防雷接地论文Word下载.docx
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引言：
3G基站防雷接地系统与2G的要求明显要高，重点在于和塔放（RRU）相连的各个线缆及端口，但仅仅做好塔放（RRU）相关端口的保护是不够的，还必须从基站地网、站内等电位联接、进站动力电缆的防护以及站内电源系统雷电过电压保护等多方面进行综合防护才能达到良好的防护效果。
1、移动通信基站防雷接地的重要性及意义
随着进贤电信移动通信建设步伐的加快（2年之类将原来联通转过的基站26增加到99个），进贤县位于鄱阳湖之滨，与南昌、抚州、上饶、丰城交界，有着丰富的电网，属于强雷区，每年预计雷电次数达1500多次。
要建设移动通信网络，首先应该解决新建3G基站防雷电保护建设与原联通CDMA防雷电保护设施改造工程。
与雷电相比，我们的通信设备是相当脆弱的，无法与之相抗，只有想方设法避之，将其引入大地泄放。
通常，由于移动通信基站BTS天线位于室外且架设的比较高，带电的云层会在天线上产生感应电荷。
如果天线与大地之间有直流通路，则电荷可以通过大地泄放，而不至于积累起来，从而也不会因感应电荷在天线与大地之间产生高电位差而引起放电。
在干燥的气候条件下，砂土、雪等与天线的摩擦也会产生静电，接地有助于减少雷击破坏、静电破坏和人为噪声，所以对于每种接地通信设备进行良好的接地是很重要的。
由于接地系统的质量往往成为避免雷击事故发生的关键，所以防雷问题往往成为BTS设备安装设计中的一个重要问题。
对于山区内孤立山上的BTS，雷击事件更为频繁，更应该重视防雷接地系统的设计。
2、防雷接地系统的构成和基本要求
防雷接地系统是由大地、接地电极、接地引入线、地线汇流排、接地配线五部分组成的整体。
其中：
大地具有导电性和无限大的容电量，是良好的公共地参考电位；
接地极是与大地电气接触的金属带等，用于使电流扩散入地；
接地引线是在接地电极与室内地线汇流铜排之间起连接作用的部分；
地线汇流排为汇集接地配线所用的母线铜排；
接地配线是连接设备到地线汇流排的导线。
接地极有垂直打入地下的棒形接地极组（用扁钢或角钢）、钢板接地极组和水平辐射的带状接地极，也有用这几种形式混合组成的复合式地网的。
垂直打入地下，然后用导线连接起来的方式比破土方式好。
因为重填的泥土紧密性差，接地电阻大。
此外。
铁塔下面的接地电阻应尽量靠近铁塔底部。
接地引线不能用扁平编织线或绞合线，因为它们容易被腐蚀氧化，并且有较大的电感和互感，对泄放浪涌电流不利，故最好采用镀锌扁铁或￠16～￠18的螺纹钢。
它与避雷针和接地体的连接建议采用烧焊，其烧焊接触缝长度应大于20cm，以防止大电流通过时因接触面小而发热引起严重脱焊。
避雷针、引下线和接地体等整个防雷接地系统，最好采用相同的金属材料，以防止长期的电化学反应使接地线遭受腐蚀而接地不良。
尤其要避免铜与镀锌铁制件直接接触，因为铜锌会在接触面上形成铜锌电池而很快腐蚀。
当接地线从楼顶引下时，应防止靠近其他导体或与其作平行布置，即使其他导体接触、地也应该相隔2m以上。
当接地引线必须穿金属管道时，则必须使引下线在被穿过的导线的两端与导线相连接，此金属也称为地线的连接线。
地线排一般分为室内接地排和室外接地排，室内接地排通常安装BTS、电源机柜较近且与走线架同高的墙上。
室外接地线通常在馈管窗外附近（1m内）。
接地排用铜排做成。
自接地排至各种设备的连接电缆（称为接地线）要尽量短。
最后，室内接地排通过一根单独的黑色接地线引至楼底接地极。
室外接地排可用一根黑色接地线（95mm2）连接至楼底接地体。
防雷接地系统的要求主要体现在以下两个方面，①接地电阻的要求：
接地电阻主要包括：
土壤电阻、土壤和地电极之间的接触电阻、地电极自身电阻、接地引下线电阻等，由于后几种电阻很小，一般可忽略不计，所以接地电阻主要是指土壤电阻。
降低接地电阻是实现雷电流泄流的关键，雷电流通过单根引下线的全部电压降计算公式其中为电压降，单位；
为雷电流，单位：
；
为接地装置电阻，单位；
为单位长度的电感，约为1.5；
为引下线的长度，单位；
为雷电流的陡度，单位。
从公式可以知道在防雷接地装置中，接地电阻阻值越小，则瞬间内冲击接地电压降就越小，雷电时设施的危险性就越小。
不同设施对接地电阻的要求稍有差异，移动通信基站基座≤4Ω、天馈线金属屏蔽层≤4Ω、信号避雷器≤10Ω、电源避雷器≤4Ω、安全保护地≤4Ω、通信机房≤1Ω。
系统设计时要正确规划、符合规范参数。
②联合接地的要求：
IEC（国际电工委员会）和ITU-T（国际电信联盟）的相关防雷接地设计规范中都不再有单独接地，而是建立公共地网以防雷，即电源地、工作地、保护地等在公共地线上连成电气一体化，以建立零电位参考电平平台。
移动通信基站中，防雷接地为针对雷击防护采用的泄流接地；
工作接地为直流电源接地；
保护接地为室内设备机壳接地。
3、移动通信基站BTS接地的几种实际情况
3.1、利用现有的避雷带
当BTS所在大楼有较可靠的屋顶避雷带、防雷接地及工作接地时，BTS的接地应利用大楼现有的接地装置，但必须测试其接地电阻值。
如果测试结果不符合要求。
应增加接地体，使接地电阻满足≤5Ω的要求，如果大楼的防雷接地与工作接地分设接地体，而且经实际测试防雷接地装置的接地电阻大于工作接地电阻时，应增加接地体，使其阻值降到与工作接地的电阻相同或更小一些。
天线、天线杆/塔、馈线及屋顶走线架与屋顶避雷带做可靠的连接，连接点不能少于两点。
如果天线附近没有避雷带，则专设下引线沿外墙引至接地体，不要引入机房的接地排上。
3.2、大楼没有避雷带
当所在大楼没有现成的屋顶避雷带时，应架设一定数量的避雷针，使天线顶端处于避雷针的保护角之下，并同时将避雷针接地线直接引至楼下接地体。
3.3、BTS设有天线铁塔
当BTS设有铁塔时常采用三合一（即联合接地）系统。
这种情况，一般都把整个机房设计在铁塔的避雷保护范围内，机房顶可以不设避雷带，但机房四周可以仍需埋设一闭合接地环，使机房的地电位均衡分布和缩短接地引线。
这个闭合接地环与铁塔的均压接地环在地下连接在一起。
铁塔的塔脚也应该互相连接起来，然后再多点与均压环相连。
天线的同轴电缆必须安装在铁塔体内，以防止大电流贯穿同轴线。
接地时需用大截面导体，才能达到电阻低，热量高、引线电感小、趋肤效应也小的要求。
4、移动通信基站的防雷与接地
4.1、供电系统的防雷与接地
4.1.1移动通信基站的交流供电应采用三相五线制供电方式。
4.1.2移动通信基站宜设置专用电力变压器，电力线宜采用具有金属护套或绝缘护套电缆，穿钢管埋地，并引入移动通信基站，电力电缆金属护套或钢管两端应就近可靠接地。
4.1.3当电力变压器设在站外时，对于低处年雷暴日大于20天、大地电阻率大于100Ω/m的暴露地区的架空高压电力线路，宜在其上方架设避雷线，其长度不宜小于500m。
电力线应在避雷线地25°
角保护范围内，避雷线（除终端杆外）应每杆做一次接地。
为确保安全，宜在避雷线终端杆的前一杆上，增装一组氧化锌避雷器。
4.1.4当电力变压器设在站内时，其高压电力线应采用电力电缆从地下进站，电缆长度不宜小于200m，电力电缆与架空电力电缆连接处三根相线应加装氧化锌避雷器，电缆两端金属外护层应就近接地。
，
4.1.5移动通信基站交流电力变压器高压侧三根线，应分别就近对地加装氧化锌避雷器，电力变压器低压侧三根相线应分别对地加装无间隙氧化锌避雷器，变压器的机壳、低压侧的交流零线，以及变压器相连的电力电缆的金属外护层，应就近接地。
出入基站的所有电力线均应在出口处加装避雷器。
4.1.6进入移动通信基站的低压电力电缆，宜从地下引入机房，其长度不宜小于50m。
电力电缆在进入机房交流屏处，应加装避雷器，从屏内引出的零线不做重复接地。
4.1.7移动通信基站供电设备的正常不带电的金属部分、避雷器的接地端，均应做保护接地，严禁作接零保护。
4.1.8移动通信基站的直流工作地，应丛室内接地汇集线上就近引接，接地线截面积应满足最大负荷的要求，一般为35～95mm2,材料为多股铜线。
4.1.9移动通信基站电源设备应满足相关标准、规范中关于耐雷电冲击指标的要求，交流屏、整流器应设有分级防护装置。
4.1.10电源避雷器和天馈线避雷器的耐雷电冲击指标等参数应符合相关标准、规范的要求。
4.2基站地网与接地系统
4.2.1联合接地。
将基站的基础接地体和其它专设接地体及铁塔地网用水平接地体相互连通形成一个共用地网，室内接地系统均右一个地网引出；
机房内电子设备的保护接地、逻辑接地、屏蔽体接地、防静电接地等均共用一组接地系统。
基站内开关电源的工作地也要与该接地系统连通，以获得相同的电位参考点。
4.2．2基站应专设地网。
机房地网由机房建筑物（含地桩）和外围环形接地体组成。
环形接地体应沿机房建筑物散水点外敷设，并与机房建筑物基础横竖梁内两根以上主钢筋焊接连通。
机房建筑物基础有地桩时，应将各地桩主钢筋与接地体焊接连通。
在土壤电阻率较高的地区，应在联合接地网周围设置辅助地网，辅助地网益沿原联合地网外沿向外扩建，并形成封闭环状。
受地形所限必须单独设置时与主地网间隔不得太远。
当基站所在地区土壤电阻率低于700Ω·
m时，基站低网的工频接地电阻宜控制在10Ω以内；
当基站所在地区土壤电阻率大于700Ω·
m时，可不对基站的工频接地电阻予以限制，此时地网的等效半径应≥20米，并在地网四脚敷设20m~30m的辐射型水平接地体。
铁塔位于机房旁边时，应采用40mmX40mm的热镀锌扁钢，在地下将铁塔地网与机房外设接地体焊接连通，且连接点不应少于两点。
对于使用多付天线进行本地覆盖的拉远基站，由于天线铁塔（或抱杆）远离机房，可能无法采用联合接地，此时，除应尽量降低铁塔地网和机房地网的接地电阻外，还应采取其它相应措施，确保天线系统的安全。
4.2.3设在其它建筑物上的基站地网。
基站建在公用建筑物上时，铁塔（或增高架、抱杆）应与楼顶避雷带、避雷网或楼顶预留的接地端多点连接。
机房设在楼顶时，接地引入线可以从机房楼柱钢筋、楼顶避雷带或邻近的预留接地端引接。
基站建在公用建筑物底层时，可以就近由建筑物预留接地点、配电间汇流排或楼柱主钢筋引接地点。
如基站另做专用地网时，专用地网应与原建筑物的建筑地网（或楼柱钢筋）在地下用水平接地体可靠连通。
基站设在村镇的民房上时，由于多数的民房建筑物地网不规范，一般应在民房周围做简易接地网，接地电阻应不大于10Ω。
简易地网应在地下尽量和建筑物基础钢筋多点连通，并用40mmX40mm的热镀锌扁钢引到楼顶，与天线增高架或抱杆焊接连通。
机房的接地引入线可就近从引上扁钢引接。
4.2.4站内接地系统与等电位连接。
无线基站内电磁环境比较复杂，异常电流进入的渠道也比较多，如何合理设计室内接地系统，使异常电流进入机房后，站内主要设备间仍可保持较小的电位差，这是我们设计室内接地系统时需要仔细认真考虑的问题。
按照《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》YD5098-2005的规定，基站的室内接地系统可根据具体情况，选择“环形”或“星形”等电位连接方式。
采用环形等电位连接时，应在机房内沿走线架和墙壁设置环形接地汇集线，环形接地汇集线应多点就近与地网连通，站内设备由环形汇集线就近接地。
采用星形等电位连接时，基站的总接地汇接排应设在配电箱和第一级电源SPD附近，开关电源以及其它设备的接地排母线均由总接地汇流排引接。
如设备机架与总汇流排相距较远时，可以采用两级汇流排。
机房采用星形接地方式，并使用二级接地汇流排时，第一级电源SPD、交流箱及光纤加强芯和金属护层的接地线，应从总接地汇流排接地，站内其它设备从第二级汇流排接地。
采用星形等电位连接设计时，应重点注意有异常入地电流设备的接地位置。
通常采用环形等电位连接方式容易获得较好的等电位效果，设备接地比较方便，基站扩容时也比较好操作，但与星形方式相比施工稍微复杂一点。
4.3设备接地及接地线
4.3.1基站内接地母线的截面积，应根据最大故障电流和机械强度选择，但一般不应小于35mm2。
一般设备（机架）的接地线，应使用截面积不小于16mm2的多股铜线；
使用二级汇流排时，两个汇流排之间的连接线截面积不应小于35mm2。
4.3.2环境监控系统、数据采集器等小型设备的接地线，应采用适当截面积的多股铜线分别连接到本机架的汇流排，然后用16mm2的多股铜线连接到机房汇流排。
4.3.3光缆的金属加强芯和金属护层应在分线盒或ODF架内可靠连通，并于机架绝缘后使用截面积不小于16mm2的多股铜线连接到机房内第一级接地汇流排上。
4.3.4室内走线架及各类金属构件必须接地，各段走线架之间必须电气连通；
活动地板（防静电）下设的金属支架，至少应有两根是从接地汇流排引入的接地线。
4.4铁塔的防雷与接地
4.4.1移动通信基站铁塔应有完善的防直雷击及二次感应雷的防雷装置。
4.4.2移动通信基站铁塔采用太阳能灯塔。
对于使用交流电馈电的航空标志灯，其电源线应采用具有金属外护层的电缆，电缆的金属护外套应在塔顶几进机房入口处的外侧就近接地。
灯塔控制线及电源线的每根相线，均应在机房入口处分别对地加装避雷器，零线应直接接地。
4.5天馈线系统的防雷与接地
4.5.1天线至塔放的线缆端口保护：
由于塔放和天线的距离很近（馈线长度一般在2米以下），雷击时天线与塔放接地点间的电位差不大，不容易产生很强的反击电压，但雷电的电磁场强度很大，容易产生雷电感应。
加之3G天线内部包含了脆弱的电子线路，因此天线对雷电的自身抗力远小于2G的无源天线系统。
为了减少雷电电磁场和电位反击的影响，塔放至天线的射频馈线必须将外护层两端可靠接地。
两侧馈线端口也可以用馈线避雷器对芯线进行适当保护。
塔放至天线的的供电线路必须使用具有金属外护层的屏蔽电缆，并将外护层两端可靠接地。
同时在天线电源端口应使用标称通流量（8/20us波形）5KA的SPD进行过电压保护。
塔放至天线的控制信号线可以单独引接，也可以与供电线同缆不同芯，但必须使用具有金属外护层的屏蔽电缆，并将外护层两端可靠接地。
天线控制信号端口也应使用标称通流量（8/20us波形）5KA的SPD进行过电压保护。
一个改进防雷效果的措施是：
在选择天线供电和控制电缆时，可多预留2根空芯线，安装时将这预留的空芯线对在天线和塔放处分别接地。
利用空芯线对中雷电流产生的反向电动势来抵消电源和控制线上产生的雷电压差。
4.5.2塔放线路端口的保护：
由于塔放与机房的距离比较远，当铁塔受到雷击时机房与铁塔接地点间的电位差很大，会产生很强的反击电压，同时雷电产生的电磁场在铁塔周围强度也很大，容易产生雷电感应。
为了减少雷电电磁场的电位反击的影响，塔放至机房的中频电缆必须将金属外护层两端可靠接地。
电源/控制电缆也必须使用屏蔽电缆，电缆金属外护层应具有良好的导电性，金属外护层两端必须可靠接地。
中频电缆的两侧端口应使用SPD进行过电压保护，保护等级可选用标称通流量（8/20us波形）≥8KA，最大通流量20KA的过电压保护器；
塔放、交直流供电线路两侧端口应使用标称通流量（8/20us波形）15KA，最大通流量40KA的SPD进行过电压保护；
GPS电缆在入室处金属护层应做接地处理，GPS线路端口应使用最大通流量（8/20us波形）20KA的SPD进行过电压保护；
控制/告警线路两侧应使用标称通流量（8/20us波形）5KA，最大通流量12.5KA的SPD进行过电压保护。
在实际操作过程中应注意以下事项：
a:
移动通信基站天线应在接闪器的保护范围内，接闪器应设置专门雷电流引下线，材料宜采用40×
40mm的镀锌扁钢。
b:
基站同轴电缆馈线的金属外护套，应在上部、下部和走线架进机方入口处就近接地，在机房入口处的接地，应就近与地网引出的接地线妥善连通。
当铁塔高度大于或等于60m，同轴电缆馈线的金属外护套层还应在铁塔中部增加一处接地。
C:
同轴电缆馈线进入机房后，与通信设备连接处应安装馈线避雷器，以防止自天馈线引入的感应雷。
馈线避雷器接地端子应就近引接到室外馈线入口处接地线上，选择馈线避雷器时，应考虑阻抗、衰耗、工作频段等指标与通信设备相适应。
4.6其他设备的防雷与接地
4.6.1移动通信基站的建筑物应有完善的防直击雷及抑制而次感应雷的防雷装置（避雷网、避雷网和连接器等）
4.6.2机房顶部的各种金属设施，均应分别与屋顶避雷带就近连通。
机房顶部的彩灯应安装在避雷带下方。
4.6.3机房内走线架、吊挂铁架、机架或机壳、金属通风管道、金属门窗等均应做保护接地。
保护接地引线一般宜采用截面积不小于35mm2的多股铜导线。
4.6.4光缆加强芯接地，雷电通过外界进入光缆，加强芯不接地容易导致光缆纤芯被雷击坏，光缆加强芯应该就近固定在固定盘上并通过接地线接入本机架的接地铜排。
5.结束语
进贤虽然属于雷区，但在基站维护及建设中，因前期没有及时改造与联通共站的26个基站防雷接地系统，及建设施工的不规范，导致基站经常遭受雷击而掉站。
吸取经验教训，总结经验，在2010年对99个基站防雷接地系统进行全面改造后，无一基站因雷电原因导致掉站。
随着中国电信3G无线通信业务的拓展，要确保网络能够安全稳定的运行，保障移动通信设备的良好运行，除了需要有先进的软件支持外，基站的防雷接地系统显得尤为重要。
只有把从塔放、天馈到基站内的电子设备等等的每一个环节都落到实处，才能将雷电对通信设备的损害降到最低，只有在工程实际中不断调查优化研究，充分认识雷电可能的入侵途径，采取全方位、多层次综合防护，就能取得有效的防雷效果。
参考文献
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EC61312
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分五部分：
Part1：
Generalprinciples（通则）；
Part2：
Shieldingofstructures,bondinginsidestructuresandearthing（建筑物的屏蔽、建筑物内等电位联结和接地）；
Part3：
RequirementsofSurgeProtectiveDevices（浪涌保护器的要求）；
Part4：
Protectionofexistingstructures（现有建筑物的保护）；
Part5：
Applicationguide（应用指南）－Part1为正式出版物，Part2～4为草案，Part5没有出过文件。
第1部分简介：
目的－为建筑物或建筑物顶部信息系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查和维护提供信息。
简介－提供了不同保护级别下雷击点的雷电流参数（三个分量，其显著特点是首次雷击采用10/350us波）；
提出雷电保护区（防雷区）的概念及划分方法，提出接地、屏蔽和等电位联结的基本方法。
其附录还给出了电磁耦合机理及耦合过程。
第3部分简介：
对SPD进行分类；
防雷区内SPD的布置原则；
SPD工作特性要求；
能量配合
IEC61663
otectionoftelecommunicationlinesagainstlightning（通信线路防雷）分两个部分：
Fibreopticinstallations（光纤装置）；
Subscriberlinesusingmetallicconductors（采用金属导线的用户线路）－现在都是草案。
（4）
IEC61644
rgeprotectivedevicesconnectedtotelecommunicationsandsignalingnetworks（接至电信及信号网络的浪涌保护器）Part1：
Performancerequirementsandtestingmethods（工作特性要求和试验方法）
二、ITU-TK系列相关标准
ITU-TK.11Principles
升级会员 