一、勘测的数据资料、分析报告、设计依据

(1). 勘测的数据资料

2008年3月26日，我公司技术人员与某市广播电视局相关领导及工程师一同勘察了位于某区的某微波站。某微波站位于峰顶，地处崖边，位置险要，气候环境恶劣；此地区年平均雷暴日约为38天。此微波站与移动通信基站等位于山顶，发射铁塔像锥子一样插入天空，容易形成尖端放电现象；其年预计雷击次数：N=KNgAe=0.056次/a

接地系统： 两方向的接地电阻分别为 48欧姆和130欧姆；站内无接地汇流排，设备接地不规范或无可靠接地，接地网辐射状结构，面积约200米2；地质结构为风化岩和花岗岩，岩体裸露，无植被覆盖，土壤稀少或无土壤；

微波站的防雷设施： 有 4根避雷针和一条引下线、二级交流SPD，无均压环；

进出微波站的线缆： 由山下埋地引入的凯装电缆、光纤及天馈线等；

微波站曾经遭受雷击情况： 近年来多次遭受雷击，其中调频发射机的电源板和控制单元多次受到冲击，如开关掉闸、电源板压敏电阻烧坏，控制单元损坏等；另有服务器、交换机、时钟源微电子设备经常出现死机现象等。

(2).分析报告

● 地理、地质环境结构复杂；土壤电阻率很高，接地降阻困难；

● 雷灾现状较严重，雷害损坏设备以电源系统为主；

● 单纯加装 SPD 的防护措施和满足现有规范的接地措施不能解决雷害问题；

●防雷隐患

1 、供电线路虽然埋地、但屏蔽层没有接地，引入的雷电波易侵入；

2 、光纤的加强筋无接地，引入的雷电波易侵入；

3 、站内设备接地系统混乱、接地导体截面积不够大或设备无接地等，易造成直接雷击时地电位反击；

4 、微波站无屏蔽措施，微电子设备易受电磁干扰，产生死机现象；

5 、综合布线不规范，容易造成穿插干扰；

(3). 设计依据标准

微波站的综合防雷是一项要求高、难度大的综合工程，涉及多方面的因素，需要针对不同的系统分别加以保护，又要考虑多个系统的协调工作，在工程中不能造成对系统的任何影响。因此，遵守国家和信息产业部有关规范的基础上，引入国际电工委员会的先进防雷技术和标准要求，以达到更好的防护效果。

GB50057-2000 〈建筑物防雷设计规范〉

GB50174-93 〈计算机房防雷设计规范〉

YD2011-93 《微波站防雷与接地设计规范》

YD5098-2005 《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》

YD5078-98 《通信工程电源系统防雷系统技术规定》

IEC 61312 〈雷电电磁脉冲的防护〉

IEC 61024 〈建筑物防雷设计规范〉

IEC 61643 〈 SPD 电源防雷器〉

IEC 61644 〈 SPD 通讯网络防雷器〉

二、微波站的雷电侵入及防护

1 、微波站的雷电侵入概述和防雷分区

微波站的雷电侵入： 如图所示，我们

通过对勘察数据的分析和案例的研究发

现，针对微波站的雷暴引起的雷击及过

电压主要来自几个方面：直接、附近雷

击和雷电波侵入。

微波站的防雷分区： 国际电工委员会的先进防雷技术和标准中重点提出了防雷分区和等电位的概念，根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区，并在不同的防雷区界面上进行等电位连接，能直接连接的金属物就直接连接，带电导体（如电力线、通信线等）或不能直接连接于等电位体的，则需加装 SPD 来作等电位连接。

实践证明这种分区分级等电位连接的防雷方案是最好的解决问题方法。

根据防雷分区的概念，微波站的电源系统、光纤等都处在 LPZ0A 和 LPZ0B 之间，微波站内的数据线和设备处于 LPZ1 和 LPZ2 之间；天馈系统处于 LPZ0B 和 LPZ1 之间，根据防雷区的划分情况，应在分区界面上（ LPZ0B 和 LPZ1 、 LPZ1 和 LPZ2 ）设置等电位连接排，实施等电位连接；以将雷电电磁强度逐级降至最低。

2 、微波站受直接雷击或附近雷击的效应

直接雷击的效应包括：雷击电磁效应和接地系统的瞬间高电位抬升两个部分

发生在微波站附近的雷击效应有两个：雷击电磁脉冲（与直接雷击相同）和静电感应（属于雷电波侵入部分）

雷击电磁效应： 雷击避雷针，雷电流入地处的地电位升高，引下线周围空间形成强烈的电磁脉冲。雷击点附近的通讯线路、信号控制线路、射频传输线路会通过反击和电磁耦合的方式，形成暂态过电压，并以雷电波的形式沿线路传播，危害电子设备。

瞬间高电位抬升：

当铁塔遭受直接雷击时强大的雷电流沿外部防雷装置 LPS 系统（避雷针—引下线（塔体）—接地装置）这一电路路径进入基站的接地系统中，依据 U=IR 的公式推算，接地系统将瞬间带有非常高的电位。如下左图示，当雷电流为 100 千安时，接地系统的电位将瞬间抬升至 100 千伏（在 IEC61312 建筑物防雷中规定了雷击能量的分配模式如下右图所示： 100% 的雷电能量进入建筑物的防雷系统中去时，大约有 50% 的能量会流散到建筑物的接地系统中去，另有 50% 将通过建筑物的配电系统、数据线路、金属管线等向外泄放）；所以在没有实施等电位连接措施的系统中或没有接入到等电位连接系统中的设备上就会出现高电压反击的危险，且破坏性最强。

3 、微波站的雷电波侵入及其效应

针对微波站的雷电波侵入危害最大最频繁的主要来自市电引入线路和光纤引入线路两个路径。其中雷电波的形成基本是由线路遭受直接雷击或其附近雷击形成的，其耦合机制包括传导阻抗耦合、电磁感应耦合、静电感应耦合三个方面。云间和云对地的放电比直击雷出现的概率大得多，并能产生与直击雷类似的电磁效应和静电感应，是供电线路、信号线路产生很高感应过电压（感应电压 Ug 的幅值达 300 ～ 400kV ）击毁设备的主要威胁。

雷击线路附近的地面、避雷针或建筑物时，在架空线路上出现感应雷过电压的图示：

先导阶段：先导通道中充满负电荷并对导线产生静电感应，使在先导通道附近的导线上积累起异号的正束缚电荷。主放电：先导通道中的电荷自下向上被迅速中和，导线上的束缚电荷将瞬时变为自由电荷，形成过电压波向两端传播。

因每个基站的

敷设方式是不一样的（架空引入线路与埋地引入线路，凯装电缆与非凯装电缆，基站有无独立变压器等），所以每个基站受雷电波侵害的程度也不尽相同。

4 、屏蔽—雷击电磁脉冲的防护

屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一。雷电流的“趋肤效应”可使相当大的一部分电流沿屏蔽层接地端口泄入大地。 屏蔽的目的，一是限制某一区域内部的电磁能量向外传播，二是防止或降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。因此利用各种金属屏蔽体吸收或反射雷击电磁脉冲以衰减施加在设备上的电磁干扰和过电压能量是必要的。

对雷击电磁脉冲的屏蔽具体可分建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线缆（包含管道）的屏蔽。 建筑物的屏蔽可利用建筑物的钢筋、金属构架、金属门窗、地板等均相互连接在一起，形成一个法拉第笼，并与地网有可靠的电气连接，形成初级屏蔽网。设备的屏蔽应在对电子设备耐过电压水平调查的基础上，按 LPZ 施行多级屏蔽。在屏蔽中要特别注意对各种“洞”的密封，除门、窗外，重点对入户的金属管道、通信线路，电力线缆入口作好屏蔽。各种线缆均要采取屏蔽措施，金属丝编织网、金属软导管、硬导管、栈桥均可用于线缆屏蔽。

5 、接地 -- 分流和排泄雷电干扰能量的最有效的手段

接地及接地的目的： 大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。电位的高低是相对而言的，工程上常常需要有零电位参考点。接地就是将金属物体或电气回路的某一节点，通过导体与大地相连，使该物体或节点经常保持等电位。接地主要有以下三方面的目的： 1 ）安全保护； 2 ）信号参考； 3 ）雷电保护。

雷电保护方面，接地是分流和排泄直接雷击、雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一。

6 、等电位连接—最先进防雷理念

遵照 IEC 60364-5-548 和 IEC61024 规定：为实现雷击保护－—实现电位均衡，应采用均压等电位导体或电涌保护器 (SPD) 将处于被保护空间中的各独立导体（外部避雷装置、建筑物的钢筋架、安装的设备、各种导电体、供电及通讯设备）连接起来，建立一个复杂的等电位连接网络，目的是减小雷电流在它们之间产生电位差，保护设备和人身免受伤害。

( 等电位连接网络——是对一个系统的外露各导电部分做等电位连接的各导体所组成的网络 )

四、设计方案

1. 对微电子设备的金属机壳实施接地处理；对站内弱电线缆通过穿金属管的措施实现线路的屏蔽；

2. 对电源线路的屏蔽层实施接地处理；对光缆金属加强筋实施接地处理；

3. 在稳压器前端加装一级三相电源防雷箱，型号为： ODB-120 ，参数：最大通流量为 120KA 、 UP 为 2.0KV;

在 UPS 前端和四台调频发射机前端分别加装二级单相电源防雷模块，型号为： ODM-40/1+NPE ，参数：最大通流量为 40KA 、 UP 为 1.2KV;

在交换机、服务器、时钟源、调频设备台前端加装三级电源防雷插座，型号为： ODS-20 ，参数：最大通流量为 20KA 、 UP 为 0.6KV;

4. 设置均压环实现所有设备的就近接地和等电位连接；

5. 重新敷设接地引入线和地网，降低接地电阻。重新敷设接地引入线和环行水平接地体；因当地地质结构为裸露岩石，土壤电阻率大于 5000 欧姆 / 米；若增加接地网面积和接地体数量其施工和降阻都非常的困难，预算也非常巨大。从整体防雷角度考虑接地电阻大小与防雷无直接关系，因此不建议重新建设地网。如图：

五、总结

此方案只强调了应该改进的每个环节和基站在防雷工作中存在的不足，每一个基站具体的改造、设备需要、材料尺寸和施工方案应根据现场勘查设计计算而定。