狠抓防感应雷击的二次破坏 减少意外故障因素

　　摘要：本文针对无线通信系统普遍接地问题，分析和探讨通信防雷工作、减少通信机意外故障因素。
　　关键词；无线通信，防雷接地，方法
　　广东省是一个频繁引发雷击发生伤人事故的大省。由于受地理、气候的影响，据不完全统计，全省平均每年因雷击造成的灾害事故有2000多宗，人身伤亡事故50多宗；各种电子电器设备、供电设备被雷击坏5000多宗；因雷电灾害造成的经济损失达7亿元。
　　移动通信基站为了扩大通信覆盖面积，通常都将基站设置在高山或建筑物楼顶，相对周围环境而言，形成十分突出的目标，从雷电防护角度来看，移动基站一般都属于"高风险"情况，即对于雷害风险的"暴露程度"很高，从而导致雷击概率增多。有些基站因为是设置在石头山上，因而土壤电阻率十分高，防雷环境非常恶劣，不利于雷电流散流。怎样才能有效地预防雷害，确保移动通信基站设备和工作人员的安全，则应根据每个基站的实际情况，依据国家《建筑物防雷设计规范》GB－50057－94（2000年版）、及《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》YD5098-2005的有关技术标准，设计移动通信基站的防雷接地系统，实施基站针对性防雷。
　　一、 引起移动通信基站雷击故障的方式:
　　1.直击雷：是带电云层（雷云）与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象。
　　2.感应雷：直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以及发生闪击的现象。
　　3.侵入波：由于雷击而在架空线路或在空中金属管道上产生的冲击电压沿线路或管道的两个方向迅速传播的雷电波。
　　二、 移动通信基站电源防雷器接地、变压器接地不符合防雷区（LPZ）的要求
　　国家《建筑物防雷设计规范》GB-50057-94（2000年版）明确把建筑物的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。
　　1、 电源防雷器接地不在规定的防雷区域
　　由图1得知，低压电源供电线路防雷区域靠变压器部分在LPZ0A区，靠基站部分在LPZ0B区。因此，低压供电线路进入基站后配电线接地及防雷器SPD接地区域只能在LPZ0B区，而不应该将其接地接在（LPZ1区）基站总汇流排内，即如通常所说的，凡进入基站的线管应先接地后进基站，而不是先进基站后接地。尤其是架空电源电缆，很容易将雷电流引入基站内造成不必要的损失。同理，带有加强芯的光纤电缆，其屏蔽层和加强芯接地不应接在机柜上，应采用专用接地线接至LPZ0B区。
　　
　　2、 变压器接地不在规定的防雷区域
　　当强大的雷电流经高压氧化锌避雷器接地线引入至大地时，因为接地等效电阻的存在，雷电流在等效电阻上产生很高的电压，又因变压器接地引线与高压氧化锌避雷器接地引线共用一根接地线（跨区），所以，反向冲击电压瞬间把变压器击穿，甚至高压氧化锌避雷器的残压通过低压电缆引入基站，导致基站内其它电源模块的损坏。
　　由于变压器外壳接地属低压接地，高压氧化锌避雷器接地属高压接地，按照防雷区域划分，不能将两个区域连接后再接地，而应该将两个区域分别接地后在地网中连接。变压器跨区接地导致击穿的可能有以下三种情况：
　　（1）正变换：当低压侧遭受雷击时，通过变压器的次级绕组的冲击电流，将按变比感应电动势而使高压绕组的中性点电压升高，有可能发生绝缘击穿。
　　（2）反变换：当高压侧遭受雷击时，经过高压避雷器的电流较大，在接地装置上产生电压降，这个压降同时作用在低压绕组的中性点上，并加到低压绕组上，通过电磁感应也会反馈在高压侧出现高电压，对星形接线的配电变压器，高压中性点上也会出现对绝缘有危险的过电压。
　　（3）有的变压器接地引下线采用绑线连接，天长日久，松动脱落；有的接地引下线因外力破坏，丢失或被剪断；有的接地引下线连接不牢固；如果高压避雷器在进行泄流时，引下线绑线连接处存在熔断的隐患，导致避雷器失效，其结果变压器同样难逃击穿厄运。
　　3变压器接地解决方案：
　　（1）增扩变压器地网
　　由于大部分基站高压电源传输方式均为架空形式，半径5公里范围内如高压线遭受雷击，强大的雷电流经由电源线直接传导至基站损坏设备，且变压器地网都比较简单，高压防雷器的接地也不规范，因此，需按规范要求增扩基站高压变压器接地网，降低变压器接地电阻；改变变压器外壳的接地路径。
　　（2）增大高压避雷器的通流量。在雷击风险较高的地区，建议将避雷器的通流量提高至10KA。另外，阀式避雷器经过一段时间运行后，因避雷器自身老化其工频放电电压下降，绝缘电阻降低，当其工频缸垫电压降至23KV，绝缘电阻低于2000MΩ时，必须更换。
　　（3）在配电变压器低压侧加装低压避雷器。特别是在多雷区,更应在变压器低压侧装设避雷器。由于变压器采用的是Y、yn接线,雷击高压线路时,避雷器流过很大的电流,在接地装置上产生电压降。此电压降同时作用在低压绕组中性点,低压绕组将流过电流,通过电磁感应,在高压绕组上感应出一高电动势,以致击穿高压绕组,造成高压绕组损坏。如在低压侧装设避雷器,则当高压侧避雷器放电,接地装置上的电压高到某一数值时,低压避雷器就放电,就可大大降低反变换电压。
　　（4）在配电变压器进线处加装高频阻流器。雷击所产生的电流为高频电流（大约10KHZ），在配电变压器进线处（高压避雷器后）加装高频阻流器的目的是，当发生雷击时，强大的雷电流作用在高频阻流器上，将产生很高电压降，大大降低了因雷击产生的高压作用在配电变压器上，从而更有效地保护配电变压器。
　　4.传输光缆光缆接地
　　光缆被雷击的途径有两种,一是直击雷直接击中光缆，造成光缆熔断，信号中断，二是附近的铁塔遭受直接雷击，其附近的金属导线，比如光缆钢绞线、加强芯及其金属屏蔽层感应到强大的电磁冲击波，近距离的导线上感应的过电压沿金属导线入侵机房，继而损坏设备。
　　（1）、光缆内两个相互绝缘的金属部件，即金属铠装护层、加强芯，通常是外层的金属铠装感应较高，中心加强芯因外层金属铠装屏蔽感应较低，当光缆线路遭受雷击后两者之间感应的电位差足够大并积累了足够的能量后，将造成光缆内部击穿，严重时烧断光缆。
　　（2）、当金属外层感应的电动势足够大，将击穿外护套向大地或接地的吊线放电，形成孔洞，往往并伴有高温，严重时将灼烧光纤，形成的孔洞使光缆阻水性能失效使光纤性能发生劣化最终断裂。
　　（3）、雷电具有寻找阻抗最小路径以泄放雷云电荷与地下异性电荷中和的趋势。当雷击附近大地或建筑物时，落雷点的电位升高，而光缆延伸到很远，远端电位可视为O，所以雷击点附近的光缆电位也视为O。这样落雷点与光缆之间形成极大的电位差，这一电位差若超过雷点与光缆外护层间的耐压强度，便会击穿外护层，形成从落雷点到金属构件的电弧通道，使大量雷电流涌向光缆，造成光缆严重损坏。
　　5.光缆防雷接地解决方案
　　（1）增加架空杆路避雷地线
　　杆路上钢绞线做接地处理，线路长度应为200米以上，每隔3~5档杆采用避雷线与大地连接，接地时可直接通过拉线接地，接地线连接采用钢绞线夹连接，这样吊线具有架空地线的保护作用。
　　钢绞线引下线终端杆应距机房主地网50米处入地，作一周长30米的环型地网，并与主地网焊接连通，接地体的间距一般为5m，当接地装置的敷设地方受到限制时，上述距离可以根据实际情况适当减小，但一般不小于垂直接地体的长度1.5~2倍。设计方案使用的一字型接地装置，其垂直接地体数量为4~5根。
　　（2）光缆以管道方式进入机房、并增设人工接地网
　　对多次发生雷击过基站接入架空接入段光缆，将架空接入方式改用管道光缆敷设方式进入机房，管道长度根据不同的地形、地貌按实际情况进行敷设，一般可从架空线路终端杆前2~3号杆(约50~100米)开始埋设，在新终端杆(光缆引上杆)建做手井1个、接入基站前建做手井1个，管道光缆接入的引上杆(即新建手井位置)，
　　在距机房约50米处设一人工地网，人工地网水平接地体、垂直接地体采用热镀锌扁钢建成环形结构，并与机房主地网连接，这样对降低接地体接地电阻或缩短雷流泄放时间有帮助。
　　（3）光缆成端光配线架的整治、实现机线分离。
　　目前基站端所有成端接入光缆与传输设备都集中在综合机柜内，固定光缆金属件和加强芯直接接到综合柜的光配线架接地排上，这种光缆接入处理方式不但不能防雷，反而会引雷入室，危及设备和人身安全。因此必须对综合柜光缆终端这种接入方式进行整治，新增一个接地汇流排，汇流排用绝缘子固定，利用95mm2，从远离铁塔引下线5~10米地方引入机房，连接汇流排，综合机柜光纤接地排与机柜利用绝缘子隔离，直接用16mm2连接新汇流排，即可快速泄放由光缆金属加强芯等感应雷电流，大大降低设备遭受雷击损坏的风险。
　　（4）机房天面光缆做屏蔽处理
　　机房天面光缆余缆散布在铁塔四角，当铁塔受雷击时，雷电流引下线附近会形成一个强电位场，距离越近电压越高，引下线附近的金属物（如加强芯、光缆屏蔽层）会感应到过电压，进而引入机房，损坏设备，所以应对机房顶的光缆采取屏蔽措施，利用金属水管套管，并在水管两端分别远离引下线5米接入地网，这样可以将雷电过电压安全的泄放大地。
　　6.建立一套移动通信基站防雷设施的维护标准
　　防雷设施的老化、遭雷击损坏、增减天面的设施时可能破坏防雷系统。所有，建立防雷设施的维护标准，减少感应雷击的对通信设置破坏非常重要。
　　1、维护
　　1）防雷装置的维护分为周期性维护和日常性维护两类。
　　2）周期性维护的周期为一年，每年在雷雨季节到来之前，应进行一次全面检测。
　　3）日常性维护应在每次雷击之后进行。在雷电活动强烈的地区，对防雷装置应随时进行目测检查。
　　4）检测外部防雷装置的电气连续性，如发现由脱焊、松动和锈蚀等，应进行相应的处理，特别时在断接卡或接地测试点处，应进行电气连续性测量。
　　5）检查避雷针、避雷带（网、线）、杆塔和引下线的腐蚀情况及机械损伤，包括由雷击放电所造成的损伤情况。如有损伤，应及时修复；当锈蚀部位超过截面的三分之一时，应更换。
　　6）测试接地装置的接地电阻值，若测试值大于规定值，应检查接地装置和土壤条件，找出变化原因，采取有效的整改措施。
　　7）检测内部防雷装置和设备（金属外壳、机架）等电位连接的电气连续性，若发现连接处松动或短路，应及时修复。
　　8）检查各类浪涌保护器的运行情况：有无接触不良、漏电流是否过大、发热、绝缘是否良好、积尘是否过多等，出现故障，应及时排除。
　　参考文献：
　　1. GB50343——2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
　　2. GB－50057－94（2000年版）《建筑物防雷设计规范》
　　3. YD5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》

《狠抓防感应雷击的二次破坏 减少意外故障因素》

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