Protezione delle stazioni Radiomobile (4G / LTE)

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1 917 Protezione delle stazioni Radiomobile (4G / LTE)

2 Oltre alla comunicazione vocale, anche la comunicazione dati mobile ha acquisito slancio con l'introduzione commerciale della tecnologia UMTS nel A causa di questo aumento della domanda per i volumi di dati, cresce anche la domanda mondiale per la larghezza di banda. Il maggior uso di smartphone e altri dispositivi mobili spinge gli spettri dell'attuale rete convenzionale verso i loro limiti. Gli elevati costi di investimento in nuove infrastrutture di rete e in sistemi tecnologici, nonché gli elevati costi di manutenzione e di esercizio per le stazioni Radiomobile esistenti, sono svantaggi ai quali i gestori delle reti mobili devono far fronte utilizzando la moderna e innovativa tecnologia. Di conseguenza, il loro obiettivo è di ridurre i costi di funzionamento e di manutenzione, e inoltre fornire a un numero sempre crescente di utenti di telefonia mobile una affidabilità e una disponibilità considerevolmente maggiore. I gestori delle reti mobili e i costruttori dei sistemi tecnologici utilizzano in misura sempre maggiore la tecnologia delle unità radio remote per UMTS (3G) e LTE (4G). Le unità radio remote (RRH/RRU, Remote Radio Heads/Units) sono un miglioramento della terza generazione dei dispositivi radio mobili. La tecnologia radio a distanza è usata non solo per applicazioni radio mobili commerciali, ma anche per i sistemi radio digitali delle autorità preposte alla sicurezza, come i servizi di polizia e i servizi di salvataggio, che richiedono un'elevata affidabilità e disponibilità. Stazioni radiomobile convenzionali Le stazioni radiomobile convenzionali utilizzano cavi coassiali, indicati anche come cavi a guida d'onda. Un evidente svantaggio di questa tecnologia è l'elevata perdita di trasmissione (fino al 50%), a seconda della lunghezza e della sezione dei cavi ad alta frequenza. Inoltre, la tecnologia di trasmissione radio è completamente integrata nella stazione di ricetrasmissione, o stazione radio base (RBS, Radio Base Station). Questo richiede un continuo raffreddamento delle camere che contengono le apparecchiature tecniche e porta ad un aumento del consumo di energia e dei costi di manutenzione (Figura ). Stazioni radiomobile con unità radio remote Le unità radio remote incorporano la tecnologia delle alte frequenze che in origine era integrata a livello centrale nella stazione di base. Il segnale ad alta frequenza viene generato direttamente all'antenna da dove viene trasmesso. Pertanto, le RRH/RRU sono installate direttamente alle antenne, riducendo le perdite e aumentando la velocità di trasmissione. Un altro vantaggio è che sono necessari meno impianti di condizionamento d'aria per l'auto-raffreddamento delle unità radio remote. I cavi a fibre ottiche consentono di trasmettere i dati tra la stazione radio base e le unità radio remote distanti fino a 20 km. L'uso di sistemi tecnologici remoti e le moderne stazioni base di piccole dimensioni riducono i costi energetici (e di leasing) e i costi relativi al posizionamento, antenne con brandeggio telecomandato (RET) TMAs cavo jumper sala tecnica 2 o esterno se richiesto (piccolo) cavo jumper antenne con brandeggio telecomandato (RET) unità radio remote nodo della stazione base cavo coassiale con elevata attenuazione fino a max. ~ 50 m (grande) condizionatore (grande) sala tecnica sala tecnica 1 trasmett. allarme progettazione convenzionale trasmett. allarme cavo a fibre ottiche per collegamenti senza attenuazione fino a 20 km condizionatore (piccolo) server radio impianti di telefonia mobile con unità radio remote RET: antenne con brandeggio telecomandato TMA: amplificatore installato sulla torre PSU: (piccolo) Figura Confronto: stazione radiomobile convenzionale (a sinistra) e stazione radiomobile con unità radio remota (a destra) 362 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI

3 grazie al numero ridotto di sale per le attrezzature tecniche (Figura ). Protezione esterna contro i fulmini Le antenne dei suddetti sistemi sono spesso installate entro uno spazio in affitto, su un tetto. Il gestore dell'antenna e il proprietario dell'edificio generalmente si accordano sul fatto che l'antenna installata non deve presentare un rischio supplementare per l'edificio. Per quanto riguarda la protezione contro i fulmini questo significa che in caso di fulminazione del traliccio dell'antenna non deve entrare alcuna corrente parziale di fulmine all'interno dell'edificio, in quanto essa metterebbe in pericolo soprattutto gli impianti elettrici ed elettronici (Figura ). La Figura mostra il traliccio di un'antenna dotato di un sistema di captazione isolato. La punta del captatore deve essere fissata alla torre dell'antenna per mezzo di un tubo di supporto in materiale non conduttore. L'altezza della punta del captatore dipende dalla torre dell'antenna, dalla possibile apparecchiatura elettrica dell'impianto d'antenna e dalla stazione radio di base (SRB); essa deve essere scelta in modo tale che questi elementi si trovino nel volume protetto del sistema di captazione. Nel caso di edifici con diversi sistemi di antenna, vanno installati più sistemi di captazione isolati. Figura Progettazione di base dell'unità radio remote in caso di impianti montati sul tetto Stazioni radio base (SRB) con scaricatori combinati DEHNvap CSP L'unità di alimentazione della RBS deve avere un cavo di alimentazione indipendente dall'unità di alimentazione dell'edificio. Le stazioni radiomobile richiedono quadri secondari (o quadri di distribuzione al piano) indipendenti. Ogni scheda di distribuzione è dotata normalmente di scaricatori della corrente di fulmine e limitatori di sovratensione (scaricatori combinati Tipo 1). Inoltre va installato uno scaricatore combinato Tipo 1 a valle del contatore, cioè a valle dei fusibili. Al fine di garantire il coordinamento energetico, si devono utilizzare dispositivi di protezione (SPD) dello stesso produttore in entrambi i punti di installazione. Numerose prove di laboratorio eseguite presso DEHN con unità di alimentazione di diversi produttori confermano che è essenziale il coordinamento degli scaricatori combinati, come DEHNvap CSP (Cell Site Protection = Protezione delle stazioni radiomobile) con i circuiti di ingresso integrati nell'unità di alimentazione. Gli scaricatori spinterometrici combinati DEHNvap CSP 3P 100 FM sono utilizzati per proteggere l' (PSU) delle stazioni radio base. Questi scaricatori Tipo 1 sono appositamente progettati per proteggere le unità di alimentazione dei sistemi di ricetrasmissione. Quando si usano scaricatori combinati, bisogna assicurare la "selettività di disconnessione" rispetto ai fusibili posti a monte. Solo gli scaricatori con sufficiente potere di estinzione e limitazione della corrente susseguente consentono di evitare falsi interventi dei fusibili dell'impianto e quindi l'esclusione dell'unità di alimentazione. Applicazioni della unità radio remote Le Stazioni Radiomobile sono costituite da: stazione radio base (BRS, Base Radio Station) (cabina elettrica interna o esterna) unità Baseband / server radio unità radio remote (RRH/RRU, Remote radio heads/units) Le unità radio remote (tecnologica a sistema attivo) richiedono un'alimentazione separata a 48 V CC dal punto di fornitura dell'energia elettrica. A tal fine, si impiegano di solito cavi con più conduttori schermati di rame con sezione da 6 a GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 363

4 quadro esterno in CC unità radio remote telecomunicazioni - sistemi informatici operatori della rete di distribuzione (DNO) 230/400 V stazione base (radio) cavo a fibre ottiche cavo alimentazione 48 V CC unità banda base (BBU) palo Figura Unità radio remote e stazione radio base (RBS) in caso di antenne montate su tralicci al suolo. 364 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI

5 N di Protezione Tipo Art. Alimentazione in corrente alternata Stazione base (230/400 V CA) DEHNvap CSP 3P 100 FM Alimentazione in corrente continua Collegamento alla rete fissa Unità di alimentazione (48 V CC) DEHNsecure DSE M 1 60 FM Unità radio remota (48 V CC) DEHNsecure DSE M 2P 60 FM Linee di telecomunicazione Protezione contro i fulmini esterna Impianto installato a terra / sul tetto BLITZDUCTOR XT BXT ML4 B basetta BXT BAS Barra di collegamento equipotenziale, 10 morsetti Impianto installato a terra / sul tetto Conduttura HVI III Impianto installato a terra / sul tetto Sostegno in vetroresina / alluminio Impianto installato a terra / sul tetto Piastra terminale Impianto installato a terra / sul tetto Morsetto per tubi per antenne Impianto installato a terra Staffa terminale in acciaio inox Impianto installato a terra Acciaio inossidabile asta di messa a terra Tabella Protezione contro i fulmini e le sovratensioni per sistemi radiomobile 16 mm 2. Nella maggior parte dei casi, questi cavi in corrente continua sono installati all'esterno dell'edificio fino alla superficie del tetto e alle unità radio remote, o dalla stazione radio base al palo di sostegno. La comunicazione dati tra le unità radio remote (RRH/RRU) e i sistemi tecnologici avviene tramite cavi precablati in fibra di vetro al posto dei cavi con guaina corrugata utilizzati in precedenza. In caso di fulminazione diretta, con entrambi i tipi di installazione, i cavi di alimentazione in corrente continua e il sistema tecnologico sono esposti alla corrente di fulmine. Quindi gli scaricatori della corrente di fulmine e i limitatori di sovratensione devono essere in grado di condurre in modo sicuro la correnti di fulmine all'impianto di messa a terra. A tal fine si impiegano scaricatori della corrente di fulmine Tipo 1 conformi alla norma CEI EN (CEI 37-8). Solo gli scaricatori spinterometrici Tipo 1 assicurano un'affidabile coordinamento con i circuiti di protezione a valle integrati nell'ingresso delle apparecchiature terminali. Con gli scaricatori spinterometrici si proteggono le stazioni radio base, le unità di alimentazione e le unità radio remote (RRH/RRU), impedendo l'ingresso alle correnti di fulmini nei sistemi tecnologici, fornendo così la massima protezione e assicurando la disponibilità della stazione anche in caso di fulminazione (Figure e ). Soluzioni personalizzate per unità radio remote a 48 V CC (scaricatori Tipo 1) Scaricatori a corrente continua: scaricatori della corrente di fulmine modulari Tipo 1 DEHNsecure 60 (FM) Le unità RRH/RRU dispongono di alimentazione centralizzata in corrente continua proveniente dal punto di fornitura dell'energia elettrica. Il cavo di alimentazione schermato deve essere integrato nella messa a terra dell'antenna in conformità alla norma CEI EN (CEI ) e, se è installato sull'edificio un sistema di protezione antifulmine, anche in conformità alla norma CEI EN (CEI 81-10/3). All'interno del quadro interno in corrente continua posto in prossimità dell' nella cabina elettrica, e anche nel quadro esterno in corrente continua posto presso il traliccio dell'antenna, sono installati degli scaricatori Tipo 1 in corrente continua con un livello basso della tensione di protezione, appositamente sviluppati per applicazioni RRH/RRU. Il quadro in corrente continua posto presso il tra- GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 365

6 RRU 1 RRU 2 RRU 3 OVP (involucro di protezione contro le sovratensioni), quadro CC (interno) cavo Jumper 2 x 4 / 6 mm 2 (schermato) quadro CC (esterno) 48 V cavo allarme EB cavo allarme NYCWY 2 x 16 mm 2 (schermato) Figura Schema base delle unità radio remota (RRH) in caso di livelli dei collegamenti equipotenziali fisicamente separati con quadro a corrente continua (esterno) e DEHNsecure DSE M 2P 60 FM, nonché con OVP (interno) e DEHNsecure DSE M 1 60 FM liccio dispone di un circuito "1 + 1", cioè il polo positivo e la schermatura del cavo sono collegati tra loro tramite un cosiddetto spinterometro totale, per evitare la corrosione e le correnti vaganti. Nell'unità di alimentazione, il polo positivo è direttamente collegato a terra e di solito sono installati degli scaricatori unipolari Tipo 1 in corrente continua. I sistemi precablati in corrente continua (nel quadro in corrente continua) per le installazioni interne ed esterne con scaricatori della corrente di fulmine DEHNsecure DSE M 1 60 FM e DSE 2P 60 FM Tipo 1 in corrente continua offrono una protezione efficace. Il livello della tensione di protezione U p degli scaricatori della corrente di fulmine Tipo 1 deve essere inferiore a quello dei sistemi tecnologici I vantaggi del nuovo concetto di scaricatore in corrente continua sono, ad esempio, un margine di manovra sufficiente per future estensioni del sito in caso di correnti di carico nominale fino a 2000 A, nessuna corrente susseguente fino a un massimo di 60 V CC, nessuna corrente di dispersione e un elevato livello di protezione per le apparecchiature utilizzatrici a causa della bassa tensione residua di 0,4 kv a 5 ka (livello della tensione di protezione 1,5 kv per fronte d'onda a 10/350 ms). La Figura illustra il concetto di protezione per RRH/ RRU in caso di livelli dei collegamenti equipotenziali fisicamente separati. Scaricatori combinati Tipo 1 per impianti RRH / RRU La Figura mostra un esempio di sistema di assemblaggio personalizzato con scaricatore spinterometrico Tipo 1 secondo la norma ICEI EN (CEI 37-8). Lo scaricatore DEHNshield permette di risparmiare spazio, occupa solo due moduli, ha una massima capacità di scarica di 12,5 ka per polo (10/350 µs) e un livello di protezione U p di 1,5 kv, ed è quindi ideale per proteggere le apparecchiature utilizzatrici. Questo sistema di assemblaggio permette di alimentare fino a sei RRH/RRU con una tensione nominale di 48 V CC (al massimo 60 V, 80 A) attraverso cavi isolati in fibra di vetro per la comunicazione dei dati. Inoltre, il progetto del quadro in corrente continua assicura un carico da vento bassissimo e una facile installazione sul traliccio. Soluzioni personalizzate per unità radio remote a 48 V CC (scaricatori Tipo 2) I sistemi di montaggio Tipo 2 secondo la normativa CEI EN (CEI ) / CEI EN (CEI ) 366 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI

7 I [ka] corrente totale corrente attraverso lo scaricatore tipo 1 (spinterometrico) corrente attraverso il varistore dell'apparecchio utilizzatore riduzione della durata dell'impulso (effetto frangionda) t [ms] Figura Scaricatore spinterometrico Tipo 1 (curva caratteristica tipica) Figura Installazione RRH protetta da uno scaricatore Tipo 1 in un tipico ambiente di installazione I [ka] corrente totale corrente attraverso il varistore dell'apparecchio utilizzatore conversione dell'energia negli scaricatori tipo 2 corrente attraverso lo scaricatore tipo 1 (varistore MOV) t [ms] Figura Scaricatore a varistore Tipo 1 (curva caratteristica tipica) Figura Quadro ibrido precablato per 48 V CC per impianti esterni con scaricatori DEHNguard Tipo 2 vengono utilizzati anche in base alla filosofia di protezione adottata dai gestori delle reti mobili e dai produttori dei sistemi, alle caratteristiche tecniche e alle specifiche condizioni di ciascun paese. Per proteggere gli apparecchi utilizzatori degli impianti RRH/RRU con tensione nominale fino a 48 V CC, vengono impiegati scaricatori a varistore Tipo 2 con un livello bassissimo della tensione di protezione, per esempio DEHNguard DG S 75 FM. La Figura mostra un sistema premontato Tipo 2, sotto forma di un quadro ibrido (in corrente continua) per le installazioni in interni ed esterni. Un involucro dotato di serratura rinforzato con fibra di vetro (GRP) con un grado di protezione IP 66 può alloggiare fino a sei dispositivi RRH/RRU. Tutte le linee in entrata e in uscita fino a 48 V in corrente continua sono cablate su morsettiere. Ciò offre significativi vantaggi per l'installatore, in particolare in caso di installazione su traliccio. Per la comunicazione dei dati, il quadro ibrido in corrente continua alloggia fino a 12 adattatori LC Duplex che accettano i collegamenti precablati in fibra di vetro provenienti dalla sala tecnica. Queste schede sono collegate ai GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 367

8 dispositivi RRH/RRU attraverso cavi di collegamento di breve lunghezza (jumper cables) con il percorso più diretto. Accessori di facile montaggio, come le staffe da parete e da palo dotate di fascette di serraggio, assicurano un'installazione facile e veloce. Confronto dell'effetto protettivo degli scaricatori spinterometrici Tipo 1 e degli scaricatori a varistore Tipo 1 Il coordinamento energetico con l'apparecchiatura utilizzatrice da proteggere è un importante vantaggio degli spinterometri utilizzati negli scaricatori Tipo 1 (10/350 µs) rispetto ai MOV (varistori a ossido metallico). La cosiddetta funzione funzione di "frangionda" si ottiene mediante la rapida attivazione dello spinterometro nel giro di pochi microsecondi, il che significa che quasi nessuna corrente scorre nelle apparecchiature utilizzatrici da proteggere dopo l'intervento dello spinterometro (Figura ). Perciò solo un'energia relativamente ridotta entra nell'apparecchiatura utilizzatrice, anche nel caso di correnti impulsive estremamente elevate. Questa energia, tuttavia, è critica per il circuito di protezione integrato nell'ingresso dell'apparecchiatura utilizzatrice. Se vengono impiegati i dispositivi di protezione contro le sovratensioni del tipo MOV, la corrente scorre nelle apparecchiature utilizzatrici da proteggere per tutta la durata degli impulsi. In molti casi, l'unità di alimentazione in corrente alternata/continua collegata e il sistema tecnologico restano danneggiati e nel peggiore dei casi completamente distrutti (Figura ). Le prove del sistema radiomobile con apparecchiature di diversi produttori, mostrano chiaramente che solo gli spinterometri possono offrire il livello di protezione richiesto in questo campo di applicazione. 368 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI