Телекоммуникационная инфраструктура: заземление и молниезащита

Телекоммуникационное оборудование на башнях связи и крышах, внутри зданий и сооружений, ВОЛС с металлическими компонентами и кабели – как витая пара, так и коаксиальные – уязвимы для воздействия молнии, электромагнитных наводок, перенапряжений. Нарушение информационных процессов обходится чрезвычайно дорого, поэтому используются все технические возможности и средства, включая молниеприемники, токоотводы, заземлители, грозоразрядники и УЗИПы, чтобы телекоммуникационные системы работали стабильно, а связь была надежной и быстрой.

В ближайшей перспективе потребность в грамотных решениях по молниезащите и заземлению телекоммуникационных систем в РФ останется высокой, учитывая критически важную роль приема и передачи информации в цифровизации экономики, выполнении госпрограммы «Информационное общество» и нового нацпроекта «Экономика данных».

Нормативные документы

Кроме комплекса общих стандартов, в первую очередь ГОСТ Р 59789-2021 (МЭК 62305-3:2010), а также ПУЭ и инструкций РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.122-2003, в отношении молниезащиты и заземления телекоммуникационных сооружений и оборудования действуют нормативы, учитывающие специфику техники и объектов связи. Например, ГОСТ Р 57875-2017 устанавливает требования к заземлению и схемам соединения в телекоммуникационных центрах. Защите кабельных телевизионных и интерактивных сетей от атмосферного электричества посвящен один из разделов межгосударственного ГОСТ IEC 60728-11-2014.

Среди новых документов – два стандарта, введенные в действие в 2023 г.:

• ГОСТ Р 70303-2022 содержит общие требования к функциональному заземлению слаботочных телекоммуникационных систем;
• ГОСТ IEC 61643-22-2022 – руководство по выбору и применению УЗИП для телекоммуникационных сетей и линий сигнализации.

Применяются также документы предыдущего поколения. Так, ГОСТ Р 50571.22-2000 (ч. 7, раздел 707) определяет требования к заземлению оборудования обработки информации. РД 45.155-2000 дает рекомендации по заземлению аппаратуры ВОЛС на объектах связи. Межгосударственный ГОСТ 464-79 нормирует сопротивление заземления для установок проводной связи, радиорелейных станций, антенн коллективного приема телевидения.

Иногда при разработке молниезащиты для радио объектов используют ВСН-1-93. Эту инструкцию Минсвязи отменило еще в 2003 г., но она по-прежнему служит ориентиром для проектировщиков.

Важный источник информации – международные нормы, в первую очередь документы, разработанные ITU-T – сектором стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи. Скажем, TU-TK.120 – это рекомендации по молниезащите и заземлению базовых станций поколения 5G, а ITU-TK. 151 – по электробезопасности и молниезащите ЦОДов и телекоммуникационных центров.

Молниеприемники и токоотводы для телекоммуникационной инфраструктуры

Башни связи, антенные мачты и другие высокие конструкции, несущие телекоммуникационное оборудование, уязвимы для прямых ударов молнии. Задача молниезащиты – не допустить повреждения чувствительного оборудования, перебоев в его работе, попадания импульсов тока молнии в экран телекоммуникационных кабелей и внутрь здания или телекоммуникационного контейнера.

Наиболее безопасно для оборудования перехватывает и отводит токи молнии изолированная молниезащита. Для этого используют молниеприемники с диэлектрическими вставками или на диэлектрической мачте. Всё телекоммуникационное оборудование, находящееся на башне связи или на крыше здания должно находиться внутри защищаемого пространства. Токоотводы с помощью диэлектрических держателей относят от защищаемого оборудования на рассчитанное по ГОСТ Р 59789-2021 (МЭК 62305-3:2010) разделительное расстояние, чтобы избежать искрения и пробоя.

Иногда разделительное расстояние соблюсти невозможно. Например, мобильные радиоустановки или миниатюрные базовые станции 5G размещают максимально близко к местам, где нужна связь, но пространство ограничено. В качестве альтернативы выступают изолированные токоотводы со специальным полупроводящим покрытием. Такой токоотвод должен быть соединен с системой уравнивания потенциалов.

Дополнительную защиту обеспечивают грозоразрядники, которые устанавливают между внешней антенной и внешним активным оборудованием.

Для непосредственной защиты оборудования от токов молнии и перенапряжений используют специальные УЗИП. Места для установки устройств определяются топологией телекоммуникационной сети.

Заземление в сфере телекоммуникаций

В общем случае, заземлитель как часть внешней системы молниезащиты башни связи, дата-центра или другого телекоммуникационного объекта должен иметь сопротивление 10 Ом, чтобы обеспечивать растекание тока молнии в грунте. При этом рекомендуется (с оговоркой «как правило») для системы молниезащиты, оборудования связи и электроустановки сооружения использовать единый заземлитель. Соответственно его сопротивление должно удовлетворять требованиям к функциональному заземлению конкретного оборудования и обычно не может превышать 4 Ом.

По условиям эксплуатации оборудования иногда недопустимо использовать такое объединенное заземляющее устройство. Главная задача функционального заземления слаботочной телекоммуникационной системы – снизить воздействие электромагнитных помех на работу оборудования, обеспечить ЭМС. Для этого может потребоваться отдельный заземлитель, который должен находиться на расстоянии не менее 20 м от заземлителей системы молниезащиты.

Электробезопасность человека – приоритет при организации любой электроустановки, в том числе на объекте с телекоммуникационной техникой, например с компьютерной сетью или сетью кабельного телевидения. Из-за повреждения изоляции оборудования, кабелей или разъемов может возникнуть разница потенциалов и напряжение прикосновения. Без заземления и уравнивания потенциалов такая ситуация смертельно опасна.

Если у телекоммуникационного объекта нет фундаментного заземлителя или он не обеспечивает нужное сопротивление растеканию, сооружают внешний заземлитель. Надлежащего значения на минимальном по площади участке можно достичь с помощью глубинных заземлителей модульно-штыревого типа. Стальной стержень (штырь) вбивают вертикально в грунт, следующий стержень присоединяют к нему резьбовой муфтой и дальше вбивают электрод в землю. Увеличивая количество стержней и тем самым опуская электрод до уровня грунтовых вод и границы промерзания, можно добиться сопротивления, соответствующего норме. При этом сопротивление будет стабильным, так как влажность и температура земли на глубине нескольких метров мало изменяются в течение года.

Когда структура грунта не дает погрузить вертикальный электрод на должную глубину, то комплекты модульно-штыревых заземлителей могут стать частью кольцевого или лучевого заземлителя. Вертикальные электроды, соединенные стальной полосой, располагают на расстоянии друг от друга, равном длине электрода. Они увеличивают площадь контакта заземлителя с грунтом и тем самым снижают сопротивление растеканию тока до нормативного.

Цинк, нанесенный термодиффузионным методом на стальные компоненты модульно-штыревого заземлителя, образует прочное антикоррозионное покрытие. Срок службы таких заземлителей – 30 лет.

Еще больший эксплуатационный ресурс у стальных стержней с медным покрытием. Применение технологии электролитического осаждения меди на сталь обеспечивает:

• высокую устойчивость медного покрытия к механическим повреждениям, таким как изгиб и отслоение при монтаже;
• высокую стойкость стержней к коррозии, благодаря чему заземлитель прослужит не менее 70 лет.

В сложных грунтах с удельным сопротивлением свыше 100 Ом·м (песчаных, каменистых, многолетнемерзлых) хорошие результаты дает применение электролитических заземлителей. Реагент, наполняющий полый перфорированный электрод, постепенно растворяется, проникает в грунт и снижает его удельное сопротивление, создает талую зону в мерзлоте. Запас смеси минеральных солей в заземлителе можно пополнять по мере необходимости. Конструкция из нержавеющей стали способна прослужить десятки лет.

Телекоммуникационная инфраструктура – кровеносная система современного мира. Отменить молнии, электромагнитные наводки и перенапряжения человек не в состоянии, но защитить от них антенны, ретрансляторы, базовые станции сотовой связи, дата-центры, линии передачи данных, системы телеуправления и другие критически важные для себя объекты и оборудование он может. В его руках – весь арсенал современных технических средств молниезащиты и заземления.