移动通信基站的防雷技术研究

赵文哲

（内蒙古自治区赤峰市气象局，内蒙古 赤峰 025000）

0 引 言

在过去的10年中，无线行业发展迅速，通信网络遍布全国，移动基站的正常运行是顺利进行移动通信的保证。本文结合过去移动通信基站遭到雷击的特性分析，首先给出了雷击的类型和其危害特点，其次简要介绍了用于通信基站的基本设施，再次分析了移动基站遭受到雷击的主要原因，最后详细讨论了移动通信基站防雷的技术方法[1,2]。从中给出了移动通信基站的准确内外部防雷技术，其中外部防雷包括直击雷防护、防雷接地技术以及通信线缆雷电防护等，内部防雷包括等电位连接、通信基站的屏蔽方法以及供电系统的防雷方法[3]。

1 移动基站基本设备

移动通信在中国发展十分迅速，自1987年以来，中国的移动互联网市场迅速增长，GSM网络建设以人们所没有想到的速度迅速扩张，实现了国内外全面国际漫游[4]。21世纪初，中国在移动通信领域的科学研究与设备生产方面取得了长足进步，也正因为这样，移动通信基站的防雷安全变得十分重要。

移动通信基站是移动通信网络的基础，它包括模拟移动电话网基站、数字移动电话网基站、集群通信基站、无线寻呼基站及其他无线通信站。通信基站一般分为传输系统、动力系统、动环监控系统以及天馈系统等几个系统，其中的设备包括SDH设备、光缆、电缆、蓄电池、BTS主设备、交流柜、开关电源柜、BTS设备柜、综合架、电池组以及其他辅助设备等。

2 雷电形式及对移动通信基站的危害

2.1 直击雷

带电的云团和地面目标之间的剧烈放电过程被称为直击雷。随着携带着电荷的云团接近地面时，地面上突出的目标会感应出不同种的电荷。当电场强度达到25～30 kV/cm时，空中带电的云团将向地面释放大量电能，而这个过程也被称为先导放电。先导放电不是以直线形式发生的，而是一个跳跃的过程，一旦通信基站被雷击并且没有安装合格的避雷装置，那么基站就会遭到十分严重的破环[5]。

2.2 感应雷

当雷击产生时会释放大量的能量，并在电源和数据传输线以及金属管道上感应产生过电压，这被称为感应雷。在带电的云团释放出的闪电击中其他物体之后，架空线中的导线或者导电物体突起顶部中的电荷失去了约束，就会以高压电能冲击波的形式沿导线或导电物体极快地扩散。当在具有防雷装置的建筑物中被雷击时，高能电流会通过防雷通道释放到地面，从而产生强大的瞬变磁场，并释放出具有巨大能量的电磁脉冲，对通信设备具有十分严重的危害性[6]。

2.3 雷电波侵入

雷电波的侵入是指雷电对架空导线或金属管道的入侵，雷电波可以沿着这些导电线路进入房屋，这是由沿着电缆或管道朝着的两个方向快速扩散的过点压波[6]。当传输电缆或者金属导管连接的通信设备被雷电波入侵后，雷电波会在此过程中产生瞬变磁场，在一定的范围内对通信设备产生电磁作用[7]。

3 基站防雷常存在的问题

一是通信天线与避雷针之间的距离不够。通信塔的避雷针和天线之间的相距过近，没有一个适当的安全距离，当避雷针接收到闪电时，天线也会接受到电磁力，从而导致通信设备连接装置被损坏[8]。二是接地电阻不标准。接地电阻较大且不能符合标准，无法完全将雷电引入到地面。三是天线不符合规格。部分通信基站的铁塔过高，天线未接地或天线和通信端口没有安装浪涌保护器[9]。

4 基站综合防雷技术方案

4.1 外部防雷

4.1.1 直击雷防护

在中国大多数移动通信基站中，主要有两种完成通信基站铁塔安装的方法。第一种是将塔架移至基站侧面，第二种是将塔架移至基站建筑物的上方，要求在移动通信基站的正常工作状态期间，没有人可以接触铁塔，以防止由人为因素致使防雷装置受到损坏。这种方法可以确保每个防雷设备在移动通信基站中都能发挥最大作用，并确保移动通信基站在雷电和雷雨天气中可以安全使用[10]。

4.1.2 防雷接地技术

接地是为防范雷击灾害的重要防控技术，能十分有效将雷击的电能引导入地，从而减弱引线上的电压。我国规定移动基站的地阻值必须要低于5 Ω以下，对于一些高土壤电阻率的地区来说，防雷接地技术中的控制接地电阻率的措施主要有4种。一是采取多支线的外引接地设备，外引的长度保证不超过有效长度，二是接地体要埋到深度较大的低电阻率土壤之中，三是采取降阻剂，四是进行换土操作[11]。

4.1.3 通信线缆雷电防护

基站通信电缆一般会分为埋地电缆和架空线缆，被雷击的电缆一般会出现直击、地电位反击以及感应过电压3种情况。其中最为容易遭受到雷击的电缆是在偏远山区与海岛埋设于地面中的电缆，这种情况下，在确定电缆埋设的位置时应尽可能沿平坦的地区埋设电缆[12]。在设计埋设电缆的区域时，周边不应有孤立且突出的其他建筑物，而且最好沿电阻率较小的区域埋设。

4.2 内部防雷

4.2.1 等电位连接措施

等电位连接是电感式雷电防护的重要措施，成本较低，但防雷效果明显。由于感应雷和雷电波的入侵以及地电位反击会损害基站计算机室中的通信设备，因此基站计算机室必须等电位连接[13]。一般情况下，通信基站电脑室中的等电位分为两种，一种是稳态等电位，另一种是瞬态等电位，两者有各自独特的优点。只有在通信基站中将这两种等电位的连接做好，基站中的设备才能有效地抵抗电磁干扰和感应过电压等雷击灾害中造成的破坏。

4.2.2 移动通信基站屏蔽

基站的移动通信屏蔽是在两个空间区域之间布置金属隔离层，这样可以有效控制两个区域之间的电场以及磁场和电磁波产生的感应与辐射。屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，其中外部屏蔽将线路铺设在适当的路径中。对于雷电产生的电磁波，屏蔽是最有效的保护措施[14]。

4.2.3 供电系统的防雷电波入侵

电源供应系统是移动基站的“心脏”，也是基站防雷的工作中最为重要的一环[15]。一旦基站的电源系统损坏，其他通信设备将失去电力供应而无法正常工作。同时，突然断电还会影响电子设备的磨损程度，从而减短设备的使用寿命。严重情况下，设备还会直接受到不可逆转的损毁，如果没有及时有效的维护，那么很容易出现大范围的通信中断和不可弥补的损失。

5 结 论

很多通信基站所处在的区域相对来说地形较为复杂的同时，气候也较为恶劣，一旦遭受到雷击灾害难以在很短的时间内得到及时且妥善的处理。而且基站塔普遍要高于地面，遭到雷击的可能性很高，基站机房中的设备也更容易因为受到雷击而损坏，所以对通信基站对防雷技术和设备的要求很高。因此研究基站防雷技术是确保网络和设备安全性的关键的一环。为确保通信基站防雷工作的顺利开展，必须不断总结经验，提高基站防雷技术水平和综合防雷能力。