3G分布式基站防雷文章

1 3G 分布式基站的防雷接地系统 刘吉克 摘要 本文论述了 3G 分布式基站 包括 TD CDMA 的防雷接地系统 主要是讨论 3G 分布 式基站防雷接地系统与原有基站的差别 以及可能采取的 不同防雷接地措施和方法 根 据 3G 分布式基站设备 RRU 与 BBU 接口防雷的技术指标 提出 3G 分布式基站防雷接地系 工程设计需要注意的问题 以 指导今后工程的设计 选型及实施 关键词 3G 基站 防雷 接地 一 3G 分布式基站的演变与防雷 为了缩小基站设备的体积 减轻设备重量 减少基站主要设备的功耗 节约机房占 地面积 灵活扩容 降低造价 扩大基站的使用及覆盖范围 各个厂商将 小微波射频和 中频基带设备分布的模式应用到基站通信系统 将基带设备与射频设备分开设置 这一 点华为技术做的最为灵活及突出 分布式基站天馈线与以往基站来讲 显而易见 从基 站到铁塔上的馈线数目明显减少 不同的时期 人们解决的问题是不同的 技术在不断 的成熟 包括分布式基站的演变 从下面三个 框图 可以清晰的看到这一点 图 1 第一代 3G 基站设备及天馈系统示意图 2 图 2 第二代 3G 基站设备及天馈系统示意图 图 3 第三代 3G 基站设备及天馈系统示意图 随着技术的演变 从防雷的角度 表面看来简单多了 BBU 和 RRU 的分开设置 上铁塔的缆线减少了 但由于各类线缆上塔 又引入了新的防雷接地问题 特别是各类 缆线的拉远及供电方式带来的防雷问题 以及室外一体化 UPS 供电 室外一体化直流供 电设备的防雷接地问题 另一个方面 上塔线缆由于与原有基站相比 大大的减小了数量 因此雷击时原先分配多根缆线上的雷电流 此时可能集中在几根线缆上 相对而言 对 于 3G 基站馈线系统承受的雷电流增加了 所处环境更加严酷了 另外第三代 3G 基站设备及天馈系统 由于用光缆代替了射频 中频电缆 控制电 3 缆 射频电缆仅剩下 RRU 到天线的几米线 因此原有基站射频电缆的雷电保护问题解 决了 此时除 GPS 以外 仅剩下了电源线拉远的防雷保护问题 二 分布式基站的供电与防雷 1 分布式基站的供电要求 对于 3G 分布式基站主要分为直流 48V 或 24V 供电和交流 220V 两种不同的供 电方式 在基站设计选型上 根据基站建设的具体情况 可以选用交流或者直流供电方 式 以 WCDMA 分布式基站设备为例 华为 中兴 阿尔卡特朗讯 摩托罗拉设备的 BBU 都是只支持 48V 的供电方式 华为的主流 RRU 设计仅支持 48V 供电 中兴 朗 讯和摩托罗拉的 RRU 均支持交流 220V 和 48V 两种供电方式 可选择相应供电模块 2 主要基站的负荷统计 根据相关厂家提供的相关资料 目前中兴 华为 阿尔卡特 朗讯 摩托罗拉分布 式基站设备功耗及工作电压如下 华为设备 BBU 功耗 35W RRU 功耗 170W 工作电压范围 40V 60V 中兴设备 BBU 功耗 190W RRU 功耗 180W 工作电压范围 35V 60V 朗讯设备 BBU 功耗 293W RRU 功耗 230W 工作电压范围 40 5V 57V 摩托罗拉 BBU 功耗 100W RRU 功耗 130W 工作电压范围 40V 60V 其中 RRU 功耗均为 40W 发射功率的典型耗电 3 雷电的分区与防雷器最大浪涌电流的选择 在基站暴露在外部的线缆 IEC 雷电保护区的分类还是可以参考的 在铁塔上和房屋 建筑上布设的各类缆线 在避雷针或避雷带的保护下 直击雷是不可能落在缆线上的 此时按照雷电保护区的分类属于 LPZ0B 由于缆线采取了铠装电缆 在铠装层内部的线 缆及两端设备按照雷电保护区的分类属于 LPZ 1 虽然我们在分析过程中 采用了 IEC 雷电保护区的分类模型 线缆及两端设备从保 护区 LPZ0B LPZ 1过渡属于两个防雷区的交接处 如果按照 IEC 雷电保护区的划分来 选择防雷器 能够承接该区域使用的防雷器 其雷电流推荐的是 10 350 S 的雷电流波 4 形的产品 实际上处于该区域各类缆线雷电影响的理论计算 模型分析 各个国家在数 以百万计的基站的雷击事故报道 以及来自于中国数万计基站雷击事故的统计 基站馈 线是无需使用能够承接直击雷 10 350 S 雷电流波形的产品 馈电线甚至也无须采用 8 20 S 最大电流大于 40kA 的限压型防雷器 但由于电源拉远直接暴露在 LPZ0B的特殊 性 而且设备接口抗雷电流能力较差 此时拉远缆线两端必须采用串联多级防雷器 4 4 串联防雷器工作电流的要求串联防雷器工作电流的要求 为了防止直流 交流 馈电两端设备 遭受雷击时损坏 需要安装防雷器 但在一条 馈电线上 仅用一级防雷器 从限压型防雷器雷击后的残 压特性分析 将雷电浪涌降到 设备允许的电压下几乎是不可能的 因此必须安装两级防雷器 才能做到多级保护 逐 级限压的目的 由于两级防雷器之间需要有一定的距离要求 要达到保护的效果 必须 采用串联多级防雷箱 由于直流 交流 馈电有工作电流问题 因此在采用串联多级防 雷箱时 对串联多级防雷箱 由于内部有电感存在 所以选择产品时 最大工作电流要 求需要非常明确 避免因最大工作电流超过防雷箱的允许电流值发生燃烧问题 三 分布式基站的供电方式与防雷 分布式基站设备就是其基带 BBU 与射频 RRU 单元分开 根据分布式基站设 备的特点 其供电方案也有多种选择 可以分为以下几种供电方案 包括 室外一体化 UPS 供电 室外一体化直流电源供电 直流电源远供供电和交流电源远供供电四种供电 方案 下面我们就对这四种供电方式的防雷要求进行说明 1 室外一体化 UPS 供电 1 1 应用环境 1 BBU 设备安装在基站机房内采用 48V 直流系统供电 2 RRU 设备支持交流 220V 供电 3 RRU 安装在室外天面 距离机房 48V 直流系统较远的情况 或者 RRU 设 备与 BBU 不在同一楼房 距离很远时 采用室外一体化 UPS 对 RRU 进 行就近供电 4 室外环境适合一体化 UPS 设备的安装 有安装位置 5 1 2 防雷措施与方案 选用室外一体化 UPS 设备就近供电 考虑到就近可能有数个 RRU 设备 一般不多 于 3 个 需要供电 在配电系统或者配电箱前 根据所处地区选择 最大通流能量 80kA 100kA 专门的串联防雷箱 室外一体化 UPS 设备就近供电接地是关键 2 室外一体化直流电源供电 2 1 应用环境 1 BBU 设备安装在基站机房内采用 48V 直流系统供电 2 RRU 设备支持直流 48V 供电 3 RRU 安装在室外天面 距离机房 48V 直流系统较远的情况 或者 RRU 设 备与 BBU 不在同一楼房 距离很远时 采用室外一体化直流电源系统对 RRU 进行就近供电 4 室外环境适合一体化直流电源设备的安装 有安装位置 2 2 防雷措施与方案 选用室外型 48V 直流供电设备就近供电 考虑到就近可能有数个 RRU 设备 一般 不多于 3 个 需要供电 在外市电引入或者配电箱前 根据所处地区选择必须配置最大 通流能量 80kA 100kA 专用 1 1 串联防雷箱 室外型 48V 直流供电设备就近供电接地是 关键 3 直流电源远供供电 3 1 应用环境 1 BBU 设备安装在基站机房内采用 48V 直流系统供电 2 RRU 设备支持直流 48V 供电 3 RRU 安装在室外天面 距离机房 48V 直流系统较近的情况 利用机房直 流电源系统对 RRU 进行远供供电 6 3 2 防雷措施与方案 直流远供方案需要将直流电源线拉远至 RRU 设备端进行供电 由于电源线较长 在房顶时 会暴露在室外天面 在有铁塔时 电源线沿塔身布设 雷电电磁场对电源线 较大 因此电源线的防雷问题应该引起足够重视 在直流馈电线两端必须配置 40kA 专 用 1 1 直流串联防雷器 直流串联防雷的最大允许电流根据为 RRU 提供的电流来定 4 交流电源远供供电 4 1 应用环境 1 BBU 设备安装在基站机房内采用 48V 直流系统供电 2 RRU 设备支持交流 220V 供电 3 RRU 安装在室外天面 距离机房 48V 直流系统很远的情况 利用机房逆 变器电源系统对 RRU 进行远供供电 4 基站机房有空余安装位置可以安装逆变器设备 该方案是在机房内安装一套逆变器 其输入采用机房现有直流系统输出的 48V 电源 将其逆变为 220V 交流电供远端 RRU 设备供电 4 2 防雷措施与方案 交流远供方案需要将交流电源线拉远至 RRU 设备端进行供电 由于电源线较长 在房顶时 会暴露在室外天面 在有铁塔时 电源线沿塔身布设 雷电电磁场对电源线 较大 因此电源线的防雷问题应该引起足够重视 在 220V 交流馈电线两端必须配置 80 100kA 以上的交流串联防雷器 交流串联防雷的最大允许电流根据为 RRU 提供的电 流来定 5 分布式基站防雷接地图例 7 图 4 外置直流拉远线两端防雷箱安装示意图 图 5 传统基站与分布式基站传输线和电源线对比示意图 8 四 四类供电方式防雷接地对比 1 室外一体化 UPS 供电与外一体化直流电源供电 室外一体化 UPS 供电与外一体化直流电源供电需要就近为 RRU 供电 相应的就近接地 系统在每一个区域或建筑物另外设立 每一个区域或建筑物需要增加串联防雷箱 这样一 是提高投资 二是增加了防雷接地的难度 2 直流电源远供供电与交流电源远供供电 交直流远供方案需要将交直流电源线拉远至 RRU 设备端进行供电 由于电源线较 长 在房顶时 会暴露在室外天面 在有铁塔时 电源线沿塔身布设 雷电电磁场对电 源线较大 在直流馈电线两端必须配置专用直流串联防雷器 直流串联防雷的最大允许 电流根据为 RRU 提供的电流来定 优点防护雷接地对方案简单 还是利用原有接地系统 投资是最少的 五 不同公司 BBU RRU 设备防雷的差别 由于设计理念不同 华为 RRU 接口主要采取了内部防雷保护的方式 而中兴采取 的是外置串联防雷器的方式 阿尔卡特朗讯 摩托罗拉在技术说明书中 有一些设备本身 的防雷抗扰度指标 但没有外部的防雷设备 如果在 RRU BBU 端没有完善的内部保 护的方式 需要采取外置串联防雷器的方式 六 分布式基站与原有基站防雷接地的差别 1 相同点 3G 基站地网 等电位连接 接地 线缆 的接地及防雷器的设置原则 与原有基站相 同 9 2 不同点 1 室外一体化 UPS 供电与外一体化直流电源供电需要就近为 RRU 供电