浅析TD基站的雷电防护(090720)

1、浅析TD基站的雷电防护 目 录 1. TD基站与GSM基站区别 2. 浅析TD基站的雷害原因 3. 浅谈TD基站的雷电防护 1.TD基站与GSM基站区别 TD基站与GSM基站相比，室外新增了两部分设备：（1）全球定位系统（Global Positioning System,GPS）；（2）射频远端设备（radio remote unit,RRU）。 共同特点：（1）有源工作单元；（2）安装在室外，也可能在天线塔杆上。 TD系统中的GPS和RRU是TD基站防雷考虑的一个新课题。 TD-SCDMA天馈系统示意图 有关有关RRU的图片的图片2. 浅析TD基站的雷害原因2.1 TD基站的雷害情况 当前

2、要评估TD基站的防雷能力，为时尚早。一是历时时间短，二是TD基站正在大量建设中，三是基站的分布有局限性，当前主要集中在雷电电磁环境不十分恶劣的城区。 目前在一些省公司，已经有TD基站遭受雷害的案例，并进行分析和采取防范措施。总部网络部也组织了有TD厂商参加的专题讨论。2.2 TD基站雷害原因的初步分析基站雷害原因的初步分析 RRU与机房间通常采用光缆传输，RRU直流电源由机房提供，RRU系统中主要包括光缆和电源线，电源线的外面有屏蔽层，屏蔽层上部与RRU外壳相连，下部在入机房前接地（类似馈线的第三点接地）。RRU一般紧靠天线安装在塔体（或抱杆）的上部，与塔体之间未采取绝缘措施，对塔体上方避雷针

3、接闪的雷电流而言，RRU外壳与塔体在电气上是连通的。 由于电感影响，雷电流流经塔体时，由上至下呈现很大的电位差。雷电流从避雷针流向大地路由及电流分配遵循欧姆定律原则，大部分电流经塔身（包括引下线）入地，小部分电流经RRU外壳、电源线的屏蔽层、设在机房内的RRU供电设备进入大地，在此过电压的冲击下，有可能损坏该RRU电源设备。此外，雷电产生的高压，也可能损坏RRU模块。2.2 TD基站雷害原因的初步分析（续）图中：ZI 天线杆（塔）的阻抗Z2 远供电源线屏蔽层的阻抗Z3 远供电源线的阻抗R1 RRU外壳和天线杆塔间的接触电阻R2 RRU外壳和内部模块间的绝缘电阻I0 避雷针接闪时的雷电流I1 流

4、经天线杆塔的雷电流I2 流经远供电源线屏蔽层的雷电流I3 流经远供电源线的雷电流U0 雷电流在天线杆（塔）上的电压2.2 TD基站雷害原因的初步分析（续） 影响TD基站安全的因素： I3 （流经远供电源线的雷电流）过大，影响RRU模块和机房内远供电源的安全。 I2 （流经远供电源线屏蔽层的雷电流）过大，造成雷电流对机房冲击，使地电位迅速升高，在直流电源口产生雷电浪涌电流。3.浅谈TD基站的雷电防护 概括TD基站的雷电防护，主要有两种思路（方式）： 一是隔离，将RRU与有雷电流流过的天线杆（塔）隔离（绝缘），使RRU及连接至机房的线缆上没有直击雷的雷电流通过，也即前面“雷电流流经途径示意图”中的

5、电阻R2、R2无限大，使雷电流I2、I3为零，其结果是雷电流不进入RRU模块，也没有雷电流通过RRU金属外壳、电缆屏蔽层进入机房。保证了RRU和它的供电电源的安全。 二是等电位连接，是指以设备单元为考虑对象，在各端口用SPD将电源对“地”进行连接，这个“地”在机房入口处或机房内，与2G基站的概念是一样的，对RRU可能在天线杆塔的上部。此时，与隔离的方式不一样， RRU与有雷电流流过的天线杆（塔）无须绝缘。3.浅谈TD基站的雷电防护（续） 两种雷电防护方式的比较： （1）隔离方式： 优点：工程中一次性解决，彻底，并能消除雷电浪涌电流对机房的影响，提高了机房设备对雷电的防护能力，无维护（或少维护）

6、； 缺点：当前主要设合于使用天线杆（塔）高度较低的场合，在设备厂商配合后，有望得到彻底解决。 （2）等电位连接方式： 优点：能解决当前使用天线杆（塔）高度较高的场合，无特殊施工要求； 缺点：SPD需厂商配合制作，需对SPD作周期性的检查、测试，无法解决雷电流对机房的影响。关于隔离方式的说明关于隔离方式的说明雷电流在杆（塔）上压降雷电流在杆（塔）上压降U U的计算的计算 由于塔身有电感，即使不计塔身的电阻，雷电流将在塔身上产生电压降。在铁塔上，此压降的幅度U可按下式估算： U=Ldi/dt+iR （1） 式中：L铁塔塔身的电感，亨，塔身的电感可按其高度每米0,5微亨计算。 R 基站接地网的接地电

7、阻，欧。 i雷电流瞬时值，kA。 di/dt雷电流的变化率，可按di/dt =IL/2.6s进行计算，IL为雷电流的幅值。 式（1）未计及接地网的电感，只计算了铁塔的电感。在雷击时，在铁塔上，每米塔高的电压降为： Ldi/ dt = 0.510-6IL/2.610-6 =0.19 IL 如果雷电流幅值较大，如200kA，则塔身每米的电压降为38kV/m，即使按对应滚球半径30m的雷电流5.4kA计，每米电压降也有1kV/m。如果通信设备安装在30m的平台，接闪的雷电流是5.4kA时，此处铁塔对接地网的电压幅值就为30kV；如果接闪的雷电流是10.1kA时，此处的电压幅值就将达57.6kV。接闪

8、的电流大，在平台处的电压也大。这个电压将对铁塔上的通信设备造成极大的危害，并有可能通过信号电缆窜入机房，对机房的设备造成危害。 （引自 梅忠恕. 通信基站防雷保护四要点 中国防雷 2008 No.3 ）3.1 GPS的雷电防护的雷电防护 RPS天线雷电防护宜采用隔离方式，GPS天线不宜安装在铁塔上。通常宜就近安装于屋顶上，使GPS处于接闪器的防护区域内，并满足GPS上方信号传输的净空要求。固定GPS时应与外部防雷装置（包括避雷针、避雷带、引下线等）绝缘。如果条件限制须安装在铁塔上时，宜安装在铁塔下部，并与塔体绝缘。3.1 GPS的雷电防护（续）的雷电防护（续）3.2 RRU系统的雷电防护系统的

9、雷电防护（1）隔离方式： a）天线杆与外部防雷装置分设 在满足无线传输（覆盖）条件下，将安装有天线、RRU的天线杆（塔）安装在附近建筑物或其他用途的外部防雷设施的保护下，即将天线杆（塔）处于LPZ0B区，类似电力变电站避雷针对变压器的防护方式。 当安装有天线和RRU铁塔（或抱杆）上设有避雷针时，在条件允许的情况下，宜考虑另行安装独立的避雷针，使天线和RRU在该避雷针的防护下，并将天线铁塔（或抱杆）上的避雷针拆除。新设避雷针的引下线应另行单独接入地网，入地点宜在远离机房一侧与地网相连。 3.2 TD-SCDMA系统的雷电防护（续）系统的雷电防护（续）（1 1）隔离方式）隔离方式（续）（续）b）天线杆与避雷针、引下线作电气隔离；注：作为配合，也可在RRU模块与金属外壳间采用高压绝缘措施，此时，给RRU供电线缆的屏蔽层在RRU端不再与外壳相连。3.2 TD-SCDMA系统的雷电防护（续）系统的雷电防护（续） （1 1）隔离方式）隔离方式（续）（续） b）天线杆与避雷针、引下线作电气隔离（图例）3.2 TD-SCDMA系统的雷电防护（续）系统的雷电防护（续）（2）等电位连接：3.2 TD-SCDMA系统的雷电防护（续）系统的雷电防护（续）（2）