[摘 要] 通過多例通信基站中安裝了間隙型、小通流容量(40KA、8/20μs)限壓型的保護(hù)器造成雷擊事故事例分析，以及歐美對防雷設(shè)計的不同理念，來探討使用什么類型的保護(hù)器才能滿足中國通信基站防雷的需要。
通信基站雷電浪涌防護(hù)器的正確的選擇與使用，可以有效地避免雷擊事故的發(fā)生，保護(hù)電源及通信設(shè)備免遭損壞。
對于通信基站，雷電入侵一般有4個口，即：感應(yīng)雷從交流電源線路引入、從天饋線引入、地電位反擊和通信傳輸線路引雷。我們可用一個實例來對移動通信基站的防雷進(jìn)行分析。下面是2005年廣西壯族自治區(qū)通信基站雷擊造成設(shè)備損失的分類統(tǒng)計表。
雷擊總數(shù) 市電引入部分受損次數(shù) 電源設(shè)備受損次數(shù) 傳輸設(shè)備受損次數(shù) 主設(shè)備受損次數(shù)
南寧 83 19 26 31 11
柳州 266 117 95 42 43
玉林 104 42 29 20 17
北海 186 89 62 25 20
桂林 66 26 35 9 10
梧州 61 49 10 3 2
河池 39 16 10 13 2
百色 42 28 7 6 2
廣西 847 386 274 149 107
從表中可以看出，市電引入部分受損次數(shù)為386次，占45%。電源設(shè)備受損次數(shù)為274次，占32%，這兩部分設(shè)備受損都是由于感應(yīng)雷從交流電源線路引入而造成的，總計受損次數(shù)已達(dá)77%，由此可見，交流電源的防雷是移動通信基站防雷的重點，應(yīng)該做好從電源電纜線路，經(jīng)過變壓器進(jìn)入基站，再經(jīng)過交流配電箱，最后進(jìn)入開關(guān)電源這一段線路的防雷工作。
在2002年7月的雷雨季節(jié)到來之時，廣東移動某一個地區(qū)就有7個基站分別在雷雨天氣中被雷擊中，設(shè)備受到不同程度的破壞和損失。遭雷擊的基站都已經(jīng)安裝了XXXXX公司的間隙型(開關(guān)型)保護(hù)器或者間隙＋MOV復(fù)合型，通流量10/350μs可達(dá)50kA以上，SPD安裝以后，大量基站仍然在不同程度上遭到雷擊的損壞，說明間隙型保護(hù)器在基站使用，沒有起到任何的作用，
2000年4月28日廣東聯(lián)通江門一個安裝波形10/350μs、最大通流容量可達(dá)60kA以上間隙型保護(hù)器的基站遭受雷擊，雷擊造成空調(diào)、電源模塊損壞，間隙型保護(hù)器從導(dǎo)軌上彈落，防雷箱承受不了間隙型保護(hù)器雷電通過時噴濺出來的火花及氣體釋放，箱門被彈開。
2000年6月重慶有幾十個基站作為試用安裝了德國XXXX生產(chǎn)的SPD，SPD為間隙＋電感＋MOV即；3個FLT60和一個FLT100間隙組成的10/350μsSl00kA(3＋1)＋LT－35A(電感)＋VALMS320ST8/20μs40kA(MOV＋放電管組成的3＋1)。2001年7月有兩個基站SPD損壞，即萬勝礦物局和江津黨校(1號)雷擊。
上述情況僅僅反映的是通信基站雷害事故的冰山一角，根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計結(jié)果，2002年7月－10月，在廣東省同一地區(qū)的移動分局所屬的基站就有60多個安裝間隙型保護(hù)器的基站設(shè)備遭受雷擊，其雷擊概率未免高的使人不能容忍，其直接危害到通信的安全運行。
根據(jù)中國國家氣象局發(fā)布的年雷暴日指數(shù)分布統(tǒng)計，海南、廣東、廣西、云南、貴州、江西、湖南、湖北、福建、浙江等地區(qū)是我國的強(qiáng)雷區(qū)，因此這些地區(qū)的雷害事故就更加頻繁。我們國家的氣候條件和地理位置類似于西半球的美國，存在著后續(xù)雷的嚴(yán)重災(zāi)害；而影響中國整個防雷領(lǐng)域的德國，其地理位置位于北緯45-55°之間，年雷暴日指數(shù)只有15天。，故在選擇防雷設(shè)備前尤其要注意。因為在南方地區(qū)，由于后續(xù)雷擊連綿不斷，歐洲單片式的產(chǎn)品一旦損壞，無法在此情況下更換，最終導(dǎo)致設(shè)備遭雷擊損壞。
這兩個國家針對雷電防護(hù)的的要求是完全不同的，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也是有很大差異的。美國執(zhí)行的是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)腢L和IEEE標(biāo)準(zhǔn)，德國執(zhí)行的是IEC標(biāo)準(zhǔn)。
我們來探討一下箱體式防雷器與模塊式防雷器的區(qū)別
美國的地理位置，特定的氣候條件，使雷電強(qiáng)度隨機(jī)性很大，誰也無法預(yù)計到最大的雷電電流是否出現(xiàn)，對那些非常關(guān)鍵系統(tǒng)，又不允許有一次停機(jī)故障的發(fā)生，美國對防雷的要求首先是以安全為第一目的，要確實解決雷擊大電流和后續(xù)雷的連續(xù)侵入，內(nèi)部結(jié)構(gòu)則采用多片MOV并聯(lián)使用（MOV的篩選至關(guān)重要），甚至有每相達(dá)到幾十個MOV并聯(lián)使用（見圖1），所以外形上是箱體式結(jié)構(gòu)。優(yōu)點是能安全釋放大電流和滅弧，既能保護(hù)后端的被保護(hù)設(shè)備，同時又能保護(hù)自身不被雷擊損壞，所以質(zhì)保期能達(dá)到25-30年。缺點是防雷器體積大，不能導(dǎo)軌安裝，不符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。
德國的地理位置和氣候條件，每年雷擊的概率相當(dāng)?shù)停讚舸箅娏鞯呐紶柷秩胧且灶A(yù)防為目的，主要是解決系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的浪涌為首要目的，所以浪涌保護(hù)器是以模塊化設(shè)計。由于模塊經(jīng)常損壞，所以設(shè)計上以插拔更換方便為目的。
那么怎么樣的雷電浪涌保護(hù)器能滿足通信基站B級保護(hù)器的要求呢?
我們先分析一下美國雷電浪涌保護(hù)器的技術(shù)特點：以美國JOSLYN產(chǎn)品為例，其設(shè)計的理念是要求安全，系列產(chǎn)品最大浪涌能力可達(dá)600KA/每相（8/20μs），可以按照不同的環(huán)境和地理位置，選用不同通流量的系列產(chǎn)品。由于采用專利的并列矩陣式排列和填砂滅弧技術(shù)，響應(yīng)時間<1-3ns，可自動恢復(fù)經(jīng)受后續(xù)感應(yīng)雷的沖擊，優(yōu)勢特別明顯。并在容量設(shè)計上采用冗余能量設(shè)計（具有后備防護(hù)功能），在每個MOV，SAD上都裝有一個獨立的快速熔斷熱保護(hù)器，特具防泄露，滅弧及自動防故障功能。當(dāng)某一組件出現(xiàn)故障，不影響整個防護(hù)裝置工作，設(shè)備不會因受瞬時過壓而受影響。從而提高了防護(hù)器的壽命和被防護(hù)系統(tǒng)的安全性，箱體采用高強(qiáng)度的玻璃纖維增強(qiáng)聚脂外殼，可在野外露天安裝。
德國對產(chǎn)品的設(shè)計要求是針對系統(tǒng)內(nèi)部浪涌防護(hù)為主要目的，雷擊大電流的偶爾侵入是次要考慮，以模塊化設(shè)計為理念，可分為三類：①電壓開關(guān)型(間隙型是一種)SPD間隙型保護(hù)器響應(yīng)時間慢，殘壓高達(dá)4000V，兩級保護(hù)器之間的去耦距離要求大于15米(通信基站機(jī)房太小，B級、C級兩級保護(hù)器之間的距離，難以滿足去耦距離要求)，同時間隙型保護(hù)器雷擊電流放電時，電極電弧可瞬間產(chǎn)生7000度的高溫，間隙型保護(hù)器滅弧腔中會排出高速電離氣體，爆炸式的氣體伴隨火花產(chǎn)生巨大沖擊力，而這些熾熱廢氣往往遺留在被保護(hù)的系統(tǒng)內(nèi)，影響設(shè)備壽命，損壞設(shè)備中的微電子器件。從殘壓、退耦距離、火花氣體、響應(yīng)時間等因素來看，間隙型在通信基站使用將危及通信系統(tǒng)的安全運行；②限壓型SPD：眾所周知限壓型SPD的響應(yīng)時間最快、殘壓最低，但是模塊化的限壓型SPD，最大浪涌能力只有40KA/每相（8/20μs）；③復(fù)合型SPD：有一些國內(nèi)防雷公司在兩級保護(hù)之間以串接電感組成退耦器以解決兩級保護(hù)器之間的保護(hù)距離問題，但在電源回路中串接電感在中國電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)中是不允許的(同樣可能存在兩者配合盲點或者反射問題)，間隙型與限壓型能量配合之間存在火花放電盲點，致使間隙型不動作，造成第二級(C級)保護(hù)器承受較高的雷電流，C級保護(hù)器被雷電擊壞。
通信基站電源系統(tǒng)的雷電過電壓保護(hù)是基站防雷工程中極為重要的一環(huán)。其中，SPD的選擇問題一直困擾著各地移動、聯(lián)通的建設(shè)者和規(guī)劃設(shè)計者。由于國內(nèi)外過電壓保護(hù)器（SPD）生產(chǎn)廠家進(jìn)入國內(nèi)市場的多以百計，魚目混珠、濫竽充數(shù)、以小充大的產(chǎn)品直接影響到通信基站安全的運行。由上文可以看出，不是什么樣的SPD都可以解決基站防雷問題的。作為保障通信基站安全運行的SPD不能因為選擇不當(dāng)造成雷擊事故的發(fā)生，更不能因為安裝了不適合移動通信基站使用的產(chǎn)品造成火災(zāi)事故(由于SPD選擇不當(dāng)，造成火災(zāi)的事故時有發(fā)生)。因此，只有正確的選擇雷電過電壓保護(hù)器件和防雷方案，才能有效的減少雷害，保障通信基站的正常運行。
