淺析TD基站的雷電防護(09.07.20)

1、淺析TD基站的雷電防護 目 錄 1. TD基站與GSM基站區(qū)別 2. 淺析TD基站的雷害原因 3. 淺談TD基站的雷電防護 1.TD基站與GSM基站區(qū)別 TD基站與GSM基站相比，室外新增了兩部分設(shè)備：（1）全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System,GPS）；（2）射頻遠端設(shè)備（radio remote unit,RRU）。 共同特點：（1）有源工作單元；（2）安裝在室外，也可能在天線塔桿上。 TD系統(tǒng)中的GPS和RRU是TD基站防雷考慮的一個新課題。 TD-SCDMA天饋系統(tǒng)示意圖 有關(guān)有關(guān)RRU的圖片的圖片2. 淺析TD基站的雷害原因2.1 TD基站的雷害情況 當前

2、要評估TD基站的防雷能力，為時尚早。一是歷時時間短，二是TD基站正在大量建設(shè)中，三是基站的分布有局限性，當前主要集中在雷電電磁環(huán)境不十分惡劣的城區(qū)。 目前在一些省公司，已經(jīng)有TD基站遭受雷害的案例，并進行分析和采取防范措施。總部網(wǎng)絡(luò)部也組織了有TD廠商參加的專題討論。2.2 TD基站雷害原因的初步分析基站雷害原因的初步分析 RRU與機房間通常采用光纜傳輸，RRU直流電源由機房提供，RRU系統(tǒng)中主要包括光纜和電源線，電源線的外面有屏蔽層，屏蔽層上部與RRU外殼相連，下部在入機房前接地（類似饋線的第三點接地）。RRU一般緊靠天線安裝在塔體（或抱桿）的上部，與塔體之間未采取絕緣措施，對塔體上方避雷針

3、接閃的雷電流而言，RRU外殼與塔體在電氣上是連通的。 由于電感影響，雷電流流經(jīng)塔體時，由上至下呈現(xiàn)很大的電位差。雷電流從避雷針流向大地路由及電流分配遵循歐姆定律原則，大部分電流經(jīng)塔身（包括引下線）入地，小部分電流經(jīng)RRU外殼、電源線的屏蔽層、設(shè)在機房內(nèi)的RRU供電設(shè)備進入大地，在此過電壓的沖擊下，有可能損壞該RRU電源設(shè)備。此外，雷電產(chǎn)生的高壓，也可能損壞RRU模塊。2.2 TD基站雷害原因的初步分析（續(xù)）圖中：ZI 天線桿（塔）的阻抗Z2 遠供電源線屏蔽層的阻抗Z3 遠供電源線的阻抗R1 RRU外殼和天線桿塔間的接觸電阻R2 RRU外殼和內(nèi)部模塊間的絕緣電阻I0 避雷針接閃時的雷電流I1 流

4、經(jīng)天線桿塔的雷電流I2 流經(jīng)遠供電源線屏蔽層的雷電流I3 流經(jīng)遠供電源線的雷電流U0 雷電流在天線桿（塔）上的電壓2.2 TD基站雷害原因的初步分析（續(xù)） 影響TD基站安全的因素： I3 （流經(jīng)遠供電源線的雷電流）過大，影響RRU模塊和機房內(nèi)遠供電源的安全。 I2 （流經(jīng)遠供電源線屏蔽層的雷電流）過大，造成雷電流對機房沖擊，使地電位迅速升高，在直流電源口產(chǎn)生雷電浪涌電流。3.淺談TD基站的雷電防護 概括TD基站的雷電防護，主要有兩種思路（方式）： 一是隔離，將RRU與有雷電流流過的天線桿（塔）隔離（絕緣），使RRU及連接至機房的線纜上沒有直擊雷的雷電流通過，也即前面“雷電流流經(jīng)途徑示意圖”中的

5、電阻R2、R2無限大，使雷電流I2、I3為零，其結(jié)果是雷電流不進入RRU模塊，也沒有雷電流通過RRU金屬外殼、電纜屏蔽層進入機房。保證了RRU和它的供電電源的安全。 二是等電位連接，是指以設(shè)備單元為考慮對象，在各端口用SPD將電源對“地”進行連接，這個“地”在機房入口處或機房內(nèi)，與2G基站的概念是一樣的，對RRU可能在天線桿塔的上部。此時，與隔離的方式不一樣， RRU與有雷電流流過的天線桿（塔）無須絕緣。3.淺談TD基站的雷電防護（續(xù)） 兩種雷電防護方式的比較： （1）隔離方式： 優(yōu)點：工程中一次性解決，徹底，并能消除雷電浪涌電流對機房的影響，提高了機房設(shè)備對雷電的防護能力，無維護（或少維護）

6、； 缺點：當前主要設(shè)合于使用天線桿（塔）高度較低的場合，在設(shè)備廠商配合后，有望得到徹底解決。 （2）等電位連接方式： 優(yōu)點：能解決當前使用天線桿（塔）高度較高的場合，無特殊施工要求； 缺點：SPD需廠商配合制作，需對SPD作周期性的檢查、測試，無法解決雷電流對機房的影響。關(guān)于隔離方式的說明關(guān)于隔離方式的說明雷電流在桿（塔）上壓降雷電流在桿（塔）上壓降U U的計算的計算 由于塔身有電感，即使不計塔身的電阻，雷電流將在塔身上產(chǎn)生電壓降。在鐵塔上，此壓降的幅度U可按下式估算： U=Ldi/dt+iR （1） 式中：L鐵塔塔身的電感，亨，塔身的電感可按其高度每米0,5微亨計算。 R 基站接地網(wǎng)的接地電

7、阻，歐。 i雷電流瞬時值，kA。 di/dt雷電流的變化率，可按di/dt =IL/2.6s進行計算，IL為雷電流的幅值。 式（1）未計及接地網(wǎng)的電感，只計算了鐵塔的電感。在雷擊時，在鐵塔上，每米塔高的電壓降為： Ldi/ dt = 0.510-6IL/2.610-6 =0.19 IL 如果雷電流幅值較大，如200kA，則塔身每米的電壓降為38kV/m，即使按對應(yīng)滾球半徑30m的雷電流5.4kA計，每米電壓降也有1kV/m。如果通信設(shè)備安裝在30m的平臺，接閃的雷電流是5.4kA時，此處鐵塔對接地網(wǎng)的電壓幅值就為30kV；如果接閃的雷電流是10.1kA時，此處的電壓幅值就將達57.6kV。接閃

8、的電流大，在平臺處的電壓也大。這個電壓將對鐵塔上的通信設(shè)備造成極大的危害，并有可能通過信號電纜竄入機房，對機房的設(shè)備造成危害。 （引自 梅忠恕. 通信基站防雷保護四要點 中國防雷 2008 No.3 ）3.1 GPS的雷電防護的雷電防護 RPS天線雷電防護宜采用隔離方式，GPS天線不宜安裝在鐵塔上。通常宜就近安裝于屋頂上，使GPS處于接閃器的防護區(qū)域內(nèi)，并滿足GPS上方信號傳輸?shù)膬艨找?。固定GPS時應(yīng)與外部防雷裝置（包括避雷針、避雷帶、引下線等）絕緣。如果條件限制須安裝在鐵塔上時，宜安裝在鐵塔下部，并與塔體絕緣。3.1 GPS的雷電防護（續(xù)）的雷電防護（續(xù)）3.2 RRU系統(tǒng)的雷電防護系統(tǒng)的

9、雷電防護（1）隔離方式： a）天線桿與外部防雷裝置分設(shè) 在滿足無線傳輸（覆蓋）條件下，將安裝有天線、RRU的天線桿（塔）安裝在附近建筑物或其他用途的外部防雷設(shè)施的保護下，即將天線桿（塔）處于LPZ0B區(qū)，類似電力變電站避雷針對變壓器的防護方式。 當安裝有天線和RRU鐵塔（或抱桿）上設(shè)有避雷針時，在條件允許的情況下，宜考慮另行安裝獨立的避雷針，使天線和RRU在該避雷針的防護下，并將天線鐵塔（或抱桿）上的避雷針拆除。新設(shè)避雷針的引下線應(yīng)另行單獨接入地網(wǎng)，入地點宜在遠離機房一側(cè)與地網(wǎng)相連。 3.2 TD-SCDMA系統(tǒng)的雷電防護（續(xù)）系統(tǒng)的雷電防護（續(xù)）（1 1）隔離方式）隔離方式（續(xù)）（續(xù)）b）天線桿與避雷針、引下線作電氣隔離；注：作為配合，也可在RRU模塊與金屬外殼間采用高壓絕緣措施，此時，給RRU供電線纜的屏蔽層在RRU端不再與外殼相連。3.2 TD-SCDMA系統(tǒng)的雷電防護（續(xù)）系統(tǒng)的雷電防護（續(xù)） （1 1）隔離方式）隔離方式（續(xù)）（續(xù)） b）天線桿與避雷針、引下線作電氣隔離（圖例）3.2 TD-SCDMA系統(tǒng)的雷電防護（續(xù)）系統(tǒng)的雷電防護（續(xù)）（2）等電位連接：3.2 TD-SCDMA系統(tǒng)的雷電防護（續(xù)）系統(tǒng)的雷電防護（續(xù)）（2）