前言 随着国家对5G产业的不断推进，5G建设正在不断展开。 因为电源防雷是属于系统工程，必须整体考虑。一般包括以下4个方面：交流动力电缆的防雷、基站地网与站内设备的地线连接、站内组合电源系统防雷，电源线及电源端口防雷等。只有在这4个方面进行综合防护，才能达到理想的防雷效果。 本文从5G基站电源防雷的4个方面进行探讨，提供一个完整的5G移动基站电源防雷解决方案。 一.移动基站电源防雷方案 交流动力电缆的防雷 1.进站的交流动力电缆的防护，对有条件的基站，变压器的高压侧电缆和低压侧电缆均应埋地安装。根据邮标《YD 5098-2005通信局（站）防雷与接地工程设计规范》（以下简称‘邮标’）要求“使用专用变压器时高压电力电缆的埋设长度不宜小于200m，低压电缆进机房时，其埋地长度不宜小于15m（当高压电力电缆已采取埋地敷设时，低压侧电缆一般不做此要求），低压埋地电缆，应采用有金属铠装层的电力电缆或穿钢管埋地引入机房，电缆金属铠装层应该在两端就近与变压器地网和机房地网连通”。但对于高压侧电缆，埋地安装投资及施工难度比较大，一般的基站都难以做到，根据以上同样标准要求，此时应沿架空线架设避雷线，并在变压器高压侧加装高压防雷器。 2.在交流低压电力电缆进入机房的入口处安装B级防雷箱。特别注意B级防雷箱在安装时应采用“凯文”接线方式，以降低引线上的残压，充分发挥B级防雷箱的作用。对于交流低压电力电缆埋地进入的基站，由于交流低压电力电缆埋地后对雷击电流的衰减作用非常明显，B级防雷箱采用8/20μs波形的普通压敏电阻式防雷模块即可，但对于非埋地进入的低压电力电缆，其雷击电流可能会比较大，应推荐使用10/350μS波形的高通流容量的主动点火型间隙式防雷模块。 二.N基站地网与站内设备的底线连接 基站地网应按照’邮标’的第七章《小型无线基站的防雷与接地》进行地网设计，接地电阻也应满足小于10Ω的标准。 良好的地网设计和较低的接地电阻，对基站的防雷起着重要的作用，但这是远远不足够的。一个防雷接地系统是否成功，更大成度上决定于站内设备间的地线连接（安装）关系。 1.常见的不合理站内设备地线连接关系这是一种最常见的机房内设备地线连接关系。其弊端非常明显：就是机房入口的B级防雷箱地线引线过长，无法发挥应有作用；另外开关电源的地线也过长，地线上的残压会叠加在后端设备的电源端口上。对与这种基站，无论地网设计如何优良，接地电阻小到何种程度，都无法起到良好的防雷作用。 2.‘邮标’推荐两种等电位地线连接方案：环形等电位连接和星形等电位连接。根据‘邮标’规定“采用环形等电位连接时，应在机房内沿走线架和墙壁设置环形接地汇集线，环形接地汇集线应多点就近与地网连通，站内设备由环形汇集线就近接地。” 3.根据‘邮标’规定“采用星形等电位连接时，基站的总接地汇流排，应设在配电箱和第一级电源SPD附近，开关电源以及其他设备的接地排母线均由总接地汇流排引接。如设备机架与总汇流排相距较远时，可以采用两级汇流排”。基站地网和站内设备的地线连接推荐采用‘邮标’规定的等电位地线连接方案，这样真正充分发挥各级防雷器的作用，实现良好防雷效果。 移动基站的防雷与接地 三.N站内组合电源系统防雷 对于站内组合电源系统的防雷，其防雷电路比较简单，也比较成熟，根据‘邮标’，在组合电源系统交流侧采用通流容量为40kA（8/20μS波形）的“3+1”方式的交流C级防雷器，在组合电源的直流侧采用通流容量为15kA（8/20μS波形）的“1+1”方式的直流防雷器即可。 四.N电源线及电源端口防雷 电源线从塔底机房一直引到塔顶，空间跨度大，塔顶和塔底地网的电位差也很大，其防雷非常重要，难度也相对较大，应关注以下防雷要点： 1.使用屏蔽电缆，而且屏蔽层两端要可靠接地，屏蔽层的上端接的外壳（对外置防雷箱的系统，接外置防雷箱的外壳），屏蔽层的下端在馈线窗处接室外地排，而且不应引进室内，避免电源线屏蔽层将铁塔雷击电流引入室内。 2.电源端口的防雷电路应串入差模电感，以抑制雷击电流流向后端电路。注：如果组合电源内部没有配置合适的直流防雷器，则应该在电源线引出机房处加装一级直流防雷箱；因为防雷器件的具体参数各个厂家不一，应根据具体使用场所选择。 结束语 目前5G基站的建设主要集中于城市，尚未大规模推向农村及偏远山区，而城市的雷击环境因为建筑物普遍较高，基站的铁塔（抱杆）也往往不是周围的制高点，所以雷击环境相对较好。一旦5G基站大规模推向农村及偏远山区，则将要经历非常严酷的雷击环境的考验。 5G基站除了电源部分需做好上述的各项措施之外，还应全面考虑天馈线的防雷，内部电路的防雷设计、GPS的防雷等各个方面，才能保证5G基站的稳定可靠运行。  

2020年1月14日，中国建筑学会和中国气象服务协会在中国建筑标准设计院共同组织召开团体标准《低压配电系统的多脉冲电涌保护器—性能要求和实验方法》（以下简称“标准”）送审稿审查会。  中国建筑学会、中国气象服务协会、中国建筑学会建筑雷电防护学术委员会（以下简称雷电防护委员会）、中国航空规划设计研究总院有限公司、中国气象局气象干部培训学院、北京市建筑设计研究院有限公司、广东省气象局、北京建筑大学、中国气象科学研究院、天津天友建筑设计股份有限公司、北京雷电防护装置测试中心、北京避雷装置检测中心、黑龙江省气象灾害防御技术中心、北京华天机电研究所有限公司、北京市大兴区气象局、ABB（中国）有限公司、上海雷迅防雷技术有限公司、广东华炜科技有限公司、北京捷安通达科贸有限公司、东莞市新铂铼电子有限公司、乐清市万泽电气有限公司、南京鼎有自动化科技有限公司、南京宽永电子系统有限公司、上海电科臻和智能科技有限公司等单位的领导、专家及编制组成员共34人出席了会议。   会议开场由中国建筑学会建筑雷电防护学术委员会孙兰秘书长主持，介绍了与会领导、审查专家、编制组成员，并对“标准”前期立项研编过程做了简要介绍；中国建筑学会建筑雷电防护学术委员会理事长、中国建筑标准设计研究院副院长郁银泉大师代表雷电防护委员会对参会专家和代表表示欢迎，对与中国气象服务协会共同召开团体标准审查会的新形式给予高度评价；中国气象服务协会朱祥瑞副会长就中国气象协会开展团体标准的工作进行了阐述，就与中国建筑学会共同进行“一标双号”工作给予肯定，并对双方建立完善合作机制、快速制定满足市场需求标准、推动标准国际化及应用推广提出了具体建议；中国建筑学会李存东秘书长认为学会与协会的团体标准编制工作的合作是一种新的尝试，学会要认真总结，积极推广。会议成立了以丁杰为主任委员，成秀虎和孙成群为副主任委员的审查专家委员会。 北京市雷电防护装置测试中心张利华主任代表主编单位汇报了“标准”的研编背景、立项过程以及“标准”的主要内容。  会场讨论热烈而严谨，专家们对标准架构、关键词、重要指标和具体内容进行了审查和讨论，编制组认真回答了审核专家提出的每一个问题，包括出具名词术语和参数指的标出处，说明确定指标的原则和理由，汇报实验的具体情况，解释每个具体的条款确立为标准的过程和依据，最后经讨论得出审查意见——“标准”审查资料齐全，符合审查要求；填补了国内低压配电系统多脉冲电涌保护器试验标准的空白，推动了该产品试验的标准化过程，为该产品的安全性提供了性能要求和实验方法；提出了多脉冲电涌保护器模拟雷击试验的技术要求、试验方法和结果判定等。 审查专家一致通过“标准”审查，希望编制组按照审查会修改意见进行完善，形成报批稿上报。为低压配电系统的多脉冲电涌保护器模拟雷击试验提供行之有效的标准支撑或者标准依据，保障低压配电系统的雷电防护安全。  

一、供电系统中浪涌的影响 供电系统浪涌的来源分为外部（雷电原因）和内部（电气设备启停和故障等）。 雷击对地闪电可能以两种途径作用在低压供电系统上： 1.直接雷击：雷电放电直接击中电力系统的部件，注入很大的脉冲电流。发生的概率相对较低。 2.间接雷击：雷电放电击中设备附近的大地，在电力线上感应中等程度的电流和电压。 2电压等级划分及适用范围 1. 高、低压的划分 按照电力行业标准DL408-1991《电力安全工作规范（发电厂和变电所电气部分）》规定： 低压：指设备对地电压在250V及250V以下； 高压：指设备对地电压在250V以上。 浪涌保护器，适用于交流50/60Hz，额定电压220V/380V的供电系统中，对间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过压的电涌进行保护，适用于家庭住宅、第三产业以及工业领域电涌保护的要求。 2. 电压的适用范围 220kV及其以上电压为输电电压，用来完成电能的远距离输送。 110kV及以下电压，一般为配电电压，完成对电能进行降压处理并按一定的方式分配至电能用户。 35～110kV配电网为高压配电网；10～35kV配电网为中压配电网；1kV以下为低压配电网。 3kV、6kV、10kV是工矿企业高压电气设备的供电电压。 3.浪涌保护器安装接线图 电涌保护器接入模式 在ＴＮ制式中，一般情况下电涌保护器只需作共模接法，即接于相线中性线与保护地线之间。 但在ＴＮ－Ｓ制式的起始位置，中性线与保护地线之间无须接入电涌保护器。只有对Ａ级防雷等级中的第三、四级和Ｂ级防雷等级中的第三级上的特别重要设备的电源端口，才需做差模接入，即增加接于相线与中性线之间的电涌保护器。 在ＴＴ制式中，当第一级电涌保护器位于漏电保护器之后，可作上述共模接法。当第一级电涌保护器位于漏电保护器之前，且高压系统为中心点接地系统，电涌保护器应作“３＋１”接法，即三个相线对中性线各接一个电涌保护器，中性线对保护地线再接一个电涌保护器。 在ＩＴ制式中，电涌保护器只作共模接法。 4.浪涌保护器对浪涌的保护方法 浪涌保护器为电子设备的电源浪涌防护提供了一种简便、经济、可靠的防护方法，通过防浪涌元件（MOV），在雷击感应及操作过电压时，迅速将浪涌能量传入大地，保护设备免遭损害。浪涌保护器对浪涌的防护方法如下： 1. 并联型电涌保护器并联于供电线路上 在正常情况下，防雷模块内的压敏电阻处于高阻状态。电网遭受雷击或开关操作出现瞬时浪涌过电压时，防雷器在纳秒级时间内响应，压敏电阻呈低阻状态，迅速将过电压限制在一个很低的幅值内。当线路中有较长时间的持续脉冲或持续过电压，压敏电阻器性能劣化而发热到一定程度使热脱机构脱扣，避免火灾发生，从而保护设备。 并联型 2. 串联滤波型电涌保护器串联接入供电线路中 为贵重的电子设备提供安全、洁净的电源，雷电波除了有巨大的能量外，还有极其陡峭的电压及电流上升率。并联型电涌保护器只能抑制雷电波的幅值，但无法改变其急剧上升的前沿。串联滤波型电源电涌保护器串联于供电线路上。 在过电压情况下MOV1、MOV2在纳妙级时间内做出响应，将过电压箝位;同时LC滤波器将雷电波陡峭的电压，电流提升率降低近1000倍，残压降低5倍，从而保护敏感的用户设备。 串联型 3. 在电源线的相间、线间安装压敏限幅型元件，以限制浪涌过电压 第一种方法对照明、电梯、空调、电机等耐冲击电压水平较高的电气设备的防护效果比较好。但对于集成度高、结构紧凑的现代电子设备来说，实际防护效果就不那么令人满意了。理由如下： 以单相220V交流电源的感应雷击防护为例，常用方法在零、地线之间并上合适的压敏型元件，以吸收限制感应雷击产生的尖峰电压。电源线路防雷效果的好坏完全取决于压敏器件参数的选择和压敏器件工作的可靠性。 压敏限幅值的选择是在市电的峰值310V的基础上加上20%的电网波动影响、10%的器件分散性误差和15%的因长期工作造成发热、受潮、元件老化等可靠性因素补偿，一般取值为470V～510V。感应雷击等各种尖峰干扰电压都被限制在470V。对于470V以下的电压，压敏器件不动作。 普通低压电器设备（机床、电梯、照明、空调等）的工频耐压值一般为交流1500V，而瞬间耐压峰值可达2500V以上，所以470V的电压是十分安全的。 但大规模集成电路组成的现代电子设备的工作电压一般为±5V～±15V之间，最高耐压值一般不超过50V，所以叠加在市电上的小于470V的高频尖峰电压就会直接送入负载，通过空间耦合电容，变压器层间、极间电容不成比例地传到开关电源或集成电路芯片上，能造成故障。 尽管高频开关电源和电子设备都有相应的防尖峰干扰措施，但受成本和体积限制，再加上感应雷击等尖峰干扰的强度、频谱变化很大，所以防护效果不理想。这还是在压敏限幅元件比较理想的情况下得出的效果，实际上由于压敏元件残压和引线电感的影响，在较强感应雷击下，可能会导致实际限幅电压峰值升到800V～1000V以上，而使后级电子设备遭受威胁。 4. 加强对电子设备的防护效果，在电源与负载间串入超隔离变压器（又称隔离法），以隔绝高频尖峰干扰，同时又可使次级等电位联接便于进行 隔离法主要采用带屏蔽层的隔离变压器。由于共模干扰是一种相对大地的干扰，所以它主要通过变压器绕组间的耦合电容来传递。如果在初、次级之间插入屏蔽层，并使之良好接地，便能使干扰电压通过屏蔽层分路掉，从而减小输出端的干扰电压。 理论上带屏蔽层的变压器能使衰减量达到60dB左右。但隔离效果的好坏，往往取决于屏蔽层的工艺。最好选用 0.2 mm厚的紫铜板材，原边、副边各加一个屏蔽层。 通常，原边的屏蔽层通过一个电容器与副边的屏蔽层接到一起，再接到副边的地上。也可以原边的屏蔽层接原边的地线，副边的屏蔽层接到边的地线。并且接地引线的截面积也要大一些好。采用带屏蔽层的隔离变压器，是个好方法，只是体积较大。 这种方法因变压器功能过于单一，相对体积、重量大，安装不甚方便，对中、低频尖峰和浪涌防护效果不好，因此市场有限，生产厂家也不多。所以非特殊场合一般都不用。 5. 吸收法 吸收法主要采用吸波器件将浪涌尖峰干扰电压吸收掉。 吸波器件都有共同的特点，即在阈值电压以下呈现高阻抗，而一旦超过阈值电压，则阻抗便急剧下降，因此对尖峰电压有一定的抑制作用。 这类吸波器件主要有压敏电阻、气体放电管、TVS管、固体放电管等。不同的吸波器件对尖峰电压的抑制也有各自的局限性。 如压敏电阻的电流吸收能力不够大;气体放大电管的响应速度较慢。