Leitfaden zum Überspannungsschutz für Kommunikationsmasten für AC, 48V DC, RF und Erdung

Wie Blitzschutz und Überspannungsschutz für Kommunikationsmasten zusammenarbeiten

Ein direkter Blitzschlag kann Strom durch die Turmstruktur, das Erdnetsystem, Kabelabschirmungen und angeschlossene Dienste leiten. Elektronische Geräte können daher beschädigt werden, selbst wenn der Blitz nicht direkt einen Geräteanschluss trifft.

ITU-T K.112 bietet praktische Verfahren zum Blitzschutz, zur Erdung und zum Verbinden an eigenständigen und Dachfunkbasisstationen.^[2] ITU-T K.119 bewertet vier verbundene Teile des Schutzsystems.^[3]

Was umfasst eine vollständige Architektur zum Schutz von Turmstandorten?

Beginnen Sie mit dem physischen Standort und nicht mit einem Produktkatalog. Verfolgen Sie die erwarteten Blitzstromwege, identifizieren Sie jedes leitfähige Kabel, das eine Schutzgrenze überschreitet, und weisen Sie der jeweiligen Stelle die richtige Schutzfunktion zu.

1. Bewerten Sie den Turm und seine Blitzexposition. Bestätigen Sie, ob die Installation ein eigenständiger Turm, eine Dachstandorte, ein Monopol, ein Rundfunkmast oder eine Remote-Wireless-Station ist. IEC 62305-2 bietet ein Risikomanagementverfahren zur Auswahl geeigneter Schutzmaßnahmen.^[5]
2. Definieren Sie das äußere Blitzschutzsystem. Bestätigen Sie die Luftableitungsanordnung, den Strompfad, die Erdableitung, die Trennanforderungen sowie den Schutz gegen Berührungs- und Schrittspannungen.^[6]
3. Etablieren Sie das Erdungskonzept für den Standort. Identifizieren Sie die Turm-Stahlkonstruktion, das Gehäuse, den Schutzraum, die Kabeldurchführungsplatte, die Erdungsleisten, AC PE, DC-Gerätrahmen und Radioequipment-Racks.
4. Kartieren Sie jeden elektrischen Dienst. Schließen Sie Versorgungs-AC, Generatoren, −48 V DC, koaxiale Zu- und Abgänge, Ethernet, PoE, RS485, AISG, Alarmleitungen, Sensoren und Turmbeleuchtungsstromkreise ein.
5. Markieren Sie jede Schutzgrenze. Identifizieren Sie, wo Kabel einen potentialfreien Bereich betreten oder verlassen und wo empfindliche Geräte angeschlossen sind.
6. Wählen und koordinieren Sie die Überspannungsschutzgeräte (SPDs). Verwenden Sie die anwendbare Norm für AC-, DC- oder Telekommunikations-SPD und prüfen Sie die an jedem Standort erforderlichen Parameter.^{[8][9][11][12]}
7. Planen Sie die Inbetriebnahme und Wartung. Halten Sie Anzeigen, Fernkontakte, Erdungspunkte und austauschbare Module für Inspektionen zugänglich.

Wo können Überspannungen in einen Kommunikationsmaststandort eindringen?

Der Mast ist der sichtbarste Expositionspunkt, aber er ist nicht der einzige Weg. Jede leitfähige Verbindung zwischen Außenanlagen, dem Mast, der Stromquelle, dem Schrank und empfindlicher Elektronik erfordert eine Prüfung.

Ein rein dielektrisches Glasfaserkabel leitet keinen Stoßstrom durch die Glasfaser. Metallische Armierungen, Zugelemente, Hybrid-Leistungsleiter, Gerätegehäuse und zugehörige Kupferschaltungen müssen dennoch bewertet werden.

Einkaufsfazit: identifizieren Sie den Stromkreis, bevor Sie die Bemessungswerte für den Ableitstrom vergleichen. Ein hoher kA-Wert oder ein passender Steckverbinder belegt nicht die Kompatibilität mit der Betriebsspannung, dem Schutzmodus, der Frequenz oder der Datenleistung.

Wie sollte der AC-Eingang geschützt werden?

Die AC-Schutzanordnung hängt von der Exposition des Masts, der einspeisenden Versorgung, dem externen Blitzschutzsystem und der vorgeschalteten Verteilung ab.

Ein freistehender Mast mit exponierter Einspeisung kann eine andere Lösung erfordern als Dachanlagen, die über ein geschütztes Gebäudeverteilungssystem versorgt werden.

IEC 61643-11:2025 legt Anforderungen und Prüfverfahren für SPDs fest, die an AC-Niederspannungsversorgungssysteme angeschlossen sind.^[9] IEC 61643-12:2020 behandelt Auswahl, Betrieb, Einbauort und Koordination von AC-SPDs.^[10]

Bestätigen Sie diese AC-Parameter

• Systemspannung und Uc: Verwenden Sie die tatsächliche maximale Dauerbetriebsspannung, nicht nur die nominale Netzbezeichnung.
• Erdungssystem: TN-S-, TN-C-S-, TT- und IT-Anordnungen können unterschiedliche Schutzmodi erfordern.
• Blitzstrom-Belastung: bestätigen Sie, ob Typ 1, Typ 1+2 oder eine andere abgestimmte Anordnung erforderlich ist.
• Spannungsschutzpegel: stimmen Sie Up mit der Festigkeit des Betriebsmittels und dem nachgeschalteten Schutz ab.
• Ableitparameter: bestätigen Sie Iimp, In oder Imax gemäß der SPD-Klassifizierung und den Projektanforderungen.
• Kurzschlussbedingungen: prüfen Sie den zu erwartenden Kurzschlussstrom, die Kurzschlussfestigkeit des SPD und den Back-up-Schutz.
• Alternative Strompfade: Umfasst Generatoren, ATS-Schaltkreise und alle weiteren angeschlossenen Quellen.
• Verbindungspfad: Halten Sie die vollständige SPD-Verbindung kurz und direkt, da die Leiterinduktivität bei einem schnellen Stoßstrom die Spannung erhöht.

Wie sollte das -48 V DC-Zuführungskabel geschützt werden?

Funkstandorte verwenden häufig Gleichrichter und Batterien, um am Mast montierte Funkanlagen über lange DC-Kupferleitungen zu versorgen. Ein Transientenimpuls kann von der Mastseite eindringen oder durch einen Potenzialunterschied zwischen der Mastanlage und den bodennahen Geräten entstehen.

IEC 61643-41:2025 gilt für SPDs, die an Gleichstromkreise und Geräte mit einer Nennspannung von bis zu 1.500 V DC angeschlossen sind.^[11] Das ausgewählte Gerät muss dennoch für den tatsächlichen Niederspannungs-Telekommunikationsstromkreis ausgelegt und spezifiziert sein.

Wählen Sie nicht allein anhand der Kennzeichnung „48 V“ aus.

Der Gleichspannungszwischenkreis kann während des Gleichrichterbetriebs, des Batterieladevorgangs oder der Systemanpassung über seinen Nennwert ansteigen. Bestätigen Sie die höchste dauerhafte Betriebsspannung, bevor Sie die Nennspannung des SPD festlegen.

Wie sollten RF-, Ethernet- und Steuerleitungen geschützt werden?

Jeder Schutzleiter muss die normale Funktion seines Stromkreises aufrechterhalten und gleichzeitig transiente Spannungen begrenzen. Ein Gerät kann mechanisch passen und dennoch elektrisch ungeeignet sein.

HF- und Koaxial-Speiseleitungen

Bestätigen Sie den Steckertyp, den charakteristischen Wellenwiderstand, die Betriebsfrequenz, die HF-Leistung, die Einfügungsdämpfung, die Rückflussdämpfung bzw. das VSWR, die Anforderungen an die DC-Durchleitung sowie die Umgebungsbedingungen.

Die Kabelabschirmung und der HF-Schutz sollten an der vom Standortdesign geforderten Stelle geerdet werden. Ein Schutz oder eine Erdung an beiden Enden kann bei einigen Architekturen sinnvoll sein, ist jedoch keine allgemeingültige Regel.

Ethernet und PoE

IEC 61643-21:2025 behandelt Überspannungsschutzgeräte (SPDs) für Telekommunikations- und Signalnetzwerke, einschließlich Netzwerken, die Strom über dieselbe Leitung übertragen, wie beispielsweise PoE.^[12]

Überprüfen Sie die Ethernet-Geschwindigkeit, den PoE-Typ, die maximale Leistung, die geschützten Adernpaare, die Schirmung sowie die zulässige Einfügungsdämpfung. Ein Gerät, das für 100 Mbit/s oder PoE mit geringer Leistung ausgelegt ist, sollte nicht automatisch als geeignet für Gigabit-Ethernet oder PoE mit höherer Leistung angesehen werden.

RS485-, AISG-, Alarm- und Sensorschaltkreise

Stimmen Sie den Überspannungsschutz (SPD) auf die Betriebsspannung, den maximalen Signalpegel, die Anzahl der Leiter, die Stromstärke, die Datenrate, den Referenzleiter und die Anschlussbelegung ab.

Eine zu hohe Kapazität oder ein ungeeignetes Schutzniveau können die Kommunikation stören, selbst wenn der Überspannungsschutz selbst noch betriebsbereit ist.

Warum bestimmen Erdung und gleichwertige Bonding den Ausgang?

Ein SPD leitet Stoßströme in das Potenzialausgleichs- und Erdungsnetzwerk ab. Wenn dieser Pfad lang, indirekt, korrodiert oder schlecht koordiniert ist, kann die Spannung am geschützten Gerät deutlich höher sein als der im Datenblatt des SPD angegebene Up-Wert.

Der Standortpotenzialausgleich ist nicht einfach nur eine Ansammlung von Erdungsstäben. Sein Zweck besteht darin, gefährliche Potenzialunterschiede zwischen Mast, Schaltschrank, Schutzgehäuse, Kabelschirmen, AC-PE, DC-Geräten und anderen leitfähigen Systemen während eines Blitzeinschlags zu reduzieren.^[2][7]

Ein einzelner Erdungswiderstandswert ist keine vollständige Lösung.

Der Erdungswiderstand ist wichtig, das Ergebnis hängt jedoch auch von Leitungsführung, Induktivität, Netzgeometrie, Bodenbeschaffenheit, Stromaufteilung, Verbindungsqualität, Korrosion und der Position des Potenzialausgleichs ab.

Versprechen Sie nicht, dass jeder Mast geschützt ist, nur weil der gemessene Widerstand unter einem festen Wert liegt. Abnahmekriterien müssen den Standortspezifikationen, lokalen Vorschriften, der Messmethode und einer qualifizierten Blitzschutzplanung entsprechen.

Potenzialausgleichspunkte, die üblicherweise eine Überprüfung erfordern

• Stahlkonstruktionen von Türmen, Monopole oder Mastfüße.
• Externe Ableitungen, sofern diese separat installiert wurden.
• Erdungsschiene am Mastfuß und Haupterdungsschiene im Betriebsraum.
• Rahmen des Außenschranks, Tür, Kabeleinführungsplatte und interne PE-Schiene.
• Koaxialkabelschirmungen und Erdungsschienen für Speiseleitungen.
• AC-PE, Erdung des Generators und ATS-bezogene Potenzialausgleichsverbindungen.
• Gleichrichter, Batterierack, Gleichstromverteilung und Telekommunikationsschränke.
• Metallische Kabeltrassen, Zäune und zusätzliche Mastausrüstung gemäß den Anforderungen des Entwurfs.

Warum ist die Grenze zwischen Turm und Schrank kritisch?

Der Punkt, an dem Kabel den Turm verlassen und in einen Außenschrank oder ein Schutzgehäuse eintreten, vereint freiliegende Leiter, Kabelschirme, Erdungsverbindungen und empfindliche elektronische Anschlüsse.

• Platzieren Sie den geeigneten Überspannungsschutz (SPD) in der Nähe des jeweiligen Kabeleintritts oder der Anlagengrenze.
• Verbinden Sie die Kabelschirme an der Erdungsschiene der Zuleitung oder an dem laut Standortplanung definierten Eintrittspunkt.
• Verwenden Sie kurze, direkte Erdungsleiter für den Überspannungsschutz.
• Trennen Sie geschützte und ungeschützte Kabelabschnitte, um eine erneute Einkopplung von Überspannungen zu reduzieren.
• Vermeiden Sie unnötige Schleifen, scharfe Leitungsführungen und übermäßige Leitungslängen.
• Integrieren Sie den Mast, den Schaltschrank und das Schutzgehäuse in das koordinierte Erdungssystem des Standorts.
• Halten Sie Anzeigen, austauschbare Module und abgesetzte Terminals nach der Installation zugänglich.

Wie sollten entfernte Alarme und Wartung geplant werden?

Viele Funktürme befinden sich an abgelegenen oder unbemannten Standorten. Ein defektes Modul, ein gelöster Potenzialausgleichsleiter oder eine korrodierte Verbindung können bis zum nächsten Überspannungsereignis unbemerkt bleiben.

ITU-T K.119 behandelt Sichtprüfungen, Messungen, Analysen sowie weitere Methoden zur Bewertung der Zuverlässigkeit von Blitzschutz- und Erdungssystemen an Funkbasisstationen.^[3] IEC 62305-4 umfasst zudem die Inspektion, Wartung und Prüfung von Blitzschutzmaßnahmen.^[7]

Die Fernüberwachung kann Folgendes melden:

• Den Status eines normalen oder defekten SPD-Moduls.
• Das Entfernen von Modulen, sofern der SPD-Mechanismus dies unterstützt.
• Schließer-, Öffner- oder Wechsler-Kontaktzustand (potenzialfrei).
• Ein Alarmeingang für eine RTU, SPS, Schranksteuerung oder ein Netzwerkmanagementsystem.

Die Fernanzeige unterstützt die Wartung, ersetzt jedoch keine physische Inspektion. Korrosion, lose Leiter, Gehäuseschäden und falsch eingesetzte Ersatzmodule werden durch einen Hilfskontakt möglicherweise nicht erkannt.

Überprüfen Sie das Schutzsystem.

• Während der Erstinbetriebnahme und Abnahme.
• Zum geplanten Intervall für die vorbeugende Wartung.
• Nach einem protokollierten Blitzeinschlag oder einer ungeklärten Gerätestörung.
• Nach dem Hinzufügen von Antennen, Funkgeräten, Stromversorgungsanlagen oder einem weiteren Schaltschrank.
• Nach Erdungsarbeiten, Tiefbauarbeiten oder Änderungen an der Kabelführung.
• Wenn ein SPD-Indikator oder ein Fernalarm seinen Zustand ändert.

Wie beeinflusst der Standorttyp die Schutzentscheidung?

Ingenieurtechnische Schlussfolgerung: „Kommunikationsturm“ bezeichnet kein universelles SPD-Paket. Der physische Standort und die Kabelarchitektur bestimmen, welche Schutzfunktionen erforderlich sind.

Wie sollte ein Käufer das vorgeschlagene SPD-Paket überprüfen?

Diagramme erläutern das Schutzkonzept, stellen jedoch keine Produktzulassungen dar. Überprüfen Sie vor der Freigabe eines Turmstandort-Pakets jedes vorgeschlagene Modell anhand des zu schützenden Stromkreises.

LEEYEE ist ein spezialisierter Anbieter von Überspannungs- und Niederspannungsschutzlösungen. CNSPD ist die auf Überspannungsschutz ausgerichtete Plattform von LEEYEE für technische Einkäufer weltweit.

Ein Zertifikat für eine Serie oder Konfiguration darf nicht automatisch als Zulassung für jede Spannung, Polanordnung, jeden Steckverbinder oder jede OEM-Variante betrachtet werden. Bestätigen Sie den exakten Dokumentenumfang vor der Projekteinreichung.

Was sollte vor der Bestellung bestätigt werden?

Halten Sie die folgenden Informationen bereit, bevor Sie Modellvorschläge, Muster, technische Unterlagen oder ein OEM-Angebot anfordern.

Häufig gestellte Fragen zum Überspannungsschutz von Kommunikationsmasten