3G移動基站電源防雷解決方案
發布時間:2011-02-22 來源:電源在線
中心議題:
解決方案:
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基站隻有天饋上塔,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,這給係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。
因為電源防雷是屬於係統工程,必須整體考慮。一般包括以下4個方麵:交流動力電纜的防雷、基站地網與站內設備的地線連接、站內組合電源係統防雷,RRU電源線及電源端口防雷等。隻有在這4個方麵進行綜合防護,才能達到理想的防雷效果。本文從3G基站電源防雷的4個方麵進行探討,提供一個完整的3G移動基站電源防雷解決方案。
1. 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範》(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於200m,低壓電纜進機房時,其埋地長度不宜小於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),diyamaididianlan,yingcaiyongyoujinshukaizhuangcengdedianlidianlanhuochuangangguanmaidiyinrujifang,dianlanjinshukaizhuangcengyinggaizailiangduanjiujinyubianyaqidiwanghejifangdiwangliantong”。但(dan)對(dui)於(yu)高(gao)壓(ya)側(ce)電(dian)纜(lan),埋(mai)地(di)安(an)裝(zhuang)投(tou)資(zi)及(ji)施(shi)工(gong)難(nan)度(du)比(bi)較(jiao)大(da),一(yi)般(ban)的(de)基(ji)站(zhan)都(dou)難(nan)以(yi)做(zuo)到(dao),根(gen)據(ju)以(yi)上(shang)同(tong)樣(yang)標(biao)準(zhun)要(yao)求(qiu),此(ci)時(shi)應(ying)沿(yan)架(jia)空(kong)線(xian)架(jia)設(she)避(bi)雷(lei)線(xian),並(bing)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)高(gao)壓(ya)側(ce)加(jia)裝(zhuang)高(gao)壓(ya)防(fang)雷(lei)器(qi)。
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。對於交流低壓電力電纜埋地進入的基站,由於交流低壓電力電纜埋地後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,但對於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於10Ω的標準。
良liang好hao的de地di網wang設she計ji和he較jiao低di的de接jie地di電dian阻zu,對dui基ji站zhan的de防fang雷lei起qi著zhe重zhong要yao的de作zuo用yong,但dan這zhe是shi遠yuan遠yuan不bu足zu夠gou的de。一yi個ge防fang雷lei接jie地di係xi統tong是shi否fou成cheng功gong,更geng大da成cheng度du上shang決jue定ding於yu站zhan內nei設she備bei間jian的de地di線xian連lian接jie(安裝)關係。
⑴ 常見的不合理站內設備地線連接關係

圖2 站內設備環形等電位地線連接方案

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,基站的總接地彙流排,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彙流排引接。如設備機架與總彙流排相距較遠時,可以采用兩級彙流排”。
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。
站內組合電源係統防雷
對於站內組合電源係統的防雷,其防雷電路比較簡單,也比較成熟,根據‘郵標’,在組合電源係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
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圖5 站內組合電源直流側防雷器
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。
2. 結束語
目前3G基站的建設主要集中於城市,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築物普遍較高,基站的鐵塔(抱杆)也往往不是周圍的製高點,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,則將要經曆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,還應全麵考慮天饋線的防雷,RRU內部電路的防雷設計、GPS的防雷等各個方麵,才能保證3G基站的穩定可靠運行。
- 交流動力電纜的防雷
- 基站地網與站內設備的地線連接
- 站內組合電源係統防雷
- RRU電源線及電源端口防雷
解決方案:
- 安裝避雷線和避雷器
- 采用‘郵標’規定的等電位地線連接方案
- 使用屏蔽電纜
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基站隻有天饋上塔,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,這給係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。
因為電源防雷是屬於係統工程,必須整體考慮。一般包括以下4個方麵:交流動力電纜的防雷、基站地網與站內設備的地線連接、站內組合電源係統防雷,RRU電源線及電源端口防雷等。隻有在這4個方麵進行綜合防護,才能達到理想的防雷效果。本文從3G基站電源防雷的4個方麵進行探討,提供一個完整的3G移動基站電源防雷解決方案。
1. 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範》(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於200m,低壓電纜進機房時,其埋地長度不宜小於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),diyamaididianlan,yingcaiyongyoujinshukaizhuangcengdedianlidianlanhuochuangangguanmaidiyinrujifang,dianlanjinshukaizhuangcengyinggaizailiangduanjiujinyubianyaqidiwanghejifangdiwangliantong”。但(dan)對(dui)於(yu)高(gao)壓(ya)側(ce)電(dian)纜(lan),埋(mai)地(di)安(an)裝(zhuang)投(tou)資(zi)及(ji)施(shi)工(gong)難(nan)度(du)比(bi)較(jiao)大(da),一(yi)般(ban)的(de)基(ji)站(zhan)都(dou)難(nan)以(yi)做(zuo)到(dao),根(gen)據(ju)以(yi)上(shang)同(tong)樣(yang)標(biao)準(zhun)要(yao)求(qiu),此(ci)時(shi)應(ying)沿(yan)架(jia)空(kong)線(xian)架(jia)設(she)避(bi)雷(lei)線(xian),並(bing)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)高(gao)壓(ya)側(ce)加(jia)裝(zhuang)高(gao)壓(ya)防(fang)雷(lei)器(qi)。
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。對於交流低壓電力電纜埋地進入的基站,由於交流低壓電力電纜埋地後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,但對於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於10Ω的標準。
良liang好hao的de地di網wang設she計ji和he較jiao低di的de接jie地di電dian阻zu,對dui基ji站zhan的de防fang雷lei起qi著zhe重zhong要yao的de作zuo用yong,但dan這zhe是shi遠yuan遠yuan不bu足zu夠gou的de。一yi個ge防fang雷lei接jie地di係xi統tong是shi否fou成cheng功gong,更geng大da成cheng度du上shang決jue定ding於yu站zhan內nei設she備bei間jian的de地di線xian連lian接jie(安裝)關係。
⑴ 常見的不合理站內設備地線連接關係

圖1 常見的不合理站內設備地線連接關係
這是一種最常見的機房內設備地線連接關係。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(ling)外(wai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)地(di)線(xian)也(ye)過(guo)長(chang),地(di)線(xian)上(shang)的(de)殘(can)壓(ya)會(hui)疊(die)加(jia)在(zai)後(hou)端(duan)設(she)備(bei)的(de)電(dian)源(yuan)端(duan)口(kou)上(shang)。對(dui)與(yu)這(zhe)種(zhong)基(ji)站(zhan),無(wu)論(lun)地(di)網(wang)設(she)計(ji)如(ru)何(he)優(you)良(liang),接(jie)地(di)電(dian)阻(zu)小(xiao)到(dao)何(he)種(zhong)程(cheng)度(du),都(dou)無(wu)法(fa)起(qi)到(dao)良(liang)好(hao)的(de)防(fang)雷(lei)作(zuo)用(yong)。
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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(cai)用(yong)環(huan)形(xing)等(deng)電(dian)位(wei)連(lian)接(jie)時(shi),應(ying)在(zai)機(ji)房(fang)內(nei)沿(yan)走(zou)線(xian)架(jia)和(he)牆(qiang)壁(bi)設(she)置(zhi)環(huan)形(xing)接(jie)地(di)彙(hui)集(ji)線(xian),環(huan)形(xing)接(jie)地(di)彙(hui)集(ji)線(xian)應(ying)多(duo)點(dian)就(jiu)近(jin)與(yu)地(di)網(wang)連(lian)通(tong),站(zhan)內(nei)設(she)備(bei)由(you)環(huan)形(xing)彙(hui)集(ji)線(xian)就(jiu)近(jin)接(jie)地(di)。”

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,基站的總接地彙流排,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彙流排引接。如設備機架與總彙流排相距較遠時,可以采用兩級彙流排”。
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。
站內組合電源係統防雷
對於站內組合電源係統的防雷,其防雷電路比較簡單,也比較成熟,根據‘郵標’,在組合電源係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(dian)源(yuan)線(xian)從(cong)塔(ta)底(di)機(ji)房(fang)一(yi)直(zhi)引(yin)到(dao)塔(ta)頂(ding),空(kong)間(jian)跨(kua)度(du)大(da),塔(ta)頂(ding)和(he)塔(ta)底(di)地(di)網(wang)的(de)電(dian)位(wei)差(cha)也(ye)很(hen)大(da),其(qi)防(fang)雷(lei)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao),難(nan)度(du)也(ye)相(xiang)對(dui)較(jiao)大(da),應(ying)關(guan)注(zhu)以(yi)下(xia)防(fang)雷(lei)要(yao)點(dian):
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外置防雷箱的係統,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,以抑製雷擊電流流向RRU後端電路。
RRU電(dian)源(yuan)線(xian)從(cong)塔(ta)底(di)機(ji)房(fang)一(yi)直(zhi)引(yin)到(dao)塔(ta)頂(ding),空(kong)間(jian)跨(kua)度(du)大(da),塔(ta)頂(ding)和(he)塔(ta)底(di)地(di)網(wang)的(de)電(dian)位(wei)差(cha)也(ye)很(hen)大(da),其(qi)防(fang)雷(lei)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao),難(nan)度(du)也(ye)相(xiang)對(dui)較(jiao)大(da),應(ying)關(guan)注(zhu)以(yi)下(xia)防(fang)雷(lei)要(yao)點(dian):
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外置防雷箱的係統,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,以抑製雷擊電流流向RRU後端電路。

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。
2. 結束語
目前3G基站的建設主要集中於城市,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築物普遍較高,基站的鐵塔(抱杆)也往往不是周圍的製高點,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,則將要經曆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,還應全麵考慮天饋線的防雷,RRU內部電路的防雷設計、GPS的防雷等各個方麵,才能保證3G基站的穩定可靠運行。
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