Conceito de proteção para instalações de telefonia móvel

Instalações e sistemas eletrotécnicos, sobretudo tecnologia de comunicação, freqüentemente são instalados em áreas com fontes de interferência eletromagnética. As instalações de transmissão e recepção em redes de telefonia móvel geralmente são montadas em locais expostos e, por esta razão, estão sujeitas às descargas atmosféricas.

Assim, é necessário um conceito de proteção complexo, composto de aterramento e compensação de potencial, proteção contra raio interna e externa, para garantir a proteção contra surtos, devido às descargas atmosféricas e manobras.

A experiência de longos anos na proteção de estações bases para operadoras líderes de telefonia móvel nacional e internacional demonstrou que apenas uma proteção em vários níveis atende às exigências quanto à disponibilidade e proteção dos bens. A proteção contra surtos de vários níveis é constituída pelos seguintes componentes:

Protetor contra raio baseado em faixa de rádio,
tipo I (Classe I)
Protetor contra surtos baseado em varistor (MOV),
tipo II (Classe II)
Proteção de equipamentos baseado em varistor,
tipo III (Classe III).
Freqüentemente estes já existem nos circuitos de comando de entrada das fontes de alimentação DC e na tecnologia de sistema.

Protetor contra raio baseado em faixa de rádio,
tipo I (Classe I)
Protetor contra surtos baseado em varistor (MOV),
tipo II (Classe II)
Proteção de equipamentos baseado em varistor,
tipo III (Classe III).
Freqüentemente estes já existem nos circuitos de comando de entrada das fontes de alimentação DC e na tecnologia de sistema.

Conceito de proteção

Geralmente, o conceito de proteção contra surtos pode ser implementado em todos os locais. Este baseia-se nos padrões técnicos atuais e considera igualmente aspectos econômicos.

A estrutura principal das estações bases é composta pelos seguintes módulos:

Subdistribuição elétrica (EUV) AC 230/400 V (UV)
Fonte de alimentação DC 48 V
Antena radioelétrica
Tecnologia de sistema de estação base (BTS ou nó B)
Cabo alimentador

Fundamentos do Planejamento

No planejamento do local e na execução do conceito de proteção contra surtos devem ser observados os seguintes fundamentos:

Estrutura e planejamento do sistema externo de proteção contra raio
Planejamento do sistema de proteção contra surtos
Aterramento e compensação de potencial
Classificação das zonas de proteção contra raio (BSZ)
Instalação, conforme DIN EN 62305, Partes 1-4
Instalação, conforme DIN VDE 0855, Parte 300

Além disso, observar as seguintes medidas:

Capacidade de verificação dos equipamentos de proteção contra surtos (ÜSG), conforme DIN EN 62305, Parte 3
Design do quadro de comando, conforme EMC da EUV com verificação final em laboratório próprio
Instalação de cada módulo na zona de proteção contra raio 0B ou superior

Proteção das estações bases

Estações bases externas encontram-se freqüentemente em edifícios cedidos. Assim, os edifícios cedidos e a BTS podem ser consideradas como duas construções separadas adjacentes, supridas por uma fonte de energia conjunta. A aplicação do conceito de zonas de proteção produz uma classificação de ambas na zona de proteção contra raio BSZ 1. Por isso, as interfaces devem ser ligadas com os equipamentos de proteção contra surtos correspondentes.

Na prática, a ligação da fonte de energia do edifício cedido com um protetor do Tipo I de alta capacidade demonstrou ser suficiente. A tecnologia de sistema cara e sensível é protegida, por sua vez, por uma combinação de protetores coordenados energeticamente (Tipo I + Tipo II).

Com frequência, cada módulo da estação base encontra-se em caixas separadas. O ideal é que os quadros estejam dispostos em uma fileira. Se isso não for possível em decorrência das condições espaciais, os quadros serão instalados um a um. Aqui as entradas e saídas das linhas de alimentação constituem uma transferência da zona de proteção contra raio 0B para zona 1 e devem ser ligadas de forma correspondente.

Como alternativa, os quadros podem ser interligados entre si por meio de uma linha de cabo galvanizado e fechado (tubo blindado de aço, calha para cabos de chapa de aço). Através desta "inversão" a parte interna dos quadros torna-se uma zona de proteção contra raio.

Princípio do circuito de proteção

Para garantir um conceito de proteção, deve-se aplicar o princípio do circuito de proteção. Um circuito elaborado define o volume a ser protegido. Todas as linhas que atravessam este circuito precisam ser ligadas com os respectivos equipamentos de proteção contra surtos.

No caso de uma estação base, a alimentação de tensão de 230/400 V AC, a ligação com a rede fixa (2MBit) e as linhas de alarme e sinal existentes precisam ser protegidas. Observando-se os cabos alimentadores coaxiais [figura 3] e as conexões elétricas dos módulos radioelétricos, bem como os equipamentos periféricos (por ex. tecnologia climática), o circuito de proteção está concluído.

As aplicações futuras com extremidades de rádio salientes, as chamadas Remote Radio Heads, em geral aproveitam uma fonte de energia DC, a ser igualmente protegida.

Exigências para os equipamentos de proteção contra surtos

A aplicação de protetores contra raio e surtos estabeleceram-se como padrão nas instalações das operadoras de telefonia móvel. Para aplicação de protetores contra raio (Tipo I) em sistemas de fonte de alimentação, a IEC 60364-5-53 exige um impulso de teste de raio de 12,5kA (10/350µs), no mínimo, por canal. Os protetores com varistor, aplicados sobretudo como protetor Tipo II, não cumprem esta exigência com a capacidade de carga de corrente de raio.

A exigência do poder de carga de corrente de raio da combinação completa de protetores é desviada diretamente a partir da verificação de classe de proteção, conforme IEC 61024-1. Se não tiver sido feita uma análise de risco, pressupõem-se que 50% da corrente do raio seja distribuída para as linhas de alimentação conectadas ao sistema.

A DIN VDE 0855 Parte 300 prevê para medidas de proteção contra raio em sistemas de recepção/transmissão de rádio a classe de proteção contra raio III com 100kA (10/350µs). Assim, para a proteção interna contra raio resulta uma exigência de 50kA(10/350µs), no mínimo, para a combinação total de protetores.

Contatos até a classe de proteção contra raios I (200kA(10/350µs)) são comercializados na Phoenix Contact. Equipadas com contatos de inversores sem voltagem integrada, o estado perfeito da combinação de protetores, além da indicação óptica de estado é sinalizada remotamente.

Redes Instáveis

Redes com alta oscilação, com valores de tensão superiores à tensão de dimensionamento do protetor UC, representam uma alta carga inadmissível para os equipamentos de proteção contra surtos. Justamente na faixa da telefonia móvel, onde freqüentemente há linhas de fonte de energia muito longas, ocorre sempre a destruição dos equipamentos de proteção contra surtos, embora a capacidade de carga de corrente de raio tenha sido escolhida corretamente. Com freqüência o motivo são curtos-circuitos na fonte de alimentação, que, devido às longas linhas e bitola eventualmente pequena, não podem ser eliminados a tempo (em 5 s) por um disjuntor.

Assim, para este período de tempo, com um sistema trifásico, os circuitos de dois equipamentos de proteção contra surtos possuem uma alta tensão inadmissível. Uma interrupção do condutor neutro pode provocar as mesmas conseqüências. Muitas vezes apenas os protetores do varistor são visivelmente destruídos. Estes equipamentos são projetados contra transientes, surtos na faixa µs; mas não para sobretensões estacionárias, que perduram por um período mais longo.

O dispositivo de isolação térmica exigido, conforme IEC 61643-1, está dimensionado apenas para o processo de envelhecimento furtivo e, deste modo, não tem condições de isolar o protetor da rede a tempo. Consequentemente, não está excluído um perigo de incêndio. Na IEC 61643-1 estão descritos testes TOV (TOV: Temporary Over Voltages), segundo os quais, entre outros, os condutores são operados por 5 segundos com uma tensão elevada:

UTOV = 1,45 x U0
= 1,45 x 230V
UTOV = 333,5V

Os equipamentos precisam resistir a este teste com falha TOV (aprovado no teste, protetor não é mais funcional, nenhuma peça energizada pode sofrer contato) ou resistente a TOV (aprovado no teste, protetor totalmente funcional). Na diretriz de instalação IEC 60364-5-53 recomenda-se exclusivamente a aplicação de protetores que tenham sido aprovados no teste como resistente a TOV.

Apenas protetores com UC > UTOV são totalmente funcionais ao mesmo tempo, conforme este teste, e, deste modo, apropriados para trabalhar sem destruição por um período mais longo com a tensão elevada. Para uma aplicação padronizada mundial recomenda-se uma tensão de dimensionamento do protetor UC = 350V.

Capacidade de teste dos equipamentos de proteção contra surtos

A disponibilidade constante do sistema de proteção completo exige verificação periódica. O sistema de proteção contra raio deve ser especialmente testado com todos os seus componentes, conforme a DIN EN 62305, Parte 3.

Ao utilizar o teste automático (figura 4), todos os equipamentos de proteção contra surtos plugáveis podem ser testados de forma fácil e definitiva. Deste modo, a capacidade de conexão de todos equipamentos de proteção contra surtos gera a elevação da disponibilidade e também contribui para a redução de custos na manutenção.