移动通信铁塔对周边建筑物防雷的影响及解决方法

何治东

【摘要】坐落在居民密集的民用建筑上的铁塔更易产生雷击的二次效应，引发附近居民住宅楼、办公楼内家用电器、计算机等电子设备的损坏，造成财产损失，甚至威胁到人身安全。对电磁敏感的设备及与大面积的线路相连接的设备，都可能会受到雷击的间接影响和损坏。其距铁塔的距离越小，所面临的危害程度越大。本文分析了移动通信铁塔对周边建筑物防雷的影响，并提出了相应的解决办法。

【关键词】移动通信;铁塔;周边建筑物;防雷;解决方法

【 abstract 】 is located in dense civil construction on the residents of the towers are more likely to have struck by lightning secondary effect, cause nearby residents residential buildings and in the office building domestic electric appliances, computer and other electronic equipment damage, property damage, and even threaten the security of person. On the electromagnetic sensitive equipment and with a large area of the circuit connected devices, was likely to get struck by lightning indirect effects and damage. The Eiffel Tower is the smaller the distance, the greater the damage degree of face. This paper analyzes the mobile communication tower of the neighboring building lightningproof influence, and puts forward the corresponding solutions.

【 keywords 】 mobile communication; Eiffel Tower; Surrounding buildings; Lightning protection; solution

中图分类号： TN929.5 文献标识码：A 文章编号：

通信高塔的存在对于其临近的建筑物来说，雷击环境的改变是不争的事实。与野外基站铁塔相比，坐落在居民密集的民用建筑上的铁塔更易产生雷击的二次效应，引发附近居民住宅楼、办公楼内家用电器、计算机等电子设备的损坏，造成财产损失，甚至威胁到人身安全。对电磁敏感的设备及与大面积的线路相连接的设备，都可能会受到雷击的间接影响和损坏。其距铁塔的距离越小，所面临的危害程度越大。因此，除了严格做好基站铁塔本身的防雷措施外，还须对周边环境带来的雷灾影响进行评估，并综合运用分流、屏蔽、等电位联结、共用接地等防雷技術，做好邻近建筑物的整体防护，从根本上减少雷击损失，避免事故扩大。

一、移动通信铁塔对周边建筑物防雷的影响

1、雷击效应对临近区域的干扰分析

（1）空间电磁辐射脉冲

依据 《 电子计算机机房设计规范 》GB50174-93， 在雷电活动时，磁场强度达到800A/m时，无屏蔽的计算机等电子设备将有造成损坏的威胁。铁塔接闪时作为独立避雷针看待，在接闪后 泄放雷电主放电电流时，在与其距离为 r 的圆圈上产生的最大的磁场强度 H 为：

H=I0/2πr（3）

其中， I0 （KA） 是可能接闪的雷电流幅值，r 为距离 （km）

当雷电流强度I0 按二类最大雷电流取150KA 时， 其损害无屏蔽保护的微电子设备的覆盖 半径（ H ＞800A/m） 为 ： r =I0/2πH， 约 为0.03km， 即 30m。 也就是说养鸽场内铁塔 周边30m 内的无屏蔽保护的计算机等弱电设备， 有遭受雷击电磁辐射脉冲损坏的威胁。

事实上800A/m 的磁场强度，若用磁感应强度描述大致为 10Gs （B=I0/2πrK； K 为系数取7．96×105）； 按美国研究报告 （AD-72275） 所指出的：在雷电活动时，若磁感应强度达到B＝2．4Gs，将可能发生器件永久性损坏的话， 无屏蔽保护的计算机等设备可能受损范围将扩大到 120m 以上。

（2）静电感应

当雷云靠近而又未接闪时， 地面上与雷云所携相异的电荷以塔尖为中心集聚， 这一过程

是渐进的， 电场经逐步累积而渐强。 当高塔接闪后， 雷云迅速放电， 这些累积的电荷因失去束缚， 将以 RC 电路放电的形式快速入地， 在养鸽场区域内的各种金属导体上形成强大的冲击电流， 与其相连接的电子设备也将承受这一冲击， 一旦过载严重， 必也会受损。

（3）电磁感应

通信塔接闪， 雷电流沿通道迅猛入地， 形成强大的瞬变电磁场。 穿过临近的养鸽场建筑物内的各种导体所围成的区间的磁力线瞬变会产生感应电动势。 在某一金属开口环上， 感应的最大电压如下式：

Uoc/max=μ0•b•l•H1/max ／ T1（V）（4）

式中μ0—真空的磁导系数，其值等于4π•10－7［V•S ／ （A•m）］

b—环路的宽 （m）

l—环路的长 （m）

H1/max—LPZ1 区内最大的磁场强度（A/m），

T1—雷电流的波头时间 （S）

因为T1值很小，此值可能很大而形成击穿，造成雷灾。

（4）瞬态地电位抬高

通信塔作为避雷针在接闪时， 塔体上任一点的暂态电位 Um 为：

Um＝ Rgi0＋L0 ×di/dt（5）

式中 Rg 为防雷接地电阻， i0 为雷电流， L0为单位引下线的自电感。 由于雷电流波头很陡，di/dt 很大， 所以 Um 可以达到很高的数值。 通信塔接闪时必造成其瞬间地电位的大幅度抬升 ，相对于周边建筑物的地电位有一个很大的暂态电位差， 高塔接地部件与临近建筑物及其所布设的线缆间将会产生高的暂态电压， 造成对场所内弱电设备形成 “反击” 的危险。

2、临近建筑物因建塔所需的防雷加强

不管通信塔离临近建筑物是有一定距离的（未共地），还是紧靠在一起甚至是通信塔就建于其楼顶，为了建筑物内人和设备的安全，防雷保护要相应的加强。对建筑物的防雷分类和其内弱电设备的防护级别，应计算落雷概率，因高塔影响各参数项的计算取值，绝大部分情况雷电防护级别会提高。 而从经济角度来说 ，该建筑物因为高塔的建成所需要增加的防雷投入，也就是其相对于无此铁塔时，尚需要加强的各项措施的投入总和。

（1）建筑物空间屏蔽的加强

一般的建筑物内， 电子设备肯定有， 所以初级屏蔽必不可少， 框架建筑因构造时纵横链接的钢构框架可形成初级屏蔽； 对于本身忽视（如养鸽场建筑较矮）直击雷防护的非框架

建筑，应采用避雷带加多条引下线的方式组成粗的法拉第笼， 以保证一般用电设备的安全。对于弱电机房等， 还应按式

H1=H0/10SF/20 （6）

的要求进行机房空间屏蔽 （式中： H0： 无屏蔽区域场强； H1： 屏蔽后场强； SF： 屏蔽系数），使 H1＜800A/m （或更高要求按前述將磁感应强度限制在 2．4Gs 以内）， 严防强磁场的侵入。

对于塔建于楼顶的情况， 若塔基有多条引线连接楼顶避雷带， 又有多条引下线入地， 那就等同于采用了共用接地的防雷系统， 应与临近的建筑物同等对待。 关键是要保证多点下引。

（2）线路屏蔽的加强

由于通信塔频繁接闪时电磁环境的改变 ，临近通信塔布设的各种电源、 信号线路均应穿金属管 屏蔽。 按 GB50057-94 （2000 年版 ） 的描述： 两端接地的屏蔽层， 在其屏蔽长度满足规定要求时， 可视为完整有效的屏蔽。 屏蔽层能导走大部分雷电流， 屏蔽效能可按衰减到原来的 30％估算， 即达到 10dB 以上的屏蔽效能。

（3）均压和浪涌防护措施的加强

因为防护级别的提高而对接地、浪涌保护的要求提高： 应采用相应级数的 SPD 分流限压措施将弱电设备前端的高压脉冲限制在 1500V以内，并确保弱电场所的均压和等电位措施到位，避免在雷击时产生大的瞬态电位差。

二、移动通信铁塔对周边建筑物防雷影响的解决方法

经调查分析表明，通信铁塔对所在建筑物及邻近建筑有一定的防直击雷作用，但由于铁塔高度较高，致使其自身落雷概率增加，而雷击铁塔时产生的二次效应会在附近建筑物内外的金属导线、金属构件及电气等电位不良处，产生一系列的连锁反应，包括线路的雷电感应、地电位反击、高电位引出（引入）及雷电电磁脉冲等，造成设备损坏和财产损失。针对以上问题，解决方法有以下几种:

1、通信基站在选址时，要考虑铁塔对周边雷电环境的影响，作雷击风险评估，并对可能发生的雷电危害做好相应的防护措施。

2、确保铁塔与建筑物的安全 距离 电 磁感应的强度随距离成级数减小，距离越远，电磁强度也越小。

3、如果基站及建筑物均已建 成，在铁塔与建筑物无法保证安全距离的情况下( 如铁塔设置在建筑物屋面) ，还需加强就近建筑物内部设备的雷电电磁脉冲防护措施。

4、采取完备的内部雷电电磁脉冲防护措施:

第一、做好配电系统接地。重新做好配电接地，并尽量改造成TN-S制式。

第二、在设备较多的办公室、机房等设置局部等电位联结铜排，将设备电源地、静电地、保护地、金属门窗、浪涌保护装置接地分别就近连接到该铜排。

第三、合理布线。网络线进出尽量从建筑物内部走线，若无法由内部进出，则在建筑外墙经由金属屏蔽槽或屏蔽管走线。屏蔽管、槽在穿越建筑物墙体时做好接地，屏蔽管槽的布设尽量远离作为引下线的结构柱，减小感应强度。

第四、电源系统和信号系统按规范要求设置浪涌保护装置。

参考文献：

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