Организация молниезащиты антенн базовых станций сотовой связи

В грунтах с электрическим удельным сопротивлением менее 500 ОмЧм следует использовать заземлители горизонтального или вертикального типа. При грунтах неоднородной проводимости следует применять горизонтальные заземлители, если электрическое удельное сопротивление верхнего слоя грунта меньше нижнего, и вертикальные заземлители, если проводимость нижнего слоя лучше, чем верхнего.[8]

Каждый заземлитель характеризуется своим импульсным сопротивлением, то есть сопротивлением растеканию тока молнии R. Импульсное сопротивление заземлителя может существенно отличаться от сопротивления R ~ , получаемого обычно принятыми способами. Его величина определяется по формуле

Rи = a R

где a - импульсный коэффициент, зависящий от параметров тока молнии, электрического удельного сопротивления грунта и конструкции заземлителя (таблица 2.5).

Таблица 2.5 - Предельные длины горизонтальных заземлителей, гарантирующих a = 1 при разных удельных сопротивлениях грунта r

r, ОмЧм	До 500	500	1000	2000	4000
l пр , м	25	35	50	80	100

Заземлители большей длины практически не отводят импульсный ток на участке, превышающем l пр.

Импульсные коэффициенты определены для значений амплитуды тока молнии 60 кА и крутизны 20 кА/мкс.

После монтажа заземлителей расчетное сопротивление растеканию должно быть уточнено непосредственным замером. Измерения следует проводить летом в сухую погоду.

Соединение между собой отдельных заземлителей молниеотводов стальной полосой допускается в фунтах с электрическим удельным сопротивлением r > 500 ОмЧм.

Если измеренное сопротивление заземлителей превышает расчетное, то в грунтах с электрическим удельным сопротивлением 500 ОмЧм и более необходимо соединять между собой заземлители молниеприемников соседних хранилищ.[11],[35]

2.5.1 Проверка молниезащиты

Молниезащита должна проверяться в предгрозовой период, но не реже одного раза в год, а также после выявления повреждений комиссией, назначенной руководителем организации (шахты, рудника, карьера и т.п.), в составе: энергетика (электромеханика) или лица, выполняющего его обязанности, заведующего складом взрывчатых материалов, руководителя взрывных работ, в ведении которого находится склад.

Наружный осмотр молниезащитных устройств периодически, но не реже одного раза в месяц проводится заведующим складом.

В проверку молниезащиты входит:

а) наружный осмотр молниезащитных устройств;

б) измерение сопротивления заземлителей молниезащиты;

в) проверка переходного сопротивления контактов устройств защиты от вторичных воздействий молнии.

Измерение сопротивления заземлителей должно проводиться в период наибольшего просыхания грунта. В тех районах, где в период грозовой деятельности существует промерзший слой, измерение проводится при его оттаивании.

Результаты наружного осмотра молниезащиты оформляются актом, а результаты измерения сопротивления заземлителей заносятся в ведомость состояния заземлителей молниезащиты по прилагаемой форме.

Наружным осмотром молниезащитных устройств (с обязательным применением бинокля) должно определяться состояние молниеприемников, токоотводов, мест пайки и соединений, опорных мачт и надземных частей защиты от вторичных воздействий молнии.

При осмотре молниеприемников необходимо установить целостность конического наконечника, состояние его полуды, надежность и плотность соединения с токоотводом, наличие ржавчины, чистоту поверхностей в соединениях на болтах.

Молниеотвод со сплавившимся или поврежденным коническим наконечником и поврежденный ржавчиной более чем на1/3 площади поперечного сечения должен быть заменен новым.

Поврежденные полуда, оцинковка должны быть восстановлены, ржавчина с контактных поверхностей удалена и слабые соединения закреплены.

При осмотре токоотводов определяются отсутствие перегибов и петель, целостность и плотность соединений, отсутствие ржавчины и повреждений.

Токоотводы, поврежденные ржавчиной, если их площадь сечения остается менее 50 мм2 , должны быть заменены новыми.[23,24]

Заземляющее устройство состоит из заземлителя и заземляющего проводника.

Рисунок 2.29 - Техническое исполнение контура заземления

Заземлитель состоит из трёх или более электродов (стальной уголок размером 50x50x5 мм) длиной 2,5 м. Электроды забивают вертикально в землю на расстоянии друг от друга не менее 2,5 м. Электроды заземлителя забиваются на расстоянии не менее одного метра от стены здания. Расстояние от верхней точки электрода до поверхности земли должно быть не менее 0,75 м. Электроды соединяются между собой стальной полосой размером 4x40 мм, которая выводится на стену здания на высоту не менее 200 мм. Соединения горизонтального и вертикальных заземлителей выполняются при помощи сварки. Максимально допустимая величина сопротивления заземлителя (Rmax) должна быть не более 10 Ом. После монтажа произвести замер величины сопротивления заземляющего устройства. В случае необходимости забить дополнительные электроды. Заземляющий проводник прокладывают по наружной стене от заземлителя до главной заземляющей шины, установленной в ВРУ. В качестве заземляющего проводника используется стальная полоса размером 4x40 мм.

Заземляющий проводник присоединяется к заземлителю, выведенному на стену здания, при помощи сварки (рисунок 2.29). [9]

3. Научно-исследовательская часть

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, сложилась определенная концепция защиты объектов радио и сотовой связи. Некоторые вопросы имеют абсолютно четкое решение, это касается защиты электропитающей установки коммутатора и 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).

В это части дипломного проекта проведем сравнение активной и пассивной систем молниезащиты антенн операторов сотовой связи, установленных на здании (включая и молниезащиту самого здания). Для примера рассмотрим здание со следующими характеристиками:

- здание трехэтажное с плоской крышей;

- длина здания - 40 м;

- ширина здания - 15 м;

- высота здания - 12 м без учета аттика;

- здание имеет четко прямоугольную форму без всяких выступов и пристроек;

- на здании установлено две ретрансляционные антенны сотовых операторов.

На первом этаже здания находятся: магазин со складскими помещениями, АТС местной телефонной связи, комната для стирки и ремонта одежды и комната приезжих. На втором этаже находятся: кабинеты начальников участков, серверная, кабинет для ремонта приборов КИП и А. Третий этаж занимают офисные кабинеты субподрядчиков организации. Само здание относится ко II категории по молниезащите согласно проекту на здание.

3.1 Пассивная система молниезащиты здания

Защита самого здания будет выполнена методом защитной сетки рисунок 3.1. Шаг сетки равен 4х4 м. Допускается максимальный шаг сетки 6х6 м, но в нашем случае он недопустим потому, что сама сетка будет попадать в область оконных проемов. Все места пересечений линий сетки соединяются сварным соединением.

Заземляющее устройство будет проложено в земле на глубине 1 м, длина вертикальных электродов 2 м, расстояние между электродами соответствует шагу сетки 4 м.

На здании будет установлено три штыревых молниеотвода (рисунок 3.2).

Высоту молниеотводов рассчитывали с учетом покрытия крыши здания и самого здания. Зона защиты молниеотвода по расчетам должна покрывать 100% площади здания (рисунок 3.1).

Расчет производим исходя из радиуса покрытия:

r0=1.5h,

где r0 - радиус зоны покрытия молниеотвода,

h - высота молниеотвода,

h=

r0=15 м,

h=10 м.

Высота каждого молниеотвода равна 10м.[16]

Рисунок 3.1 - Расположение защитной сетки на здании



Рисунок 3.2 - Расположение штыревых молниеприемников

Рисунок 3.3 - Зоны защиты штыревых пассивных молниеприемников

3.2 Активная система молниезащиты здания

Зона защиты пассивного и активного молниеприемника показаны на рисунке 3.4. Из рисунка видно, что зона защиты активного молниеприемника (АМП) позволяет более надежно защитить большую площадь.

Зона защиты АМП, исходя из паспортных данных на молниеприемник завода-изготовителя, равна 79 метров. А это значит, что для защиты нашего здания необходимо использовать один активный молниеприемник.

На рисунке 3.5 видно место установки АМП, соединенного с заземляющим контуром. А на рисунке 6 обозначена зона действия АМП.

Молниеприемник состоит из трех частей: корпус, генератор ионов, соединительная муфта для крепления к мачте.

Заземляющее устройство будет проложено в земле на глубине 1 м, длина вертикальных электродов 3 м, расстояние между электродами 4 м.

Рисунок 3.4 - Зона защиты пассивного (слева) и активного (справа) молниеприемников

Рисунок 3.5 - Расположение активного молниеприемника с заземляющим контуром

Рисунок 3.6 - Зона защиты активного молниеприемника

3.3 Молниезащита базовой станции сотовой связи

На здании из проекта смонтировано две базовые станции сотовой связи.

В типовом проекте молниезащиты базовой станции сотовой связи предусматривается пассивная молниезащита, в которой молниеприемником является опорная стойка ретрансляционных антенн, соединенная с заземляющим устройством рисунок 3.7. Зона защиты молниеприемника рассчитывается методом катящегося шара. Высоты молниеприемника и зоны его покрытия достаточно для того, чтобы защитить оборудование антенны и базовую станцию от попадания молний.

Так же проектами предусматривается установка отдельного молниеприемника с молниеотводом, присоединенным к заземляющему устройству.

При установке базовой станции на крыше здания, к ней подводится кабель электроснабжения, который не связан с сетями электроснабжения этого здания. А также монтируется молниеприемник со своим заземляющим устройством. Это делается для того, чтобы при попадании молнии в молниеприемник базовой станции, вторичный разряд не повредил электрооборудование, находящееся в здании.

Рисунок 3.7 - Молниезащита базовых станций сотовой связи совместно с заземляющим контуром

Заземляющее устройство состоит из погруженных в землю вертикальных электродов, соединенных стальными полосами (рисунок 3.8), также может быть соединено круглой сталью соответствующего поперечного сечения.

Заземлители не должны окрашиваться. Сечение горизонтальных заземлителей выбирается из допустимой температуры нагрева 400 градусов. Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов, и т.п. Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполнятся однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.

Рисунок 3.8 - Установка вертикальных заземлителей

В случае опасности коррозии заземлителей должно выполнятся одно из следующих мероприятий: увеличении сечения заземлителей, применение электрической защиты.

3.4 Внутренняя молниезащита базовой станции сотовой связи

3.4.1 Защита электропитающей установки

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.

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 выпрямителя или 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 3.9.

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 3.9 - 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, но периодически встречается в проектных и готовых решениях. 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:

- 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.

- 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 выше, 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 можно использовать устройства контроля напряжения фазы или подобные им (рисунок 3.10).

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

Рисунок 3.10 - Подключение устройства контроля фаз РКФ-3/1

3.4.2 Выбор типа защитных устройств

Одним из основных параметров защитных устройств является уровень защиты (Up), это максимальное значение падения напряжения на защитном устройстве при протекании через него импульсного тока разряда. Параметр характеризует способность устройства ограничивать появляющиеся на его клеммах перенапряжения. Обычно определяется при протекании номинального импульсного разрядного тока (In). Из рисунка 3.10 четко видно, что каждая ступень защиты обеспечивает выполнение требований по импульсной стойкости изоляции.

Стандарт IЕС 61312-1 определяет зоны молниезащиты с точки зрения прямого и непрямого воздействия молнии:

Зона 0А: Зона внешней среды объекта, все точки которой могут подвергаться воздействию прямого удара молнии (иметь непосредственный контакт с каналом молнии) и возникающего при этом электромагнитного поля.

Зона 0В: Зона внешней среды объекта, точки которой не подвергаются воздействию прямого удара молнии (ПУМ), так как находятся в пространстве, защищенном системой внешней молниезащиты. Однако в данной зоне имеется воздействие неослабленного электромагнитного поля.

Зона 1: Внутренняя зона объекта, точки которой не подвергаются воздействию прямого удара молнии. В этой зоне токи во всех токопроводящих частях имеют значительно меньшее значение по сравнению с зонами 0А и 0В. Электромагнитное поле также снижено по сравнению с зонами 0А и 0В за счет экранирующих свойств строительных конструкций.

Последующие зоны (Зона 2, и т.д.). Если требуется дальнейшее снижение разрядных токов или электромагнитного поля в местах размещения чувствительного оборудования, то необходимо проектировать так называемые последующие зоны. Критерий для этих зон определяется соответственно общими требованиями по ограничению внешних воздействий, влияющих на защищаемую систему. Имеет место общее правило, по которому с увеличением номера защитной зоны уменьшаются влияние электромагнитного поля и грозового тока. На границах раздела отдельных зон необходимо обеспечить защитное последовательное соединение всех металлических частей, с обеспечением их периодического контроля.

Примечание: Способы образования связей на границах раздела между Зоной 0А, Зоной 0В и Зоной 1 приведены в ст.3.1 стандарта IЕС 61024-1. На распределение энергии электромагнитных полей внутри объекта оказывают влияние различные элементы строительных конструкции такие как: отверстия или щели (например, окна, двери) обшивки из листовой стали (водосточные трубы, карнизы), а также места ввода-вывода кабелей электропитания, связи и других коммуникаций.

На рисунках 3.11 и 3.12 приводится пример разделения защищаемого объекта на несколько зон. Кабели электропитания, связи и другие металлические коммуникации должны входить в защитную Зону 1 в одной точке и своими экранными оболочками или металлическими частями подключаться к главной заземляющей шине на границе раздела Зон 0А- 0В и Зоны 1.

Описанное выше разделение объекта на условные зоны позволяет на практике эффективно решать вопросы защиты электропитающих сетей до 1000 В, а также линий связи, передачи данных, компьютерных сетей и других коммуникаций, входящих в объект, с помощью применения различного типа устройств защиты от импульсных перенапряжений (или так называемой внутренней системой молниезащиты).

Рисунок 3.11 - Условные зоны защиты от попадания молнии в БС

В качестве первой ступени защиты можно установить:

- 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 HAKELSTORM HS55.

В качестве второй ступени защиты возможно использование модулей с максимальным импульсным током 20-40 кА формы 8/20 мкc. и уровнем защиты (Up) менее 2,5 кВ, устройство PIII-230.



Рисунок 3.12 - Зоны защиты по импульсной стойкости изоляции

В первой ступени защиты используем устройство типа SPC3.1 при его установке 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.

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

Разделительные дроссели выбираются исходя из величины максимальных рабочих токов нагрузки на 16, 32 или 63А.

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 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. 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.

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 используем систему электропитания TN-S от подстанции до объекта и в качестве третьей ступени защиты применяем комбинированные устройства, состоящие из ограничителя перенапряжений и помехозаграждающего фильтра. Данные устройства выпускаются как в однофазном, так и в трехфазном вариантах на разные нагрузочные токи.

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.

При централизованном контроле 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 перечисленных выше устройств приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Основные характеристики используемых устройств

3.4.3 Защита радиопередающего оборудования

Система внутренней молниезащиты для электропитающей сети до 1000В, состоящая из разного типа устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), должна быть способна осуществить отвод грозовых токов или их большей части без повреждения самих защитных устройств. Для определения величины тока, проходящего через УЗИП первой ступени защиты в случае прямого удара молнии в здание, защищённое системой внешней молниезащиты, рекомендуется исходить из конфигурации системы заземления и уравнивания потенциалов здания, а также подведенных к нему коммуникаций (трубопроводов, электропитающих кабелей, кабелей связи и передачи информации и др.).

На рисунке 3.13 приводится классический пример распределения грозового тока в объекте, подвергнутом прямому удару молнии (МЭК 61024-1-1; МЭК 61643-12).

Рисунок 3.13 - Распределение токов молнии при прямом ударе в объект

Методика расчета токов растекания приведена в ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98), ПРИЛОЖЕНИЕ А.

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 3.14 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 3.14 - Растекание токов в случае применения устройств молниезащиты

3.4.4 Дополнительная защита от короткого замыкания

Основным принципом приведенных выше схем включения защитных устройств является уравнивание потенциалов между двумя проводниками, одним из которых, как правило, является фазный проводник, а другим нулевой рабочий или нулевой защитный проводник. При этом в случае выхода из строя УЗИП возможно возникновение режима короткого замыкания между данными проводниками, что может привести к выходу из строя электроустановки и даже возникновению пожара.

Имеющееся в варисторных ограничителях устройство отключения при перегреве варистора (тепловая защита), как правило, срабатывает при старении варистора, когда увеличиваются токи утечки, или при превышении фактического тока разряда через ограничитель над максимально допустимым. Учитывая кратковременность последнего воздействия, варистор может даже не выйти из строя, но при этом все равно будет отключен от защищаемой цепи в результате выделения большого количества тепловой энергии. В некоторых случаях устройство можно даже восстановить с использованием старого варистора.

Несколько другая ситуация возникает в случае установившегося превышения действующего напряжения в сети над максимальным допустимым рабочим напряжением, определенным ТУ для данного УЗИП. Примером такой ситуации может быть отгорание нулевого рабочего проводника при вводе в электроустановку. Как известно, в этом случае к нагрузке может оказаться приложенным межфазное напряжение 380 В. При этом варистор открывается и через него длительное время протекает ток. Величина этого тока близка к току короткого замыкания и может достигать нескольких сотен ампер. Из практики известно, что устройство тепловой защиты не всегда срабатывает в подобных ситуациях. Так же надо отметить, что УЗИП на базе разрядников не имеют в своем составе устройства теплового отключения.

В результате описанного воздействия защитное устройство, как правило, разрушается от воздействия большого количества тепловой энергии. Возможно даже возникновение дуги и замыкание клемм устройства на корпус шкафа или DIN-рейку при расплавлении пластмассы корпуса.

Поэтому для защиты электроустановки и УЗИП всех типов от режимов короткого замыкания необходимо предусматривать дополнительную защиту в виде предохранителей F5-F10 с характеристикой срабатывания gG или gL (классификация согласно требованиям стандартов ГОСТ Р 50339.0-92 (МЭК 60269-1-86) или VDE 0636 (Германия) соответственно), устанавливаемых в цепь последовательно с каждым УЗИП. Данные предохранители предназначены для защиты токоведущих проводников и коммутационных устройств от перегрузок и коротких замыканий и имеют довольно сложную внутреннюю конструкцию.

Особо следует отметить, что применение защитных автоматов в данной ситуации может не обеспечить необходимый результат. Имеющийся опыт эксплуатации показывает, что сами автоматические выключатели могут быть повреждены импульсом тока при грозовом разряде. При этом может произойти приваривание контактов расцепителя друг к другу и появляется вероятность несрабатывания автомата при коротком замыкании в нагрузке. Предохранитель полностью исключает подобную ситуацию. К тому же, при правильном выборе номинала практически исключается вероятность перегорания предохранителя при прохождении через защитное устройство импульсного тока при ударе молнии. Необходимо также понимать, что при отказе от установки предохранителей, в случае возникновения короткого замыкания хотя бы в одном из ограничителей перенапряжения, произойдет срабатывание вводного автомата, и электропитание потребителя будет прервано до устранения неисправности. Применение предохранителей в цепи каждого ограничителя перенапряжений значительно уменьшает вероятность такой ситуации. При выборе номиналов предохранителей следует руководствоваться рекомендациями производителя устройств защиты от перенапряжений. Номиналы общих и индивидуальных предохранителей определяются с учетом селективности их срабатывания, а так же с учетом способности защитных устройств выдерживать расчетные токи короткого замыкания для конкретной электроустановки.

4. Определение экономической целесообразности монтажа молниезащиты базовой станции сотовой связи

Грозы - исключительно распространенное явление нашей атмосферы. По данным академика Г.С. Ландсберга, в атмосфере всего земного шара в каждый данный момент происходит около 1800 гроз, которые дают в среднем около 100 молний за каждую секунду.[4]

Учитывая тот фактор, что на территории Республики Беларусь у сотовых операторов МТС, Velcom, Life и Dialog находится в эксплуатации в среднем по 3500 базовых станций сотовой связи, то вероятность попадания в них молнии достаточно велика.

Многочисленные и многолетние исследования показывают, что искровой разряд в молнии имеет следующие средние параметры:

- напряжение между облаком и землёй - 100 000 000 (сто миллионов) вольт;

- сила тока в молнии - 100 000 (сто тысяч) ампер;

- продолжительность электрического разряда - 10-6 (одна миллионная) секунды;

- диаметр светящегося канала - 10-20 см.[4], [36]

Исходя из этих данных, можно представить, какой ущерб оборудованию и самой базовой станции, а также оператору сотовой связи может нанести попадание молнии в базовую станцию (БС).

В наше время для защиты от импульсных перенапряжений (молний) используют пассивную и активную системы молниезащиты, их строительство является необходимым в соответствии с нормативно-технической документацией на строительство объектов радиосвязи. Системы молниезащиты выполняют одни и те же функции, но отличаются по радиусу действия и конструктивным особенностям.

Молниезащита может снизить вероятность попадания молнии в оборудование и саму БС сотовой связи до 99,9%.

Для определения экономической целесообразности монтажа молниезащиты базовой станции сотовой связи необходимо сопоставить несколько факторов, таких как:

1. Стоимость оборудования базовой станции сотовой связи.

На сегодняшний день стоимость БС со всем оборудованием составляет в среднем 320 млн. рублей.

2. Стоимость и тип молниезащиты БС.

Стоимость строительства пассивной системы молниезащиты составляет примерно от 1,5 до 4 млн. рублей, а для постройки активной системы молниезащиты необходимо выделить примерно от 8 до 15 млн. рублей.

Рассчитаем стоимость установки пассивной и активной систем молниезащиты для примера, описанного в главе 3.

Приведем укрупненный расчет стоимости изготовления пассивной молниезащиты здания:

Время работы занимает пять дней.

Материалы для изготовления пассивной молниезащиты здания:

- стержень стальной диаметром d=10 мм. - 992 м. или 0,612 т.

Цена за 1т = 1 800 600 руб.

Итого: 1 800 000 х 0,612 = 1 101 967 руб.;

- сталь полосовая размер 4х40 мм. - 122 м. или 0,154 т.

Цена за 1т = 3 661 500 руб.

Итого: 3 661 500 х 0,154 = 563 871 руб.;

- труба стальная диаметром Ду = 15 мм. со стенкой 2,35 мм. - 30 м. или 0,043 т.

Цена за 1т = 2 100 000 руб.

Итого: 2 100 000 х 0,043 = 90 300 руб.;

- расходные материалы (электроды, отрезные и шлифовальные круги, антикоррозионная краска, битумная мастика и т.д.)

общей стоимостью 688 776 руб.;

- стоимость используемой техники складывается из оплаты по тарифу водителя-оператора подъемного агрегата и мотто-часов подъемного агрегата.

тариф водителя-оператора = 3 965 руб./час.,

время работы 5 дней по 8 часов,

Итого: 5 х 8 х 3 965 = 158 600 руб.

Время работы подъемного агрегата составляет 18 ч., а стоимость одного часа равна 26 700 руб.

Итого: 18 х 26 700 = 480 600 руб.;

- оплата труда рабочих и специалистов:

Время работы занимает 5 дней по 8 часов = 40 ч.

Для производства работ необходимо участие:

Электромонтажник 3-го разряда - 6 человек,

Тарифная ставка 3-го разряда равна 3 657 руб.

Итого 3 657 х 40 х 6 = 877 680 руб.

Электро-газосварщик - 3 человека

Тарифная ставка 3-го разряда равна 4 652 руб.

Итого 4 652 х 40 х 3 = 558 240 руб.

Мастер 5-го разряда - 1 человек.

Тарифная ставка 5-го разряда равна 4 934 руб.

Итого 4 934 х 40 х 1 = 197 360 руб.

Итого по ценам 2010 года стоимость работ по изготовлению и монтажу пассивной молниезащиты составляет - 4 717 394 руб.

Приведем укрупненный расчет стоимости изготовления активной молниезащиты здания:

Время работы - один рабочий день.

Материалы для монтажа активного молниеприемника:

- молниеприемник (генератор ионов)

Цена за 1 шт. = 10 230 000 руб.;

- токоотвод высокого напряжения 35 м.

Цена за 1 м = 40 000 руб.

Итого: 35 х 40 000 = 1 400 000 руб.;

- стержень стальной диаметром d=10 мм. - 56 м. или 0,035 т.

Цена за 1т = 1 800 600 руб.

Итого: 1 800 000 х 0,035 = 63 000 руб.;

- сталь полосовая размер 4х40 мм. - 40 м. или 0,05 т.

Цена за 1т = 3 661 500 руб.

Итого: 3 661 500 х 0,05 = 183 075 руб.;

- труба стальная диаметром Ду = 15 мм. со стенкой 2,35 мм. - 10 м. или 0,014 т.

Цена за 1т = 2 100 000 руб.

Итого: 2 100 000 х 0,014 = 29 400 руб.;

- расходные материалы (комплект штатных креплений, электроды, отрезные и шлифовальные круги, битумная мастика и т.д.)

общей стоимостью 449 483 руб.;

- стоимость используемой техники складывается из оплаты по тарифу водителя-оператора подъемного агрегата и мотто-часов подъемного агрегата.

тариф водителя-оператора = 3 965 руб./час.,

время работы 2 часа,

Итого: 2 х 3 965 = 7 930 руб.

Время работы подъемного агрегата составляет 2 ч., а стоимость одного часа равна 26 700 руб.

Итого: 2 х 26 700 = 53 400 руб.;

- оплата труда рабочих и специалистов:

Время работы занимает 1 день или 8 часов.

Для производства работ необходимо участие:

Электромонтажник 3-го разряда - 4 человек,

Тарифная ставка 3-го разряда равна 3 657 руб.

Итого 3 657 х 8 х 4 = 117 024 руб.

Электро-газосварщик - 1 человек

Тарифная ставка 3-го разряда равна 4 652 руб.

Итого 4 652 х 8 х 1 = 37 216 руб.

Мастер 5-го разряда - 1 человек.

Тарифная ставка 5-го разряда равна 4 934 руб.

Итого 4 934 х 8 х 1 = 39 472 руб.

Итого по ценам 2010 года стоимость работ по изготовлению и монтажу активной молниезащиты составляет - 12 610 000 руб.

Подведем итог нашим расчетам. Из таблицы 4.1 видно, что строительство пассивной молниезащиты в нашем случае экономически более выгодно. Но это только если рассматривать конкретно наш случай. В другом случае, базовые станции могли устанавливаться на крыше зданий, которые могли иметь большую площадь, или имелась необходимость защиты от попадания молнии комплекса зданий. Тогда экономически выгодно было бы строительство молниезащиты активного типа.

Таблица 4.1 - Стоимость молниезащиты

№ п.п.	Тип молниезащиты	Стоимость, руб.
1	Пассивная	4 717 394
2	Активная	12 610 000

3. Количество гроз в Республике Беларусь.

В Республике Беларусь (РБ) грозовая активность равна 34 - грозы в год, а это значит, что каждую секунду во время грозы происходит две молнии.

4. Количество попаданий молний в БС за определенный период.

По данным сотового оператора Velcom за последние 8 лет было зафиксировано 12 попаданий молний в БС.

При попадании молнии в БС, в которой отсутствует система молниезащиты, стоимость ущерба может составлять от 20 тыс. руб., когда из строя выходит не дорогой элемент вводного устройства; и приближаться к стоимости самой БС (стоимость базовой станции сотовой связи в зависимости от комплектации может составлять от 300 до 350 млн. рублей) - при крупных повреждениях и возможном возгорании сооружения.

Также следует учесть, что при выходе из строя одной или нескольких БС в одном районе, где проходила гроза, сотовая связь (сотовый оператор) не сможет в полной мере обслужить своих клиентов, а это дополнительные потери вложенных инвестиций.

Сделаем выводы, что при отсутствии системы молниезащиты БС сотовой связи и попадании молнии мы можем получить ущерб от 20 000 руб. до 320 млн. рублей (и это если во время грозы молния попала только в одну БС, или нанесла незначительный ущерб некоторому количеству БС), но стоит нам потратить сумму от 1,5 до 15 млн. рублей и риск понести ущерб снижается практически до нуля. А это значит, что экономически целесообразно устанавливать систему молниезащиты на БС сотовой связи.

5. РАЗРАБОТКА МЕСТНОЙ ИНСТРУКЦИИ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ПРИ РАБОТЕ НА ВЫСОТЕ

Для организации рассмотренной в главе 3 системы молниезащиты работникам необходимо выполнять монтажные работы на высоте (крепить вертикальные и кольцевые токоотводы на стенах здания, молниеприемники на антеннах), а также на крыше здания (при установке токоотвода в изоляции высокого напряжения и др.). После установки системы грозозащиты ее необходимо периодически проверять и регулировать. Однако выполнение даже краткосрочных работ на большой высоте сопряжено с немалым риском падения. Следовательно, во избежание травматизма необходимо знать и выполнять положения инструкций по охране труда при работе на высоте и при работе на крышах.

Данная Местная инструкция по охране труда при работе на высоте была разработана в соответствии с утвержденной Постановлением № 176 Министерства труда и социальной защиты Республики Беларусь от 28.11.2008 г. Инструкцией о порядке принятия локальных нормативных правовых актов по охране труда для профессий и отдельных видов работ (услуг) [14]. При разработке были использованы межотраслевые типовые инструкции по охране труда при работе на высоте и правила безопасности при работе на крышах, составленные специалистами по охране труда из Беларуси и Российской Федерации [21,27,29,30].

5.1 Общие требования по охране труда

1. Настоящая местная инструкция по охране труда при работе на высоте (далее - Инструкция) устанавливает общие требования безопасности для работников, выполняющих работы на высоте.

2. Работники, выполняющие работы на высоте (далее - работники), помимо требований настоящей Инструкции обязаны также соблюдать требования безопасности, изложенные в инструкциях по охране труда для соответствующих профессий и видов работ.

3. К работам на высоте относятся работы, при выполнении которых работник находится на расстоянии менее 2 м от неогражденного перепада по высоте 1,3 м и более.

4. К выполнению работ на высоте допускаются работники не моложе 18 лет, имеющие соответствующую квалификацию по профессии (специальности), прошедшие в установленном порядке медицинский осмотр, обучение безопасным методам и приемам работы, инструктаж, стажировку и проверку знаний по вопросам охраны труда в объеме требований, соблюдение которых входит в их квалификационные (должностные) обязанности.

5. Верхолазные работы - работы, выполняемые на высоте более 5 м от поверхности земли, перекрытия или рабочего настила, над которыми производятся работы непосредственно с конструкций или оборудования при их монтаже или ремонте, при этом основным средством, предохраняющим работников от падения, является предохранительный пояс.

К выполнению самостоятельных верхолазных работ допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинский осмотр и признанные годными для выполнения верхолазных работ, имеющие стаж верхолазных работ не менее одного года и тарифный разряд не ниже третьего.

Работники, впервые допускаемые к выполнению верхолазных работ, в течение одного года должны работать под непосредственным надзором опытных работников, назначенных приказом по организации.

6. Верхолазные работы проводятся по наряду-допуску, в котором должны предусматриваться организационные и технические мероприятия по подготовке и безопасному выполнению этих работ.

7. Не допускается применение труда женщин на верхолазных работах и работах на высоте, связанных с монтажом, ремонтом и обслуживанием контактных сетей, воздушных линий электропередачи.

8. Основным опасным производственным фактором при работе на высоте является расположение рабочего места выше поверхности земли (пола, настила) или над пространством, расположенным ниже поверхности земли, и связанное с этим возможное падение работника или падение предметов на работника.

9. В процессе работы на работника также могут действовать вредные и опасные производственные факторы:

- движущиеся машины и механизмы;

- повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

- повышенная влажность воздуха рабочей зоны;

- повышенная подвижность воздуха;

- повышенное значение напряжения в электрической цепи;

- недостаточная освещенность рабочей зоны;

- острые кромки, заусенцы и шероховатость на поверхностях инвентаря, инструмента, изделий;

- физические нагрузки;

- химически опасные и вредные производственные факторы;

- возможность пожара при работе с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями;

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

- повышенный уровень вибрации на рабочем месте.

10. Работники обязаны:

- соблюдать правила внутреннего трудового распорядка, режим труда и отдыха, трудовую дисциплину. Не допускается появление на работе в состоянии алкогольного, наркотического или токсического опьянения, а также распитие спиртных напитков, употребление наркотических средств или токсических веществ в рабочее время или по месту работы;

- проходить предварительный (при поступлении на работу) медицинский и периодический медицинский осмотр;

- проходить обучение, инструктаж, стажировку и проверку знаний по вопросам охраны труда в соответствии с требованиями нормативных правовых актов по охране труда;

- правильно применять средства индивидуальной защиты и предохранительные приспособления;

- выполнять требования охраны труда и пожарной безопасности, знать порядок действий при пожаре, уметь применять первичные средства пожаротушения;

- знать приемы оказания первой помощи при несчастных случаях на производстве;

- соблюдать требования настоящей и с учетом характера работы других инструкций по охране труда, проекта производства работ и технологических карт.

11. К средствам индивидуальной защиты от падения с высоты относятся:

- предохранительные пояса. Предохранительные пояса перед выдачей в эксплуатацию, а также через каждые 6 месяцев должны подвергаться испытанию статической нагрузкой по методике, приведенной в стандартах или технических условиях на пояса конкретных конструкций. Металлические детали предохранительного пояса не должны иметь трещин, раковин, надрывов и заусенцев. Пользоваться неисправным предохранительным поясом или с просроченным сроком испытания запрещается. Строп (фал) предохранительного пояса для электрогазосварщиков и других работников, выполняющих огневые работы, должен быть изготовлен из стального каната или цепи;

- предохранительные верхолазные устройства. После каждого случая срабатывания, а также периодически в процессе эксплуатации через каждые 6 месяцев должны проводиться освидетельствование и испытание предохранительного верхолазного устройства по методике, указанной в технических условиях предприятия-изготовителя;

- ловители с вертикальным канатом или с другими устройствами. Ловители с вертикальным страховочным канатом применяются для обеспечения безопасности работника при подъеме и спуске по вертикальной и наклонной (более 75 град. к горизонту) плоскостям;

- канаты страховочные. Для безопасного перехода на высоте с одного рабочего места на другое при невозможности устройства переходных мостиков или при выполнении мелких работ применяются страховочные канаты, расположенные горизонтально или под углом до 7 град. к горизонту. Страховочный канат перед эксплуатацией, а также через каждые 6 месяцев испытывается статической нагрузкой;

- каски защитные. Каски защитные должны подвергаться ежедневному осмотру в течение всего срока эксплуатации с целью выявления дефектов. Каски защитные, подвергшиеся ударам, а также имеющие повреждения корпуса или внутренней оснастки должны быть заменены. При работе на высоте обязательно применение подбородочного ремня;

- карабин предохранительный. Карабин предохранительный должен обеспечивать быстрое и надежное закрепление и открепление его одной рукой при надетой утепленной рукавице.

В зависимости от конкретных условий работ на высоте работникам также выдаются следующие средства индивидуальной защиты:

- специальная одежда в зависимости от воздействующих вредных и опасных производственных факторов;

- для защиты рук перчатки или рукавицы;

- специальная обувь соответствующего типа при работах с опасностью получения травм ног;

- для защиты органов зрения от воздействия твердых частиц, газов, пыли, брызг жидкостей, ультрафиолетового, инфракрасного и лазерного излучений, слепящей яркости света, радиоволн - защитные очки соответствующего вида;

- для защиты лица от воздействия твердых частиц, брызг жидкостей и расплавленного металла, ультрафиолетового и инфракрасного излучений, слепящей яркости света, радиоволн СВЧ-диапазона - защитные щитки соответствующего вида;

- для защиты органов слуха от шума - наушники или вкладыши противошумные;

- для защиты органов дыхания от паров, газов, пыли, дыма, а также от содержащихся в них радионуклидов - респираторы или противогазы;

- спасательные жилеты и пояса при опасности падения в воду;

- сигнальные жилеты при выполнении работ в местах движения транспортных средств.

12. Работы на высоте должны выполняться со средств подмащивания (лесов, подмостей, настилов, площадок, лестниц и других технологических вспомогательных устройств и приспособлений), обеспечивающих безопасные условия работы.

Для обеспечения противопожарной безопасности запрещается на рабочих местах накапливать горючие материалы (опилки, замасленная ветошь, мусор и т.п.). Они должны собираться в металлические емкости с плотно закрывающейся крышкой, установленные в пожаробезопасных местах.

13. Рабочие места, средства подмащивания должны содержаться в исправном состоянии, чистоте и порядке, проходы к ним не должны загромождаться или использоваться для хранения готовой продукции, отходов производства, строительных материалов и тому подобного.

При выполнении работ в зимнее время вне отапливаемых помещений рабочие места, средства подмащивания должны очищаться от снега и льда, посыпаться песком, шлаком или другими противоскользящими материалами.

14. На переносных лестницах должен быть указан инвентарный номер; дата следующего испытания; принадлежность структурному подразделению организации (цеху, участку и тому подобное): у деревянных и металлических на тетивах, у веревочных - на прикрепленных к ним бирках.

15. При выполнении работы каждый работник должен знать и соблюдать правила личной гигиены. Рабочие места должны содержаться в чистоте. Перед едой нужно мыть руки с мылом. По окончании работы с припоем, содержащим свинец, необходимо тщательно вымыть руки водой с мылом.

Воду для питья разрешается применять кипяченую из закрытых сосудов или водопроводную с разрешения местной санитарной станции.

16. За несоблюдение требований настоящей Инструкции работники несут ответственность в соответствии с законодательством.

5.2 Требования по охране труда перед началом работы

17. Перед началом выполнения работ работники обязаны:

17.1. надеть специальную одежду, специальную обувь и другие средства индивидуальной защиты с учетом характера производимых работ;