移動基站供電係統防雷的主要問題

移動基站供電係統一般由配電變壓器、低壓交流供電線路、計量箱、交流穩壓器、交流分配電箱、通信開關電源、聯合接地網等組成，因其所處工作環境的特殊性，容易遭到雷電、電湧或其他過電壓的損害。信息產業部郵電設計院(現中訊郵電谘詢設計院)曾對全國十幾個省市通信局(站)遭雷擊情況進行過調查統計，發現雷擊造成通信設備損壞事故的85％左右是因雷電過電壓侵入移動基站供電係統而引起的。作為通信係統的“心髒”，移動基站供電係統的損壞將對其他通信設備的正常運行構成威脅，若得不到及時有效的維護，很容易引發通信中斷等不可接受的二次事故。
因此，做好移動基站供電係統的雷電防護，對於遏製移動基站雷擊事故具有重要意義，它也是移動運營商、設備供應商和電信設計與施工單位等多方共同關注的問題之一，成為近年來國內通信防護研究的重點。下麵將對目前這方麵比較突出的一些工程技術問題，如專用配電變壓器的保護、第一級電湧保護器的特點及選擇、供電設備防雷要求等進行簡要論述。
1 專用配電變壓器的保護
部分移動基站設有專用的配電變壓器。為了防止高電位引入，根據通信行業規範的要求，配電變壓器不宜與通信設備安裝在同一建築物內。若要安裝在同一建築物內，則要求配電變壓器的高壓引入導線應是金屬鎧裝電纜，並且需要埋地引入，其埋地長度應不小於200m，鎧裝層的兩端應就近接地。另外，規範還對在高壓電線終端杆和鎧裝電纜轉接處的防雷措施做出了具體規定。
從實際情況看，由於管理體製的問題，移動基站的電力高壓線難以滿足鎧裝電纜轉接和200 m埋地引入的要求，一般都是架空到移動基站，專用配電變壓器也主要采取戶外露天柱上安裝方式。這時，基站配電變壓器的防雷與接地保護需特別注意以下3點(如圖1所示)。

a) 在高壓側安裝氧化鋅避雷器的同時，在低壓側也應按規定安裝符合要求的氧化鋅避雷器；
b) 高、低壓側避雷器的接地端子，低壓側中性點，以及配電變壓器外殼必須就近短接後再集中接至地網，一定不能將高、低壓側避雷器直接接至地網；
c) 高壓側避雷器應安裝在跌落式熔斷器的負荷側。
2 低壓交流供電線路的敷設
按規範要求，低壓電力線應埋地引入，並且埋地長度應不小於15m，在高土壤電阻率地區還要適當增加，有效長度可取為2(ρ為基站土壤電阻率)。
當低壓電力線埋地確有困難，需要架空引入基站時，應同時在低壓電力線入戶處安裝更高衝擊通流容量的基站電源第一級電湧保護器，對於處在中雷區以上的基站應不小於100kA。
航空障礙燈、彩燈等設備的電源線，應采用有金屬外皮的電纜，橫向布設時金屬外皮每隔5～10 m接地一次，上下走向時金屬外皮至少應在兩端就近接地。
3 兩類第一級電湧保護器
電湧保護器(SPD)是通過抑製瞬態過電壓以及旁路電湧電流來保護設備的一種裝置，須包含至少一個非線性元件。SPD常被分為限壓型SPD、電壓開關型SPD和組合型SPD三大類。
SPD的動作特性有兩種，一種被稱作限壓型，其特征是：在無電湧時呈高阻態，但隨著電湧的增大，其阻抗不斷降低。具有限壓特性的SPD包括：
a) 完全由限壓型元器件，如壓敏電阻(MOV)、瞬變抑製管(TVS)等構成的限壓型SPD；
b) 具有限壓特性的組合型SPD。
SPD動作特性的另外一種是電壓開關型，其特征是：在無電湧時呈高阻態，但對電湧響應時，其阻抗突變為低阻值。具有電壓開關特性的SPD包括：
a) 完全由電壓開關型元器件，如雷擊電湧保護器、雷擊電流放電器、氣體放電管(GDT)、晶閘管(TSS)、火花間隙等構成的電壓開關型SPD；
b) 具有電壓開關特性的組合型SPD。
在移動基站供電係統中，常用的SPD是限壓型的壓敏電阻，開關型的火花間隙、雷擊電湧保護器(或雷擊電流放電器，下同)也有少量使用。近年來圍繞SPD的選用問題，主要是在壓敏電阻和雷擊電湧保護器的選取問題上一直存在爭議。其實，壓敏電阻和雷擊電湧保護器在性能、功能和適用環境等方麵都各有特點。
雷擊電湧保護器的突出優點是衝擊通流容量大。由於導通後端壓降主要是電弧壓降，通常在200 V以內，故可以承受長波衝擊，如幅值較高的10/350μｓ衝擊電流波形試驗。但是，雷擊電湧保護器也存在一些固有缺陷：
a) 存在續流遮斷問題，雖然不少廠家宣稱進行了改進，但實際應用表明還是比較容易失火，這也是雷擊電湧保護器本身特點所決定的；
b) 動作時di/dt及du/dt值都很大，這對半導體元器件的影響特別明顯；
c) 無法劣化指示；
d) 無法實現損壞告警、故障遙信功能。目前可以實現的僅限於通過LED來指示其輔助電路的工作狀態，並不反映雷擊電湧保護器本身的劣化、損壞情況。
雷擊電湧保護器的續流問題限製了它在相線間及相線對中線間的應用。嚴格來講，雷擊電湧保護器隻有接在運行質量穩定可靠的TT供電係統的中線對地線間才是本質安全的，這一點在通信行業標準YD/T1235.1－2002和YD/T 1235.2－2002中均有明確規定。此外，雷擊電湧保護器目前還無法實現損壞告警、故障遙信功能，這使得它在幾乎全部是無人值守的移動基站中得不到有效應用。
與電壓開關特性SPD不同的是，壓敏電阻的伏安特性是連續和遞增的，因此，它不存在續流遮斷問題，其di/dt及du/dt值也小得多。此外基於壓敏電阻的SPD一般都可以實現劣化指示和故障遙信告警功能。壓敏電阻的美中不足是其泄流本領相對較弱，但是通過采用並聯、均流技術也可使其衝擊通流容量達到100 kA以上的水平，從而可以完全滿足行業標準和通信局(站)實際情況的需要。
4 第一級電湧保護器的選擇
4.1 衝擊通流容量的確定
在安全可靠的前提下，為了做到經濟合理，可根據基站地理環境將電源第一級電湧保護器劃分為高山型(室外型基站劃入該類)、郊區型和城市型三類，並對每類提出不同的防雷指標要求(見表1)。



4.2 其他技術要求
a) 最大持續運行電壓Uc，應符合表2的規定，以避免因供電不穩而導致電湧保護器頻繁損壞。