移動通信基站綜合防雷方案

1、移動通信基站綜合防雷工程設計方案河南雷誠防雷科技有限公司目 錄一、 設計說明11、 綜合防雷工程目的12、 依據(jù)13、 設計思想14、 設計方案1二、 雷誠公司簡介21、 一般簡介22、 產品的選型23、 移動通信基站防雷產品介紹3（1） ZGU-型優(yōu)化避雷針3（2） 天饋線避雷器4（3） 電源避雷器4（4） 非金屬接地模塊6（5） 接地模塊的埋設6（6） 用模塊做地網7三、 移動通信基站的聯(lián)合接地系統(tǒng) 81、術語82、接地的目的83、地網的組成84、 接地體115、 接地線和接地引入線116、 接地匯集線127、 接地電阻128、 移動基站接地地網接地電阻值的測量129、 移動基站防雷接地存

2、在的問題及可能造成的影響1310、充分理解規(guī)范、因地制宜實施防雷接地工程 1611、困難地網的改造 2412、接地體的布置 25四、 移動通信基站電源防雷系統(tǒng) 28一、 設計說明1、 綜合防雷工程的目的為了防止移動通信基站遭受雷害，確保移動通信基站內設備的安全和正常工作，確保構筑物、站內工作人員的安全，應對每個基站實施綜合防雷工程。凡實施了綜合防雷工程的基站，其防雷效果都較好，保證在雷雨季節(jié)正常通信起了重要作用。2、 依據(jù)GB50057-2000 建筑物防雷設計規(guī)范YD/T5098-2001 通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規(guī)范YD5068-98 移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范YD5078-

3、98 通信工程電源系統(tǒng)防雷技術規(guī)定YD/T1235.1-2002 通信局（站）低壓配點電系統(tǒng)電涌保護器的技術要求YD/T1235.2-2002 通信局（站）低壓配點電系統(tǒng)電涌保護器的測試方法IEC1312 雷電電磁脈沖的防護3、 設計思想移動通信基站綜合防雷工程的設計思想是應對每一個基站，樹立整體防護的概念，在聯(lián)合接地基礎上，進行綜合、多級雷電過電壓保護。4、 設計方案每個基站的鐵塔頂部安裝一臺ZGU-5A2優(yōu)化避雷器，保護通信天線；每根天饋線在機房入口處，安裝一個相應的天饋避雷器，保護收/發(fā)機的天饋線接口。220/380V供電線路應從地下敷設進入基站，進站后應安裝2-3級電源雷電過電壓保護裝

4、置電源避雷器，保護供電線路的雷電安全：直流電源安裝一級低壓電源避雷器。信號電纜應由地下進出移動通信基站，電纜內芯線在進站處應加裝相應的信號避雷器。移動通信基站應按均壓、等電位的原理，將工作地、保護地和防雷地組成一個聯(lián)合接地網。站內各類接地線應從接地匯集線或地網上分別引入。中光公司的非金屬接地模塊，在地電阻率較高難以達到接地電阻要求的基站，用來改造地網效果較好。二、公司簡介1、 公司簡介(略)2、 用于移動通信基站防雷產品介紹（1） 中光優(yōu)化避雷針ZGU-富蘭克林避雷針稱為傳統(tǒng)避雷針，它在接閃后，其引下線的雷電流大，雷電脈沖的前沿陡度高，它的二次雷擊效應嚴重，地電位高，會對現(xiàn)代信息系統(tǒng)電子設備產

5、生較為嚴重的破壞和影響，隨著社會的發(fā)展，信息時代的到來和實踐的不斷深化，它的局限性也越顯露了出來。中光優(yōu)化避雷針采用氣隙箝位、阻抗限流等綜合技術，明顯地改變了雷電流的放電過程。雷電波形展寬、波頭平緩、幅值降低，其衰減倍率K33，從而有效地抑制、削弱地電位反擊和二次雷擊效應造成的危害，克服了傳統(tǒng)避雷針的局限性和主要弊病。該產品的特點：具有傳統(tǒng)避雷針的承接雷電和疏導入地的特長，又能使入地雷電流的幅度和波頭陡度同時降低，使雷擊危害減到最小。產品的雷電通流大，衰減倍率高，造型美觀，具有裝飾性。移動基站用它來保護通信天線，作為直擊雷防護的接閃器是較為理想的產品。移動通信基站有城市基站、平原基站和山上基站

6、，其通信天線都有鐵塔支撐，天線所處位置較高，因此，一般保護天線的接閃器選用ZGU-5A2。其通流量為200kA，衰減倍率K33，幅值衰減80%，高度為3m，重量42kg，抗風強度40m/s。如基站處于平原地區(qū)，而且是租用民房建成的基站，基站鐵塔在20m以下時，可選用ZGU-3A2（X）。其通流量為200kA，衰減倍率K25，幅值衰減60%，高度為2m，重量20kg，抗風強度40m/s。（2） 天饋線避雷器移動通信基站的天線多，其天饋系統(tǒng)安裝在高樓頂部或高架鐵塔上，電子設備遭雷擊的機率很大，采用中光天饋避雷器可以防止系統(tǒng)收、發(fā)設備被雷擊造成損壞。中光天饋避雷器采用“波道分流技術”，用集中或分布參

7、數(shù)元件構成的高低通濾波器組合網絡，能將雷電沖擊波和有用的通信信號截然分開。改變了傳統(tǒng)的空氣隙、氣放管、氧化鋅壓敏電阻及它們的組合避雷器的響應時間長，通流量低，噪聲干擾大的局限性。天饋系列產品的特點；工作頻率范圍寬；防雷響應時間短；產品品種規(guī)格多；承受信號功率強；雷電通流容量大；應用范圍廣；駐波損耗??；輸出保護電壓低；性能穩(wěn)定壽命長；安裝方便。若基站是用愛立信、諾基亞產品，其天饋線避雷器可用中光ZGB040E1或ZGB040E2，該避雷器的工作頻率范圍850-960MHz、接頭L29、阻抗50、平均功率300W、駐波系數(shù)1.12、插入損耗0.2，與設備串接。若是摩托羅拉產品，其天饋線避雷器可用中

8、光ZGB040B5，該避雷器的工作頻率范圍850-960MHz、接頭N型、阻抗50、平均功率150W、駐波系數(shù)1.12、插入損耗0.2，與設備天饋線串接。（3） 電源避雷器中光220/380V系列電源避雷器選用性能優(yōu)良質量可靠的壓敏電阻。當線路正常時，壓敏電阻處于高阻狀態(tài)，不影響供電線路正常工作。當線路中由于雷擊或操作過電壓而引起最大峰值電流或高能量脈沖時，壓敏電阻以納秒級的響應速度呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，迅速將過電壓限制在很低的防護水平。當高能量脈沖過后，壓敏電阻恢復高阻態(tài)，系統(tǒng)的續(xù)流值為零。中光電源避雷器的特點；標稱放電電流（8/20s）100kA；限制電壓低；響應速度快（2D，夾角 =2930。電

9、流極和電壓極應可靠接地，如果接地不良，甚至晃動而致與土壤形成空氣間隙，則可能導致較大的誤差。兩種測試方法具體如圖1、圖2所示。電流極電壓極 d12D d13電流極電壓極d12圖1 接地地阻值直線測量法(2930) Dd13 圖2 接地地阻值三角測量法9 移動基站防雷接地存在的問題及可能造成的影響1) 由于基站通信的電波傳播為直線傳播，因此要求基站建在較高的地方，相對周圍環(huán)境而言，形成一個十分突出的目標，從而導致基站易遭受雷擊，因此損壞通信設備，中斷通信的事故時有發(fā)生，尤其雷暴日高的地區(qū)更為嚴重，有的基站直接經濟損失幾十甚至上百萬元。根據(jù)實地調查，各地的防雷接地通常存在以下問題：（1） 強、弱地

10、線串用a. 鐵塔避雷針接地線與機房接地匯集線共用一根接地引入線與地網相連（見圖3）。當鐵塔避雷針遭受雷擊時，大量的瞬間雷電流就會沿著鐵塔接地線進入到機房設備中，造成設備因雷擊過電壓而損壞。b. 鐵塔避雷針接地線與機房接地匯集線雖然經各自的接地引入線與地網連通。但兩根接地引入線在地網上的入地點相同，沒有拉開5米以上的距離（見圖4）?？赡墚a生的影響是當鐵塔避雷針遭受雷擊時，大量的瞬間雷電流沿著接地引入線泄放到地網時，入地點的電位驟然上升，機房通信設備因地電壓的高位反擊而損壞。c. 天饋線的第一或第三外屏蔽接地線接到了機房內的接地匯集線上（見圖5）。此時天饋線上感應過電壓也會損壞機房內的設備。避雷針

11、接地線針刺避雷帶 機房設備匯集線接地引入線 與地網機房 焊接處 圖3 避雷針接地線針刺避雷帶 接地引入線 機房設備匯集線、 機房 與地網 焊接處 圖4 天饋線第一或第三屏蔽接地線針刺避雷帶 接地引入線機房設備匯集線 機房 與地網 焊接處 圖5 d. 有的基站機房內通信設備保護接地不規(guī)范，直接與屋頂女兒墻上的避e. 有的基站機房內通信設備保護接地不規(guī)范，直接與屋頂女兒墻上的避雷帶相連，其后果與a相同，并且接地電阻太大。（2） 接地不完善a. 天饋線進入機房前其外屏蔽層沒有接地；b. 天線鐵塔接地和機房接地沒有形成聯(lián)合接地，兩者之間存在地電位差，易造成地電位反擊損壞機房設備；c. 有的基站鐵塔接地

12、不規(guī)范，只用一根扁鐵從鐵塔一個角與機房建筑搭在一起，而且與地網之間電氣也沒連通；d. 有的基站機房屋頂上所有金屬突出物沒有和女兒墻上避雷帶電氣連通；e. 有的基站鐵塔高為70米，天饋線中段屏蔽層和在機房入口處的外屏蔽層都沒有接地。（3） 有的接地引線和螺絲擰在一起，而且螺絲已生銹，造成接地不可靠沒有達到接地的要求；（4） 有的基站鐵塔上避雷針尺寸不符合規(guī)范要求，應嚴格按照滾球法計算其尺寸。2) 上述情況均不符合防雷要求，會在雷擊中引起損失。當基站遭受雷擊時，可能對基站造成危害的主要部位有：（1） 基站收發(fā)信機的饋線入口；（2） 基站收發(fā)信機的電源入口；（3） 基站所有電源設備將會受到危害；（4

13、） 中繼傳輸設備和通信電纜接口；（5） 有線中繼線路。10 充分理解規(guī)范，因地制宜實施防雷接地工程 由于各基站的環(huán)境和建設方式不同，所以對基站防雷接地不能一概而論，應根據(jù)具體情況采取防雷與接地措施，將基站接地系統(tǒng)按照均壓等電位的原理進行設計和改造，即通信設備的工作地、保護地、防雷地、建筑地合用一組接地體的聯(lián)合接地方式，將接地線和接地引入線按照“共地不共線，一點接地法”的原則進行合理布線。根據(jù)不同情況，具體分析如下：1) 樓頂建鐵塔，機房所在建筑物女兒墻上有避雷帶，市電引入機房(1)由于移動基站租用商品房或民房情況較普遍，此種情況占到全部基站的60-70%。首先在樓頂鐵塔的基腳處南北或東西方向置

14、180兩處與樓頂避雷帶相連，連接材料為404mm鍍鋅扁鋼，利用建筑主鋼筋多處泄放雷電流，并在樓下合適的位置建一地網，地網建成以后利用扁鋼與建筑主鋼筋兩處焊接組成聯(lián)合地網，從地網相距5m以上的位置抽兩個頭引出地面1.5m處做斷接點，分別作為避雷針、機房工作保護接地引入線的接地點，機房內設置設備工作保護接地匯集線，其接地引入線接機房工作保護接地點；雷電流引下線下端接避雷針接地點，上端在樓頂與樓頂接地匯集線相連。接地引入線采用404mm鍍鋅扁鋼或95mm2多股銅芯線。 鐵塔上避雷針接地線，基站同軸電纜饋線的金屬外屏蔽層的上部、下部接地線均與樓頂接地匯集線相連，同軸電纜饋線的金屬外屏蔽層的下部接地也可

15、就近與鐵塔中部相連。外屏蔽在機房入口處的接地與機房工作保護接地點引出的接地線妥善連通，接地線材料可采用35mm2銅芯線。 同軸電纜線進入機房后與通信設備連接處安裝饋線避雷器，饋線避雷器接地端子接到室外入口處饋線屏蔽接地線上，接地線為6mm2銅芯線。 機房內的交流配電箱處應三相五線或單相三線，其中的PE線接配電箱及電源避雷器。 機房內-24V直流避雷器的接地線接機房工作保護接地匯集線。 機房內設備的工作接地、保護接地及走線架共用一個室內接地匯集線。如圖6所示。避雷針接地線樓頂接地匯集線饋線金屬外護層的上部、下部接地線避雷帶 404mm鍍鋅扁鋼接饋線避雷器接地端子及饋線金屬外護層在機房入口處的接地

16、接地引上線設備工作保護接地引入線避雷針接地點機房工作保護接地點（斷接卡）404mm鍍鋅扁鋼與建筑主鋼筋焊接 404mm鍍鋅扁鋼此 聯(lián)合地網ZGD-I-3非金屬接地模塊50505mm鍍鋅角鋼圖6（2）對于利用商品房作機房的移動通信基站。 此建筑有防雷接地網或其他專用地網（如廣播電視系統(tǒng)接地網或固定接入網的接地網），應就近再設一組地網，三者相互在地下焊接連通，有困難時也可在地網上可見部分焊接成一體作為機房地，其它方面與（1）相同，如圖7所示。如原專用地網與基站新建地網邊緣相距20米以上，并且連接有困難，可以不作連接處理。避雷針接地線樓頂接地匯集線饋線金屬外護層的上部、下部接地線避雷帶 404鍍鋅扁

17、鋼接饋線避雷器接地端子及饋線金屬外護層在機房入口處的接地接地引上線設備工作保護接地引入線機房工作保護接地點（斷接卡）避雷針接地點404mm鍍鋅扁鋼與建筑主鋼筋焊接 此 聯(lián)合地網其他專用地網ZGD-I-3非金屬接地模塊404mm鍍鋅扁鋼50505mm鍍鋅角鋼圖7（3）對于鐵塔建在機房所在建筑頂端，樓頂女兒墻上沒有避雷帶（此種情況只占極少數(shù)）。 應在鐵塔基腳兩處成180引接地線與地網環(huán)形接地裝置相連，使鐵塔多處泄放雷電流，連接材料可采用404mm熱鍍鋅扁鋼或12圓鋼。 如在樓下設置環(huán)形接地裝置有困難，可在鐵塔接地線的入地點分別建簡易地網，地網地阻值應10，并使其中一個簡易地網與機房地網相連，其他情

18、況與（1）同，具體如圖8、圖9所示。避雷針接地線樓頂接地匯集線饋線金屬外護層的上部、下部接地線鐵塔接地線 接饋線避雷器接地端子及饋線金屬外護層在機房入口處的接地接地引上線設備工作保護接地引入線避雷針接地點環(huán)型接地裝置機房工作保護接地點（斷接卡 50505mm鍍鋅角鋼此 聯(lián)合地網圖8避雷針接地線樓頂接地匯集線饋線金屬外護層的上部、下部接地線鐵塔接地引下線 接饋線避雷器接地端子及饋線金屬外護層在機房入口處的接地接地引上線設備工作保護接地引入線避雷針接地點機房工作保護接地點（斷接卡）簡易地網404mm鍍鋅扁鋼與建筑主鋼筋焊接 此 50505mm鍍鋅角鋼聯(lián)合地網圖92) 獨立鐵塔（1） 由于租用的民房

19、本身只有一層，而其房頂不宜建鐵塔，將鐵塔建在附近山坡上，而鐵塔與機房相距一定的距離。 此時，鐵塔地網應延伸到塔基四腳1.5m遠的范圍，網格尺寸不應大于3m3m，其周邊為封閉式，同時還要利用塔基地樁內兩根以上主鋼筋作為鐵塔地網的垂直接地體，鐵塔地網與地網之間應每隔35m相互焊接連通一次，連接點不應不少于兩點。鐵塔避雷針接地，饋線金屬外層的上部、下部接地就近接入鐵塔地網，饋線金屬外護層在入機房前處的接地線與機房地網相連，而天饋避雷器接地線就近與入機房前饋線金屬外護層接地線相連，其他部分與樓頂塔（1）相同，具體見示意圖10。接天饋線金屬外護層進機房前接地線和天饋避雷器接地線避雷帶優(yōu)化避雷針接地線天饋

20、線金屬外護層的上部、下部接地線設備工作保護接地引入線 聯(lián)合地網避雷針接地點機房ZGD-I-3非金屬接地模塊鐵塔地網網機房地網機房地網與建筑主鋼筋相連 圖10（2） 通信鐵塔位于機房建筑旁。 鐵塔尚應與建筑物避雷帶就近兩處以上連接，其他部分與上同，具體見示意圖。3) 沒有設鐵塔的移動基站 由于機房所在建筑物本身具有相當?shù)母叨?，周圍沒有其他高大建筑物，而且所需覆蓋的范圍有限或建此基站的初衷是為增加信道，所以將天線面包板架設在建筑物四周的女兒墻上。 利用安放在樓頂平臺中央位置的優(yōu)化避雷針防止直接雷擊，避雷針的基座應與樓頂避雷帶就近不少于兩處焊接連通，避雷針接地線、饋線金屬外護層的上部、下部接地線與樓

21、頂接地匯集線相連。其它部分與樓頂塔（1）相同，如圖11。避雷針接地線樓頂接地匯集線天饋線金屬外護層上部接地線避雷帶404鍍鋅扁鋼 接饋線避雷器接地端子及饋線金屬外護層在機房入口處的接地接地引上線設備工作保護接地引入線機房工作保護接地點（斷接卡）避雷針接地點 404mm鍍鋅扁鋼此 聯(lián)合地網ZGD-I-3非金屬接地模塊50505mm鍍鋅角鋼圖1111 困難地網的改造為了增大移動基站覆蓋范圍，往往將基站建在高山上，而有些山區(qū)的土質很差，土壤電阻率極高，要想將地網地電阻控制在5以內，相當困難，當?shù)鼐W的接地電阻值達不到要求時，可采用以下方法進行地網改造。1) 在地網外圍增設1圈或2圈環(huán)形接地裝置，以增大

22、接地網的面積。對于復合式接地網的工頻接地電阻的計算式R約為R0.5（/S），其中為土壤電阻率（.m），S為接地網的面積，從此公式中可以看出，在相同大地電阻率的條件下，要使地網接地電阻減小，就要增加地網的面積，表1列出了在不同土壤電阻率時保持R為5時的地網面積。表1R0.5（/S）=5時(.m)10020040080010001600S(m2)1004001600640010000256002) 由表1可知，在土壤電阻率很高的山區(qū)，僅僅依靠擴大接地網的面積很難達到所要求電阻（增加垂直接地體的長度對地網電阻率影響很?。┑那闆r下，應采取引外接地方法。即移動基站設在高電阻率地山上，如附近有可資利用的導

23、電良好的土壤及低電阻率地層（河流及其它）時，采用延伸接地體作為移動基站本身地網的輔助接地網；引外接地的極限長度應小于2（為土壤電阻率），根據(jù)此公式計算不同土壤電阻率的引外接地的極限長度見表2。土壤電阻率(.m)1002004008001600引外接地長度(m)2028.34056.780表2 土壤電阻率不同時，此外接地的極限長度3) 在電阻率較高的地區(qū)，可在移動基站的邊緣大膽使用非金屬接地體，以擴大地網的等效半徑及面積，最終達到降阻的目的。12 接地體的布置由于雷電流相當于高頻電流，除接地體的電阻和電導外，接地體的電感和電容對沖擊阻抗發(fā)生作用。而在沖擊電流的作用下，沖擊等效半徑要比接地網面積的

24、等值半徑小得多，即在沖擊電流的情況下，僅僅利用接地網很小的一塊面積。在有限的沖擊半徑內如何有效地利用所埋設的接地體，使雷電流幾乎同時地到達各個接地體，成為接地體布置的關鍵問題，以下給出幾種布置接地體的方法以供參考。（1） 條形接地引入線接地體符合IEC1024A型地網（2） 弧形（輻射狀）：接地體接地引入線水平接地體（4）環(huán)形垂直接地體水平環(huán)形接地體（2）、（3）、（4），符合IEC1024B型地網四 移動通信基站電源防雷系統(tǒng)通信局（站）的電源是整個設備正常工作的能源保證，因此，電源系統(tǒng)的防雷保護措施是相當關鍵和必要的環(huán)節(jié)。首先，通信局（站）的供電體制應采用TN-S（三相五線）制。由于局（站）

25、內供電大多采用交流市電主供電、油機及電瓶作輔助供電的方式，因此，電源防雷首先要從外部輸電線路開始。參照YD5078-98通信工程電源系統(tǒng)防雷技術規(guī)定的條款5通信電源系統(tǒng)防雷措施中的條款5.1電力線路防雷措施，首先需在電力線路上方架設避雷線，并在避雷線（除終端桿處）每桿作一次接地，或在電力線路終端桿及其前第一、第三或第二、第四桿增設避雷器，同時在第三桿或第四桿增設高壓保險絲，然后電力電纜或工頻低壓配電線應選用帶金屬鎧裝層或其他護套電纜穿鋼管埋地引入局（站），其中電力變壓器高，低壓側均應各裝一組避雷器。根據(jù)條款3.0.1，綜合通信局（站）的電源系統(tǒng)如圖1所示：市電油機轉換屏低壓配電屏交流配電屏通信

26、設備)直流配電屏整流器 D E E 變電站器) B C _ 通訊機房用空調不間斷電源設備 A D市電 C D 油機發(fā)電機圖1 綜合通信局（站）電源系統(tǒng)示意圖注：A、B、C、D、E即為避雷器安裝位置。其中，根據(jù)設備安裝地點條件和額定工作電壓的不同，參照條款4.0.2，通信工程電源系統(tǒng)設備按耐雷電沖擊指標可分為5類，如圖2所示：通信設備機架電源直流配電屏整流器發(fā)電機備用 DC/DC變換器 市電油機轉換屏交 穩(wěn)流 壓調 器壓變壓器 交流配電屏 DC/AC逆變器市電 交流不間斷電源 機架電源 低壓配電屏 通信設備 5類 4類 3類 2類 1類 圖2 通信工程電源系統(tǒng)設備的分類參照條款4.0.3及IEC

27、1312-1.2.3雷電電磁脈沖及其防護通信工程電源系統(tǒng)耐雷電沖擊指標如表1所示。表1 通信工程電源系統(tǒng)耐雷電沖擊指標類別設備名稱額定電壓（V）混合雷電沖擊波模擬雷電壓沖擊波電壓峰值（kV）（1.2/50s）模擬雷電壓沖擊波電壓峰值（kV）（8/20s）5電力變壓器10000752066006020交流穩(wěn)壓器220/380634市電油機轉換屏220/38042交流配電屏低壓配電屏備用發(fā)電機3整流器220/3802.51.25交流不間斷電源(UPS）2直流配電屏直流24V，-48V或-60V1.50.75類別設備名稱額定電壓（V）混合雷電沖擊波模擬雷電壓沖擊波電壓峰值（kV）（1.2/50s）模擬雷電壓沖擊波電壓峰值（kV）（8/20s）1通信設備機架電源交流入口（由不間斷電源供電）220/3800.50.25DC/AC逆變器直流24V，-48V，-60VDC/DC變換器通信設備機架直流電源入口由表1可知電源系統(tǒng)的保護應分5級，根據(jù)相應設備的耐壓情況來選擇避雷器的參數(shù)，下面就每級設備作具體闡述：5類設備：在交流穩(wěn)壓器的輸入端采用ZGSD160-JY、ZGDD160-JY作為前級大電流泄放設備，詳細參數(shù)見下表：型 號工作電壓（V）標稱放電電流（kA）8/20s最大持續(xù)