地铁工程无线基站防雷接地研究

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1关于雷电危害地铁无线基站的概况

1.1雷电破坏无线通信设备的原理分析

做好地铁无线基站防雷系统的建设有以下几个前提：第一，必须针对雷雨天气条件下电荷破坏无线设备的相关原理拟定计划，因为电荷在负点感应的条件下将导致周边地面产生正电荷，逐渐形成一个庞大的电场。电场中某处叠加的电荷密度超负荷之后将使电场强度击穿空气中的游离层，此时雷云逐渐呈阶梯状由上往下释放电荷。第二，在电流逐渐接近地面时，一定距离范围内将在强电场的作用下产生尖端放电，逐渐呈由下往上的先导放电趋势，在两种情况交汇的阶段就会形成需电流，在两种不同属性电荷相互作用下需电流的强度逐渐扩大，并且伴随着闪电和雷电使附近金属材质的物体产生电压，高压电流迅速扩散对无线设备造成破坏。

1.2雷电对无线基站造成破坏的表现形式

（1）直击雷：所谓的直击雷就是带电云层（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，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。（2）感应雷：雷电在雷云之间放电时或是雷电通过雷云对地放电时，雷电在放电区域周围的户外传输信号线路或是移动基站内部设备的连接线上都很容易就产生电磁感应，从而迅速地侵入到基站设备中，这样就会导致一些串联在终端的或是线路中间的电子移动设备受到损害。（3）球形雷：球形雷是一种较为特殊的雷电现象。球形雷的直径可能一般只有10—20cm，其存在的时间也是在百分之几s到几分钟的时间不等，球形雷大部分的存在时间都是2—5s左右，当球形雷遇到障碍物或是电气设备时，就会发生爆炸或是燃烧的现象。

1.3雷电对地铁无线基站入侵的形式

雷电对基站相关损害方式按照雷电发生的位置不同来区分则分为以下三种：第一，直击雷对通信设备的直接损害；第二，外部金属带电进入基站内部对无线设备间接损害；第三，基站外部感应强电流对基站内部的无线设备的间接损害。（1）直击雷对通信设备的直接损害。①直击雷中的强电流直接通过地铁无线基站内的金属体与相关金属设备外壳中的电气交汇直接流入设备内，造成基站内设备的损坏；②直击雷的强雷电流脉冲直接作用于地铁基站的基站柱。在向地铁站机房区域导入的雷电磁脉冲在机房内金属设备、通信设备上交互产生电压，造成机房控制台与通信设备的损坏；③直击雷直接作用于基站塔顶，部分电流于天馈线相关金属导体涌入机房，造成地铁通信设备损坏。（2）外部金属带电进入基站内部对无线设备间接损害。①基于外部金属线具有一定的长度，所以雷电作用下导入的电磁脉冲将在金属缆线上产生强度较大的电压，在电压不断累积的过程中，一旦超出电缆的负荷，则会使强电压导向机房，造成基站设备的损坏；②在雷电直接作用于外部缆线或附近时，由于电流强度大的因素，则很有可能会穿过电缆的相关绝缘层直接进入电缆，从而导入地铁机房直接对基站内部设备进行损坏；③通过电磁感应破坏通信设备基站建筑物附近落雷时，强大的雷电磁脉冲也会通过空间电磁感应，直接在基站金属缆线上产生感应电压，而一般的通信设备在防雷方面又很脆弱，很容易造成一些精密的核心电子设备损坏。

2无线基站防雷接地在地铁工程中的应用

2.1地铁基站外部防雷

地铁基站防雷系统的外部建设由避雷针、引下线、接地地网这三者组成，三者相辅相成缺一不可。从一般情况下来说，雷电直接作用在外部，是由避雷针对强度高的雷电进行阻断与分流。使电流弱化之后逐渐导入引下线流入接地地网之中最后作用于大地，有效保护地铁内部相关设备的安全。但对于无线基站而言，天馈线与地铁机房更容易直接受到雷电的作用。所以通过合理的避雷设计与良好的接地系统的设计，将整个系统连接起来，使其最终成为一个完善无漏洞高功效的统一接地系统。而对于避雷设计与引下线之间的配合也是极其关键的一点，因为雷电不是作用于避雷器而是其附近时，对线路本身材质与避雷作用的考验就能直观的体现出来，所以避雷设计应该贯穿整个防雷系统的整体，而非一部分。线路的避雷，设备的避雷，有效将雷电流导入大地，从而确保地铁无线基站内部相关设备和人身安全。

2.2地铁基站内部防雷

在地铁基站的建设过程中，内部防雷工程比外部防雷工程的建设更加复杂，难度更大。针对内部防雷工程的相关特点，内部防雷工程主要由建设屏蔽器、防雷器以及等电位连接三个部分组成。

2.2.1地铁基站中的线路屏蔽措施

建设内部屏蔽系统是地铁基站防雷工作中的一项重要的环节，通过对双绞线进行配对或分组进行金属屏蔽，是当前屏蔽防雷中的一种主要的措施。其原理是根据金属体对电荷的趋肤效应产生相应的吸收与反射，能够对高压电流进行一定程度的弱化，减少对设备的影响，并且在分组屏蔽合理的情况下甚至能够分割电场，消除影响。

2.2.2地铁基站内部避雷器的使用

避雷器的使用始终贯穿于地铁防雷内外部系统建设的始终。其原理是用高压低阻短路状态来承受以及分流强度较大的电流以确保相关设备的安全。在雷电直接作用与避雷器上或附近时，瞬间产生的强电流能通过避雷器的分流阻断效果分流向防雷地网作用到地下，使设备能够收到保护。所以避雷器的安装对地铁无线基站中的防雷保护具有重要的意义。

2.2.3基站内部设备的等电位连接

地铁基站内部防雷建设中的等电位连接能够减少电位差稳定电压，并且能对雷电直接作用之下的电磁感应破坏进行一定程度的防范。电位连接系统建设一般步骤是在地铁施工路段内，打开内柱的一段混凝土，使其露出柱筋，采用横截面积为50mm的绝缘皮多股铜芯线，从柱子的主筋焊接出接地端子，并连接到汇流排上。汇流排采用面积为120mm铜排制作，采用横截面积为50mm的绝缘皮多股铜芯线做等电位连接带，把等电位连接带沿机房的四周敷设成闭合环，并与汇流排连接。采用横截面积为35mm的绝缘皮多股铜芯线做等电位连接线，把数字通信设备的机架，模拟通信设备的机架，整流供电设备的机架、空调机的金属外壳等金属体相互连接，并连接到等电位连接带上。这样能确保高电压强电流之下整个系统的稳定运作，所以从外部天馈线的防雷开始，缆线每5m用等电位连接线进行连接且不能少于两处。

2.3地铁基站中相关设备的防雷

2.3.1地铁基站外的天馈线防雷

地铁外部天馈线建设避雷防雷系统其关键手段就是避雷针的安装，雷电天气时，外部的强雷通过避雷针导入接地线直接进入底下接地网，使雷电的威力不会直接作用于天馈线与地铁基站内部系统的连接装置上，从而保证地铁内部相关系统的安全。并且为了防止雷电强度过大无法分流的情况发生，在天馈线与设备交汇处，针对性的安装避雷设备。

2.3.2地铁基站内的机房防雷

在对地铁基站内部机房进行防雷建设的之前，首先要对地铁机房内部环境与外部配套防雷设施的安装工艺与材料规格进行仔细检测，确保整个防雷体系的稳定运作。然后对机房内部的汇流排与接地引下线的整个连接线路进行系统的规划，并对相关输电线路与电缆安装避雷器。最后检查外部天馈线与内部的连接过程中避雷器的安装是否没有疏漏，并且测试天馈线的金属护层、金属线路、无线通信设备的雷电防护情况并做好记录绘制相关机房防雷设备连接平面示意图。

作者：宋世超 单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司通号处城轨所