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摘 要： 随着我国第三代移动通信网络的发展，三大移动运营商开始大规模建设3G网络，作为3G移动通信网络的无线接入，3G基站的安全尤为重要。主要从实际工程建设与维护的角度出发，以3G基站天馈系统、基站动力和基站设备等三个方面，为3G通信基站的防雷提供综合解决的方案。
关键词： 3G基站；综合防雷；应用
中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）1110018-02
近年来，随着国家对3G产业的不断推进，开始大规模建设3G网络，通信业正处于高速发展时期，作为3G移动通信网络的无线接入部分，通信基站的安全运行十分关键，目前极端气候越来越多，通信基站被雷击的情況时有发生，3G基站在建设时虽然已安装了一些避雷装置，但往往还是因雷击而造成设备损坏。因此，如何做好基站的综合防雷工作，保障通信系统的安全，显得尤为重要。
3G基站主要由天馈系统、基站设备、通信电源系统等3部分组成。天馈系统主要有收发天线、馈线；基站设备主要包括：BBU基带信号处理模块、RRU射频拉远模块；通信电源系统主要包括：基站交直流配电设备、后备电源、发电机、接地系统。3G基站的防雷应是综合性、系统性的工程，应从3G基站的特点、安装地理环境的实际情况、接地系统等全方位考虑。
1 雷电特点分析
1）雷电的危害形式有：直击雷、感应雷、线路来波和地电位反击。其中，直击雷的防护主要是建筑防雷应完成的任务，感应雷、线路来波、地电位反击是通信设备防雷需要认真考虑的因素。
2）雷电流主要分布在低频部分，且随着频率的升高而递减。在波尾相同时，波前越陡高次谐波越丰富。在波前相同的情况下，波尾越长低频部分越丰富；雷电的能量主要集中在低频部分，约90%以上的雷电能量分布在频率为10kHz以下。因此，在通信系统中，只要防止10kHz以下频率的雷电波窜入，就能把雷电波能量消减90%以上。
2 3G基站防雷的特点分析
3G基站与2G基站的电路结构是不同的，2G基站只有天馈上塔，但3G基站还存在RRU上塔的问题，雷击环境相对恶劣，这给基站防雷设计提出了更高的要求。同时，3G的上塔线缆为光纤和电源线，而一般采用的是没有加强筋的光纤，不存在雷击的问题，所以电源的防雷在3G基站防雷中占有重要的地位。
雷电对3G基站的影响主要来自四个方面：天馈系统、电源系统、接地系统、信号传输系统。
基站的防雷措施是属于系统工程，必须整体考虑。主要包括以下4个方面：天馈系统的防雷、RRU/BBU设备的防雷、动力系统的防雷、接地系统的防雷等。只有在这几个方面进行综合防护，才能达到理想的防雷效果。
3 防雷方案的设计
3.1 3G基站天馈系统的防雷
基站天馈系统的防雷主要是与RRU设备相连的各个线缆及端口。
从天线到RRU设备之间通信由于是采用的电缆连接，二者的距离很近（馈线长度一般在2米以下），雷击时天线与RRU接地点间的电位差不大，不容易产生很强的反击电压，但雷电的电磁场强度很大，容易产生雷电感应。为了减少雷电电磁场和电位反击的影响，RRU至天线的射频馈线必须将外护层两端可靠接地。两侧馈线端口可以使用馈线避雷器对芯线进行适当保护。RRU至天线的控制信号线可以单独引接，也可以与供电线同缆不同芯，但必须使用具有金属外护层的屏蔽电缆，并将外护层两端可靠接地。天线控制信号端口也应使用标称通流量3KA的SPD进行过电压保护。
从RRU到BBU设备之间是采用的光缆连接，尽量使用非金属光缆。如果使用金属加强芯光缆，光缆加强芯上下两端都应接地。使用中频光传输系统进行远距离传输时，如使用金属加强芯光缆，每段光缆的接头处可以在接头盒内按常规方法使用“分段绝缘不接地”处理方式，但从塔放引下的第一段光缆的加强芯，应在塔放和第一个接头盒处做接地处理。以防止塔杆遭受雷击时引起加强芯接头处起弧烧毁线缆或周围设备。
另外，在选择天馈系统的供电和信号电缆时，可预先多留2根空芯线，安装时将这预留的空线对在天线和BBU设备处分别接地。利用空线对中雷电流产生的反向电动势，抵消电源和信号线上产生的雷电压差。
3.2 分布式3G基站交、直流远供的防雷
3.2.1 分布式3G基站直流远供的防雷
如分布式3G基站供电采用直流远供方式，就需要将直流电源线拉远至RRU设备端进行供电，由于电源线较长，在房顶时，会暴露在室外天面；在有铁塔时，电源线沿塔身布设，雷电电磁场对电源线较大，因此电源线的防雷问题应该引起足够重视。在直流馈电线两端必须配置40kA专用1+1直流串联防雷器。直流串联防雷的最大允许电流根据为RRU提供的电流来定。
3.2.2 分布式3G基站交流远供的防雷
如分布式3G基站供电采用交流远供方式，交流远供的电源线应采用屏蔽线缆，并且屏蔽层应在两端做接地处理。在塔上部分可通过RRU或者防雷箱进行屏蔽层的接地，机房侧屏蔽层接地应选择在馈窗口附近实施。交流远供馈电线上下两端应采用相应的防雷保护措施，采用两端口1+1交流SPD。
3.3 3G基站机房设备的防雷
3G基站机房的防雷主要是基站设备的防雷（即BBU基带信号处理模块），分析其雷电的来源，主要来自于电源线与通信光缆金属加强芯。防雷的原则是：尽量不要将雷电引入到机房设备，主要通过地线泄流到大地，但引下线与设备地线一定要分开接地，不能与设备的保护地接在一起。对于通过电源线引入的雷电，应把电源避雷器地线直接通过机房的地排下地，而不是将避雷器地线接在设备总地排上，目的是将大雷电流排斥在设备地线之外；对于通过通信光缆金属加强芯引入的雷电，可以在进机房前就将其断开，并把光缆加强芯直接入地。也可以在进机房后直接接地排，但不能经过机柜、设备地线接地排。
同时，在设备上要安装信号防雷保护单元，在电源设备上要安装避雷器单元模块。如果安装有几级避雷单元时，由于第一级避雷单元承受的雷电流是最大的，必须将此避雷单元的地线单独直接接地网。而对于第二、三级避雷单元，因雷电流中大部分已经由第一级泄放掉，则其地线就可以与设备地线一起接总接地排。 3.4 3G通信基站接地系统
3G通信基站接地系统应按照均压等电位进行设计，采用联合接地的方式。将各类设备的工作接地、保护接地、逻辑接地、屏蔽体接地、防静电接地以及防雷接地等共同组建一个联合地网。联合接地是使基站的所有构件在一个统一的电位上，避免由不同接地系统引入的电位差，从而可以确保3G通信基站的安全。地网是接地系统的基础，地网能否快速发散电流，是整个防雷系统建立等电位的关键。
在建设联合接地网时要注意的几点：
1）一般的观念较为注重接地网的接地电阻值，通常强调要小于5Ω，但在实际使用中，更应注重基站与基站之间的地电位的均衡，其重要性还要高于接地阻值。因为在遭受雷击时，即使接地电阻小于1欧，电位升高也会在上万伏以上。但是，如果整个接地网上各处电位较为均衡，则受到的电位冲击就不会太大。例如：有的基站由于地质条件太差，接地阻值很难达到要求，这时，可以以接地网地电位均衡性要求为主，去进行接地网的改造。基站均压等电位连接必须采用单点接地连接方式，严禁采用多点接地连接方式。
2）对于大雷电引下线入地点的接地体要做一定的强化处理，因其是地电位升高最多的地点，可以通过增加一些降阻剂、增加垂直接地体的长度、增加垂直和水平接地体数量。
3）通信基站间采用联合接地时，所有大小地网都要连在一起，而且必须在地下用裸露导体多点互联。
3.5 几种特定场景下的移动基站防雷
下面以城区、山区、平原等3种特定场景为例，介绍具体的防雷要求。
城区基站一般地势较平坦，房屋密集，主要以高层建筑为主，独立基站和铁塔较少，天线安装以升高架为主，地网多为建筑物地网。城区基站供电设施安全防护相对较好，市电供电部分受雷击机率较低，基站防雷主要是以防感应雷和地电位反击为主。
山区基站一般海拔较高，土壤电阻率也较高，引入雷电的途径多且遭受雷害机率高，应在严格采取联合接地和均压等电位措施的基础上，重点考虑直击雷防护，同时兼顾防感应雷。
平原基站地面广阔，地表平面起伏较小，土壤电阻率一般较低，基站地网建设方便，泄流效果好，且平原地区雷击相对较少，防雷主要是以防感应雷为主。
总之，通信基站整体防雷工程是一项要求高、难度大的系统综合性工程，所涉及到的面很广，需要根据具体情况做不同的防护措施，在设计、施工环节上要严格把关，按照内外结合、多级防护、综合治理的原则，具体可采取联合接地、站内均压等电位连接、馈线接地分流、雷电过电压多级防护、直击雷防护等综合防雷措施，不断完善基站整体防雷系统，尽量降低雷害损失，以达到更好的防护效果。
参考文獻：
[1]《移动通信基站防雷与接地设计规范》.
[2]《建筑物防雷设计规范》.
[3]《通信局（站）雷电过电压保护设计规范》.
[4]《通信工程电源系统防雷技术规定》.
[5]《通信电源设备的防雷技术要求和测试方法》.
[6]《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》.
关键词： 3G基站；综合防雷；应用
中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）1110018-02
近年来，随着国家对3G产业的不断推进，开始大规模建设3G网络，通信业正处于高速发展时期，作为3G移动通信网络的无线接入部分，通信基站的安全运行十分关键，目前极端气候越来越多，通信基站被雷击的情況时有发生，3G基站在建设时虽然已安装了一些避雷装置，但往往还是因雷击而造成设备损坏。因此，如何做好基站的综合防雷工作，保障通信系统的安全，显得尤为重要。
3G基站主要由天馈系统、基站设备、通信电源系统等3部分组成。天馈系统主要有收发天线、馈线；基站设备主要包括：BBU基带信号处理模块、RRU射频拉远模块；通信电源系统主要包括：基站交直流配电设备、后备电源、发电机、接地系统。3G基站的防雷应是综合性、系统性的工程，应从3G基站的特点、安装地理环境的实际情况、接地系统等全方位考虑。
1 雷电特点分析
1）雷电的危害形式有：直击雷、感应雷、线路来波和地电位反击。其中，直击雷的防护主要是建筑防雷应完成的任务，感应雷、线路来波、地电位反击是通信设备防雷需要认真考虑的因素。
2）雷电流主要分布在低频部分，且随着频率的升高而递减。在波尾相同时，波前越陡高次谐波越丰富。在波前相同的情况下，波尾越长低频部分越丰富；雷电的能量主要集中在低频部分，约90%以上的雷电能量分布在频率为10kHz以下。因此，在通信系统中，只要防止10kHz以下频率的雷电波窜入，就能把雷电波能量消减90%以上。
2 3G基站防雷的特点分析
3G基站与2G基站的电路结构是不同的，2G基站只有天馈上塔，但3G基站还存在RRU上塔的问题，雷击环境相对恶劣，这给基站防雷设计提出了更高的要求。同时，3G的上塔线缆为光纤和电源线，而一般采用的是没有加强筋的光纤，不存在雷击的问题，所以电源的防雷在3G基站防雷中占有重要的地位。
雷电对3G基站的影响主要来自四个方面：天馈系统、电源系统、接地系统、信号传输系统。
基站的防雷措施是属于系统工程，必须整体考虑。主要包括以下4个方面：天馈系统的防雷、RRU/BBU设备的防雷、动力系统的防雷、接地系统的防雷等。只有在这几个方面进行综合防护，才能达到理想的防雷效果。
3 防雷方案的设计
3.1 3G基站天馈系统的防雷
基站天馈系统的防雷主要是与RRU设备相连的各个线缆及端口。
从天线到RRU设备之间通信由于是采用的电缆连接，二者的距离很近（馈线长度一般在2米以下），雷击时天线与RRU接地点间的电位差不大，不容易产生很强的反击电压，但雷电的电磁场强度很大，容易产生雷电感应。为了减少雷电电磁场和电位反击的影响，RRU至天线的射频馈线必须将外护层两端可靠接地。两侧馈线端口可以使用馈线避雷器对芯线进行适当保护。RRU至天线的控制信号线可以单独引接，也可以与供电线同缆不同芯，但必须使用具有金属外护层的屏蔽电缆，并将外护层两端可靠接地。天线控制信号端口也应使用标称通流量3KA的SPD进行过电压保护。
从RRU到BBU设备之间是采用的光缆连接，尽量使用非金属光缆。如果使用金属加强芯光缆，光缆加强芯上下两端都应接地。使用中频光传输系统进行远距离传输时，如使用金属加强芯光缆，每段光缆的接头处可以在接头盒内按常规方法使用“分段绝缘不接地”处理方式，但从塔放引下的第一段光缆的加强芯，应在塔放和第一个接头盒处做接地处理。以防止塔杆遭受雷击时引起加强芯接头处起弧烧毁线缆或周围设备。
另外，在选择天馈系统的供电和信号电缆时，可预先多留2根空芯线，安装时将这预留的空线对在天线和BBU设备处分别接地。利用空线对中雷电流产生的反向电动势，抵消电源和信号线上产生的雷电压差。
3.2 分布式3G基站交、直流远供的防雷
3.2.1 分布式3G基站直流远供的防雷
如分布式3G基站供电采用直流远供方式，就需要将直流电源线拉远至RRU设备端进行供电，由于电源线较长，在房顶时，会暴露在室外天面；在有铁塔时，电源线沿塔身布设，雷电电磁场对电源线较大，因此电源线的防雷问题应该引起足够重视。在直流馈电线两端必须配置40kA专用1+1直流串联防雷器。直流串联防雷的最大允许电流根据为RRU提供的电流来定。
3.2.2 分布式3G基站交流远供的防雷
如分布式3G基站供电采用交流远供方式，交流远供的电源线应采用屏蔽线缆，并且屏蔽层应在两端做接地处理。在塔上部分可通过RRU或者防雷箱进行屏蔽层的接地，机房侧屏蔽层接地应选择在馈窗口附近实施。交流远供馈电线上下两端应采用相应的防雷保护措施，采用两端口1+1交流SPD。
3.3 3G基站机房设备的防雷
3G基站机房的防雷主要是基站设备的防雷（即BBU基带信号处理模块），分析其雷电的来源，主要来自于电源线与通信光缆金属加强芯。防雷的原则是：尽量不要将雷电引入到机房设备，主要通过地线泄流到大地，但引下线与设备地线一定要分开接地，不能与设备的保护地接在一起。对于通过电源线引入的雷电，应把电源避雷器地线直接通过机房的地排下地，而不是将避雷器地线接在设备总地排上，目的是将大雷电流排斥在设备地线之外；对于通过通信光缆金属加强芯引入的雷电，可以在进机房前就将其断开，并把光缆加强芯直接入地。也可以在进机房后直接接地排，但不能经过机柜、设备地线接地排。
同时，在设备上要安装信号防雷保护单元，在电源设备上要安装避雷器单元模块。如果安装有几级避雷单元时，由于第一级避雷单元承受的雷电流是最大的，必须将此避雷单元的地线单独直接接地网。而对于第二、三级避雷单元，因雷电流中大部分已经由第一级泄放掉，则其地线就可以与设备地线一起接总接地排。 3.4 3G通信基站接地系统
3G通信基站接地系统应按照均压等电位进行设计，采用联合接地的方式。将各类设备的工作接地、保护接地、逻辑接地、屏蔽体接地、防静电接地以及防雷接地等共同组建一个联合地网。联合接地是使基站的所有构件在一个统一的电位上，避免由不同接地系统引入的电位差，从而可以确保3G通信基站的安全。地网是接地系统的基础，地网能否快速发散电流，是整个防雷系统建立等电位的关键。
在建设联合接地网时要注意的几点：
1）一般的观念较为注重接地网的接地电阻值，通常强调要小于5Ω，但在实际使用中，更应注重基站与基站之间的地电位的均衡，其重要性还要高于接地阻值。因为在遭受雷击时，即使接地电阻小于1欧，电位升高也会在上万伏以上。但是，如果整个接地网上各处电位较为均衡，则受到的电位冲击就不会太大。例如：有的基站由于地质条件太差，接地阻值很难达到要求，这时，可以以接地网地电位均衡性要求为主，去进行接地网的改造。基站均压等电位连接必须采用单点接地连接方式，严禁采用多点接地连接方式。
2）对于大雷电引下线入地点的接地体要做一定的强化处理，因其是地电位升高最多的地点，可以通过增加一些降阻剂、增加垂直接地体的长度、增加垂直和水平接地体数量。
3）通信基站间采用联合接地时，所有大小地网都要连在一起，而且必须在地下用裸露导体多点互联。
3.5 几种特定场景下的移动基站防雷
下面以城区、山区、平原等3种特定场景为例，介绍具体的防雷要求。
城区基站一般地势较平坦，房屋密集，主要以高层建筑为主，独立基站和铁塔较少，天线安装以升高架为主，地网多为建筑物地网。城区基站供电设施安全防护相对较好，市电供电部分受雷击机率较低，基站防雷主要是以防感应雷和地电位反击为主。
山区基站一般海拔较高，土壤电阻率也较高，引入雷电的途径多且遭受雷害机率高，应在严格采取联合接地和均压等电位措施的基础上，重点考虑直击雷防护，同时兼顾防感应雷。
平原基站地面广阔，地表平面起伏较小，土壤电阻率一般较低，基站地网建设方便，泄流效果好，且平原地区雷击相对较少，防雷主要是以防感应雷为主。
总之，通信基站整体防雷工程是一项要求高、难度大的系统综合性工程，所涉及到的面很广，需要根据具体情况做不同的防护措施，在设计、施工环节上要严格把关，按照内外结合、多级防护、综合治理的原则，具体可采取联合接地、站内均压等电位连接、馈线接地分流、雷电过电压多级防护、直击雷防护等综合防雷措施，不断完善基站整体防雷系统，尽量降低雷害损失，以达到更好的防护效果。
参考文獻：
[1]《移动通信基站防雷与接地设计规范》.
[2]《建筑物防雷设计规范》.
[3]《通信局（站）雷电过电压保护设计规范》.
[4]《通信工程电源系统防雷技术规定》.
[5]《通信电源设备的防雷技术要求和测试方法》.
[6]《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》.