移动通信基站综合防雷方案.docx

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移动通信基站综合防雷方案

移动通信基站综合防雷工程

设

计

方

案

河南雷诚防雷科技有限公司

一、设计说明…………………………………………1

1、综合防雷工程目的…………………………………1

2、依据…………………………………………………1

3、设计思想……………………………………………1

4、设计方案……………………………………………1

二、雷诚公司简介……………………………………2

1、一般简介……………………………………………2

2、产品的选型…………………………………………2

3、移动通信基站防雷产品介绍………………………3

（1）ZGU-Ⅲ型优化避雷针………………………………………3

（2）天馈线避雷器………………………………………………4

（3）电源避雷器…………………………………………………4

（4）非金属接地模块……………………………………………6

（5）接地模块的埋设……………………………………………6

（6）用模块做地网………………………………………………7

三、移动通信基站的联合接地系统………………8

1、术语……………………………………………………………8

2、接地的目的……………………………………………………8

3、地网的组成……………………………………………………8

4、接地体…………………………………………………………11

5、接地线和接地引入线…………………………………………11

6、接地汇集线……………………………………………………12

7、接地电阻………………………………………………………12

8、移动基站接地地网接地电阻值的测量………………………12

9、移动基站防雷接地存在的问题及可能造成的影响…………13

10、充分理解规范、因地制宜实施防雷接地工程……………16

11、困难地网的改造……………………………………………24

12、接地体的布置………………………………………………25

四、移动通信基站电源防雷系统…………………28

一、设计说明

1、综合防雷工程的目的

为了防止移动通信基站遭受雷害，确保移动通信基站内设备的安全和正

常工作，确保构筑物、站内工作人员的安全，应对每个基站实施综合防雷工程。

凡实施了综合防雷工程的基站，其防雷效果都较好，保证在雷雨季节正常通信起了重要作用。

2、依据

GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》

YD/T5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》

YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》

YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规定》

YD/T1235.1-2002《通信局（站）低压配点电系统电涌保护器的技术要求》

YD/T1235.2-2002《通信局（站）低压配点电系统电涌保护器的测试方法》

IEC1312《雷电电磁脉冲的防护》

3、设计思想

移动通信基站综合防雷工程的设计思想是应对每一个基站，树立整体防

护的概念，在联合接地基础上，进行综合、多级雷电过电压保护。

4、设计方案

每个基站的铁塔顶部安装一台ZGU-Ⅲ-5A2优化避雷器，保护通信天线；

每根天馈线在机房入口处，安装一个相应的天馈避雷器，保护收/发机

的天馈线接口。

220/380V供电线路应从地下敷设进入基站，进站后应安装2-3级电源雷电过电压保护装置——电源避雷器，保护供电线路的雷电安全：

直流电源安装一级低压电源避雷器。

信号电缆应由地下进出移动通信基站，电缆内芯线在进站处应加装相应的信号避雷器。

移动通信基站应按均压、等电位的原理，将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。

站内各类接地线应从接地汇集线或地网上分别引入。

中光公司的非金属接地模块，在地电阻率较高难以达到接地电阻要求的基站，用来改造地网效果较好。

二、公司简介

1、公司简介（略）

2、用于移动通信基站防雷产品介绍

（1）中光优化避雷针ZGU-Ⅲ

富兰克林避雷针称为传统避雷针，它在接闪后，其引下线的雷电流大，

雷电脉冲的前沿陡度高，它的二次雷击效应严重，地电位高，会对现代信息系统电子设备产生较为严重的破坏和影响，随着社会的发展，信息时代的到来和实践的不断深化，它的局限性也越显露了出来。

中光优化避雷针采用气隙箝位、阻抗限流等综合技术，明显地改变了雷电流的放电过程。

雷电波形展宽、波头平缓、幅值降低，其衰减倍率K≥33，从而有效地抑制、削弱地电位反击和二次雷击效应造成的危害，克服了传统避雷针的局限性和主要弊病。

该产品的特点：

具有传统避雷针的承接雷电和疏导入地的特长，又能使入地雷电流的幅度和波头陡度同时降低，使雷击危害减到最小。

产品的雷电通流大，衰减倍率高，造型美观，具有装饰性。

移动基站用它来保护通信天线，作为直击雷防护的接闪器是较为理想的产品。

移动通信基站有城市基站、平原基站和山上基站，其通信天线都有铁塔支撑，天线所处位置较高，因此，一般保护天线的接闪器选用ZGU-Ⅲ-5A2。

其通流量为200kA，衰减倍率K≥33，幅值衰减≥80%，高度为⒉3m，重量42kg，抗风强度40m/s。

如基站处于平原地区，而且是租用民房建成的基站，基站铁塔在20m以下时，可选用ZGU-Ⅲ-3A2（X）。

其通流量为200kA，衰减倍率K≥25，幅值衰减≥60%，高度为2m，重量20kg，抗风强度40m/s。

（2）天馈线避雷器

移动通信基站的天线多，其天馈系统安装在高楼顶部或高架铁塔上，电

子设备遭雷击的机率很大，采用中光天馈避雷器可以防止系统收、发设备被雷击造成损坏。

中光天馈避雷器采用“波道分流技术”，用集中或分布参数元件构成的高低通滤波器组合网络，能将雷电冲击波和有用的通信信号截然分开。

改变了传统的空气隙、气放管、氧化锌压敏电阻及它们的组合避雷器的响应时间长，通流量低，噪声干扰大的局限性。

天馈系列产品的特点；工作频率范围宽；防雷响应时间短；产品品种规格多；承受信号功率强；雷电通流容量大；应用范围广；驻波损耗小；输出保护电压低；性能稳定寿命长；安装方便。

若基站是用爱立信、诺基亚产品，其天馈线避雷器可用中光ZGB040E1或ZGB040E2，该避雷器的工作频率范围850-960MHz、接头L29、阻抗50Ω、平均功率300W、驻波系数1.12、插入损耗0.2，与设备串接。

若是摩托罗拉产品，其天馈线避雷器可用中光ZGB040B5，该避雷器的工作频率范围850-960MHz、接头N型、阻抗50Ω、平均功率150W、驻波系数1.12、插入损耗0.2，与设备天馈线串接。

（3）电源避雷器

中光220/380V系列电源避雷器选用性能优良质量可靠的压敏电阻。

当线

路正常时，压敏电阻处于高阻状态，不影响供电线路正常工作。

当线路中由于雷击或操作过电压而引起最大峰值电流或高能量脉冲时，压敏电阻以纳秒级的响应速度呈现低阻状态，迅速将过电压限制在很低的防护水平。

当高能量脉冲过后，压敏电阻恢复高阻态，系统的续流值为零。

中光电源避雷器的特点；标称放电电流（8/20μs）100kA；限制电压低；响应速度快（<25ns）；品种规格多，满足多级保护的要求。

根据IEC1312和YD5078-98规范规定，移动通信基站的220/380V供电线路应进行多级过电压防护，一般2-3级，直流电源+24V一级。

若是三相供电，第一级可选用ZGSD120-JY，标称放电电流（8/20μs）60kA，响应时间≤25ns，限制电压为1kV、并联安装，带有雷击次数计数器；作为第一级防护，价廉效果好；第二级选用ZGSD80，标称放电电流（8/20μs）40kA、限制电压≤1kV并联安装；第三级选用ZGSD40，标称放电电流（8/20μs）20kA、限制电压≤1kV并联安装。

若是单相220V供电，第一级可选用ZGDD120-JY，标称放电电流（8/20μs）60kA、响应时间≤25ns、限制电压为1kV，带有雷击次数计数器；第二级可用ZGDD80，标称放电电流（8/20μs）40kA，限制电压为1kV；第三级可用ZGDD40单相电源避雷器，标称放电电流（8/20μs）20kA，限制电压小于1kV。

直流电源+24V可选用ZGZD20-24，限制电压小于250V；直流电源+48V可选用ZGZD20-48，限制电压小于350V。

移动通信基站的220/380V供电线路要求具有金属护套电缆由地下敷设进入基站，护套层两端可靠接地，并首先进入一楼进行第一级过电压保护，尽量不要直接进入机房。

若基站设置有变压器时，应采用TN-S体制供电方式；若未设置变压器时，进站电缆的中性线N应在进站前与联合地网重复接地一次，成为TN-C-S体制供电，严禁在机房内N线接地。

电源避雷器的地线直接与强PE地线连接。

对于高压电力线路应在其上方架设避雷线防止直接雷击，避雷线（除终端杆）应每杆作一次接地。

电力变压器高压侧的三根相线，应分别就近对地加装阀片式避雷器。

（4）非金属低电阻接地模块

中光ZGD型低电阻接地模块，是一种以非金属材料为主体的接地体，它

由导电性、稳定性较好的非金属矿物和电解物质组成，通过大量工程实践应用效果较好。

传统的接地体多为金属材料，有角钢、圆钢、钢管、铜材料、扁钢等，当建造接地装置时，用料多、耗资大、寿命短、稳定性差。

在高土壤电阻率地区使用效果不好，难以满足现代接地技术要求。

而采用ZGD型低电阻接地模块则用料少、寿命长、稳定性好。

特别适合高土壤电阻率地区用来解决一些接地工程中的困难问题，以满足现代接地技术的要求。

ZGD低电阻接地模块之所以能够降低接地电阻，是因为低电阻接地模块体中包含的低电阻率，吸湿能力强的非金属材料和电解物质与土壤中的天然含水量共同作用，使其常处于湿润状态，改善了散流环境，从而获得小的接地电阻；低电阻接地模块的非金属材料的结构组成与土壤很相近，不仅具有良好的稳定性、导电性，而且吸附性好，颗粒细腻，利用这种亲合关系，减小了接地模块与土壤间的接触电阻；低电阻接地模块在结构设计上，通过增大几何尺寸使散流面积增大，从而减小了接地电阻。

低电阻接地模块具有吸湿性好、保湿性好，与土壤接触好，导电性好、抗腐蚀性好、稳定性好、经大电流冲击后，工频接地电阻基本不变，保持相对稳定。

（5）接地模块的埋设

接地模块的埋设方式，根据设计要求而定，一般可垂直埋设或水平埋设。

埋入大地，应力求减小大气对接地电阻的影响，并避免模块遭受机械力的损伤，需要一定的埋设深度，自模块顶面至地表的深度不宜小于0.6--0.8m。

当地表下分布有人工填土层时，模块埋设宜穿过此层深达天然地层。

在气候干燥地区，近地表层湿度偏小，模块宜埋深些，尽量深达具有一定湿度的地带。

为了减小接地模块间的屏蔽作用所产生的影响，其埋设间距不宜小于2.5-3.0m。

坑槽回填，应采用低电阻率的细粒土回填，不得用碎砖、砂石等为填料，分层回填，每层回填土约30cm厚，适量洒水夯实，直夯至与地表齐平，夯实时应注意使模块与埋设地层间接触紧密亲合良好，又要使模块不受损伤，回填完毕后，浇水湿润使模块充分吸湿。

接地模块间的连接，采用并联方式，以镀锌扁钢（40×4mm）作为连接线与模块的极芯焊接，采用搭接焊，其焊接应符合规范规定，并对焊接处作防腐处理。

（6）用接地模块做地网

用低电阻接地模块做地网时，应勘测场地的地形、地貌、地质以及环境

条件，收集或测试大地土壤电阻率ρ，接地装置的形式，通常有直线形、弧形、放射形、环形、网络形等，在接地工程应用中，可根据设计要求和实际情况，因地制宜地采用相应的装置形式。

做地网所需模块数量；如成都地区在土壤电阻率为40Ω.m，埋深0.6m时，其工频接地电阻，对于ZGD-I-3型1个可达4Ω；对于ZGD-II-1型1个可达到5Ω。

其它土壤电阻率可用估算公式：

对于ZGD-I-3n=0.1ρ/Rnj;对于ZGD-II-1型n=0.13ρ/Rnj（Rnj为要达到的地阻值，n为所需个数ρ为地阻率）。

另需注意的是，上述公式仅为理论推算，未考虑到在施工过程中采取其它的降阻措施，诸如回填土等，因此实际使用的模块数量可能会比理论推算的少。

三、移动通信基站的联合接地系统

1术语

（1）环形接地装置

围绕移动通信基站机房四周，按规定深度埋设于地下的封闭环形接地体（含垂直接地体）。

（2）接地体

埋入地下并直接与大地接触的导体。

（3）接地汇集线

引出机房、电力室等各种接地线的公共接地母线。

（4）接地引入线

接地汇集线与接地体之间的连接线。

（5）接地线

通信设备与接地汇集线之间的连线。

（6）接地系统

接地线、接地汇集线、接地引入线以及接地体的总和。

2接地的目的

（1）接地是为了防止电磁干扰起屏蔽作用；

（2）接地是为了泄放过电压以保护设备和人身安全；

（3）接地是为了起着工作回路的作用；

（4）接地是为了给通信设备提供零电位参考点。

3地网的组成

1）移动通信基站应按均压、等电位的原理，将工作地、保护地和防雷

地组成一个联合接地网。

站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入。

2）移动通信基站地网由机房地网、铁塔地网和变压器地网组成，地网

的组成如下图所示。

基站地网应充分利用机房建筑物的基础（含地桩）、铁塔基础内的主钢筋和地下其他金属设施作为接地体的一部分。

当铁塔设在机房房顶，电力变压器设在机房楼内时，其地网可合用机房地网。

图4.1.2移动通信基站地网示意图

3）机房地网组成：

机房地网应沿机房建筑物散水点外设环形接地装置，

同时还应利用机房建筑物基础横竖梁内两根以上主钢筋共同组成机房地网。

当机房建筑物基础有地桩时，应将地桩内两根以上主钢筋与机房地网焊接连通。

当机房设有防静电地板时，应在地板下围绕机房敷设闭合环形接地线，作为地板金属支架的接地引线排，其材料为铜导线，截面积应不小于50mm2，并从接地汇集线上引出不少于二根截面积为50~75mm2的铜质接地线与引线排的南、北或东、西侧连通。

4）对于利用商品房作机房的移动通信基站，应尽量找出建筑防雷接地

网或其他专用地网，并就近再设一组地网，三者相互在地下焊接连通，有困难时也可在地面上可见部分焊接成一体作为机房地网。

找不到原有地网时，应因地制宜就近设一组地网作为机房工作地、保护地和铁塔防雷地。

工作地及防雷地在地网上的引接点相互距离不应小于5m，铁塔尚应与建筑物避雷带就近两处以上连通。

5）铁塔地网的组成：

当通信铁塔位于机房旁边时，铁塔地网应延伸到

塔基四脚外1.5m远的范围，网格尺寸不应大于3m×6m，其周边为封闭式，同时还要利用塔基地桩内两根以上主钢筋作为铁塔地网的垂直接地体，铁塔地网与机房地网之间应每隔3~5m相互焊接连通一次，连接点不应少于两点。

当通信铁塔位于机房屋顶时，铁塔四脚应与楼顶避雷带就近不少于两处焊接连通，同时宜在机房地网四角设置辐射式接地体，以利雷电流散流。

6）变压器地网的组成：

当电力变压器设置在机房内时，其地网可合用

机房及铁塔地网组成的联合地网；当电力变压器设置在机房外，且距机房地网边缘30m以内时，变压器地网与机房地网或铁塔地网之间，应每隔3~5m相互焊接连通一次（至少有两处连通），以相互组成一个周边封闭的地网。

7）当地网的接地电阻值达不到要求时，可扩大地网的面积，即在地网

外围增设1圈或2圈环形接地装置。

环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体周边为封闭式，水平接地体与地网宜在同一水平面上，环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间应每隔3~5m相互焊接连通一次；也可在铁塔四角设置辐射式延伸接地体，延伸接地体的长度宜限制在10~30m以内。

4接地体

1）接地体宜采用热镀锌钢材，其规格要求如下：

钢管φ50mm，壁厚不应小于3.5mm。

角钢不应小于50×50×5mm。

扁钢不应小于40×4mm。

2）垂直接地体长度宜为1.5~2.5m，垂直接地体间距为其自身长度的

1.5~2倍。

若遇到土壤电阻率不均匀的地方，下层的土壤电阻率低，可以适当加长。

当垂直接地体埋设有困难时，可设多根环形水平接地体，彼此间隔为1~1.5m，且应每隔3~5m相互焊接连通一次。

3）在沿海盐碱腐蚀性较强或大地电阻率较高难以达到接地电阻要求的

地区，接地体宜采用具有耐腐、保湿性能好的非金属接地体。

4）接地体之间所有焊接点，除浇柱在混凝土中的以外，均应进行防腐

处理。

接地装置的焊接长度：

对扁钢为宽边的2倍，对圆钢为其直径的10倍。

5）接地体的上端距地面不应小于0.7m，在寒冷地区，接地体应埋设在

冻土层以下。

5接地线和接地引入线

1）接地线宜短、直，截面积为35~95mm2，材料为多股铜线。

2）接地引入线长度不宜超过30m，其材料为镀锌扁钢，截面积不宜小

于40mm×4mm或不小于95mm2的多股铜线。

接地引入线应作防腐、绝缘处理，并不得在暖气地沟内布放，埋设时应避开污水管道和水沟，裸露在地面以上部分，应有防止机械损伤的措施。

3）接地引入线由地网中心部位就近引出与机房内接地汇集线连通，对

于新建站不应小于两根。

6接地汇集线

1）接地汇集线一般设计成环形或排状，材料为铜材，截面积不应小于

120mm2，也可采用相同电阻值的镀锌扁钢。

2）机房内的接地汇集线可安装在地槽内、墙面或走线架上，接地汇集

线应与建筑钢筋保持绝缘。

7接地电阻

1）移动通信基站地网的接地电阻值应小于5Ω，对于年雷暴日小于20

天的地区，接地电阻值可小于10Ω。

2）架空电力线与电力电缆接口处的保护接地以及电力变压器（10kVA以

下）保护接地的接地电阻值应小于10Ω。

3）架空电力线上方的避雷线及增装在高压线上的避雷器的接地电阻

值，其首端（即进站端）应小于10Ω，中间或末端应小于30Ω。

8移动基站接地地网接地电阻值的测量

电流极与接地网边缘之间的距离为d13，一般取接地网最大对角线长度D的4~5倍，以使其间的电位分布出现一平缓区域。

在一般情况下，电压极到接地网的距离约为电流极到接地网的距离的50%~60%。

测量时，沿接地网和电流极的连线移动三次，每次移动距离为d13的5%左右，如三次测得值接近即可。

若d13取4~5D有困难，在土壤电阻率较均匀的地区，可取2D，D12取D；在土壤电阻率不均匀的地区或城区，d13可取3D，d12取值1.7D。

电压极、电流极也可采用三角形布置方法。

一般d12=d13>2D，夹角θ=29°≈30°。

电流极和电压极应可靠接地，如果接地不良，甚至晃动而致与土壤形成空气间隙，则可能导致较大的误差。

两种测试方法具体如图1、图2所示。

d12

d13

图1接地地阻值直线测量法

9移动基站防雷接地存在的问题及可能造成的影响

1）由于基站通信的电波传播为直线传播，因此要求基站建在较高的地

方，相对周围环境而言，形成一个十分突出的目标，从而导致基站易遭受雷击，因此损坏通信设备，中断通信的事故时有发生，尤其雷暴日高的地区更为严重，有的基站直接经济损失几十甚至上百万元。

根据实地调查，各地的防雷接地通常存在以下问题：

（1）强、弱地线串用

a.铁塔避雷针接地线与机房接地汇集线共用一根接地引入线与地网相连

（见图3）。

当铁塔避雷针遭受雷击时，大量的瞬间雷电流就会沿着铁塔接地线进入到机房设备中，造成设备因雷击过电压而损坏。

b.铁塔避雷针接地线与机房接地汇集线虽然经各自的接地引入线与地网

连通。

但两根接地引入线在地网上的入地点相同，没有拉开5米以上的距离（见图4）。

可能产生的影响是当铁塔避雷针遭受雷击时，大量的瞬间雷电流沿着接地引入线泄放到地网时，入地点的电位骤然上升，机房通信设备因地电压的高位反击而损坏。

c.天馈线的第一或第三外屏蔽接地线接到了机房内的接地汇集线上（见

图5）。

此时天馈线上感应过电压也会损坏机房内的设备。

与地网机房

焊接处

图3

机房

与地网

焊接处

图4

机房

与地网

焊接处

图5

d.有的基站机房内通信设备保护接地不规范，直接与屋顶女儿墙上的避

e.

有的基站机房内通信设备保护接地不规范，直接与屋顶女儿墙上的避

雷带相连，其后果与a相同，并且接地电阻太大。

（2）接地不完善

a.天馈线进入机房前其外屏蔽层没有接地；

b.天线铁塔接地和机房接地没有形成联合接地，两者之间存在地电位

差，易造成地电位反击损坏机房设备；

c.有的基站铁塔接地不规范，只用一根扁铁从铁塔一个角与机房建筑搭

在一起，而且与地网之间电气也没连通；

d.有的基站机房屋顶上所有金属突出物没有和女儿墙上避雷带电气连

通；

e.有的基站铁塔高为70米，天馈线中段屏蔽层和在机房入口处的外屏蔽

层都没有接地。

（3）有的接地引线和螺丝拧在一起，而且螺丝已生锈，造成接地不可靠

没有达到接地的要求；

（4）有的基站铁塔上避雷针尺寸不符合规范要求，应严格按照滚球法

计算其尺寸。

2）上述情况均不符合防雷要求，会在雷击中引起损失。

当基站遭受雷击时，可能对基站造成危害的主要部位有：

（1）基站收发信机的馈线入口；

（2）基站收发信机的电源入口；

（3）基站所有电源设备将会受到危害；

（4）中继传输设备和通信电缆接口；

（5）有线中继线路。

10充分理解规范，因地制宜实施防雷接地工程

由于各基站的环境和建设方式不同，所以对基站防雷接地不能一概而论，应根据具体情况采取防雷与接地措施，将基站接地系统按照均压等电位的原理进行设计和改造，即通信设备的工作地、保护地、防雷地、建筑地合用一组接地体的联合接地方式，将接地线和接地引入线按照“共地不共线，一点接地法”的原则进行合理布线。

根据不同情况，具体分析如下：

1）楼顶建铁塔，机房所在建筑物女儿墙上有避雷带，市电引入机房

（1）由于移动基站租用商品房或民房情况较普遍，此种情况占到全部基

站的60-70%。

首先在楼顶铁塔的基脚处南北或东西方向置180°两处与楼顶避雷带相

连，连接材料为40×4mm镀锌扁钢，利用建筑主钢筋多处泄放雷电流，并在楼下合适的位置建一地网，地网建成以后利用扁钢与建筑主钢筋两处焊接组成联合地网，从地网相距5m以上的位置抽两个头引出地面1.5m处做断接点，分别作为避雷针、机房工作保护接地引入线的接地点，机房内设置设备工作保护接地汇集线，其接地引入线接机房工作保护接地点；雷电流引下线下端接避雷针接地点，上端在楼顶与楼顶接地汇集线相连。

接地引入线采用40×4mm镀锌扁钢或95mm2多股铜芯线。

铁塔上避雷针接地线，基站同轴电缆馈线的金属外屏蔽层的上部、下部接地线均与楼顶接地汇集线相连，同轴电缆馈线的金属外屏蔽层的下部接地也可就近与铁塔中部相连。

外屏蔽在机房入口处的接地