毕业论文移动基站的防护技术

1、 目录目录一、引言.2 2二、基站整体防雷总述.2 2三、防雷类别的确认.3 3四、直接雷防护.4 4五、电源系统的避雷与过压保护.4 4六、天馈线系统的过压保护.7 7七、中继传输系统的过压保护.7 7八、接地系统.9 9移动基站的雷电防护移动基站的雷电防护南京信息工程大学 杨海山 210044【摘要摘要】 随着科学技术日新月异的发展，各类基站不断增多，由雷击导致基站出现的事故也随之增多，因此为了防止移动通信基站遭受雷害，确保基站内设备的安全和正常工作，确保建筑物、站内工作人员的安全，提高网络运行的安全系数，实施移动通信基站的整体防雷与接地工作是十分重要的。（修改）【关键词关键词】 移动基站

2、 防雷 接地一、一、引言引言 移动基站的整体防雷工程是一项要求高、难度大的综合工程，涉及多方面的因素，需要针对不同的系统分别加以保护，又要考虑多个系统的协调工作，在工程中不能造成对系统的任何影响。因此，在遵守国家和信息产业部有关规范的基础上，引入国际电工委员会的先进防雷技术和标准要求，以达到更好的防护效果。设计依据以下标准和规范：设计依据以下标准和规范：(1) 中华人民共和国信息产业部标准移动通信基站防雷与接地设计规范YD5068-98；(2) 中华人民共和国信息产业部标准通信工程电源系统防雷技术规定YD5078-98；(3) 原邮电部标准通信局（站）接地设计暂行技术规定YDJ26-89(4)

3、 国家标准建筑物防雷设计规范GB 50057-94；(5) 原邮电部标准微波站防雷与接地设计规范YD 2011-93；(6) 国际电工委员会（IEC）标准Protection of Structures against Lightning IEC 61024；(7) 国际电工委员会（IEC）标准Protection against Lightning electromagnetic impulse(雷电电磁脉冲的防护) IEC 61312；(8) 国际电信联盟 ITU-T SG5 相关建议书：K.11（过电压和过电流保护的原则），K.27（电信大楼内的连接结构和接地），K.34（电信设备电磁环

4、境条件分类），K.35（远端小型机房的连接结构和接地），K.40（电信中心对雷电电磁脉冲的防护）。二、基站整体防雷总述二、基站整体防雷总述移动基站是由电源系统、接收发射系统、天馈线系统、中继传输系统等构成的一个综合系统，防雷的目的是保证各系统都能正常工作，不受雷电的干扰和破坏。基站所处环境的不同，雷击的季节和强度都不一样，所以将需保护的基站作为一个整体，堵塞所有的雷击入侵渠道，实行分区和等电位连接的原则，在工程实施中按规范执行，才能起到全面的保护效果。根据防雷分区的概念可以知道，不同防雷区之间的电磁强度不同，除LPZ0 区外，内部防雷区因电磁衰减而与外部防雷区的雷击电磁强度不一样。因此，加强屏

5、蔽措施，在一定程度上可以防止雷电电磁脉冲的进入。那么，穿越防雷区界面的线路就成了雷击的主要通道。做好穿越防雷区的线路上的防雷，无疑是整体防雷的重点。外部防雷装置承担大部分的雷电电磁的能量，是整个防雷系统中的最基础一环，表面看起来与内部防雷区没有关联，但是，强大的下泄电流产生的电磁场能在进入内部防雷区的线路上感应出过电压，破坏内部设备。除了线路入侵和电磁感应之外，雷电电磁脉冲还可通过接地系统进入内部防雷区。当雷击在地网附近，雷电流通过接地线下地，地网瞬间的高电位可能通过接地线反击设备，造成破坏。由此可以得出，防雷工程不仅仅包括安装避雷针和使用浪涌保护器，还包括屏蔽与接地等其它有助于减少电磁强度的

6、措施。IEC /TC-81 将整体防雷总结为：DBSE 技术即分流（Dividing）、均压（Bonding）、接地（Earthing）、屏蔽（Shielding）四项技术的综合。如果从设计阶段开始综合考虑四项措施，严格符合基站防雷接地规范，就能起到理想的防护效果。三、防雷类别的确认三、防雷类别的确认勘测情况：该基站位于一土山上，周围空旷，雷击环境比较差，该基站机房的长宽高尺寸为：201610，该地区的年平均雷暴日数为 41 天。N=KNeAe=1.53.000.0091 =0.04. K-校正系数，土山顶部的建筑物取 1.5； Ne-建筑物所处地区雷击大地的年平均密度（次/Km2.a）；则：

7、 Ne=0.024Td1.3=0.024411.3=3.00Ae-与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（Km）。L=20、W=16、H=10 分别为建筑物的长、宽、高,则防雷类别根据建筑物年预计雷击次数确定，预计雷击次数的公式如下：N-建筑物预计雷击次数（次/a）；则：因为 N=0.040.03，根据标准 GB50057-94 和 YD5003 得出直击雷防护属二类；由于移动站的通信设备大量使用微电子电路，其抗过压能力很低，理论和实践均表明，该类设备的损坏主要是雷电电磁脉部造成，雷电电磁脉冲发生的概率远高于直击雷。有鉴于此，我们认为通信站的雷电电磁脉冲防护应加强。四、四、直击雷直击雷防护防护4.

8、1、接闪器的设计：由于建筑物的防雷类别为二类，所以用滚球设计接闪器时滚球半径 R=45m；由于机房和配电房的屋面无需要保护的设备，它们的屋面接闪器采用避雷带与建筑物混凝土内的钢筋相连构成暗装避雷网。铁塔上的天线可在铁塔上加装避雷针保护，如（图一）所示，设天线顶端距地高度为 h 米，距避雷针的距离为 d 米，避雷针高为 H 米。则有：由于 R 为 45 米，h 和 d 可通过实测获得，所以避雷针高 H 可以确定。测的 h=25 米,d=1 米,可求得 H=27 米即避雷针顶部距地面为 27 米。避雷针可选用 LZ1680,其导流面积大于 100mm2，符合GB50057 的要求。可根据安装需要焊

9、接或螺栓紧固在铁塔顶部。图一图一4.2、引下线的设计 避雷针可用铁塔作引下线，因铁塔已良好接地，所以只需在安装避雷针时保证避雷针与铁塔有良好的电气连接，并做防腐处理即可，机房和变压器房的避雷带用建筑物内的钢筋作引下线，将屋面避雷带按标准要求分别接在四个角上，将避雷带与机房混凝土内的钢筋相连。五、五、电源系统的避雷与过压保护电源系统的避雷与过压保护由于电力线大多架空铺设，受雷击或感应的机会相当大，基站电源系统发生的雷电事故也较多。除此之外，位于郊外的基站供电属于 TT 系统，电网电压波动大，易造成过压损害用电设备。因此电源系统避雷及过压保护是首要解决的问题。但国家对高压系统的避雷保护有专门规定，

10、归属电力部门负责，因此本方案只针对进入基站机房内的低压电力线进行保护设计。YD5068-98 规范中第 3.1.9 明文规定要求在低压电力线进入交流屏前，安装可靠的防雷器件，但并未涉及具体需防护雷电的级别和能量的配合。而国际电工委员会防雷技术组织（IEC/TC81）的国际通行规范 IEC61312-1 给出了防雷保护区概念，并对各级避雷器提出具体技术要求。根据 IEC 的统计，自然界中首次雷击电流幅值超过 200KA 的机率不到1%，首次雷击电流波形为 10/350s（分别指波头和半值时间）。由于外部防雷的接闪和电磁的衰减，约有 50%的雷电能量入地，因此 IEC-1312 规定了作为处在 L

11、PZ 0-A 和 LPZ 0-B 防雷区之间的首级避雷器的放电流，应（40-60）KA （10/350s）。考虑到符合电气安全的设备，其耐过压能力一般是工作电压的 2-3 倍，因此作为最内部的防雷器的残压要求在 600V 左右，对精细的电子设备要求更低。由于雷击的强度与设备的耐压水平悬殊，IEC 经过实践证明只有分级保护才能达到这一要求。根据设备的不同位置和耐压水平，可将保护级别分为三级或更多。根据多数基站配电的情况未经屏蔽的供电线路穿越各级防雷区，结合设备耐过压能力，采取符合国内和国际规范通行的两级防雷能够达到保护目的。对于部分雷击频繁强烈的地区，可适当增加分级分区的数量。5.1 第一级采用

12、德国 DEHN 公司的电源避雷器：DEHN VGA280/4，用开关箱固定安装在基站电源总进线开关处，对地并联在三根相线和中线上，直接用25mm2铜缆接地至总接地线。避雷器具有遥控监测触点和损坏报警指示，配合雷击计数器，具备了移动基站防雷技术规范所有功能要求。 DEHN VGA280/4 技术参数：技术参数： 响应时间25ns； 雷电通流量60KA（雷电冲击电流波为 10/350s）； 残压峰值2.5KV5.2 根据 IEC 364-4-442，为防止变压器高压侧某一相对变压器壳短路，造成用户侧相线对地产生持续高电势差，第二级采用“3+1”系统，即 3 个 C 类保护类保护器器 DEHN gu

13、ard 275 T/FM 分别由三根相线对中线安装，再加上一个 DEHN gap C，连接中线和地线。这样可以进行相-相、相-中、相-地、中-地的全面保护电源第二级避雷器安装在交流配电屏处，通过交流配电屏可靠接地（参阅图二），同时具有遥控监测触点和损坏指示窗口，插拔模块结构可以进行不断电的更换操作，标准 DIN 导轨安装，也可直接在交流屏内安装。 DEHN guard T/FM 3+1 技术参数：技术参数： 响应时间25ns； 雷电通流量40KA（雷电冲击电流波为 8/20s）； 残压峰值1000V（放电电流为 15KA 等级）；5.3 现场第一级避雷器与第二级过压保护器的安装点达到技术要求的

14、 10 米距离，作为退耦器件，在基站不具备线路施工条件时，可考虑安装专用退耦器。L1 总开关箱总开关箱 节点距离节点距离 10m 交流配电屏交流配电屏L2 开开 关关L3 电电 源源N DEHN VGA280/4 DEHN guard/3 DEHN gap C/1 雷击计数器雷击计数器PE 图二、图二、 电源系统防雷示意图（标准配置）电源系统防雷示意图（标准配置）5.4 在部分内部屏蔽措施不得力，或基站设备距离开关电源距离较长的基站，可以选择安装电源第三级直流避雷器 DEHNrail 48 FM，抑制前级较高的残压对后端弱电设备的干扰。安装在开关电源直流输出处，通过直流配电屏接地，或者直接安装

15、在基站设备和传输设备的电源输入端。 DEHNrail 48 FML 技术参数：技术参数： 响应时间25ns； 雷电通流量5KA（雷电冲击电流波为 8/20s）； 残压峰值350V（放电电流为 2KA 等级）； 具有监控指示灯和遥控监测触点。六、天馈线系统的过压保护YD5068-98 规范第 3.3 条规定，基站天线必须在接闪体的保护范围内，同时依照第 3.3.2 条规定做好馈线屏蔽层的三点接地。同轴馈线电缆与天线相连，从铁塔或支撑架上引入机房，注意接闪器的引下线要与馈线相隔一定距离。馈线作为雷击感应的主要通道，应在馈线进入室内的防雷区 LZP 0-1 界面处，安装同轴馈线保护器。6.1 由于移

16、动基站的工作环境比较恶劣，大多数是无人值守机房，根据ERICSSON 基站设备的实际情况，选择瑞士瑞士 HUBER+SUHNER 公司的公司的3400.17.0098 双频馈线避雷器双频馈线避雷器，安装在走线架上、主馈线与下跳线之间的 7/16 DIN 接口处，通过屏蔽层可靠接地。此类避雷器具有寿命长、损耗低、免维护、高功率等特点，有别于传统的气体放电式避雷器。3400.17.0098 双频馈线避雷器技术参数：（在图中注明天馈双频馈线避雷器技术参数：（在图中注明天馈 SPD 的安装，对于的安装，对于屏蔽体的跨接，接头的处理）屏蔽体的跨接，接头的处理） 工作原理: /4 波导分流方式 阻 抗：5

17、0； 连接接头：7/16 DIN， F -FM工作频段：8241990MHz;插入损耗：0.1dB驻波系数：1.15 平均功率：500W 雷电通流量：8kA（雷电冲击电流波为 8/20s） 残压峰值：200VH+S 3400.17.0098 基站基站馈线上部接地下部接地入室处接地图三、天馈线防雷接地示意图图三、天馈线防雷接地示意图6.2 良好的馈线屏蔽层接地是保证避雷器工作的基础。邮电行业规范对接地作了严格的三点接地的规定，即馈线上部（馈线顶端与天线接口处）、下部（馈线在铁塔下部折弯前）和经走线架进机房处都要可靠接地。对于超过 30 米长的馈线或铁塔高度 60 米时，依据规范要在铁塔中部增加接

18、地点。6.3 出于工程安装的快捷性，符合规范的防渗、防潮、防泄漏的要求，建议使用专用馈线屏蔽层接地设备-瑞士 HUBER+SUHNER 公司的专用接地卡，规格包括 1/2、7/8、1 1/4等。七、中继传输系统的过压保护七、中继传输系统的过压保护基站的中继系统的传输有三种形式，光纤、微波和 PCM 电缆，其传输的通道处于 LPZ 0 和 LPZ 1 防雷区之间，也是引入雷电波的通道，因此中继传输线路的防雷是整体防雷中不可缺少的部分。YD5068-98 规范第 3.4 条规定在信号电缆进站处加装信号避雷器。7.1 光纤由于其传输信号的特殊性，不受雷电干扰，光端机电源得到保护后，做好屏蔽铠甲的接地

19、就可以达到良好的防护效果。（是否有金属芯、远供线、监控线）7.2 PCM 电缆中继线是雷击感应的重点，根据基站地处环境差别大，信号电压低、易受干扰等因素，选用尤其能适合于恶劣环境、性能优越的信号避雷器：德国德国 DEHN 公司的公司的 UGKF/BNC 或或 DEHN SI 12V,安装在中继线入户处、DF 架的接口前，并就近接地到接地汇集排。（补充基站网络结构拓扑图） 图四、图四、基站网络结构拓扑图基站网络结构拓扑图UGKF/BNC 和 DEHN SI 12V 依据防雷分区的概念，在同一保护器内实现粗保护和精细保护，具有频带宽、插入损耗低、放电流大的优点。DEHN UGKF/BNC 或或 D

20、EHN SI 12V 技术参数：技术参数：插入损耗0.1dB 响应时间1ns; 雷电通流量10KA（雷电冲击电流波为 8/20s） 残压峰值20V(放电电流为 5KA 等级) 带宽 75MHz，最大传输速率 16M Bit/s。7.3 微波中继设备采用了比较特殊的接口方式，由于微波的传输频率较高，具有一定的对雷电衰减的能力，在规范中未涉及此项内容，根据实际经验，将微波馈线（信号电缆）全屏蔽并根据接口不同情况安装信号或馈线避雷器即可。八、接地系统八、接地系统所有避雷器的保护原理是在雷击瞬间保证设备、大地、建筑物及其附属设备之间构成等电位体，从而避免过电压的损害，其中最关键的就是接地系统。从防雷保

21、护的原理不难理解，等电位的构成需要各系统共同接地，否则可能因为地电位反击而形成二次破坏效应。YD5068-98 规范中第 4.1 条明确指出：基站使用联合接地网。8.1 理想的接地装置（包括从接闪器、接地线到接地体）电阻是很小的，当雷击时，不论雷电流有多大，接地装置上任何一点对大地的电势差很低，这样对人和设备是绝对的安全。事实上这样的接地装置是不存在的，而在实际工程中，就要求接地阻值应尽可能地小，规范 YD5068-98 要求，基站地接地电阻值一般应小于 5 欧姆。8.2 为了保证移动通信基站稳定可靠的工作，防止寄生电容耦合干扰，保护设备及人身的安全，解决环境电磁干扰及静电危害，都必须有良好地

22、接地系统。在共用地网时，各种功能地接地既相互联系，又相互排斥，瞬时干扰及接触部分产生电磁波会给信号线带来辐射噪声，引起误码和存储器信息丢失，所以要注意信号电路、电源电路、高电平电路、低电平电路地应采用并联式直接接地，而避免接在同一点上。8.3 按照 IEC 整体防雷技术的接地要求，保证设备在雷击瞬间应处在等电位状态。由于部分基站的信号地、保护地相对独立，从“节约、实效”的原则考虑，将各地网简单相连。在地网施工中，接地体应依照 YD5068-98 规范第 4.2 条要求采用热镀锌钢材，连接使用铜缆。在地网的施工中，不仅要将地阻值降低，而且要注意合理地设计地网结构，以保证大电流下地时均匀快速地向大

23、地分散。 图五、图五、地网平面示意图地网平面示意图8.4 图六说明了接地和等电位连接的工作原理。在雷击瞬间由于避雷器件的快速导通和大电流的泄放，使设备内部线路器件、机壳、铁塔和建筑墙体金属构件以及金属屏蔽物等都与地网同时连通。这样在雷电发生的瞬间，机房内部和外部各个物体处在与地网相等的电位上，避免了因物件之间的电势差而使设备损坏。8.5 避雷器在极短的时间内(ns 级)响应，电流快速泄放，地网能否快速发散电流，是整个系统建立等电位的关键。因此要根据地理环境和土壤电阻率的不同而设计地网的结构，使电流合理快速的发散。 8.6 接地电阻偏高的基站必须进行整改。由于基站属联合接地，外部防雷系统接闪电流大，防止互扰的角度考虑，接地体的铺设应以封闭环行为佳。对