Защита оборудования базовых станций сотовой связи и радиообъектов от грозовых перенапряжен

В результате изучения ряда нормативных документов в области связи и энергетики, накопленного практического опыта работы с проектными организациями и непосредственно техническими службами операторов мобильной связи, а также изучения продукции зарубежных фирм изготовителей, у нас сложилась определенная концепция защиты объектов радио и сотовой связи. Некоторые вопросы имеют абсолютно четкое решение, это касается защиты электропитающей установки коммутатора или базовой станции сотовой связи. Более сложно решаются вопросы, связанные с созданием правильной конфигурации систем защитного заземления, молниезащиты и выравнивания потенциалов. В основном это связано с тем, что базовые станции сотовой связи размещаются на объектах, имеющих самый разнообразный статус (промышленные сооружения, жилые здания, объекты других операторов связи). Так же очень важно при решении вопросов защиты от перенапряжений учитывать местоположение объекта сотовой связи (район с городской застройкой или сельская местность), и вытекающие из этого такие характеристики объекта как высота антенно-мачтовых сооружений и способ ввода электропитающей линии (воздушный или подземный).

Нами предлагаются следующие технические решения по защите базовых станций сотовой связи и радиообъектов от импульсных грозовых и коммутационных перенапряжений:

1. Защита электропитающей установки

1.1. Для базовых станций, имеющих высокие антенно-мачтовые сооружения (АМС) или воздушный ввод электропитания промышленной сети 220/380 В, рекомендуется применение трехступенчатой схемы защиты от перенапряжений (с применением устройств первого, второго и третьего класса защиты согласно ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98) «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний».

Возможны два варианта установки защитных устройств, которые зависят от того, имеют ли выпрямители собственную встроенную защиту от перенапряжений третьего класса:

1. При отсутствии встроенной защиты, ограничители перенапряжения первой и второй ступеней защиты рекомендуется установить во вводном щитке электропитания. Третью ступень защиты нужно установить в отдельном щитке возле стойки выпрями теля или в крайнем случае на коммутационной панели стойки выпрямителя (на DIN-рейке возле вводных автоматов). При этом для выполнения требований по очередности срабатывания ступеней защиты между ними необходимо установить специальные разделительные дроссели с индуктивностью 10-15 мкГн или обеспечить расстояние по кабелю не менее 10 м (установлено, что индуктивность проводника длиной 10 м составляет приблизительно 10-15 мкГн). Пример включения защитных устройств приведен на рисунке 1.

2. Если варисторная защита третьего класса имеется непосредственно в самих блоках выпрямителя (вариаторы установлены путем пайки на печатную плату), то первая ступень защиты должна быть установлена во вводном щитке электропитания. Вторая ступень защиты может быть установлена как в предыдущем случае (во вводном щитке электропитания с применением разделительных дросселей) или непосредственно возле выпрямителя (в отдельном щитке или на его DIN-рейке). Требования по обеспечению разделительных индуктивностей величиной 10-15 мкГн или расстояния 10 м между ступенями защиты сохраняются.


Рисунок 1 - Включение защитных устройств в TN-S сеть 220/380 В

Следует отметить, что практика установки производителями выпрямителей элементов защиты от перенапряжений (разрядников, варисторов и т.п.) на платах или внутри блоков выпрямителя, является неправильной с нашей точки зрения. Существующий опыт показывает, что эти вариаторы, как правило, рассчитаны на токи 7-10 кА (форма импульса 8/20 мкc) и по своим параметрам соответствуют третьему классу защиты согласно ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98). Как правило, эксплуатирующие организации считают данный тип защиты достаточным и никаких дополнительных мер для повышения надежности работы оборудования не принимают. Однако, при отсутствии специальных внешних устройств защиты от импульсных перенапряжений, а так же при возникновении длительных превышений рабочего напряжения питающей сети в данной ситуации возможно возникновение двух типовых аварийных ситуаций:

1. Токи значительных величин, возникающие при срабатывании установленных внутри модуля варисторов, будут протекать по печатным проводникам плат или проводам внутри блоков выпрямителя по кратчайшему пути к заземляющей клемме стойки. Это может вызвать выгорание печатных проводников на платах и возникновению на параллельных незащищенных цепях наводок, которые в свою очередь приведут к выходу из строя электронных элементов блока выпрямителя. При превышении максимальных импульсных токов, определенных для данного варистора изготовителем, возможно его возгорание и даже разрушение, что может привести к пожару и механическому повреждению самого выпрямителя.

2. Несколько другая ситуация возникает в случае длительного установившегося превышения действующего напряжения в сети над максимальным допустимым рабочим напряжением, определенным ТУ для данного варистора (параметр Uc, как правило используются варисторы с Uc = 275 В). Примером такой ситуации может быть повышение напряжения по вине электроснабжающей организации или обрыв нулевого рабочего проводника при вводе в электроустановку. Как известно, в последнем случае к однофазной нагрузке может оказаться приложенным межфазное напряжение 380 В, превышающее максимальное длительно допустимое рабочее напряжение варистора. При этом варистор откроется и через него длительное время будет протекать ток. Величина этого тока будет стремиться к величине тока короткого замыкания и может достигать нескольких сотен ампер. Варистор, как правило, разрушается в течение нескольких секунд, после чего режим короткого замыкания может сохраняться через дугу или по продуктам разрушения и горения варистора. В результате описанного воздействия также существует вероятность возгорания выпрямителя и возникновения механических повреждений при взрыве варистора.

С точки зрения решения проблем описанных в пункте (а), наиболее правильным является вариант установки защитных устройств, при котором они размещаются в отдельном защитном щитке или в штатных силовых и распределительных щитах электроустановки объекта. Применение внешних дополнительных устройств защиты позволяет защитить выпрямитель от импульсных перенапряжений величиной в сотни киловольт и соответственно снизить до допустимого (7-10 кА) значения величины импульсных токов, которые будут протекать через вариаторы, встроенные в выпрямитель, или практически полностью исключить их.

Для защиты оборудования от длительного установившегося превышения действующего напряжения в сети (пункт b) можно использовать устройства контроля напряжения фазы или подобные им (см. рис. 2).


Рисунок 2 - Подключение устройства контроля фаз РКФ-3/1

При применении данных устройств целесообразно устанавливать их после вводного автомата и для возможности отключения мощных нагрузок использовать соответствующего типа контакторы.

Выбор типа защитных устройств

1) В качестве первой ступени защиты рекомендуется устанавливать:

При воздушном вводе электропитания или при наличии антенно-мачтовых сооружений (АМС) в составе объекта, когда возможно прямое попадание молнии в провода линии электропередачи в непосредственной близости от объекта или в АМС, - грозовые разрядники, имеющие способность пропускать через себя импульсные токи формы 10/350 мкc с амплитудным значением 50-100 кА и обеспечивающие уровень защиты (Up) менее 4 кВ (например, HAKELSTORM HS55)
При подземном вводе электропитания и при отсутствии высоких АМС -варисторные ограничители перенапряжения, имеющие способность пропускать через себя импульсные токи формы 10/350 мкС с амплитудным значением 10-25 кА и также обеспечивающие уровень защиты (Up) менее 4 кВ (устройства серии SPC3, SPC3.1, обезпечивающие уровень защиты (Up) менее 4 кВ (устройства серии SPC3, SPC3.1, SPC1, 8РС1.1 или РIV-230)

) В качестве второй ступени защиты используются модули с максимальным импульс ным током 20-40 кА формы 8/20 мкc и уровнем защиты (Up) менее 2,5 кВ (устройства SPU1-240, SPU3-240 или PIII-240).

При использовании в первой ступени защиты устройств типа SPC3, SPC3.1, SPC1, SPC1.1 значительно упрощается схема защиты и отпадает необходимость установки устройств класса П. Это объясняется конструктивными особенностями и внутренней схемотехникой данных устройств, которые по своим входным параметрам соответствуют требованиям к варисторным защитным устройствам первого класса (способность отводить импульс тока величиной 10-25 кА; формы 10/350 мкc). По своим выходным параметрам (уровень защиты (Up) 1300 - 1700 В при номинальном импульсном токе 20 к А, формы 8/20 мкc) они выполняют требования ко второму классу защиты. Применение подобных устройств также позволяет отказаться от использования разделительных дросселей, так как все устройство смонтировано в одном общем корпусе для установки на DIN-рейку. Размер корпуса при этом соответствует размеру 6-7 стандартных автоматических выключателей.

3) В качестве третьей ступени защиты используются модули с максимальным импульсным током 6-10 кА формы 8/20 мкc и уровнем защиты (Up) менее 1,5 кВ. Могут применяться комбинированные устройства, включающие в себя дополнительно помехозаградительный фильтр на полосу частот в диапазоне 0,15-30 МГц. (устройства серии PI-k8, PI-k32, PI-3k80 и др.).

4) Разделительные дроссели выбираются исходя из величины максимальных рабочих токов нагрузки на 16, 32 или 63А (РЫЛ 6/15, PI-L32/15 или PI-L63/15).

1.2. Для защиты электропитающей установки базовой станции, расположенной в условиях городской застройки, без использования АМС (например, размещение антенн на стенах домов) там, где невозможно прямое попадание молнии ни в АМС, ни в электропитающий кабель, допустимо не применять защитные устройства первого класса, а применить только вторую ступень защиты модули SPU1-240, SPU3-240 или PIII-240. Применение третьей ступени желательно. Защитные устройства можно установить на коммутационной панели стойки выпрямителя (на DIN-рейке возле вводных автоматов) или в отдельном щитке возле стойки выпрямителя. В этом случае для разделения второй и третьей ступеней защиты можно применить дроссели с индуктивностью 6 мкГн (PI-L16, PI-L32, PI-L63, PI-L80 или PI-L120). Уменьшение индуктивности в этом случае объясняется уменьшением крутизны фронта им пульса тока, по сравнению с прямым ударом молнии. В связи с этим можно снизить и требования к расстоянию между второй и третьей ступенью защиты до 6 м по кабелю.

1.3. В случае размещения базовой станции вблизи от промышленных объектов, как правило, возникает вопрос о качестве электрической энергии. Работа мощных нагрузок в ключевых режимах на таких объектах приводит к искажению синусоидальной формы тока в сети, что является причиной возникновения высокочастотных гармоник. Для защиты от данного типа влияний рекомендуется использовать систему электропитания TN-S от подстанции дообъекта и в качестве третьей ступени защиты применять комбинированные устройства, состоящие из ограничителя перенапряжений и помехозаграждающего фильтра. Данные устройства выпускаются как в однофазном, так и в трехфазном вариантах (серии PI-k, PI-3k на разные нагрузочные токи).

1.4. В некоторых случаях для защиты вторичных цепей электропитания по постоянному току с напряжением 48 или 60 В (усилитель высокочастотного сигнала размещен на мачте и питается дистанционно по симметричной линии или непосредственно по коаксиальному кабелю) рекомендуется установка между проводами (+) и (-) и заземляющим проводником ограничителей перенапряжения на указанные номинальные значения.

В случае необходимости централизованного контроля за исправностью ограничителей перенапряжения на удаленных объектах, возможно применение устройств с дополнительным устройством дистанционной сигнализации (сухие контакты) о выходе из строя защитного устройства (к названию устройства добавлены буквы DS, например PIII-230DS).

Основные характеристики некоторых из перечисленных выше устройств приведены в таблице 1.



Более подробная информация приведена в каталоге или на интернет-сайте компании Хакель: или

2. Защита радиопередающего оборудования

Защита радиооборудования подразумевает целый комплекс мероприятий, согласно стандартам IEC (МЭК), стандартам ETSI (Европейского Телекоммуникационного Стандарта) и рекомендациям ITU (Международного Союза Электросвязи).

Для уменьшения вероятности выхода из строя радиооборудования при прямых или близких попаданиях молнии в АМС рекомендуется:

• тщательно отнестись к вопросу проектирования и монтажа на объекте молниезащитного заземляющего устройства антенно-мачтового сооружения;
• предусматривать способ его соединения для выравнивания потенциалов с защитным заземляющим устройством электропитающей установки объекта;
• осуществлять заземление экранных оболочек коаксиальных высокочастотных кабелей на тело мачты (токоотвод системы молниезащитного заземления) как минимум в следующих основных точках:
• возле антенного устройства;
• при изгибах кабеля на угол 90 градусов и более;
• при вводе в техническое здание (контейнер).
• в месте ввода высокочастотных коаксиальных кабелей в помещение базовой станции устанавливать защитные устройства на разрядниках или четвертьволновых заглушках.

На рисунке 3 показано (с точки зрения стандарта IEC 61312-1 «Защита от электромагнитных импульсов при ударе молнии. Часть 1. Общие принципы») распределение молниезащитных зон, конфигурация радиообъекта и процентные соотношения токов растекания при прямом ударе молнии (импульс 10/350 мкс) в антенно-мачтовое сооружение.


Рисунок 3 - Растекание токов в случае применения устройств молниезащиты


Нормативная база:

1. IEC-61024-1 (1990-04): «Молниезащита строительных конструкций. Часть 1. Основные принципы»
2. IEC-61024-1-1 (1993-09): «Молниезащита строительных конструкций. Часть 1. Основные принципы. Руководство А: Выбор уровней защиты для молниезащитных систем.» IEC-61312-1 (1995-05): «Защита от электромагнитного импульса молнии. Часть 1. Основные принципы».
3. IEC-61643-12 (2002): «Устройства защиты от перенапряжений для низковольтных систем распределения электроэнергии. Часть 12. Выбор и принципы применения». 4. ГОСТ Р 50571.19-2000 «Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 443. Защита электроустановок от грозовых и коммутационных перенапряжений».
4. ГОСТ Р 50571.20-2000 «Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 444. Защита электроустановок от перенапряжений, вызванных электромагнитными воздействиями». ГОСТ Р 50571.21-2000 «Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж оборудования. Раздел 548. Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации».
5. ГОСТ Р 50571.22-2000 «Электроустановки зданий. Часть 7. Требования к специальным электроустановкам. Раздел 707. Заземление оборудования обработки информации». ГОСТ Р 50571.26-2002 «Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Раздел 534. Устройства для защиты от импульсных перенапряжений» ГОСТ Р 51732-2001 «Устройства вводно-распределительные для жилых и общественных зданий. Общие технические условия»
6. ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98) «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний» ПУЭ (7-е изд.)
7. СО-153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций».
8. СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий»
9. Европейский Телекоммуникационный Стандарт ETSI EN 300253 V2.1.0 (2001-12). «Инжиниринг оборудования. Заземление и выравнивание потенциалов оборудования на объектах связи».
10. Рекомендации Международного Союза Электросвязи ITU-T К. 27 (с учетом изменений, 1991 г.). «Защита от помех. Потенциаловыравнивающие соединения и заземление в здании объекта электросвязи».
11. РД 45.162-2001 «Ведомственные нормы технологического проектирования. Комплексы сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования» ВСН 1-93 «Ведомственные строительные нормы. Инструкция по проектированию молниезащиты радиообъектов» getQuotation();






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.