2G3G移动通信基站防雷技术方案

null 尊敬的各位领导、专家大家好! 尊敬的各位领导、专家大家好!综合防雷技术在移动基站中的应用综合防雷技术在移动基站中的应用2G、3G移动通信基站防雷技术null主 讲 全国雷电防护标准化技术委员会 委员 中国工程建设标准化协会 理事 全国避雷器标准化技术委员会 委员 全国气象行业标准化技术委员会雷电专业委员会 委员 国家军用陆地电子信息系统防雷标准 编委 全国防雷专业设计、施工甲级资质证 评审员 美国电子电气工程师协会（I E E E） 会员 中光高科产业发展集团 科技委执行主任 总工程师 刘寿先 高级工程师 null一、移动基站防雷的重要性 和目前存在的问1、移动通信基站综合防雷的重要性1、移动通信基站综合防雷的重要性 由于基站通信频率较高，电波为直线传播，因此要求基站建在较高的地方，相对周围环境而言，形成一个十分突出的目标，从而导致基站易遭受雷击，损坏通信设备，中断通信的事故时有发生； 尤其雷暴高发的地区更为严重，有的基站直接经济损失以达几十万元。 2、移动通信基站实施综合防雷工程的目的2、移动通信基站实施综合防雷工程的目的 为了防止移动通信基站遭受雷害，确保移动通信基站内设备的安全和正常工作，确保构筑物、站内工作人员的安全，应对每个基站实施综合防雷工程。 凡实施了综合防雷工程的基站，其防雷效果都较好，保证在雷雨季节正常通信起了重要作用。 移动通信基站综合防雷工程的设计是对整个基站，树立整体防护的概念，进行综合防护。不能搞一些残废工程，先天不足的工程，留有隐患的工程。3、移动通信基站综合防雷的设计概念4、移动基站防雷接地存在的问题4、移动基站防雷接地存在的问题1）、有的基站铁塔上避雷针与通信天线的垂直、水平距离太近，（GB50057第3.2.1条第五款要求避雷针与金属物之间的距离不得小于3米）避雷针接闪时，易与天馈线发生侧闪和拉弧，对通信设备天线端口造成危害； 2）、有的基站避雷针在机房屋顶虽然接地，但接地电阻太大，不利雷电流泄放入地。 null3）、有的基站铁塔高度大于或等于60m，天馈线上段中间和进入机房前都没有接地；有的天馈线与通信机端口未安装天馈线SPD。 4）、有的基站供电线路没有从地下敷设进站，而是架空直接进入机房，把雷电直接引入房间。 5）、光缆进入基站机房后，金属层和金属芯及光、电端机未接地，使光电端机损坏。6）、强、弱地线串用6）、强、弱地线串用（1）铁塔避雷针接地线与机房接地汇集线共用一根接地引入线与地网相连。 （2）当铁塔避雷针遭受雷击时，大量的瞬间雷电流就会沿着铁塔接地线进入到机房设备中，造成设备因雷击过电压而损坏。7）、强、弱电地线没有安全距离7）、强、弱电地线没有安全距离（1）、铁塔避雷针接地线与机 房接地汇集线虽然经各自的接地 引入线与地网连通。但两根接地 引入线在地网上的入地点相同， 没有拉开5米以上的安全距离。 （2）、当铁塔避雷针遭受雷击 时，瞬间雷电流沿着接地引入线 泄放到地网时，入地点的电位骤 然上升，机房通信设备因地电位 升高反击而损坏。8）、弱电设备接地线搭在避雷带上8）、弱电设备接地线搭在避雷带上 机房接地汇集线与避雷带连接，当铁塔避雷针遭受雷击时，大量的瞬间雷电流沿避雷带和设备接地线引入机房，使通信设备因雷击高电压而损坏。9）、弱电接地线共用避雷针接地引下线9）、弱电接地线共用避雷针接地引下线 机房接地汇集线与铁 塔避雷针接地引下线连接， 当铁塔避雷针遭受雷击时， 大量的瞬间雷电流沿避雷针 接地引下线引入机房，使通 信设备因雷击高电压而损 坏。10）、接地不完善10）、接地不完善（1）、天馈线进入机房前其外屏蔽层没有接地； （2）、天线铁塔接地和机房接地没有形成联合接地，两者之间存在地电位差，易造成地电位反击损坏机房设备； （3）、有的基站铁塔接地不规范，只用一根扁铁从铁塔一个角与机房建筑搭在一起，而与地网之间没电气也连通； null（4）、有的基站机房屋顶上所有金属突出物没有和女儿墙上避雷带电气连通； （5）、有的基站铁塔高为60米，天馈线上、中下段屏蔽层和在机房入口处的外屏蔽层都没有接地。 （6）、有的基站铁塔上避雷针高度不符合规范要求，起不到保护作用，应严格按照滚球法计算其保护范围。null（7）、有的基站天线铁塔地网和机房地网没有形成联合接地； （8）、独立铁塔旁的机房或铁塔下面的机房通信设备接地不规范，只用一根扁钢从铁塔一个角引到机房作通信设备接地没有足够的安全距离。 null 用一根扁钢从铁塔一个角引到机房作通信设备的接地，没有足够的安全距离。 null11）、由于各基站的环境和建设方式不同，对基站防雷与接地不能一概而论，应根据具体情况采取防雷与接地。建议新建2G和3G基站（尤其2G和3G共站时）在选址时，要考虑防雷与接地有利的地形，不宜选用高土壤电阻率的岩石地带，不然地网造价会很高，因此基站选址应全面考虑。 二、参考规范及标准二、参考规范及标准1、GB50057-2000 《建筑物防雷设计规范》 2、GB50343-2004 《建筑物信息系统防雷技术规范》 3、YD50578-98 《通信工程电源系统防雷技术规定》 4、YD5098-2005 《通信局（站）雷电过电压保护工程设计 规范》 5、IEC62305-1­-4 防雷系列标准 6、IEC61312 《雷电电磁脉冲的防护》 7、TUT-K39、K56 系列相关标准三、充分理解规范，因地制宜实施防雷与接地工程 三、充分理解规范，因地制宜实施防雷与接地工程 1、各基站的环境和建设方式不同，所以对基站防雷接地不能一概而论，应根据具体情况采取防雷与接地措施； 2、将基站接地系统按照均压等电位的原理进行设计和改造，即通信设备的工作地、保护地、防雷地、建筑地合用一组接地体的联合接地方式； 3、防直击雷接地线和设备接地线没有足够的安全距离。应按照强、弱电接地“共地网不共泄流线”的原则进行合理布线。4、基站遭受雷击的主要途径和入口4、基站遭受雷击的主要途径和入口1）、基站收发信机的天馈线入口； 2）、基站的电源入口； 3）、中继传输设备和通信电缆入口； 4）、基站设备的接地不挡造成地电位反击； 5）、无屛蔽措施，造成雷电电磁脉冲入侵；null5、 2G、3G基站防雷接地应按综合防雷六大技术要求，在基站遭受雷击的主要途径和入口处采取防护措施，将雷电高电压大电流泄放入地，达到保护基站内设备目的。四、 2G、3G基站防雷接地的布局四、 2G、3G基站防雷接地的布局1、2G、3G基站机房的布局是否合理，关系到接线长短、造价高低、设备间的相互干扰等问题。 2、线路布局应以接线最短、用料最省、造价最低、交叉最少、布线清晰美观、维修、检查方便为原则。 3、设备布局应通风散热最好，测试、撤装最方便，固定牢靠。 4、设备间的相互干扰要最小。 5、2G站设备接地排示意图5、2G站设备接地排示意图6、3G站设备接地排示意图6、3G站设备接地排示意图7、2G、3G共站设备共电源接地排示意图7、2G、3G共站设备共电源接地排示意图8、2G、3G共站设备独立电源接地排示意图8、2G、3G共站设备独立电源接地排示意图9、2G、3G共站设备接地端子板示意图9、2G、3G共站设备接地端子板示意图8、2G、3G共站设备独立供电、独立接地端子板示意图8、2G、3G共站设备独立供电、独立接地端子板示意图3 G 设备 2G天馈线入户窗口 串联 电源 SPD配 电 箱+24V AC/DC-48V DC/DC+24V蓄电池组-48V 蓄电池组 电源 埋地 引入3G设备接地线接地 端子 板串联 电源 SPD2G设备接地线3G天馈线入户窗口9、2G、3G共站设备靠左走线桥架布局示意图9、2G、3G共站设备靠左走线桥架布局示意图10、2G、3G共站设备中间走线桥架布局示意图10、2G、3G共站设备中间走线桥架布局示意图11、2G、3G共站设备两边进线环型走线桥架布局示意图11、2G、3G共站设备两边进线环型走线桥架布局示意图五、移动基站直击雷的防护五、移动基站直击雷的防护1、移动基站防直击雷应选用优化避雷针。ZGU系列优化避雷针是一种新颖的避雷针，是中光专门为移动基站研发的具有发明专利权的产品。 2、优化避雷针采用气隙放电、阻抗限流等综合技术，既保留了传统避雷针的吸引雷电和疏导入地的作用，又明显地降低了雷电流放电的陡度和幅度。null3、对雷电流的幅度衰减大于80%; 4、雷电流前沿上升陡度（di/dt ）下降33倍以上; 5、显著减小雷电流流经避雷针和引下线时的雷电感应强度; 6、明显降低雷电流入地瞬间的地电位反击; 7、冲击通流容量大于(300kA);null8、移动基站防直击雷也可选用ZGU-5AB型具有提前接闪（E•S•E）功能的避雷针。 9、ZGU-5AB型避雷针是中光公司研发的产品。可用于各类建筑物和移动基站防直击雷。ZGU-5AB E•S•E避雷针10、ZGU-5AB型防直击雷避雷针10、ZGU-5AB型防直击雷避雷针1）、ZGU-5AB型具有提前接闪（E•S•E）功能； 2）、保护角大于620； 3）、冲击通流容量大于300kA; 4）、主要用各种雷区、各类建筑物、各类设施 的防直击雷。 5）、抗风强度大于40m/s； 6）、全不锈钢，免维护; 7）、保护范围按滚求法计算；null1）、雷云接近建筑物时大地的电位急剧增加，此时双极避雷装置上集中了很多大地电荷。 2）、如果建筑物等设施上集中一定的电荷，避雷装置的刷子和电位缓解装置之间产生放电现象（根据电容双极性理论和静电耦合效应），可以把避雷装置集中的大地电荷中合分散到大气内，并在空间形成低电荷层。11、移动基站防直击雷还可选用双极性空间电荷放电避雷针。null3）、通过持续的大地电荷放电分散，被保护对象的上部形成较宽的空间低电荷区，因此可以防止电荷的集中，预防雷击现象的发生，把雷云转移到其他地方。 4）、为了最大限度发挥刷子的先行放电效果，电位缓解装置安装在刷子型避雷针的顶部。该电位缓解装置是不需要特别的电源装置。null5）、双极性空间电荷放电分散型避雷装置的主要目的是预防雷击现象的发生。 6）、当雷云离开被保护对象时，避雷装置就自动停止放电，恢复到原来的状态。所以根本上预防了雷电对建筑物等设施的袭击。null双极性避雷装置电荷放电示意图7）、双极性 空间电荷 放电 避雷针外型图7）、双极性 空间电荷 放电 避雷针外型图null双极避雷针nullnullnull 双极优化避雷针既保留了双极性空间电荷放电分散型避雷装置预防雷击现象的发生作用，又保留了优化避雷针明显地改变了雷电流的放电过程，降低雷电流的幅值和波头上升陡度，降低地电位反击,减小雷电感应高电压,改善泄流线周围电磁环境, 提高了保护电子信息设备安全的效能。12、双极优化避雷针nullZGUA-1双极优化避雷针示意图nullZGUA-3双极优化避雷针示意图12、移动基站落地塔防直击雷接地示意图 12、移动基站落地塔防直击雷接地示意图 13A、移动基站落地塔防直击雷接地示意图13A、移动基站落地塔防直击雷接地示意图13B、移动基站落地塔防直击雷接地示意图13B、移动基站落地塔防直击雷接地示意图14、 2G、3G站接地要求14、 2G、3G站接地要求 根据YD 5098－2005第6.4.2条规定：铁塔建在机房上时，馈线及其它同轴电缆下端除在离铁塔接地外，还应在机房馈线入口处设室外汇流排，作为馈线的接地点，室外接地排应直接与地网连结。馈线及同轴电缆下端接地点不宜接在铁塔一角。15A、移动基站屋顶塔防直击雷接地示意图15A、移动基站屋顶塔防直击雷接地示意图15B、移动基站屋顶塔防直击雷接地示意图15B、移动基站屋顶塔防直击雷接地示意图16、 2G、 3G站屋顶抱杆防直击雷接地示意图16、 2G、 3G站屋顶抱杆防直击雷接地示意图接地模块null17、 2G、 3G站屋顶抱杆E.S.E针防直击雷接地示意图null18、2G、3G站屋顶抱杆双极针防直击雷接地示意图六、移动基站电源系统的防护六、移动基站电源系统的防护1、 由于3G系统基站电源大多数是一根电缆道设备。多级保护拉不开距离，因此，输入端应安装混合串联型两级（B+C）保护的箱式SPD，其技术指标应满足设备要求。 2、 在直流电源（二次电源）的设备前宜安装直流电源SPD，其标称放电电流In≥10kA（8/20μs波形），标称导通电压Un≥1.5UZ（UZ：直流工作电压）、响应时间≤50ns的限压型浪涌保护器作为直流电源防护。 null3、2G和3G共站的移动基站电源系统的防雷，宜安装一台中光公司专门为移动基站设计的三相串联电源避雷器，型号为ZGSD50/80-100JY或ZGSD50/40-100JY 。 4、该避雷器的主要特点是：将电源的两级保护（B+C）都安装在一个箱体里，两级做在一起以克服两级间间距不够的问题，从而达到能量有效配合的目的。 5、ZGSD50/80-100JY或ZGSD50/40-100JY现已为移动通信基站提供了几万台，经过十多年的考验，使用效果良好，深受用户欢迎。null6、射频远端设备的馈电线路，应在塔放设备内安装直流电源SPD，其标称放电电流In≥10kA（8/20μs波形），标称导通电压Un≥1.5UZ（UZ：直流工作电压）、响应时间≤50ns的限压型浪涌保护器作为直流电源防护。7、ZGSD50/40-100JY产品的技术指标：7、ZGSD50/40-100JY产品的技术指标：8、 下图是三相串连型组合式，共模保护模式，电源浪涌保护器（箱）原理示意图。两级（B+C）加退耦器组合。适用于TN制式。（ TT制式可改装组成3+1模式）。8、 下图是三相串连型组合式，共模保护模式，电源浪涌保护器（箱）原理示意图。两级（B+C）加退耦器组合。适用于TN制式。（ TT制式可改装组成3+1模式）。null9、串联型电源避雷器外型图null10、串联型电源避雷器内部结构图11、移动基站电源避雷器箱安装示意图11、移动基站电源避雷器箱安装示意图七、移动基站天馈线系统的防护与安装七、移动基站天馈线系统的防护与安装1、 3G系统基站室外架空天线应采取防雷保护措施。天线必须置于接闪器的保护范围LPZ0B区域。 2、 每付天馈线路上选用的SPD最大传输功率应≥平均功率1.5倍。其它参数，应根据被保护设备的工作频率、插入损耗、驻波、带宽、阻抗特性、三阶互调、接口等选用适配的天馈线路SPD。null3、 室外安装的天馈线SPD的接地端应接到室外馈线入口处的接地线上。同轴电缆的金属外护层，应在其上部、下部及经走线架进入机房入口处就近接地。 4、 天馈线路SPD其标称导通Un≥ 1.5Umax（Umax：最大连续工作脉冲峰值电压）,标称放电电流In≥5kA（8/20μS波形）,响应时间≤10ns的浪涌保护器作为天馈线路防护。表2.6 天馈线路SPD SPD性能参数null5、天馈线防护应优选用中光天馈避雷器； 1）、ZGKT系列宽带天馈避雷器； 2）、ZGWT系列微带天馈避雷器； 3）、ZGTT系列λ/4天馈避雷器；null6、使用范围和运用领域 1）、频率范围：CD-3GHz 2）、使用范围：收发通信设备；GPS基站； PHS基站； GSM基站； TD-SCDMA基站；WCDMA基站； CDMA2000基站； 3）、接口类型：L16；N； F； TNC； BNC；FL10； 4）、特性阻抗：50Ω； 75Ω； null7、天馈避雷器接地线采用不小于6mm2铜芯线，如接地线过长，应适当增加接地线的线径。 8、选择馈线SPD时应考虑接口、阻抗、工作频段、插入损耗等指标与通信设备相适应。 9、ZGTT8-25D-60型天馈避雷器特性阻抗50Ω，工作频段可覆盖2G和3G（800-960MHz/1600-2500），功率500W，驻波系数≦1.2，插入损耗≦0.2db,通流容量60kA。nullnull9、典型产品： 1）、典型产品： GTTZ8-22D-60型λ/4天馈避雷器 接口：DIN 7/16 （K/J） 特性阻抗：50Ω 频率范围：(1710～2170)MHz 驻波系数：≤1.15 插入损耗：≤0.15dB 最大放电电流(8/20μs)：60kA 限制电压：(10/700μ)：≤100V null2）、典型产品：微带天馈浪涌保护器 ZGWT25N-10不馈直流型（新品） 工作频率：1800MHz～2500MHz 接 口：N-50K/J 放电电流：10kA（最大） 用 途：TD-SCDMA基站 null 3）、典型产品：ZGKT25N-20型宽带天馈避雷器 接口：N（K/J） 特性阻抗：50Ω 频率范围：DC～3000MHz 驻波系数：≤1.2 插入损耗：≤0.3dB 最大放电电流(8/20μs)：20kA 限制电压：(10/700μ)：≤600V null1）、2G天馈避雷器应安装在从室内到室外天馈线之间，集中安装在防雷接地排上，每根天馈线应安装1只天馈避雷器；10、移动基站天馈避雷器的设计、 安装与接地null2）、3G天线null3）、3G每扇区每根天馈线到塔放之间应安装1只天馈避雷器，天馈避雷器的接地线应接到窗口室外的防雷接地排上。4）、 2G 、3G移动基站天馈避雷器、地线连接的安装示意图4）、 2G 、3G移动基站天馈避雷器、地线连接的安装示意图null1、各型信号浪涌保护器，应具备差模保护和共模保护模式，有平衡电路和非平衡电路，有低速电路和高速电路，有复合保护产品和精保护产品，满足不同网络线路的雷电防护需要。 八、护移动基站信号线系统的防护null2、特 点 ： 1）、传输速率高:155Mbit/s; 2）、标称放电电流:8/20μs ， 5kA/ 10kA; 3）、限制电压低 :10/700μs ，5V—300V； 4）、品种规格多：52个品种； 5）、接口：多种接口Rj45、Rj11、DB、同轴、 引 线、接线端子； 6）、工作电压：3—110V； 7）、传输速率范围：1—155Mbit/s； 8）、插入损耗：≤0.3dB； null3、典型产品 ZGXH-2R-5型数字信号避雷器 接口：RJ45(1，2；3，6) 传输速率：100Mbit/s 插入损耗：≤1dB 标称放电电流(8/20μs， SE/PE)：5kA 限制电压：(10/700μ)：≤30V null4、移动基站信号传输采用光纤传输时，因光纤传输的是光信号，不是传输电信号，因此，光纤不需要安装避雷器。 5、使用含有金属部件的光缆，光缆的金属吊挂钢缆线、光缆的外屏蔽层、提供增加抗拉强度的加强金属芯、再生器的金属体、金属挡潮层、防啮齿类动物啃咬的金属外护层、维修或固定用的金属箱柜等设施应做好等电位连接接地。null6、光缆沿线的所有的金属接头都应全线连通，并在光缆整长度的两终端做好等电位连接接地。 7、在光纤进入光、电端机前光缆的外屏蔽层、提供抗拉强度的加强金属芯应进行等电位连接接地。户内光电端机机架必须做好室内等电位连接接地。null8、 带有一对或几对金属线的复合光缆，金属线部分两端应加装信号线浪涌保护器。 9、环境监控系统的信号线路、控制及电调线路宜安装适配的信号线路、控制及电调线路避雷器。九、移动基站防雷总体安装示意图九、移动基站防雷总体安装示意图1、2G移动基站防雷接地设计示意图1、2G移动基站防雷接地设计示意图2、3G移动基站防雷接地设计示意图(双极针）2、3G移动基站防雷接地设计示意图(双极针）3、2G、3G共站天馈线避雷器的接地示意图3、2G、3G共站天馈线避雷器的接地示意图十、移动基站的接地十、移动基站的接地1、移动基站的接地应优先选用低电阻接地模块。中光ZGDG系列低电阻接地模块是一种新颖的接地材料，是中光公司具有发明专利权的产品。 2、 低电阻接地模块是一种以非金属材料为主和电解物质组成的接地体。其导电性、稳定性较好，增大了接地体本身的散流面积，减小了接地体与土壤之间的接触电阻，具有优良的吸湿保湿能力，通过释放电解质改善周围土壤的导电特性，能获得低而稳定的接地电阻。null1）、无毒无害不污染空气、水源和土壤； 2）、不含对人体有害的铅、镉、汞、砷等八种 重金属和放射性有害物质； 3）、符合环保部要求; 4）、使用寿命50年以上； 5）、可用于沙漠地区和常年冻土带等恶劣地质 条件；3、 低电阻接地模块的特点：nullZGD-Ⅰ-2ZGD-Ⅱ-1ZGD-Ⅰ-34、低电阻接地模块外型图null5、ZGD-Ⅰ-3型接地模块设计的地网与安装示意图： （垂直埋设法）6、用ZGD-Ⅰ-3型接地模块设计的地网 与安装示意图： （水平串连埋设法）6、用ZGD-Ⅰ-3型接地模块设计的地网 与安装示意图： （水平串连埋设法）7、用ZGD-Ⅱ-1型接地模块设计的地网 与安装示意图： （垂直埋设法）7、用ZGD-Ⅱ-1型接地模块设计的地网 与安装示意图： （垂直埋设法）8、用ZGD-Ⅱ-1型接地模块设计的地网 与安装示意图： （横向垂直埋设法）8、用ZGD-Ⅱ-1型接地模块设计的地网 与安装示意图： （横向垂直埋设法）9、移动机站地网制作示意图9、移动机站地网制作示意图10、2G、3G站接地网制作示意图10、2G、3G站接地网制作示意图11、2G、3G站地网制作示意图11、2G、3G站地网制作示意图null十一、 六大技术综合使用，只要设计合理、安装合格、各类防雷装置就能对2G、3G系统基站雷电进行有效的防护。null谢 谢 !刘 寿 先 刘 寿 先 地 址： 中国·四川·成都市高新区西部园区天宇路 19号 电 话：（028）87848573 传 真：（028）87843532 手 机： 13980581760 小灵通：（028）80897850（值班电话全天开机） E-mail： Lsx573@126·com 邮 编： 611731