圖1   基站設(shè)備接地與接地電阻的關(guān)系示意圖

圖中，如接地電阻處的電位抬高則整個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)電位抬高，設(shè)備仍處于等電位中；但如設(shè)備至地之間引線較長(zhǎng)的話，L2線為天饋線避雷器接地線（通常長(zhǎng)度為2~3米，也有的基站為5~7米），L1線為電源SPD接地線（通常長(zhǎng)度為3~5米，也有的基站為7~9米，個(gè)別甚至有10米以上），其上的電位差都可能引起設(shè)備損壞。這個(gè)電位差，可根據(jù)下式算出：U=Ldi/dt+IR，如引線長(zhǎng)1m，入侵的雷電流為20kA（8/20ms），則每米導(dǎo)線上的電壓降為3.6kV，b電位會(huì)抬高至36kV，開(kāi)關(guān)電源則會(huì)因過(guò)壓導(dǎo)致?lián)p壞。

正確的概念是：對(duì)必須接地的設(shè)備，從防雷角度講，必須進(jìn)行可靠接地，但地阻值的大小是安規(guī)的要求，對(duì)防雷效果沒(méi)有直接影響。對(duì)防雷效果影響最大的是基站內(nèi)系統(tǒng)間的等電位連接，因此為了保證基站內(nèi)設(shè)備安全，設(shè)備間必須進(jìn)行合理有效的均壓等電位連接。

                                              機(jī)房?jī)?nèi)是否加裝一級(jí)SPD及SPD的類型對(duì)機(jī)房防雷的影響

 

2.2.2.1 是否加裝一級(jí)SPD的影響

由于移動(dòng)基站地理位置的特殊性，其雷電環(huán)境比較惡劣，相關(guān)金屬導(dǎo)線上感應(yīng)的雷電過(guò)電壓也較高，特別是在供電系統(tǒng)中，如果不安裝一級(jí)SPD，僅依靠開(kāi)關(guān)電源內(nèi)的二級(jí)SPD（最大放電電流一般為40kA）來(lái)泄放雷電流其容量是不夠的，易造成二級(jí)SPD的損壞及后級(jí)被保護(hù)設(shè)備的損壞。

退一步說(shuō)，即使二級(jí)SPD不損壞，由于其泄放的雷電流較大，其殘壓也較高，仍然會(huì)造成后級(jí)被保護(hù)設(shè)備的損壞。因防雷是項(xiàng)系統(tǒng)工程，只有通過(guò)多級(jí)防護(hù)，才能達(dá)到理想的防護(hù)效果。

2.2.2.2 SPD的類型對(duì)機(jī)房防雷的影響

如果一級(jí)防雷器采用間隙型防雷器，由于其具有動(dòng)作電壓高、響應(yīng)時(shí)間慢的特點(diǎn)，故其與被保護(hù)設(shè)備間連線的退耦距離應(yīng)在10米以上。如距離較近，雷擊時(shí)防雷器響應(yīng)較慢，會(huì)造成保護(hù)器未動(dòng)作，而被保護(hù)設(shè)備已被雷擊的現(xiàn)象；另外由于其動(dòng)作電壓過(guò)高，超過(guò)了設(shè)備的耐受水平，從而造成了設(shè)備的損壞； 

如果采用“3+1”模式的防雷器，即三相線對(duì)中線分別采用壓敏型防雷器、中線對(duì)地線采用放電管型防雷器（其特點(diǎn)為動(dòng)作電壓低、響應(yīng)時(shí)間快），則可以避免因退耦距離不夠或殘壓過(guò)高導(dǎo)致的設(shè)備損壞。

                                              機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備間的等電位對(duì)機(jī)房防雷的影響

 
 

圖2   基站設(shè)備大星形連接產(chǎn)生點(diǎn)位差的示意圖

如按照?qǐng)D7所示的方式對(duì)基站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行接地，當(dāng)有雷擊時(shí)，會(huì)在接地引線上產(chǎn)生較大的電位差，其值可根據(jù)下式算出：

U=Ldi/dt+IR，

每米導(dǎo)線上的電壓降為3.6kV, 如接地線長(zhǎng)度為5米，地電位抬高為18kV，這個(gè)電位差有時(shí)足以使設(shè)備發(fā)生損壞。

圖3  改善基站設(shè)備接地達(dá)到等電位狀態(tài)示意圖

安迅防雷為了減小此電位差，可采取如8所示的方法加以改造，這時(shí)的電位差，僅僅與大大縮短了的L2線長(zhǎng)相關(guān)，若將其控制在0.5米以內(nèi)，則設(shè)備A和設(shè)備B之間的電位差降為1.8kV，僅為原來(lái)的十分之一，大大減小了在互聯(lián)設(shè)備的端口的過(guò)電壓。

                                             

                 2.2.2.3   TT供電系統(tǒng)對(duì)機(jī)房防雷的影響

2.2.2.3.1 回路阻抗對(duì)安全的影響

圖4是TT接地系統(tǒng)的供電形式：

 

圖4 基站T.T接地供電系統(tǒng)示意圖

在單相搭地的情況下，對(duì)A、B、C每相皆有如圖10所示等效電路：

當(dāng)供電系統(tǒng)中由于各種原因出現(xiàn)相線搭地時(shí)，由于回路阻抗大，短路保護(hù)裝置無(wú)法動(dòng)作，從而容易造成人身電擊事故。

   另外，在基站T.T供電系統(tǒng)的情況下，安迅防雷器的保護(hù)模式的選擇應(yīng)該慎重。

圖6為T.T供電系統(tǒng)下使用4對(duì)地模式的防雷器情況：

 

圖6   T.T供電系統(tǒng)下使用4對(duì)地模式的防雷器示意圖

其每相等效電路如圖7所示

圖7  T.T供電系統(tǒng)下使用4對(duì)地模式的防雷器等效電路圖
在上述情況下，當(dāng)防雷模塊由于各種原因失效后，由于回路阻抗大，短路保護(hù)裝置無(wú)法動(dòng)作，導(dǎo)致帶有限流電阻的電弧放電現(xiàn)象出現(xiàn)，從而就會(huì)使避雷器起火，甚至導(dǎo)致機(jī)箱、機(jī)柜、機(jī)房火災(zāi)（參見(jiàn)圖8）。

 

圖8  防雷器失效情況下的等效電路

       

當(dāng)將變壓器的地網(wǎng)與機(jī)房的地網(wǎng)相連后（A和B相連），即將TT系統(tǒng)改造成了TN系統(tǒng)，其等效電路如圖9所示：

 

圖9   TT系統(tǒng)改造成了TN系統(tǒng)后等效電路

當(dāng)避雷器由于各種原因失效后，由于A、B間做了連接，回路中的阻抗較?。ǘ搪冯娏饕话銥閿?shù)千安培），過(guò)流保護(hù)裝置就會(huì)動(dòng)作，從而避免火災(zāi)。

 

2.2.4.2 變壓器上形成的轉(zhuǎn)移過(guò)電壓的影響

如圖10所示的T.T接地系統(tǒng)，當(dāng)雷擊配電變壓器高壓側(cè)后，配電高壓避雷器動(dòng)作：

 

 

 圖10 雷擊在基站變壓器形成轉(zhuǎn)移過(guò)電壓示意圖

以20kA雷電流計(jì)，當(dāng)R為10Ω時(shí)（這是100kVA以下變壓器的標(biāo)準(zhǔn)接地電阻值），該殘壓即可高達(dá)：

V= IS·RE =20kA×10Ω=200kV

此時(shí)殘壓（轉(zhuǎn)移過(guò)電壓）將會(huì)加到低壓供電回路中，易造成后級(jí)用電設(shè)備的損壞。

                                              電源線架空引入對(duì)機(jī)房防雷的影響

由于架空電源線直接暴露在空間，且無(wú)任何的屏蔽措施，當(dāng)有雷擊時(shí)空間電磁場(chǎng)會(huì)無(wú)衰減的感應(yīng)到這段電源架空線中，感應(yīng)的雷電過(guò)電壓會(huì)沿著導(dǎo)線竄入機(jī)房，對(duì)機(jī)房的用電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。

如果我們將引入機(jī)房的電源線采用穿金屬管埋地或鎧裝電纜埋地，埋地長(zhǎng)度不小于15米，并將金屬管或鎧裝電纜的金屬外護(hù)套兩端可靠接地，由于電源線未直接暴露在空間，并有金屬管或金屬外護(hù)套將其屏蔽，并兩端可靠接地，就可有效防止或降低因架空線感應(yīng)雷電過(guò)電壓引入機(jī)房而導(dǎo)致的設(shè)備損壞的可能性。

這一改造措施，也符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。根據(jù)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 5098-2001《通信局（站）雷電過(guò)電壓保護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》3.1條規(guī)定：“出入通信局（站）電力電纜（線）、通信纜線應(yīng)采用金屬套電纜或敷設(shè)在金屬管內(nèi)，且電纜的金屬套或金屬管應(yīng)兩端可靠接地。”

                                              饋線的外屏蔽層在機(jī)房外接地及SPD安裝位置對(duì)機(jī)房防雷的影響

移動(dòng)基站一般都設(shè)有很高的鐵塔，由鐵塔上的天線引向機(jī)房的饋線，當(dāng)鐵塔遭受雷擊時(shí)，鐵塔上會(huì)有較高的過(guò)電壓，相應(yīng)地會(huì)在饋線上感應(yīng)很高的雷電過(guò)電壓，為了防止雷電過(guò)電壓沿饋線竄入機(jī)房損壞設(shè)備，在饋線進(jìn)入機(jī)房前，必須增加C點(diǎn)接地（如圖16所示），且要求接地線在機(jī)房外直接與機(jī)房地網(wǎng)就近可靠連接，這樣做可有效地將該雷電過(guò)電壓能量直接泄入大地，緩解后級(jí)的壓力。

圖11 基站饋線的屏蔽層接地點(diǎn)示意圖

饋線進(jìn)入機(jī)房后，進(jìn)入收發(fā)信機(jī)前，應(yīng)接饋線用SPD，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)收發(fā)信機(jī)和饋線的瞬態(tài)等電位連接，保護(hù)收發(fā)信機(jī)的饋線口免造雷擊損壞。并且要求該SPD的接地線應(yīng)直接接在收發(fā)信機(jī)的接地排上。

傳統(tǒng)的做法一般是將饋線用SPD的接地線接到機(jī)房外的地排上，此方法的本意是想更好的保護(hù)設(shè)備，但其效果恰恰相反，使保護(hù)的有效性降低。具體原因請(qǐng)見(jiàn)圖12：

 

圖12 基站饋線SPD接地線對(duì)防護(hù)效果的影響示意圖

以上是SPD安裝后的殘壓示意圖。

當(dāng)有雷電流時(shí)，其中：

U1為SPD自身的殘壓；

U2為從SPD到機(jī)房外地排之間連線上的殘壓；

U3為從機(jī)房外地排到地網(wǎng)之間連線的殘壓。

這時(shí)，加在被保護(hù)設(shè)備的上殘壓為：

U改造前=U1+U2+U3

為了減小加在被保護(hù)設(shè)備上的殘壓，我們可以采取圖18所示的辦法，即將饋線用SPD靠近設(shè)備安裝，并將SPD的接地線就近接在設(shè)備的地排上，如圖所示：

 

 圖13 基站饋線SPD接地位置改造示意圖

 

一般接在機(jī)房外接地匯流排上的SPD的接地線及接地引下線的長(zhǎng)度在10米以上，則對(duì)設(shè)備殘壓高達(dá)約18kV；而接在設(shè)備地排上的SPD的接地線長(zhǎng)度一般在1米以內(nèi)，則對(duì)設(shè)備殘壓小于1.8kV，僅為原來(lái)的十分之一?？捎行г鰪?qiáng)對(duì)設(shè)備的保護(hù)效果。

                                              加裝直流保護(hù)器及其安裝位置的影響

移動(dòng)機(jī)房設(shè)備直流供電一般采用兩種形式：24V（直流負(fù)接地）和-48V（直流正接地）。而這兩種形式的供電都是需要接地的。當(dāng)有雷擊通過(guò)地網(wǎng)泄放時(shí)，則會(huì)造成瞬間的電位抬升，這樣就使得直流電源正負(fù)極的電位不相等，加在中間的設(shè)備（整流模塊和GSM等）發(fā)生損壞。由于地電位抬升有時(shí)會(huì)從前端（開(kāi)關(guān)電源直流輸出口）引入損壞設(shè)備，也有可能從后端（用電設(shè)備如GSM的直流輸入口）引入損壞設(shè)備，所以應(yīng)在直流電源的兩端分別加裝直流電源避雷器，形成直流電源正、負(fù)極與地的瞬態(tài)等電位。防止因地電位升高造成的電位反擊損壞設(shè)備。

                 圖14 基站直流SPD配置示意圖

 

                                             

2.2.2.5 GSM傳輸端口的防雷保護(hù)及其意義

從雷擊損壞設(shè)備的數(shù)據(jù)看，GSM設(shè)備的DXU（核心控制板）、DF架損壞的機(jī)率要比其他設(shè)備的機(jī)率高。如圖所示，因2M線架空且該設(shè)備的重要性比機(jī)房?jī)?nèi)其他設(shè)備的重要性要大，如該設(shè)備損壞，則直接會(huì)造成基站閉站。因此應(yīng)在GSM的C8口及2M線接口處加裝信號(hào)防雷器，形成瞬態(tài)等電位。

 

 圖15 基站GSM端口示意圖。安迅防雷m.tianhengkj.cn