移动通信基站的防雷与接地.doc
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1、技术交流 设为首页 加入收藏 联络我们 首 页 | 学会动态 | 原则规范 | 技术交流 | 文献出版 | 防雷检测 | 品牌推荐 您好!欢迎来到中国质量协会防雷电分会网!今天是:4月27日 星期五 学会简介 学会章程 组织机构 联络我们 中国移动 中国电信 中国铁通 中国人民银行 华为技术有限企业 艾默生网络能源有限企业 ABB(中国)有限企业 关键期刊 首页技术交流有关文章 移动通信基站防雷与接地 信息产业部邮电设计院 刘吉克 郑州互助路 1 号 邮编 450007 摘要 信息产业部邮电设计院对全国 10 几种省份移动通信基站遭雷击状况记录成果表明 , 基站收发信机几乎没有一起因遭受直击雷
2、损坏事例,雷击导致通信设备损坏事故 95% 是雷电过电压引起,因此对移动通信基站雷电过电压保护就更为重要。本文从移动通信基站事故分析作引导,着重论述移动通信基站防雷问题。 关键词 移动通信基站 防雷 接地 雷击概率 雷电过电压保护 接地体 对于每一种通信局(站)采用统一防雷措施既不经济、又不合适,一般而言,建在山上及郊外孤立站与地处雷暴强度较强、雷暴日较多通信局(站)雷击事故概率较大,其应比那些雷击事故概率小采用更为有力防雷保护措施。此外移动通信基站雷电过电压保护,各级防护器件是相辅相成,互相影响,此时用以局部防护过电压器件不能有效发挥其防护性能,将影响移动通信基站整体防护。此外尚有一种重要原
3、则,移动通信基站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朴接地或者单一雷电过电压保护器件应用,而是根据移动通信基站所处详细位置、环境原因、所在地区雷暴强度及雷暴日大小、来确定基站雷电保护措施和措施。 1 某些省市移动通信基站雷击记录分析 信息产业部邮电设计院对全国 10 几种省移动通信基站遭雷击状况记录,为了便于阐明移动通信基站雷害状况,本文仅对雷暴日较多福建、湖南、浙江省移动通信基站记录成果进行分析,选择这几种省移动通信基站为调查目,有一种很重要原因,这就是福建、湖南、浙江省都是雷暴日较多地区(年雷暴日为 70 以上)。且几乎都没有使用非常规避雷装置(如
4、消雷器、优化避雷针)作为防直击雷方式,这样根据雷击通信设备事故分析,就可以阐明对于移动通信基站雷电防护究竟采用什么措施更为有效。 1.1 湖南省移动通信局雷击状况记录 根据所记录到湖南省移动通信局 281 个站,自 1992 年开通以来,共发生了 24 次雷击事故,其中: - 雷击使天线输出变化、参数变化,换天线一根(根据该局人员分析,雷击原因是:“移动通信天线与避雷针等高,天线不在避雷针保护范围内,雷击导致天线参数变化”,但从天线自身看,没有任何雷击迹象),尚若该事故是雷击导致,雷击是属于防雷设计问题。占雷击事故总数 4% ; - 电源系统、电源设备损坏 14 次,占雷击事故总数 56% ,
5、雷击损坏设备有:稳压器、交流配电屏、空调等; - 由中继电路导致事故 10 次,占雷击总数 40% ,雷击损坏光端机接口; PCM 板;互换机顾客板; W2464Z 线路支架; MAX8099 板。 1.2 福建省移动通信基站雷击状况记录 根据所记录福建省移动通信局 19 个基站,在 92 年开通以来,共发生 11 次雷击(其中既击坏电源,又击坏 PCM 电路两次),其中: - 电源系统、电源设备损坏 3 次,占雷击事故总数 27.3% (占记录总数 15.8% ),雷击损坏设备有:电源模块、微波设备室外机电源; - 由中继电路导致事故 9 次,占雷击总数 81.8% (占记录总数 47.36
6、% ),雷击损坏 2Mb 接口; PCM 板;话路盘。 1.3 浙江省移动通信基站雷击状况记录 根据所记录浙江省移动通信局 93 年开通以来遭受雷击 49 个基站,其中: - 电源系统、电源设备损坏 3 次,占雷击事故总数 28.8% ,雷击损坏设备有:电源模块、微波设备室外机电源; - 由中继电路导致事故 35 次,占雷击总数 67.2% ,雷击损坏 2Mb 接口; PCM 板;话路盘。 - 信道、功放电路雷击事故两次(事故原因待分析)。 1.4 湖南、福建、浙江移动通信基站雷击归一化记录成果分析 为了更清晰分析移动通信基站雷击概率,我们将湖南、江西、福建移动通信基站 1990 1997 年
7、雷击事故概率进行归一化处理,归一化雷击概率由下式表达: 雷击次数 归一化雷击概率 =- 100% 总站数年 1.4.1 湖南省移动通信局: 雷击电源系统归一化概率 : 0.83% ; 雷击中继电路归一化概率: 0.59% 雷击其他电路归一化概率: 0.06% 。 1.4.2 福建省移动通信局: 雷击电源系统归一化概率 : 2.63% ; 雷击中继电路归一化概率: 7.9% 。 1.4.3 浙江省移动通信局: 雷击电源系统归一化概率 : 1.22% ; 雷击中继电路归一化概率: 14.3% ; 雷击其他电路归一化概率: 0.81% 。 雷击导致移动通信基站事故,被损坏设备基本上是感应雷引起电力线
8、、电源设备、与外界有线缆联络信号电路及接口设备。按防雷接地原则施工移动通信基站,通过防雷接地、过电压保护综合治理,此时由直击雷导致通信设备损坏事故仅是一种小概率事件,此外从湖南、福建微波站 * 与湖南、福建移动通信局雷击记录成果可以看出一种问题:同一省份移动通信基站雷击概率远不不小于微波站雷击概率,这重要是由于;移动通信基站大都建在都市,微波站建在市郊及山上站为多缘故所致。由于雷击导致移动通信基站通信设备损坏事故 95% 是雷电过电压引起,因此对移动通信基站雷电过电压保护就更为重要。 * 2 移动通信基站雷击概率与接地电阻、年雷暴日等原因之间关系 由于移动通信基站蜂窝网覆盖区基站分布在都市密度
9、远高于郊县,现阶段山区基站更在少数,因此导致雷击基站毕竟是小概率事件,虽然中国在世界上属于雷击日最多地区,不过不要忽视中国国土版图广阔,地区之间雷暴日不均匀性这一不争事实,中国既有雷暴日超过 100 天海南省,又有雷暴日不超过 30 天广大地区及雷暴日 10 天左右新疆和内蒙,对于每一种通信局(站)采用统一防雷模式措施,必然导致很大挥霍,有关规范编制并未考虑这一重要原因,工程技术人员对此应有一种清晰认识。 从通信局(站)接地电阻这一局(站)防雷重要参数讲,假如要在大地电阻率不小于 500 。 m 地区建站时,为了到达既有原则规定 5 ,局(站)接地地网面积,根据地网接地电阻计算公式: R 0.
10、5 式中: R- 通信局(站)接地网接地电阻值(); - 站址所在地区大地电阻率(。 M ); S- 地网面积( m 2 )。 地网面积应不小于 2500 m 2 ,在都市一般专用局址移动通信基站地网做到这样面积在一般状况下是困难,在山区要做到这样面积和满足接地电阻值规定也许要花更大代价。从理论上讲 :“一种接地地网面积不管有多大,在工频时,可将接地网表面近似当作等位面,故接地网所有面积都能得到运用。不过由许多根接地体在地中构成网状接地体,在冲击电流作用下,当土壤电阻率和大地介电系数一定期,接地网冲击等效半径就是一种常数,而冲击等效半径要比接地网面积和等效半径小多。即在冲击电流状况下,仅仅运用
11、接地网很小一块面积”。因此在确定雷击概率与年雷暴日、地理环境以及接地电阻等原因时,应找出重要雷击原因 * 。 日本在 70 年代,花了三年时间对 419 个微波站雷击事故进行了调查研究,其成果表明雷电事故与年雷暴日、海拔高度成正比,而与微波站接地电阻几乎无关系,虽然日本人记录是 70 年代微波站雷击状况,但其成果可为移动通信基站防雷方案提供一种清晰思绪。 3 移动通信基站雷电过电压保护 3.1 配电系统对雷电过电压保护器件安装方式规定 通信局(站)对于不一样供电方式,雷电过电压保护器安装方式规定是不一样,在中国对于通信局(站)供电方式,原邮电部暂行规定 XT005-95 通信局(站)电源系统总
12、技术规定规定“县以上都市多种通信局(站)宜采用 10kV 高压市电引入,并采用专用降压变压器供电”,这就规定了通信局(站)配电方式采用 TN 系统,但又规定了“当通信局(站)引入高压电有困难或投资较大时可采用 220/380V 低压市电引入”,即又规定了通信局(站)配电方式也可采用 TT 系统。 TN 、 TT 系统接地方式有什么区别呢? 1 ) TN 系统和 TT 系统 TN 系统第一种字母 T 阐明系统中有一点(一般是电源中性点)直接接大地,它被称作系统接地( System earthing ),其第二个字母 N 阐明用电设备外壳,经保护接地线即 PE 线( Protective eart
13、hing cordutor )与该点连接而接地,它被称作保护接地( Protective earthing )。 TN 系统又分为三类,图 1 为 TN S 系统,字母 S 含义是 PE 线和 N 线一般在中性点接地后,配电单独设置不再接触;图 2 为 TN C S 系统,字母 C 含义是电源至建筑物一段线路中 PE 线和 N 线(中性线)是合为一根 PEN 线。字母 S 含义是 PEN 线进入建筑物后即分为 PE 线和 N 线并不再接触;图 3 为 TN C 系统,字母 C 含义是电源中 PE 线和 N 线自始至终合用一根 PEN 线。通信局(站)最常用是 TN S 系统和 TN C S 系
14、统。 图 1 TN S 系统 图 2 TN C S 系统 图 3 TN C 系统 图 4 TT 系统 图 4 所示为移动通信基站和县支局常用 TT 系统,是符合通信局(站)电源系统总技术规定中规定,作为基站和县支局其电力负荷规定非常小,一般基站电力负荷电流仅 30A 如下,这样小负荷量,不也许设置专用变压器,因此作为基站和县支局由于引入高压电有困难或投资较大时采用了 220/380V 低压市电引入选择, TT 系统第一种字母 T 也表明系统接地是直接接大地,其第二个字母 T 表明用电设备外壳保护接地是经 PE 线接单独接地板直接接大地,它与电源中 N 线线路和系统接地毫无关连。 因接地系统不一
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