Guida alla protezione contro le sovratensioni della torre di comunicazione per AC, 48V DC, RF e messa a terra

Come funziona la protezione dai fulmini e le sovratensioni delle torri di comunicazione insieme

Un colpo diretto può inviare corrente attraverso la struttura della torre, la rete di terra, le schermature dei cavi e i servizi connessi. Pertanto, le apparecchiature elettroniche possono essere danneggiate anche quando il fulmine non colpisce direttamente una porta dell'apparecchiatura.

L'ITU-T K.112 fornisce procedure pratiche per la protezione dai fulmini, la messa a terra e il collegamento a stazioni radio base autonome e sul tetto.^[2] L'ITU-T K.119 valuta quattro parti collegate del sistema di protezione.^[3]

Cosa include un'architettura di protezione completa per siti di torri?

Inizia con il sito fisico piuttosto che con un catalogo di prodotti. Traccia i percorsi di corrente di fulmine previsti, identifica ciascun cavo conduttivo che attraversa un confine di protezione e assegna la funzione di protezione corretta a quella posizione.

1. Valuta la torre e la sua esposizione ai fulmini. Conferma se l'installazione è una torre autonoma, un sito sul tetto, un monopolo, un palo di trasmissione o una stazione wireless remota. La IEC 62305-2 fornisce una procedura di gestione del rischio per selezionare misure di protezione appropriate.^[5]
2. Definire il sistema di protezione contro le scariche atmosferiche esterne. Confermare l'arrangiamento del terminale aereo, il percorso della corrente, la terminazione a terra, i requisiti di separazione e la protezione contro le tensioni di contatto e di passo.^[6]
3. Stabilire il concetto di messa a terra del sito. Identificare la carpenteria in acciaio della torre, il cabinet, il rifugio, la piastra di ingresso cavi, le barre di terra dell'alimentatore, il PE AC, i telai delle apparecchiature DC e i rack delle apparecchiature radio.
4. Mappare ogni servizio conduttivo. Includere l'AC di utilità, i generatori, -48 V DC, alimentatori coassiali, Ethernet, PoE, RS485, AISG, linee di allarme, sensori e circuiti di illuminazione della torre.
5. Contrassegnare ciascun confine di protezione. Identificare dove i cavi entrano o escono da un'area di potenziale equipotenziale e dove sono collegate apparecchiature sensibili.
6. Selezionare e coordinare gli SPD. Utilizzare il relativo standard SPD per AC, DC o telecomunicazioni e verificare i parametri richiesti in ciascuna posizione.^{[8][9][11][12]}
7. Pianificare la messa in servizio e la manutenzione. Mantenere gli indicatori, i contatti remoti, i punti di collegamento equipotenziale e i moduli sostituibili accessibili per l'ispezione.

Dove possono entrare le sovratensioni in un sito di torre di comunicazione?

La torre è il punto di esposizione più visibile, ma non è l'unico percorso. Ogni collegamento conduttivo tra apparecchiature esterne, torre, fonte di alimentazione, armadio ed elettronica sensibile richiede una valutazione.

Una fibra ottica interamente dielettrica non conduce correnti di sovratensione attraverso la fibra di vetro. Armature metalliche, elementi di rinforzo, conduttori di alimentazione ibridi, involucri delle apparecchiature e relativi circuiti in rame richiedono comunque una valutazione.

Conclusione dell'acquisto: identificare il circuito prima di confrontare le correnti di scarica nominali. Un valore kA elevato o un connettore corrispondente non dimostrano la compatibilità con la tensione operativa, la modalità di protezione, la frequenza o le prestazioni dei dati.

Come dovrebbe essere protetto l'ingresso AC?

La configurazione della protezione CA dipende dall'esposizione della torre, dall'alimentazione in ingresso, dal sistema di protezione esterno contro i fulmini e dalla distribuzione a monte.

Una torre indipendente con un servizio in ingresso esposto può richiedere una soluzione diversa rispetto alle apparecchiature sul tetto alimentate attraverso un sistema di distribuzione dell'edificio protetto.

La norma IEC 61643-11:2025 specifica i requisiti e i metodi di prova per gli SPD collegati ai sistemi di alimentazione CA a bassa tensione.^[9] La norma IEC 61643-12:2020 riguarda la selezione, il funzionamento, la posizione e il coordinamento degli SPD in CA.^[10]

Confermare questi parametri CA

• Tensione di sistema e Uc: utilizzare la tensione operativa continua massima reale, non solo l'etichetta di rete nominale.
• Sistema di messa a terra: Le configurazioni TN-S, TN-C-S, TT e IT possono richiedere diverse modalità di protezione.
• Esposizione alle correnti di fulmine: confermare se sia richiesto un dispositivo di Tipo 1, Tipo 1+2 o un'altra configurazione coordinata.
• Livello di protezione della tensione: coordinare Up con il livello di tenuta dell'apparecchiatura e con la protezione a valle.
• Parametri di scarica: confermare Iimp, In o Imax in base alla classificazione dell'SPD e ai requisiti del progetto.
• Condizioni di cortocircuito: verificare la corrente di cortocircuito presunta, la capacità di cortocircuito dell'SPD e la protezione di riserva.
• Percorsi di alimentazione alternativi: includere generatori, circuiti ATS ed eventuali altre fonti collegate.
• Percorso di connessione: Mantenere il collegamento dell'SPD completo breve e diretto, poiché l'induttanza del conduttore aumenta la tensione durante una sovratensione rapida.

Come dovrebbe essere protetto il feeder a −48 V DC?

I siti radio utilizzano comunemente raddrizzatori e batterie per alimentare le apparecchiature radio montate sulla torre tramite lunghi cavi di alimentazione CC in rame. Un transitorio può entrare dal lato della torre o apparire a causa di una differenza di potenziale tra le apparecchiature sulla torre e quelle a livello del suolo.

La norma IEC 61643-41:2025 si applica agli SPD collegati a circuiti di alimentazione CC e ad apparecchiature con tensione nominale fino a 1.500 V CC.^[11] Il dispositivo selezionato deve comunque essere progettato e dimensionato per l'effettivo circuito di telecomunicazione a bassa tensione.

Non basarsi esclusivamente sull'etichetta "48 V"

Il bus CC può superare il suo valore nominale durante il funzionamento del raddrizzatore, la carica della batteria o la regolazione del sistema. Confermare la tensione operativa continua massima prima di definire il valore nominale di tensione dell'SPD.

Come dovrebbero essere protette le linee RF, Ethernet e di controllo?

Ogni protettore deve preservare le normali prestazioni del proprio circuito limitando al contempo la tensione transitoria. Un dispositivo può adattarsi meccanicamente ed essere comunque elettricamente non idoneo.

Cavi RF e coassiali

Confermare il tipo di connettore, l'impedenza caratteristica, la frequenza operativa, la potenza RF, la perdita di inserzione, la perdita di ritorno o VSWR, il requisito di passaggio CC e il grado di protezione ambientale.

La schermatura del cavo e il protettore RF devono essere collegati nel punto richiesto dal progetto del sito. La protezione o il collegamento equipotenziale su entrambe le estremità possono essere appropriati in alcune architetture, ma non è una regola universale.

Ethernet e PoE

La norma IEC 61643-21:2025 copre gli SPD per le reti di telecomunicazione e segnalazione, incluse le reti che forniscono alimentazione sulla stessa linea, come il PoE.^[12]

Confermare la velocità Ethernet, il tipo PoE, la potenza massima, le coppie protette, la schermatura e le prestazioni di inserzione accettabili. Un dispositivo progettato per 100 Mbps o PoE a bassa potenza non dovrebbe essere considerato idoneo per Gigabit Ethernet o PoE ad alta potenza.

Circuiti RS485, AISG, allarme e sensori

Abbinare l'SPD alla tensione operativa, al livello di segnale massimo, al numero di conduttori, alla corrente, alla velocità di trasmissione dati, al conduttore di riferimento e alla disposizione dei terminali.

Una capacità eccessiva o un livello di protezione non idoneo possono disturbare la comunicazione anche quando l'SPD stesso rimane operativo.

Perché la messa a terra e il collegamento equipotenziale determinano il risultato?

Un SPD devia la corrente di sovratensione nella rete di collegamento equipotenziale e di messa a terra. Se tale percorso è lungo, indiretto, corroso o mal coordinato, la tensione presso l'apparecchiatura protetta può essere significativamente superiore al valore Up riportato sulla scheda tecnica dell'SPD.

Il collegamento equipotenziale del sito non è semplicemente un insieme di picchetti di terra. Il suo scopo è ridurre le pericolose differenze di potenziale tra la torre, l'armadio, il shelter, le schermature dei cavi, il PE CA, le apparecchiature CC e altri sistemi conduttivi durante un evento di fulmine.^[2][7]

Un valore di resistenza di terra non è la risposta completa

La resistenza di terra è importante, ma il risultato dipende anche dai percorsi dei conduttori, dall'induttanza, dalla geometria della rete, dalle condizioni del suolo, dalla ripartizione della corrente, dalla qualità della connessione, dalla corrosione e dalla posizione del collegamento.

Non promettere che ogni torre sia protetta quando la resistenza misurata è inferiore a un valore fisso. I criteri di accettazione devono seguire le specifiche del sito, le normative locali, il metodo di misurazione e una progettazione qualificata della protezione contro i fulmini.

Punti di equipotenzialità che richiedono solitamente una revisione

• Struttura in acciaio della torre, base del monopolo o del traliccio.
• Conduttori di discesa esterni, se installati separatamente.
• Barra di terra alla base della torre e barra di equipotenzialità principale del locale apparati.
• Telaio dell'armadio esterno, porta, piastra di ingresso cavi e barra PE interna.
• Schermature dei cavi coassiali e barre di terra dei feeder.
• PE AC, messa a terra del generatore e collegamento equipotenziale correlato all'ATS.
• Raddrizzatore, scaffale batterie, distribuzione in corrente continua e rack per telecomunicazioni.
• Canaline portacavi metalliche, recinzioni ed equipaggiamento ausiliario della torre, ove richiesto dal progetto.

Perché il confine torre-armadio è critico?

Il punto in cui i cavi lasciano la torre ed entrano in un armadio esterno o in un rifugio combina conduttori esposti, schermature dei cavi, connessioni equipotenziali e porte elettroniche sensibili.

• Posizionare l'SPD corretto vicino al relativo punto di ingresso dei cavi o al confine dell'apparecchiatura.
• Collegare le schermature dei cavi alla barra di terra dei feeder o al punto di ingresso definito dal progetto del sito.
• Utilizzare conduttori di equipotenzialità SPD brevi e diretti.
• Separare le sezioni di cavo protette da quelle non protette per ridurre il riaccoppiamento delle sovratensioni.
• Evitare loop non necessari, cambiamenti bruschi di percorso e lunghezze eccessive dei conduttori.
• Integrare la torre, l'armadio e il rifugio nel sistema di equipotenzialità coordinato del sito.
• Mantenere gli indicatori, i moduli sostituibili e i terminali remoti accessibili dopo l'installazione.

Come dovrebbero essere pianificati gli allarmi remoti e la manutenzione?

Molte torri di comunicazione sono remote o non presidiate. Un modulo guasto, un conduttore di equipotenzialità scollegato o una connessione corrosa possono passare inosservati fino a un altro evento di sovratensione.

L'ITU-T K.119 tratta l'ispezione visiva, la misurazione, l'analisi e altri metodi utilizzati per valutare l'affidabilità dei sistemi di protezione contro i fulmini e di messa a terra delle stazioni radio base.^[3] La norma IEC 62305-4 copre anche l'ispezione, la manutenzione e il collaudo delle misure di protezione contro le sovratensioni.^[7]

Il monitoraggio remoto può segnalare

• Lo stato normale o di guasto del modulo SPD.
• La rimozione del modulo dove il meccanismo dell'SPD lo consente.
• Stato del contatto pulito NO, NC o di scambio.
• Un ingresso di allarme verso una RTU, PLC, controller di armadio o sistema di gestione di rete.

L'indicazione remota supporta la manutenzione, ma non sostituisce l'ispezione fisica. La corrosione, i conduttori allentati, i danni all'involucro e i moduli di ricambio errati potrebbero non essere rilevati da un singolo contatto ausiliario.

Ispezionare il sistema di protezione

• Durante la messa in servizio iniziale e l'accettazione.
• All'intervallo di manutenzione preventiva programmato.
• Dopo un evento di fulminazione registrato o un guasto inspiegabile dell'apparecchiatura.
• Dopo l'aggiunta di antenne, radio, apparecchiature di alimentazione o un altro armadio.
• Dopo lavori di messa a terra, lavori civili o modifiche ai percorsi dei cavi.
• Quando un indicatore SPD o un allarme remoto cambia stato.

Come il tipo di sito cambia la decisione di protezione?

Conclusione ingegneristica: “Torre di comunicazione” non identifica un pacchetto SPD universale. Il sito fisico e l'architettura dei cavi determinano quali funzioni di protezione sono richieste.

Come dovrebbe un acquirente verificare il pacchetto SPD proposto?

I diagrammi spiegano il concetto di protezione, ma non sono approvazioni di prodotto. Prima di approvare un pacchetto per il sito della torre, verificare ogni modello proposto rispetto al circuito che dovrà proteggere.

LEEYEE è un fornitore specializzato in protezione dalle sovratensioni e bassa tensione. CNSPD è la piattaforma di LEEYEE dedicata alla protezione dalle sovratensioni per gli acquirenti tecnici globali.

Un certificato per una serie o configurazione non deve essere trattato automaticamente come approvazione per ogni tensione, disposizione dei poli, connettore o variante OEM. Verificare l'ambito esatto del documento prima della presentazione del progetto.

Cosa Deve Essere Confermato Prima di Ordinare?

Preparare le seguenti informazioni prima di richiedere consigli sui modelli, campioni, file tecnici o un preventivo OEM.

Domande frequenti sulla protezione da sovratensioni delle torri di comunicazione