地鐵工程無線基站防雷接地研究

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1關于雷電危害地鐵無線基站的概況

1.1雷電破壞無線通信設備的原理分析

做好地鐵無線基站防雷系統(tǒng)的建設有以下幾個前提：第一，必須針對雷雨天氣條件下電荷破壞無線設備的相關原理擬定計劃，因為電荷在負點感應的條件下將導致周邊地面產(chǎn)生正電荷，逐漸形成一個龐大的電場。電場中某處疊加的電荷密度超負荷之后將使電場強度擊穿空氣中的游離層，此時雷云逐漸呈階梯狀由上往下釋放電荷。第二，在電流逐漸接近地面時，一定距離范圍內(nèi)將在強電場的作用下產(chǎn)生尖端放電，逐漸呈由下往上的先導放電趨勢，在兩種情況交匯的階段就會形成需電流，在兩種不同屬性電荷相互作用下需電流的強度逐漸擴大，并且伴隨著閃電和雷電使附近金屬材質(zhì)的物體產(chǎn)生電壓，高壓電流迅速擴散對無線設備造成破壞。

1.2雷電對無線基站造成破壞的表現(xiàn)形式

（1）直擊雷：所謂的直擊雷就是帶電云層（雷云）與建筑物、其它物體、大地或防雷裝置之間發(fā)生的迅猛放電現(xiàn)象，并由此伴隨而產(chǎn)生的電效應、熱效應或機械力等一系列的破壞作用。（2）感應雷：雷電在雷云之間放電時或是雷電通過雷云對地放電時，雷電在放電區(qū)域周圍的戶外傳輸信號線路或是移動基站內(nèi)部設備的連接線上都很容易就產(chǎn)生電磁感應，從而迅速地侵入到基站設備中，這樣就會導致一些串聯(lián)在終端的或是線路中間的電子移動設備受到損害。（3）球形雷：球形雷是一種較為特殊的雷電現(xiàn)象。球形雷的直徑可能一般只有10—20cm，其存在的時間也是在百分之幾s到幾分鐘的時間不等，球形雷大部分的存在時間都是2—5s左右，當球形雷遇到障礙物或是電氣設備時，就會發(fā)生爆炸或是燃燒的現(xiàn)象。

1.3雷電對地鐵無線基站入侵的形式

雷電對基站相關損害方式按照雷電發(fā)生的位置不同來區(qū)分則分為以下三種：第一，直擊雷對通信設備的直接損害；第二，外部金屬帶電進入基站內(nèi)部對無線設備間接損害；第三，基站外部感應強電流對基站內(nèi)部的無線設備的間接損害。（1）直擊雷對通信設備的直接損害。①直擊雷中的強電流直接通過地鐵無線基站內(nèi)的金屬體與相關金屬設備外殼中的電氣交匯直接流入設備內(nèi)，造成基站內(nèi)設備的損壞；②直擊雷的強雷電流脈沖直接作用于地鐵基站的基站柱。在向地鐵站機房區(qū)域導入的雷電磁脈沖在機房內(nèi)金屬設備、通信設備上交互產(chǎn)生電壓，造成機房控制臺與通信設備的損壞；③直擊雷直接作用于基站塔頂，部分電流于天饋線相關金屬導體涌入機房，造成地鐵通信設備損壞。（2）外部金屬帶電進入基站內(nèi)部對無線設備間接損害。①基于外部金屬線具有一定的長度，所以雷電作用下導入的電磁脈沖將在金屬纜線上產(chǎn)生強度較大的電壓，在電壓不斷累積的過程中，一旦超出電纜的負荷，則會使強電壓導向機房，造成基站設備的損壞；②在雷電直接作用于外部纜線或附近時，由于電流強度大的因素，則很有可能會穿過電纜的相關絕緣層直接進入電纜，從而導入地鐵機房直接對基站內(nèi)部設備進行損壞；③通過電磁感應破壞通信設備基站建筑物附近落雷時，強大的雷電磁脈沖也會通過空間電磁感應，直接在基站金屬纜線上產(chǎn)生感應電壓，而一般的通信設備在防雷方面又很脆弱，很容易造成一些精密的核心電子設備損壞。

2無線基站防雷接地在地鐵工程中的應用

2.1地鐵基站外部防雷

地鐵基站防雷系統(tǒng)的外部建設由避雷針、引下線、接地地網(wǎng)這三者組成，三者相輔相成缺一不可。從一般情況下來說，雷電直接作用在外部，是由避雷針對強度高的雷電進行阻斷與分流。使電流弱化之后逐漸導入引下線流入接地地網(wǎng)之中最后作用于大地，有效保護地鐵內(nèi)部相關設備的安全。但對于無線基站而言，天饋線與地鐵機房更容易直接受到雷電的作用。所以通過合理的避雷設計與良好的接地系統(tǒng)的設計，將整個系統(tǒng)連接起來，使其最終成為一個完善無漏洞高功效的統(tǒng)一接地系統(tǒng)。而對于避雷設計與引下線之間的配合也是極其關鍵的一點，因為雷電不是作用于避雷器而是其附近時，對線路本身材質(zhì)與避雷作用的考驗就能直觀的體現(xiàn)出來，所以避雷設計應該貫穿整個防雷系統(tǒng)的整體，而非一部分。線路的避雷，設備的避雷，有效將雷電流導入大地，從而確保地鐵無線基站內(nèi)部相關設備和人身安全。

2.2地鐵基站內(nèi)部防雷

在地鐵基站的建設過程中，內(nèi)部防雷工程比外部防雷工程的建設更加復雜，難度更大。針對內(nèi)部防雷工程的相關特點，內(nèi)部防雷工程主要由建設屏蔽器、防雷器以及等電位連接三個部分組成。

2.2.1地鐵基站中的線路屏蔽措施

建設內(nèi)部屏蔽系統(tǒng)是地鐵基站防雷工作中的一項重要的環(huán)節(jié)，通過對雙絞線進行配對或分組進行金屬屏蔽，是當前屏蔽防雷中的一種主要的措施。其原理是根據(jù)金屬體對電荷的趨膚效應產(chǎn)生相應的吸收與反射，能夠對高壓電流進行一定程度的弱化，減少對設備的影響，并且在分組屏蔽合理的情況下甚至能夠分割電場，消除影響。

2.2.2地鐵基站內(nèi)部避雷器的使用

避雷器的使用始終貫穿于地鐵防雷內(nèi)外部系統(tǒng)建設的始終。其原理是用高壓低阻短路狀態(tài)來承受以及分流強度較大的電流以確保相關設備的安全。在雷電直接作用與避雷器上或附近時，瞬間產(chǎn)生的強電流能通過避雷器的分流阻斷效果分流向防雷地網(wǎng)作用到地下，使設備能夠收到保護。所以避雷器的安裝對地鐵無線基站中的防雷保護具有重要的意義。

2.2.3基站內(nèi)部設備的等電位連接

地鐵基站內(nèi)部防雷建設中的等電位連接能夠減少電位差穩(wěn)定電壓，并且能對雷電直接作用之下的電磁感應破壞進行一定程度的防范。電位連接系統(tǒng)建設一般步驟是在地鐵施工路段內(nèi)，打開內(nèi)柱的一段混凝土，使其露出柱筋，采用橫截面積為50mm的絕緣皮多股銅芯線，從柱子的主筋焊接出接地端子，并連接到匯流排上。匯流排采用面積為120mm銅排制作，采用橫截面積為50mm的絕緣皮多股銅芯線做等電位連接帶，把等電位連接帶沿機房的四周敷設成閉合環(huán)，并與匯流排連接。采用橫截面積為35mm的絕緣皮多股銅芯線做等電位連接線，把數(shù)字通信設備的機架，模擬通信設備的機架，整流供電設備的機架、空調(diào)機的金屬外殼等金屬體相互連接，并連接到等電位連接帶上。這樣能確保高電壓強電流之下整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運作，所以從外部天饋線的防雷開始，纜線每5m用等電位連接線進行連接且不能少于兩處。

2.3地鐵基站中相關設備的防雷

2.3.1地鐵基站外的天饋線防雷

地鐵外部天饋線建設避雷防雷系統(tǒng)其關鍵手段就是避雷針的安裝，雷電天氣時，外部的強雷通過避雷針導入接地線直接進入底下接地網(wǎng)，使雷電的威力不會直接作用于天饋線與地鐵基站內(nèi)部系統(tǒng)的連接裝置上，從而保證地鐵內(nèi)部相關系統(tǒng)的安全。并且為了防止雷電強度過大無法分流的情況發(fā)生，在天饋線與設備交匯處，針對性的安裝避雷設備。

2.3.2地鐵基站內(nèi)的機房防雷

在對地鐵基站內(nèi)部機房進行防雷建設的之前，首先要對地鐵機房內(nèi)部環(huán)境與外部配套防雷設施的安裝工藝與材料規(guī)格進行仔細檢測，確保整個防雷體系的穩(wěn)定運作。然后對機房內(nèi)部的匯流排與接地引下線的整個連接線路進行系統(tǒng)的規(guī)劃，并對相關輸電線路與電纜安裝避雷器。最后檢查外部天饋線與內(nèi)部的連接過程中避雷器的安裝是否沒有疏漏，并且測試天饋線的金屬護層、金屬線路、無線通信設備的雷電防護情況并做好記錄繪制相關機房防雷設備連接平面示意圖。

作者：宋世超 單位：中鐵第四勘察設計院集團有限公司通號處城軌所