京ICP备18029152号-1

通信基站防雷检测关键问题及接地要点分析

2021-03-22 16:40:10

摘要:

移动通信基站分布广、站址环境恶劣,非常容易遭受雷电袭击,造成设备损坏、通信中断等恶劣影响。以实际案例来说明通信基站在线防雷接地系统检测的要点,根据检测结果,分别统计了铁塔、地网、馈线、设备、电源系统等的防雷检测情况,并给出了具体建议;根据检测中遇到的情况,以及基站中常见的防雷接地检测误区,对比分析了开关电源不同接地模式的利弊,提出了基站运营中应该注意的事项,以减少防雷安全隐患。

 

0前言

移动通信基站分布广、站址环境恶劣,由于基站信号发射的特点,楼顶、山顶等易遭雷击区域极易成为基站站址。这类地区的基站有雷击频繁、雷击侵入途径多等不安全因素,因此通信基站设备很容易遭受雷击而损害并且给运营维护者带来很大的困扰。

 

为了减少基站的雷击损失,国内通信运营商投入了相当的人力、物力和财力进行防雷检测和改造等工作,但是,由于很多地区缺乏基站防雷的系统知识和正确的指导方案,导致现有防雷系统仍然存在很多不足,存在很多诸如接地系统混乱、防雷器安装不规范等问题。

 

本文将以实际案例来说明通信基站在线防雷接地系统检测的要点,以及基站中常见的防雷接地误区。

 

2017 年中讯邮电咨询设计院有限公司某防雷检测项目对某省十几个地(市)共计 1 560 个基站进行了防雷接地系统安全检查,依据《通信局(站)在用防雷系统的技术要求和检测方法》(YD/T 1429-2006)对每个基站进行了文件检查、接地网符合性检测、接闪器检查、引下线检查、通信局站进站电缆雷电防护检查、等电位连接检测、内部过电压保护检测等 7 个大项的检测。

 

1基站防雷检测的误区

有部分维护人员认为基站防雷检测就是测量地阻,接地电阻值小于 10 Ω 基站就算合格了。但是,有研究表明“根据某地区数百个遭受雷击损坏设备的基站接地电阻的统计:10 Ω 以上的占 7%,5 Ω 以下的占74%,5~10 Ω 的占 19%。”这只是说明雷害和基站的接地电阻值并没有必然的联系,而不是说明接地电阻值越大越好。基站防雷效果和接地电阻并没有直接的关系,而与设备间存在的电位差有关。

 

设备损坏的通常原因:由于机房内某些设备的电源线、信号线遭受直击雷或者由于电磁感应产生过电压时使自身电位抬高,而其他设备仍处于低电位的状态。由于机房内通信设备相互之间或通过电源线或通过信号线均有联系,于是各设备间就形成了电位差,这种电位差大到一定程度就会导致设备绝缘及内部元器件击穿。

 

如图 1 所示电源线引入的雷电流通过避雷器由开关电源接地线入地,由于开关电源接地线较长,造成开关电源与其他设备间产生较大电位差。

防雷检测|北京避雷检测|顺义防雷检测|避雷检测

2防雷检测要点分析

 2.1 铁塔、通信杆及地网检测

2.1.1 检测情况统计

铁塔的检测主要是对塔顶避雷针、避雷针保护范围,塔身引下线,塔基接地等方面进行检测。根据现场检测,铁塔部分的问题主要集中在塔基或铁塔引下线未接地,有一些处于无地网状态或者原有地网被破坏。

 

按基站所处的位置可分为楼顶塔和落地塔。无地网情况主要集中在楼顶塔,被破坏的地网或地网不符合要求的主要集中在落地铁塔。楼顶塔未接地主要原因是运营商建设基站时未考虑接地情况,造成一部分基站自开通之时就处在无接地情况。落地塔主要是地网经检测不符合要求或现场判断自建设时就无地网。根据统计,本次检测项目共计 213 个基站地网不符合要求,地网不符合率约为 13.7%,需要重新建设或整改。

 

2.1.2 小结

基站地网通常由机房地网、铁塔地网、变压器地网组成。

 

机房地网由机房建筑基础(含地桩)和外围环形接地体组成。环形接地体应沿机房建筑物散水点外敷设,并与机房建筑物基础梁柱内 2 根以上主钢筋焊接连通。机房建筑物基础有地桩时,应将各地桩主钢筋与环形接地体焊接连通。如专用电力变压器设置在机房外,且距地网边缘 30 m 以内时,应用水平接地体与地网焊接连通。距地网边缘大于 30 m 时,可不与地网连通。对于接地电阻值偏大的基站应根据以下情况分别处理。

 

a)首先检测土壤电阻率,如果土壤电阻率大于 1000 Ω·m,可不限制基站的地网接地电阻值,而应以地网面积的大小为依据。地网等效半径不宜小于 10 m,地网四角宜敷设 10~20 m 的热镀锌扁钢作辐射型接地体(见图 2),且应增加各个端口的保护和提高 SPD 通流容量、加强等电位连接等措施予以补偿。

b)如果土壤电阻率小于 1 000 Ω·m,也可用扩大地网面积、增设水平接地体的方式降低接地电阻值。

 

 2.2 机房检测

2.2.1 机房外防雷检测

机房外防雷检测主要集中在馈线窗处无室外汇流排、室外汇流排未接地、室外汇流排接地不符合要求等情况。

 

由于室外汇流排经常被偷盗。现场检测室外汇流排存在大量问题;基站无室外汇流排数量为 627 个,有室外汇流排,未接地或者接地不符合要求的数量为139 个,室外排不符合率约为 49.1%。图 3 示出的是无室外汇流排。


防雷检测|北京避雷检测|顺义防雷检测|避雷检测

室外汇流排的作用是给天馈线金属外皮接地用,国标 GB 50689-2011 对于天馈线接地有如下规定:“6.4.1 铁塔上架设的馈线及同轴电缆金属外护层应分别在塔顶、离塔处及机房入口处外侧就近接地;当馈线及同轴电缆长度大于 60 m 时,则宜在塔的中间部位增加一个接地点。室外走线架始末两端均应接地,接地连接线应采用截面积不小于 10 mm2 的多股铜线。6.4.2 馈线及同轴电缆应在机房馈线窗处设一个接地排作为馈线的接地点,接地排应直接与地网相连。6.4.3 接地排严禁连接到铁塔塔角。”

 

由于雷击时位于塔顶(或建筑物楼顶)的天线电位会远高于机房内的汇流排,因此,天馈线很容易将雷电引入机房。由天馈线进入的雷电流会引起无线发射机入地雷电流增大、地电位升高,使无线发射机与传输、电源等相关设备间产生较大的电位差,造成雷害故障。采用馈线分流接地措施,可以减少进入机房的雷电流。图 4 示出的是天馈线接地示意图。

防雷检测|北京避雷检测|顺义防雷检测|避雷检测

2.2.2 室内防雷检测

根据全省检测情况,机房内问题主要集中在室内汇流排上。主要存在以下几种情况。

a)机房内无室内汇流排或室内排被盗。

b)室内汇流排接地方式错误。

 

其中无室内汇流排的基站数量为 67 个,室内汇流排未接地或者接地不符合要求的基站数量为 319 个,室内汇流排不符合率约为 24.7%。

 

2.2.3 设备接地

基站内设备主要有开关电源、交流配电箱、电池、机架、信号发射主设备、光缆、天馈线系统等。

 

本次检测问题主要集中在室外天馈线接地和室内光缆加强芯接地上。由于前期运营商在进行光缆与机房内机柜连接时未对光缆加强芯提出接地要求,所以现场检测基本上光缆加强芯和外护层都未接地处理。

 

2.2.4 电源系统检测

电源系统的检测是通信基站防雷检测的重点,根据统计,雷击造成的损坏 90%以上都与基站电源端口有关。

 

a)专用变压器。因为前期施工原因未对专用变压器地网提出过要求,所以专用变压器未做地网是一个普遍存在的现象,经现场检测几乎没有对变压器单独做地网或所做的地网不合格,也未与机房地网可靠连接,所以变压器损坏的情况经常发生。根据本次检测情况,有 509 个变压器无地网,占全省总量的 32.6%。

b)交流配电箱。根据现场检测,交流配电箱处电源第一级防雷器存在大量的问题。一般分为防雷器量级小、灯号指示显示不正常、防雷器损坏、未安装第一级防雷器等几种常见情况。全省第一级防雷器不符合标准要求的基站数量为 667 个,未安装的基站数量为354 个,不符合率为 65.4%。

c)开关电源。经过本次检测发现开关电源内交流电源第二级防雷器出现损坏,缺少模块,不符合要求等情况,全省共计检测出 279 个需要更换的防雷器,不符合率为 17.9%。

 

2.2.5 小结

根据相关统计,雷击造成设备损坏 90%以上都是与电源端口有关。而相对于基站前端的交流配电箱的接地,开关电源的接地更容易出错。在现场检测中,通常遇到 2 种接线方式(见图 5)。

 

模式 A 三地合一,接地参考点在开关电源内部,是大多数基站防雷的接法,也是国标和行标推荐的做法。少数基站选择模式 B 的接法,三地分别另外拉了接地线到总接地排,参考点在 3~5 m 外的总接地排,工作地和保护地分别串联高频抑制器,认为这种方式能够隔离地电位升的反击。模式 B 的 C 级保护器则通过很长的接地线接到了总接地排。下面分 2 个部分进行分析。

 

2.2.5.1 接地参考点分析

在模式 B 中,按照防护模型图中的接线方式,开关电源的工作地、保护地和防雷地分别接地,相当于大 V型接地,接地线长度不可能完全相等,流入的雷电流也不会完全相同,并且由于保护地线和工作地线分别串联了线圈接地,将导致工作地、保护地、防雷地三者电位不同,产生很大的电位差。

 

假设接地线流入的雷电流相同均为 10 kA,由于串电感效应,线圈电感量为 10 μH,接地线长差距 1 m,

防雷检测|北京避雷检测|顺义防雷检测|避雷检测


防雷检测|北京避雷检测|顺义防雷检测|避雷检测
防雷检测|北京避雷检测|顺义防雷检测|避雷检测

防雷检测|北京避雷检测|顺义防雷检测|避雷检测

3总结

从本案例的检测情况来看,出现的防雷安全问题比较严重,因此建议各通信运营商每年应委托具有防雷检测资质的检测单位对辖区基站进行检测,务必按照标准规范对有安全隐患的基站进行改造,并且还应完善以下工作。

a)加强对维护人员防雷知识培训,维护人员应具备基站防雷基本知识。

b)定期检查避雷器并确保避雷模块没有明显发热,对显示失效的避雷模块及过了有效期的避雷器应及时更换。

c)定期巡查基站室内、外汇流排是否完整,发现缺失及时补充。

d)雷雨季节基站的巡检:应检查避雷器的失效指标是否在正常状态并检查避雷器的断路器是否断开,尤其要检测空气开关是否跳开。


(图文来源自网络)