3G移动基站电源防雷解决方案

1 前言
        随着国家对3G产业的不断推进，3G建设正在不断展开。但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（射频远端设备）上塔的问题，雷击环境相对恶劣，这给系统防雷设计提出了严峻的考验。考虑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，所以电源的防雷在解决3G基站防雷中占有重要的地位。
        因为电源防雷是属于系统工程，必须整体考虑。一般包括以下4个方面：交流动力电缆的防雷、基站地网与站内设备的地线连接、站内组合电源系统防雷，RRU电源线及电源端口防雷等。只有在这4个方面进行综合防护，才能达到理想的防雷效果。
        本文从3G基站电源防雷的4个方面进行探讨，提供一个完整的3G移动基站电源防雷解决方案。
2 3G移动基站电源防雷方案
         交流动力电缆的防雷
        ⑴ 进站的交流动力电缆的防护，对有条件的基站，变压器的高压侧电缆和低压侧电缆均应埋地安装。根据邮标《YD 5098-2005通信局（站）防雷与接地工程设计规范》（以下简称‘邮标’）要求“使用专用变压器时高压电力电缆的埋设长度不宜小于200M，低压电缆进机房时，其埋地长度不宜小于15m（当高压电力电缆已采取埋地敷设时，低压侧电缆一般不做此要求），低压埋地电缆，应采用有金属铠装层的电力电缆或穿钢管埋地引入机房，电缆金属铠装层应该在两端就近与变压器地网和机房地网连通”。但对于高压侧电缆，埋地安装投资及施工难度比较大，一般的基站都难以做到，根据以上同样标准要求，此时应沿架空线架设避雷线，并在变压器高压侧加装高压防雷器。
         ⑵ 在交流低压电力电缆进入机房的入口处安装B级防雷箱。特别注意B级防雷箱在安装时应采用“凯文”接线方式，以降低引线上的残压，充分发挥B级防雷箱的作用。对于交流低压电力电缆埋地进入的基站，由于交流低压电力电缆埋地后对雷击电流的衰减作用非常明显，B级防雷箱采用8/20μs波形的普通压敏电阻式防雷模块即可，但对于非埋地进入的低压电力电缆，其雷击电流可能会比较大，应推荐使用10/350μS波形的高通流容量的主动点火型间隙式防雷模块。
         基站地网与站内设备的地线连接
        基站地网应按照’邮标’的第七章《小型无线基站的防雷与接地》进行地网设计，接地电阻也应满足小于10Ω的标准。
         良好的地网设计和较低的接地电阻，对基站的防雷起着重要的作用，但这是远远不足够的。一个防雷接地系统是否成功，更大成度上决定于站内设备间的地线连接（安装）关系。
        ⑴ 常见的不合理站内设备地线连接关系

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这是一种最常见的机房内设备地线连接关系。其弊端非常明显：就是机房入口的B级防雷箱地线引线过长，无法发挥应有作用；另外开关电源的地线也过长，地线上的残压会叠加在后端设备的电源端口上。对与这种基站，无论地网设计如何优良，接地电阻小到何种程度，都无法起到良好的防雷作用。
        ⑵ ‘邮标’推荐两种等电位地线连接方案：环形等电位连接和星形等电位连接。

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根据‘邮标’规定“采用环形等电位连接时，应在机房内沿走线架和墙壁设置环形接地汇集线，环形接地汇集线应多点就近与地网连通，站内设备由环形汇集线就近接地。”

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根据‘邮标’规定“采用星形等电位连接时，基站的总接地汇流排，应设在配电箱和第一级电源SPD附近，开关电源以及其他设备的接地排母线均由总接地汇流排引接。如设备机架与总汇流排相距较远时，可以采用两级汇流排”。
        基站地网和站内设备的地线连接推荐采用‘邮标’规定的等电位地线连接方案，这样真正充分发挥各级防雷器的作用，实现良好防雷效果。
        站内组合电源系统防雷
        对于站内组合电源系统的防雷，其防雷电路比较简单，也比较成熟，根据‘邮标’，在组合电源系统交流侧采用通流容量为40kA（8/20μS波形）的“3+1”方式的交流C级防雷器，在组合电源的直流侧采用通流容量为15kA（8/20μS波形）的“1+1”方式的直流防雷器即可。

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         RRU电源线及电源端口防雷
        RRU电源线从塔底机房一直引到塔顶，空间跨度大，塔顶和塔底地网的电位差也很大，其防雷非常重要，难度也相对较大，应关注以下防雷要点：
        ⑴ 使用屏蔽电缆，而且屏蔽层两端要可靠接地，屏蔽层的上端接RRU的外壳（对RRU外置防雷箱的系统，接RRU外置防雷箱的外壳），屏蔽层的下端在馈线窗处接室外地排，而且不应引进室内，避免RRU电源线屏蔽层将铁塔雷击电流引入室内； 
        ⑵ RRU电源端口的防雷电路应串入差模电感，以抑制雷击电流流向RRU后端电路。

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        注：① 如果组合电源内部没有配置合适的直流防雷器，则应该在RRU电源线引出机房处加装一级直流防雷箱；
        因为RRU防雷器件的具体参数各个厂家不一，应根据具体使用场所选择。
结束语
        目前3G基站的建设主要集中于城市，尚未大规模推向农村及偏远山区，而城市的雷击环境因为建筑物普遍较高，基站的铁塔（抱杆）也往往不是周围的制高点，所以雷击环境相对较好。一旦3G基站大规模推向农村及偏远山区，则将要经历非常严酷的雷击环境的考验。3G基站除了电源部分需做好上述的各项措施之外，还应全面考虑天馈线的防雷，RRU内部电路的防雷设计、GPS的防雷等各个方面，才能保证3G基站的稳定可靠运行。