圖1   基站設備接地與接地電阻的關系示意圖

圖中，如接地電阻處的電位抬高則整個機房內電位抬高，設備仍處于等電位中；但如設備至地之間引線較長的話，L2線為天饋線避雷器接地線（通常長度為2~3米，也有的基站為5~7米），L1線為電源SPD接地線（通常長度為3~5米，也有的基站為7~9米，個別甚至有10米以上），其上的電位差都可能引起設備損壞。這個電位差，可根據下式算出：U=Ldi/dt+IR，如引線長1m，入侵的雷電流為20kA（8/20ms），則每米導線上的電壓降為3.6kV，b電位會抬高至36kV，開關電源則會因過壓導致損壞。

正確的概念是：對必須接地的設備，從防雷角度講，必須進行可靠接地，但地阻值的大小是安規的要求，對防雷效果沒有直接影響。對防雷效果影響最大的是基站內系統間的等電位連接，因此為了保證基站內設備安全，設備間必須進行合理有效的均壓等電位連接。

                                              機房內是否加裝一級SPD及SPD的類型對機房防雷的影響

 

2.2.2.1 是否加裝一級SPD的影響

由于移動基站地理位置的特殊性，其雷電環境比較惡劣，相關金屬導線上感應的雷電過電壓也較高，特別是在供電系統中，如果不安裝一級SPD，僅依靠開關電源內的二級SPD（最大放電電流一般為40kA）來泄放雷電流其容量是不夠的，易造成二級SPD的損壞及后級被保護設備的損壞。

退一步說，即使二級SPD不損壞，由于其泄放的雷電流較大，其殘壓也較高，仍然會造成后級被保護設備的損壞。因防雷是項系統工程，只有通過多級防護，才能達到理想的防護效果。

2.2.2.2 SPD的類型對機房防雷的影響

如果一級防雷器采用間隙型防雷器，由于其具有動作電壓高、響應時間慢的特點，故其與被保護設備間連線的退耦距離應在10米以上。如距離較近，雷擊時防雷器響應較慢，會造成保護器未動作，而被保護設備已被雷擊的現象；另外由于其動作電壓過高，超過了設備的耐受水平，從而造成了設備的損壞； 

如果采用“3+1”模式的防雷器，即三相線對中線分別采用壓敏型防雷器、中線對地線采用放電管型防雷器（其特點為動作電壓低、響應時間快），則可以避免因退耦距離不夠或殘壓過高導致的設備損壞。

                                              機房內設備間的等電位對機房防雷的影響

 
 

圖2   基站設備大星形連接產生點位差的示意圖

如按照圖7所示的方式對基站內設備進行接地，當有雷擊時，會在接地引線上產生較大的電位差，其值可根據下式算出：

U=Ldi/dt+IR，

每米導線上的電壓降為3.6kV, 如接地線長度為5米，地電位抬高為18kV，這個電位差有時足以使設備發生損壞。

圖3  改善基站設備接地達到等電位狀態示意圖

安迅防雷為了減小此電位差，可采取如8所示的方法加以改造，這時的電位差，僅僅與大大縮短了的L2線長相關，若將其控制在0.5米以內，則設備A和設備B之間的電位差降為1.8kV，僅為原來的十分之一，大大減小了在互聯設備的端口的過電壓。

                                             

                 2.2.2.3   TT供電系統對機房防雷的影響

2.2.2.3.1 回路阻抗對安全的影響

圖4是TT接地系統的供電形式：

 

圖4 基站T.T接地供電系統示意圖

在單相搭地的情況下，對A、B、C每相皆有如圖10所示等效電路：

當供電系統中由于各種原因出現相線搭地時，由于回路阻抗大，短路保護裝置無法動作，從而容易造成人身電擊事故。

   另外，在基站T.T供電系統的情況下，安迅防雷器的保護模式的選擇應該慎重。

圖6為T.T供電系統下使用4對地模式的防雷器情況：

 

圖6   T.T供電系統下使用4對地模式的防雷器示意圖

其每相等效電路如圖7所示

圖7  T.T供電系統下使用4對地模式的防雷器等效電路圖
在上述情況下，當防雷模塊由于各種原因失效后，由于回路阻抗大，短路保護裝置無法動作，導致帶有限流電阻的電弧放電現象出現，從而就會使避雷器起火，甚至導致機箱、機柜、機房火災（參見圖8）。

 

圖8  防雷器失效情況下的等效電路

       

當將變壓器的地網與機房的地網相連后（A和B相連），即將TT系統改造成了TN系統，其等效電路如圖9所示：

 

圖9   TT系統改造成了TN系統后等效電路

當避雷器由于各種原因失效后，由于A、B間做了連接，回路中的阻抗較小（短路電流一般為數千安培），過流保護裝置就會動作，從而避免火災。

 

2.2.4.2 變壓器上形成的轉移過電壓的影響

如圖10所示的T.T接地系統，當雷擊配電變壓器高壓側后，配電高壓避雷器動作：

 

 

 圖10 雷擊在基站變壓器形成轉移過電壓示意圖

以20kA雷電流計，當R為10Ω時（這是100kVA以下變壓器的標準接地電阻值），該殘壓即可高達：

V= IS·RE =20kA×10Ω=200kV

此時殘壓（轉移過電壓）將會加到低壓供電回路中，易造成后級用電設備的損壞。

                                              電源線架空引入對機房防雷的影響

由于架空電源線直接暴露在空間，且無任何的屏蔽措施，當有雷擊時空間電磁場會無衰減的感應到這段電源架空線中，感應的雷電過電壓會沿著導線竄入機房，對機房的用電設備產生嚴重的安全隱患。

如果我們將引入機房的電源線采用穿金屬管埋地或鎧裝電纜埋地，埋地長度不小于15米，并將金屬管或鎧裝電纜的金屬外護套兩端可靠接地，由于電源線未直接暴露在空間，并有金屬管或金屬外護套將其屏蔽，并兩端可靠接地，就可有效防止或降低因架空線感應雷電過電壓引入機房而導致的設備損壞的可能性。

這一改造措施，也符合現行標準的規定。根據通信行業標準YD/T 5098-2001《通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范》3.1條規定：“出入通信局（站）電力電纜（線）、通信纜線應采用金屬套電纜或敷設在金屬管內，且電纜的金屬套或金屬管應兩端可靠接地。”

                                              饋線的外屏蔽層在機房外接地及SPD安裝位置對機房防雷的影響

移動基站一般都設有很高的鐵塔，由鐵塔上的天線引向機房的饋線，當鐵塔遭受雷擊時，鐵塔上會有較高的過電壓，相應地會在饋線上感應很高的雷電過電壓，為了防止雷電過電壓沿饋線竄入機房損壞設備，在饋線進入機房前，必須增加C點接地（如圖16所示），且要求接地線在機房外直接與機房地網就近可靠連接，這樣做可有效地將該雷電過電壓能量直接泄入大地，緩解后級的壓力。

圖11 基站饋線的屏蔽層接地點示意圖

饋線進入機房后，進入收發信機前，應接饋線用SPD，從而實現對收發信機和饋線的瞬態等電位連接，保護收發信機的饋線口免造雷擊損壞。并且要求該SPD的接地線應直接接在收發信機的接地排上。

傳統的做法一般是將饋線用SPD的接地線接到機房外的地排上，此方法的本意是想更好的保護設備，但其效果恰恰相反，使保護的有效性降低。具體原因請見圖12：

 

圖12 基站饋線SPD接地線對防護效果的影響示意圖

以上是SPD安裝后的殘壓示意圖。

當有雷電流時，其中：

U1為SPD自身的殘壓；

U2為從SPD到機房外地排之間連線上的殘壓；

U3為從機房外地排到地網之間連線的殘壓。

這時，加在被保護設備的上殘壓為：

U改造前=U1+U2+U3

為了減小加在被保護設備上的殘壓，我們可以采取圖18所示的辦法，即將饋線用SPD靠近設備安裝，并將SPD的接地線就近接在設備的地排上，如圖所示：

 

 圖13 基站饋線SPD接地位置改造示意圖

 

一般接在機房外接地匯流排上的SPD的接地線及接地引下線的長度在10米以上，則對設備殘壓高達約18kV；而接在設備地排上的SPD的接地線長度一般在1米以內，則對設備殘壓小于1.8kV，僅為原來的十分之一。可有效增強對設備的保護效果。

                                              加裝直流保護器及其安裝位置的影響

移動機房設備直流供電一般采用兩種形式：24V（直流負接地）和-48V（直流正接地）。而這兩種形式的供電都是需要接地的。當有雷擊通過地網泄放時，則會造成瞬間的電位抬升，這樣就使得直流電源正負極的電位不相等，加在中間的設備（整流模塊和GSM等）發生損壞。由于地電位抬升有時會從前端（開關電源直流輸出口）引入損壞設備，也有可能從后端（用電設備如GSM的直流輸入口）引入損壞設備，所以應在直流電源的兩端分別加裝直流電源避雷器，形成直流電源正、負極與地的瞬態等電位。防止因地電位升高造成的電位反擊損壞設備。

                 圖14 基站直流SPD配置示意圖

 

                                             

2.2.2.5 GSM傳輸端口的防雷保護及其意義

從雷擊損壞設備的數據看，GSM設備的DXU（核心控制板）、DF架損壞的機率要比其他設備的機率高。如圖所示，因2M線架空且該設備的重要性比機房內其他設備的重要性要大，如該設備損壞，則直接會造成基站閉站。因此應在GSM的C8口及2M線接口處加裝信號防雷器，形成瞬態等電位。

 

 圖15 基站GSM端口示意圖。安迅防雷www.tianhengkj.cn