线通信基站雷害防护原理与工程设计

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1、无线通信基站雷害防护原理与工程设计摘要：本文从雷击的产生出发，简介了基站引入雷害的主要途径，着重讨论了BTS防雷工程的主要措施,以及在移动通信基站工程建设中雷害防护的设计方法和基本参数，并列表说明了GSM基站防雷接地系统的构成。AnalysisofApplicationofLightningProtectionforBTSStationAbstract:LightningisthestrongestharmforBTS.Thispapergivesabriefintroductiontotheprinciplesoflightningprotectionandmakesadetaile

2、danalysisoftheapproachestoapplicationoflightningprotectionfortheBTS.Keywords:BTS,lightningprotection,groundingconnectiontechnology关键词：基站防雷接地0引言电闪雷鸣是一种自然现象，所释放出的巨大能量而造成的通信局所和站点中断，损坏通信设施，其破坏性和经济损失都是十分巨大和灾难性的；在通信行业竞争日益加剧的今天，雷击造成通信中断、系统瘫痪，以及使企业社会效益所蒙受的影响就更加难以估量。所幸的是，从1749年美国科学家Franlin研究雷电并发明避雷针至今，人类

3、对雷击破坏性的研究和探索，在采取预防措施方面，已经有了一套较成熟的理论，只要掌握规律，进行有效的设计，就能将雷电的危害性降到最低点。移动通信系统包含有无线设备：机房、站点、铁塔、天馈线等，且天馈线系统架设较高，很容易引入雷电。因此移动通信基站的雷害防护就显得尤为重要。1、移动通信基站引入雷害的主要途径以负雷云为例，由于电云负电的感应，使附近地面积累正电荷，地面与雷云之间形成强大的电场，当某处积累的电荷密度很大，激发的电场强度达到空气游离状态（空气击穿）的临界值时，雷云便开始向下梯级式放电，接近地面物体达到一定的距离时，地面物体在强电场作用下产生尖端放电，形成向雷云方向逐渐向上先导放电，

4、二者汇合形成雷电通路，异种电荷剧烈中和形成很大的雷电流并发出强烈的闪电和雷击。其雷害通常有以下几种表现形式：直击雷——带电的云层与大地、树木、建筑物或其它设施之间的放电，从而使雷电流在建筑物或设施上产生热效应作用和电动力作用；感应雷——在直击雷的放电过程中，雷电流产生静电感应和电磁感应作用，强大的脉冲电流在周围产生瞬时强磁场，对周围的导线或金属物产生电磁感应，感应电动势，本质上与雷电流陡度有关，感应出的高电压以致发生闪击的现象；雷电侵入波——雷电发生时，雷电流经架空线路或空中金属管道等金属物体产生冲击电压，随物体走向而迅速扩散，形成危害。在移动通信站点的防雷上，应有针对性地认识雷电成因

5、和危害，找出基站引入雷害的主要途径。1.1电力线或其它架空线引入雷害：移动通信系统的基站的架空缆线，为引入雷害的一个重要途径之一。一方面架空电力线路在靠近终端时，主要成分是水平电场；又根据静电理论，面电荷分布与曲率半径的关系为“”6，即表面突出曲率半径较小处，面电荷密度较大，所以出现在电场中的突出物体最易出现感应电荷的集中，使其周围电场强度显著增加，架空电力线路或其它架空线的突兀部分就会发生尖端放电而被雷电击中，将雷电侵袭的过电压引入基站机房，很可能烧毁基站主设备。另一方面，当发生雷击放电时，即使是对地放电，根据电磁场理论也会在架空电力线路上感应出较高的电压，从而对设备造成威胁，特别容

6、易引起基站交直流电源盘的损坏；同理，有其它架空线时也可能产生出类似的感应过电压。1.2基站铁塔和天馈线引入雷害：移动通信系统的基站天线一般架设在较高的铁塔上，当铁塔超过一定高度之后，受雷击的概率将显著增加，根据原CCITT《防雷手册》的资料，铁塔每年受雷击次数的计算式为：（次/年）其中ng——地面落雷密度；C——地形系数，山顶铁塔取0.1~0.3，周围为开阔地及陡坡时取0.3；否则取0.1；介于之间取0.2；非山顶铁塔取0.05~0.1，平地铁塔取0；H——塔所在位置与周围1Km范围内地平面之间平均差值；h——塔高；D——年平均雷暴日。当铁塔的避雷针受到直接雷击时，雷电流通过铁塔经其接

7、地装置散流入地会使地网地电位升高，如图1所示，A点对地电压，是铁塔电感，是雷电流，为铁塔对地电阻，假设=5×10-6H，=2Ω，雷电流=40KA，持续时间8μs，由此可得105KV，如此高的电压极可能将间空气击穿，此高电压向设备放电造成损坏。另一途径是如果天馈线为同轴电缆，在其内导体上会感应出较强的感应电流，整个同轴电缆上的感应电流为，如果有条同轴电缆从铁塔天线进入基站机房，则进入合分路单元CDU及收发信单元TRX的总感应电流为（如图2所示），