据电磁兼容原理按防雷区划分，对电涌保护的安装位置进行合理规划，如见图DJZFL01：

图：

YDJZFL01移动基站的防雷分区

根据IEC1312以及YD5098中的防雷分区规定，可以将移动基站内空间及设备的防雷分区进行如下划分：

LPZ0B区：

移动基站机房外部都有外部防雷措施，如果存在铁塔则铁塔为一个巨大的避雷针，通常我们认为在被铁塔保护的区域为LPZ0B区，因此进入基站的电源线和通讯线及其它线路应从LPZ0B区进入机房。

LPZ1区：

整个机房的外墙对雷电电磁脉冲有一定屏蔽作用，可看作是屏蔽层1；

按照IEC1312防雷分区的概念，整个机房内部空间应划为LPZ1区。

LPZ2区：

通常移动基站设备都有机柜，机柜外壳为可看作屏蔽层2，机柜内部空间可划分为LPZ2区，通常对基站防雷而言我们所保护的对象就是这些机柜内部的通信设备，因此也就没有必要在往下划分了；

故通常对移动基站内部可以分为LPZ1、LPZ2区。

四、移动基站综合防雷设计

1、供电线路防雷保护：

雷电即可以通过对输电线路直接放电，也可以在几公里之外通过雷电电磁脉冲在输电线路上感应出雷电流入侵移动基站。

因此供电线路成为雷电泄放的主要途径之一。

目前我们国内的供电线路以架空线为主且线路较长，据不完全统计国内移动基站中的雷害近80%与电力线路有关。

而且在国际、国内的相关防雷标准中对供电系统的雷电防护描述也是占绝大部分篇幅，因此对供电线路的防雷是整个基站防雷的重心，而对移动基站的电力供电系统进行雷电防护是解决整个移动基站防雷问题的核心。

目前国内移动基站的市电引入情况基本上是先从架空高压电力线终端引入通信局（站）的10KV或6.6KV高压电力线，经过配电变压器输送到基站。

移动基站的防雷也就从配电变压器开始考虑，这类基站的供电构成按YD5078-98要求：

对于从高压到配电变压器这一段供电系统的防雷在YD5098－2001中3.7.1~3.7.4有明确规定，主要的要求是配电变压器不能与通信设备同在一建筑内，高压铠装线路到配电变压器应两端接地，在架空高压电力线终端杆与铠装电缆的接头处，应采用标称放电电流大于20KV的交流无间隙氧化锌避雷器（强雷电避雷器）。

配电变压器高、低压侧避雷器的接地端子、变压器的外壳、中性线、经及电力电缆的铠装层应就近接地。

移动基站内供电系统（YD5078-98）规定如图

二、移动基站内低压配电系统防雷器选型

如图中所示在移动基站中主要的供电设备有交流稳压器、交流配电屏、整流设备、直流控制屏。

从YD5078-98无人值守移动基站供电系统图中可以比较清晰的体现“防雷分区、逐级泄放”的思想，首先市电从LPZ0B区入户进入LPZ1区交流配电设备前安装第一级防雷器，在开关电源的整流设备前安装第二级防雷器,在直流输出端安装第三级防雷器。

很多事实也证明，移动基站防雷只安装一级防雷器是不够的，必须进行分级保护、分级泄流的防护方案，才能比较好的解决移动基站的防雷问题。

第一级防雷器选用模块化三相电源防雷箱，安装在电源的总进线配电屏处，该产品是我公司的专利产品，型号为KBT-BJX40/380/100，标称通流容量100KA，接线方式为3+1，保护模式为L-PE，N-PE，L-N，并具有专长防水防爆、阻燃、雷电通流量大、漏电流小的特点，同时具有产品劣劣化指示、声光告警、雷电计数、远程告警干点输出等功能，专用于通信基站的电源线路雷电过电压保护。

第二级防雷器选用模块化三相电源防雷箱，安装在开关电源的整流设备配电屏处，型号为KBT-BJX40/380/50标称通流容量50KA，接线方式为3+1，保护模式为L-PE，N-PE，L-N，并具有防水防爆、阻燃、雷电通流量大、漏电流小的特点，同时具有产品劣劣化指示、声光告警、雷电计数、远程告警干点输出等功能，专用于通信基站的电源线路雷电过电压保护。

第三级防雷器选用模块化三相电源防雷箱，安装在各设备机柜的电源总进线处，型号为KBT-BJX40/220/20，标称通流容量20KA，保护模式为L-PE，N-PE，L-N，并具有专长防水防爆、阻燃、雷电通流量大、漏电流小的特点，同时具有产品劣劣化指示、声光告警、雷电计数、远程告警干点输出等功能，专用于通信基站的电源线路雷电过电压保护

2．移动基站信号及天馈线防雷

雷电除了通过供电系统侵袭移动基站内的设备外，还通过接地系统、天馈线、通信线路来影响移动基站的工作。

从这些途径上切断雷电入侵就非常显得必要，因为与这些线路相连设备的通信端口以及IC电路板的耐压水平水平非常的低，而且这些设备对信号的要求都非常的敏感，信号稍微有点衰耗就会影响通信，因此对这类设备通常不能采用多级防雷设备防护，而只能通过在一个防雷设备内采用多级电路进行精细级保护。

一、PCM2M线的防雷

移动基站的2M端口设备发生损坏主要有如光端机、BTS的传输板、DDF架、及一些传输设备。

通常雷电通过信号线来入侵移动基站设备的主要有两种情况：

1、不同设备间发生雷电高电位的耦合和转移：

移动基站遭受雷击时，如雷电电流通过：

1）基站铁塔直接引下到地；

2）通过室外感应的馈线的外部屏蔽层引至地线系统；

3）电源线上的直击或感应雷电流经SPD引下到接地系统，其50%的雷击电流以电阻方式对地耦合，这时会使基站的地网电位瞬时抬高，此时即使是0.5欧的接地电阻的基站在雷击电流通过瞬间也会使接地电位瞬间呈现几十千伏的电压。

使得设备接地与信号芯线之间存在高电压，信号线上就带上感应雷电流，与通信线相连的另一端处于正常电位的情况下，如果设备未加装性能良好的SPD，就会出现了雷电通过通信线将两端设备的通信端口损坏，严重的将导致一些传输通信设备被损坏。

2、室外通讯线感应雷电流传导入户：

一些基站的通信线如2M线存在从室外引入的情况，雷电往往通过电磁感应的方式在户外通信线中感应出雷电流。

3、基站内的电磁干扰：

由于基站走线的情况是地线和电源及信号线全部为平行布放，地线回路上的雷电电流势必会在相应的电源或信号线上耦合现象。

对于2M线而言，直接的后果是在信号线上感应出过电压，将设备打坏。

在YD5098-20013.4中对2M线路的雷电防护措施有明确规定：

3.4.1出入通信局（站）光缆或电缆，应在进线室将金属铠装外护层做接地处理，另外光缆应将缆内的金属构件，在终端处接地；

3.4.2进入通信局（站）的PCM电缆芯线应在终端处加装SPD，空线对必须就近接地。

通信系统由于受到工作电平、接口速率、和传输性能（插入损耗）、线路阻抗等指标的约束，不能象供电系统一样分几级防雷，因此PCM2M线防雷应在通信线路与设备的接口即LPZ1-LPZ2区处使用一级与之通信接口、工作电平、速率相匹配、线路阻抗匹配的精细级防雷器，同时通信线应就近接地。

在中国移动的基站的传输线的速率小于2Mb/S，线路阻抗有75和120欧姆两种，工作电平通常小于12V。

其中阻抗为75欧姆的2M线的接口类型主要有BNC，L9，C4等类型，如在NOKIA的基站中的传输接口就大量使用BNC接口；

阻抗为120欧姆的2M线接口类型主要有RJ45、9针或15针的通信串口等，如爱立信的RBS2000型基站就大量使用15针的串口。

移动基站天馈系统防雷措施

通常移动基站中天馈线的布放是沿着铁塔爬梯布放，然后通过走线架进入机房内部，存在与铁塔防雷引下线平行布放的问题，因此非常容易受到在雷电流同通过铁塔引下线泄放的过程中产生的雷电电磁场的干扰。

根据YD5098-2001.3中对天馈线的防雷措施主要有：

1、对天馈线的防雷从工程上讲就是三点接地，铁塔上架设的波导馈线、同轴电缆金属外护层应分别在上、下端、及进入机房入口处就近接地，当馈线及同轴电缆长度大于60m时，其屏蔽层宜在塔的中间部位增加一个接地连接点，室外走线架始末两端均应作接地连接。

2、城市内孤立的高大建筑物或建在郊区及山区，地处中雷区以上的无线通信局（站），当馈线采用同轴电缆时，应在同轴电缆引进机房入口处安装标称放电电流不小于5KA的同轴SPD，同轴SPD接地端子的接地引线应从天馈线入口处外侧的接地线、避雷带或地网引接。

因此要对天馈线防雷器进行选型。

3、天馈线防雷器的选择问题：

移动基站通常使用带馈电和不带馈电的两种系统，馈线传送速率为850M-960M，传输速率非常的高。

因此选用天馈线防雷器时主要考虑的防雷器的插入损坏、回波损耗VSWR等。

YD50985.4.1要求：

同轴型SPD插入损耗应小于等于0.2dB，驻波比小于等于1.2，同轴型SPD最大输入功率能满足发射机最输出功率的要求，安装与接地方便，具有不同的接头，同轴型SPD与同轴电缆接口应具备防水功能。

同轴型SPD的标称放电电流应大于等于5KA。

具体配置如下：

1．在天馈线路上安装KBT-T2000A天馈线路防雷器，数量共20只，通流容量10KA，插入损耗应小于等于0.2dB，驻波比小于等于1.2，

3．移动基站的监控系统防雷措施

近年来，中国移动基站普遍采用了智能监控系统，据统计监控系统设备目前已经成为移动基站中设备被雷电损坏频度最多的设备，也是被损坏最严重的系统。

统计被雷电损坏与监控系统有关设备中比较多的有：

空调的控制板（通常通过RS232端口与监控相连）、一些数据采集器的RS422或485端口、协议转换器、监控设备的传输板等。

为什么很多基站在供电系统防雷比较完善的情况下其监控系统还是被损坏呢？

雷电对基站的监控系统的入侵途径与入侵PCM2M线的方式一样也就不再说明，损坏的主要原因在于监控系统自身的特点，从对众多监控系统被雷电损坏的基站情况来看，可以总结出以下几个因素：

1、设备电源没有防雷措施，且耐压水平低，根据IEC61000－4－5直流-48V的通信设备的耐压水平不会高于500V；

2、控设备的RS485、RS422或RS232通信端口都没有相应的防雷措施，且通信端口本身的耐压水平非常低，通常RS485、RS422或RS232通信端口的耐压水平不超过100V；

3、监控系统被雷击的基站的开关电源普遍没有安装直流防雷器；

4、监控系统存在大量的数据采集线路，这些线路的布放不规范，往往是捆在一起，且很多数据采集线不是屏蔽线缆；

5、监控设备接地参考点不统一，且接地线不规范。

可以说监控系统纷繁复杂的布线为雷电流入侵提供了更多的渠道，与本身羸弱的防护能力形成巨大的反差，因此、监控系统更需要全面的防雷。

因此、对移动基站监控系统的主要雷电防护措施有：

1、对监控数据采集线的布放进行合理规划，所有数据采集线路应使用屏蔽线，且其屏蔽层应接地，尽可能的降低雷电电磁脉冲在数据采集线路上感应出的雷电流；

2、接地方面：

在监控主设备下设一个小的监控设备接地参考点作为所有监控设备的接地，并用超过16mm2的接地线与基站总等电位排进行连接。

目的用来降低各监控设备间因接地产生的电位差，

3、在监控设备端安装-48V的电源防雷器，释放从地线或电源线引入的雷电流；

4、在开关电源直流输出端安装相应的直流防雷器，如电源防雷图中所示，

5、在一些损坏频度较高的设备与监控设备间的通信端口安装相适用的信号线防雷器，

6、对于监控系统的数据采集线路以及控制线都是信号线，因此在选择防雷器时要考虑信号线防雷器的接口类型、工作电压、传输速率、线路阻抗与系统设备相匹配。

下面我们主要推荐一些已经在中国移动省市基站主流监控设备及开关电源中使用过的防雷器如：

艾默生、中兴、亚信、亚奥等监控设备厂家；

以及在开关电源的监控系统中使用过的信号线防