0 前言
笔者参加了一些移动通信基站的安全检查,发现部分设置在已建建筑物内的基站天、馈线系统的防雷设计颇有值得研究之处。现把它提出来,与同行们商讨。
有些基站在建筑物上建设了自立式铁塔,铁塔上面的避雷针没有设置专用接地引线,而是利用塔身钢结构作为接地引线,并且把塔身直接接至建筑物女儿墙上的避雷带上。馈线外皮的接地(包括走线架的接地)也统统接至该避雷带上。这种做法可能是危险的,至少存在潜在危险。下面笔者就以上问题阐述一下自己的观点。
1 避雷针的防护范围与避雷带
所谓避雷针的防护范围是指设置避雷针后,雷电可能直接命中避雷针以外物体与避雷针中心点的距离范围。理论上是一个很尖的,自避雷针顶点向下方四周延伸的曲线旋转体。工程中多数利用自避雷针顶端向下引倾角为15°的斜线作为避雷针防护范围的边界线。如图1所示,相当于一个以避雷针顶点为顶点、锥度为±45°的圆锥体。在这个圆锥体以外的物体,不属于避雷针的保护范围。因此可以大概估算一个避雷针的保护范围。
R=htan45°=h
式中:

R——保护半径(m)
h——避雷针高度(m)
因此可以知道,如果设避雷针高度为10m,则其保护范围半径大约为10 m。如果避雷针保护的是铁塔上安装的设备,这个保护范围是可以接受的。如果避雷针保护的是一个面积为数十平方米乃至数百平方米的建筑物,避雷针的高度往往是不合理的。所以一些建筑物多在建筑物的女儿墙上设置避雷带,代替避雷针。
2 避雷带和接地引线
女儿墙上的避雷带和避雷杆上的避雷针一样,都起接受雷电流的作用。当雷电击中避雷针或避雷带之后,雷电开始通过击穿的空气倾泻大量的电荷以脉冲的形式瞬间沿避雷针或避雷带、接地引线、接地体最后流进大地这个大电容器。脉冲电流峰值可以到达数万安培乃至数十万安培。这时由于接地引线以及接地体等的电阻和电感不等于零(可能是几欧姆或十几欧姆)而产生很高的瞬时电位升(与地电位比较,可能升高几万伏乃至几十万伏)。
如果设备和人员所在的场所,地电位升都一样,即使电位很高,也不会产生危险。这相当于鸟类落在高压线上,只要在安全范围之内没有超过危险电压的电位差,就不会产生危险。但是如果这时在这个很危险的地电位升附近有真正的地电位时,就有可能在两者之间产生火花而引起灾害。
譬如铁塔上的天线和馈线,其外皮是接地的,这个接地点可能和避雷接地体是一个也可能是分开的。在电缆外皮没有电流流过时,电缆外皮各点电位相等,都是地电位。如果距离避雷接地引线太近,避雷接地引线和电缆外皮之间就有可能打火(发生火花)。在有铁塔时,往往铁塔的钢结构和接地引线是连接在一起的,如果电缆沿铁塔走线架铺设,就有可能在铁塔塔身和电缆外皮之间产生大电位差。
为了避免这种火花的破坏性,多数是把电缆外皮直接与铁塔塔身的钢结构作电气连接,如图2中的B点。由于这一点的电气连接,当避雷引线或塔身在B点的电位升高时,雷电流也会沿BCD这条电缆外皮经L2这条接地线在G2入地。为了避免这部分雷电流大量引入机房,所以在机房外增加G2这个接地点,以便把部分雷电在进入机房前泻如大地。
