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完整的3G移動基站電源防雷解決方案
日期:2014年05月30日信息來源:中鵬國際

 1、 前言

  隨著國家對3G產業的不斷推進,3G建設正在不斷展開。但3G基站與2G基站的電路結構是不同的,2G基站只有天饋上塔,但3G基站還存在 RRU(射頻遠端設備)上塔的問題,雷擊環境相對惡劣,這給系統防雷設計提出了嚴峻的考驗。考慮3G的上塔線纜為光纖和電源線,而一般采用的是沒有加強筋 的光纖,不存在雷擊的問題,所以電源的防雷在解決3G基站防雷中占有重要的地位。

  因為電源防雷是屬于系統工程,必須整體考慮。一般包括以下4個方面:交流動力電纜的防雷、基站地網與站內設備的地線連接、站內組合電源系統防雷,RRU電源線及電源端口防雷等。只有在這4個方面進行綜合防護,才能達到理想的防雷效果。

  本文從3G基站電源防雷的4個方面進行探討,提供一個完整的3G移動基站電源防雷解決方案。

  2、 3G移動基站電源防雷方案

  交流動力電纜的防雷

  ⑴ 進站的交流動力電纜的防護,對有條件的基站,變壓器的高壓側電纜和低壓側電纜均應埋地安裝。根據郵標《YD 5098-2005通信局(站)防雷與接地工程設計規范》(以下簡稱‘郵標’)要求“使用專用變壓器時高壓電力電纜的埋設長度不宜小于200M,低壓電纜 進機房時,其埋地長度不宜小于15m(當高壓電力電纜已采取埋地敷設時,低壓側電纜一般不做此要求),低壓埋地電纜,應采用有金屬鎧裝層的電力電纜或穿鋼 管埋地引入機房,電纜金屬鎧裝層應該在兩端就近與變壓器地網和機房地網連通”。但對于高壓側電纜,埋地安裝投資及施工難度比較大,一般的基站都難以做到, 根據以上同樣標準要求,此時應沿架空線架設避雷線,并在變壓器高壓側加裝高壓防雷器。

  ⑵ 在交流低壓電力電纜進入機房的入口處安裝B級防雷箱。特別注意B級防雷箱在安裝時應采用“凱文”接線方式,以降低引線上的殘壓,充分發揮B級防雷箱的作 用。對于交流低壓電力電纜埋地進入的基站,由于交流低壓電力電纜埋地后對雷擊電流的衰減作用非常明顯,B級防雷箱采用8/20μs波形的普通壓敏電阻式防 雷模塊即可,但對于非埋地進入的低壓電力電纜,其雷擊電流可能會比較大,應推薦使用10/350μS波形的高通流容量的主動點火型間隙式防雷模塊。

  基站地網與站內設備的地線連接

  基站地網應按照“郵標”的第七章《小型無線基站的防雷與接地》進行地網設計,接地電阻也應滿足小于10Ω的標準。

  良好的地網設計和較低的接地電阻,對基站的防雷起著重要的作用,但這是遠遠不足夠的。一個防雷接地系統是否成功,更大成度上決定于站內設備間的地線連接(安裝)關系。

  ⑴ 常見的不合理站內設備地線連接關系


圖1 常見的不合理站內設備地線連接關系

  這是一種最常見的機房內設備地線連接關系。其弊端非常明顯:就是機房入口的B級防雷箱地線引線過長,無法發揮應有作用;另外開關電源的地線也過 長,地線上的殘壓會疊加在后端設備的電源端口上。對與這種基站,無論地網設計如何優良,接地電阻小到何種程度,都無法起到良好的防雷作用。

  ⑵ ‘郵標’推薦兩種等電位地線連接方案:環形等電位連接和星形等電位連接。

圖2 站內設備環形等電位地線連接方案

  根據‘郵標’規定“采用環形等電位連接時,應在機房內沿走線架和墻壁設置環形接地匯集線,環形接地匯集線應多點就近與地網連通,站內設備由環形匯集線就近接地。”

圖3 站內設備星形等電位地線連接方案

  根據‘郵標’規定“采用星形等電位連接時,基站的總接地匯流排,應設在配電箱和第一級電源SPD附近,開關電源以及其他設備的接地排母線均由總接地匯流排引接。如設備機架與總匯流排相距較遠時,可以采用兩級匯流排”。

  基站地網和站內設備的地線連接推薦采用‘郵標’規定的等電位地線連接方案,這樣真正充分發揮各級防雷器的作用,實現良好防雷效果。

  站內組合電源系統防雷

  對于站內組合電源系統的防雷,其防雷電路比較簡單,也比較成熟,根據‘郵標’,在組合電源系統交流側采用通流容量為40kA(8/20μS波 形)的“3+1”方式的交流C級防雷器,在組合電源的直流側采用通流容量為15kA(8/20μS波形)的“1+1”方式的直流防雷器即可。

圖4 站內組合電源C級防雷器

圖5 站內組合電源直流側防雷器

  RRU電源線及電源端口防雷

  RRU電源線從塔底機房一直引到塔頂,空間跨度大,塔頂和塔底地網的電位差也很大,其防雷非常重要,難度也相對較大,應關注以下防雷要點:

  ⑴ 使用屏蔽電纜,而且屏蔽層兩端要可靠接地,屏蔽層的上端接RRU的外殼(對RRU外置防雷箱的系統,接RRU外置防雷箱的外殼),屏蔽層的下端在饋線窗處接室外地排,而且不應引進室內,避免RRU電源線屏蔽層將鐵塔雷擊電流引入室內;

  ⑵ RRU電源端口的防雷電路應串入差模電感,以抑制雷擊電流流向RRU后端電路。

圖6 RRU電源線及電源端口防雷

  注:① 如果組合電源內部沒有配置合適的直流防雷器,則應該在RRU電源線引出機房處加裝一級直流防雷箱;

  因為RRU防雷器件的具體參數各個廠家不一,應根據具體使用場所選擇。

  結束語

  目前3G基站的建設主要集中于城市,尚未大規模推向農村及偏遠山區,而城市的雷擊環境因為建筑物普遍較高,基站的鐵塔(抱桿)也往往不是周圍的 制高點,所以雷擊環境相對較好。一旦3G基站大規模推向農村及偏遠山區,則將要經歷非常嚴酷的雷擊環境的考驗。3G基站除了電源部分需做好上述的各項措施 之外,還應全面考慮天饋線的防雷,RRU內部電路的防雷設計、GPS的防雷等各個方面,才能保證3G基站的穩定可靠運行。 

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