Система заземления для объектов связи. Как сделать правильно.
Александр Гончаров - начальник отдела Систем заземления и молниезащиты
Опубликовано: Журнал Сети и Бизнес №6/2012
Для обеспечения безотказной работы современных сетей связи и передачи данных, а также пользовательского электронного оборудования, большое значение имеет наличие надёжного, стойкого к влиянию коррозии заземляющего устройства (ЗУ) со стабильным низким сопротивлением растеканию основных заземлителей. Этот параметр играет очень важную роль в обеспечении стабильной работы и предотвращения возможного выхода из строя всех видов дорогостоящего телекоммуникационного оборудования.
1. Факторы риска для оборудования сетей связи.
Для обеспечения безотказной работы современных сетей связи и передачи данных, а также пользовательского электронного оборудования, большое значение имеет наличие надёжного, стойкого к влиянию коррозии заземляющего устройства (ЗУ) со стабильным низким сопротивлением растеканию основных заземлителей. Этот параметр играет очень важную роль в обеспечении стабильной работы и предотвращения возможного выхода из строя всех видов дорогостоящего телекоммуникационного оборудования.
При помощи ЗУ между оборудованием и землей осуществляется электрическая связь, которая выполняет следующие функции:
- защитную,
- молниезащитную,
- функциональную.
В процессе эксплуатации оборудование связи подвергается воздействию электромагнитных помех от источников промышленного и природного происхождения. Источником наводок могут быть грозовые разряды, линии электропередачи, электротранспорт и т.п. Проводные линии связи объединяют различные объекты на большой территории. Среди этих объектов часто имеются энергетические и промышленные предприятия, на заземляющих устройствах которых могут кратковременно присутствовать потенциалы в несколько кВ (в отдельных случаях - порядка 10 кВ). Эти потенциалы оказываются приложенными к линиям связи и, следовательно, к входам подключенной к ним аппаратуры. При этом ухудшается связь по аналоговым и цифровым каналам. В аналоговых каналах происходит искажение передаваемого полезного сигнала. В цифровых - происходит увеличение доли испорченных пакетов и, как следствие, снижение пропускной способности канала. Также возможно возникновение сбоев цифровой аппаратуры. Другой особенностью многих объектов связи является наличие антенно-мачтовых устройств, вероятность попадания грозового разряда на которые очень высока. Такой разряд создает очень высокий уровень импульсных помех и полей непосредственно в местах размещения аппаратуры. Воздействие мощных помех при грозе, авариях на линиях электропередачи и т.п. способно оказывать разрушительное воздействие на аппаратуру. В Таблице 1 приводятся основные факторы, которые представляют опасность для электронной и силовой аппаратуры сетей связи и передачи данных.
Таблица 1
|
Тип воздействия |
Вероятные повреждения/сбои |
|
Грозовой разряд |
Мощные поля, наводки в силовых и информационных цепях и перепады потенциала обычно приводят к физическому повреждению активного оборудования. |
|
Перенапряжения из-за коммутаций и аварий в системе электропитания |
Обычно приводят к аппаратному отказу по питанию. Возможно повреждение источников бесперебойного питания. |
|
Помехи от промышленного оборудования и электротранспорта |
В зависимости от спектра частот, могут оказывать как разрушающее влияние на активное оборудование, так и вызывать сбои и отказы на информационном уровне. |
|
Низкочастотные электромагнитные поля от силовых цепей и устройств |
Типичный пример воздействия - "дрожание" изображения на мониторах вследствие взаимодействия поля с пучком электронов ЭЛТ. Повреждения аппаратуры не вызывает, но приводит к быстрой утомляемости персонала. При наличии рядом со зданием воздушных и кабельных линий с большими токами короткого замыкания (КЗ) на землю возможно аппаратное повреждение активного оборудования полем в момент КЗ. |
|
Работа электромеханических устройств |
При срабатывании реле, контакторов, щеточных двигателей и т.п. создаются импульсные помехи и поля в наносекундном диапазоне. Воздействие таких помех обычно приводит к сбоям и "зависаниям" цифровой техники. Также фиксировались случаи повреждения контроллеров. |
|
Радиосредства |
Воздействие ВЧ электромагнитных полей может вызывать сбои на информационном уровне. Возможно также воздействие на мониторы (как и при влиянии НЧ-поля). |
|
Электростатические разряды |
Как правило, вызывают сбои на информационном уровне. Физическое повреждение возможно, но редко (фиксировались повреждения портов RS232). |
|
Аварии в системе электроснабжения здания |
КЗ, плохие контакты, которые могут привести не только к отключению питания, но и к возникновению перенапряжений. |
|
Другие источники |
Все вышеперечисленные повреждения и сбои в различных комбинациях. |
Для защиты оборудования связи от помех, наводок и грозовых разрядов должна выполняться комплексная защита в соответствии с зоновой концепцией ступенчатого снижения потенциала и ЗУ является неотъемлемой частью этой защиты.
Выполнение правильного ЗУ – это первый обязательный шаг комплексной защиты электронной и силовой аппаратуры сетей связи и передачи данных от грозовых разрядов и всех типов помех и наводок, указанных в Таблице 1.
2. Роль заземления в защите объекта связи.
В условиях постоянного развития современного оборудования и повышения его чувствительности к помехам различного рода, требования к качеству выполнения ЗУ резко повысились.
Таким образом, безопасность, бесперебойность и эффективность работы сетей связи и передачи данных любого масштаба в значительной степени зависят от:
- качества выполнения ЗУ,
- материалов, из которых оно изготовлено,
- сопротивления ЗУ.
Срок эксплуатации ЗУ напрямую зависит от качества выполнения и материалов, а эффективность работы – от сопротивления. Долговечное, стабильное и соответствующее нормам сопротивление ЗУ на любых телекоммуникационных объектах необходимо, для того, чтобы обеспечить:
- бесперебойное функционирование электронной техники;
- требования электробезопасности персонала;
- требования молниезащиты;
- надежность и готовность объекта в целом.
Основными задачами при организации ЗУ во время строительства и реконструкции телекоммуникационных объектов являются:
1. Обеспечение максимального срока службы ЗУ
2. Соблюдение нормативных значений сопротивления ЗУ
3. Оптимизация процесса монтажа ЗУ
3. Новые задачи старого заземления
Почему особую актуальность вопросы качественного заземления приобретают именно сейчас?
Это объясняется следующими факторами:
1. Увеличивается срок эксплуатации объектов связи.
2. Существующие заземляющие устройства всех видов стареют (ржавеют).
3. Сопротивление ЗУ не соответствует установленным нормам.
4. Развитие электроники, телекоммуникационных технологий и компьютерной техники, роль которых стремительно растет во всех областях человеческой деятельности, предъявляет особые, повышенные, требования к ЗУ.
Оборудование, которое используют операторы стационарной и мобильной связи Украины, провайдеры, банки, страховые компании, крупные промышленные предприятия для создания сетей связи и передачи данных как ведомственных, так и в масштабе страны, изготовлено с использованием чувствительной электроники и требует низкоомного заземления.
Заземление 2 Ом, 1 Ом, иногда 0,5 Ом, которое необходимо для обеспечения бесперебойной работы электронных устройств, называется функциональным и, практически всегда, нормируется производителем электронного оборудования.
Таким образом, возникает ситуация, которая характеризуется все более увеличивающимся разрывом между ухудшающимися с каждым годом характеристиками существующих ЗУ с одной стороны и возрастающими требованиями к величине, стабильности сопротивления и долговечности ЗУ с другой стороны.
4. Оптимальное решение – есть!
Какой же должна быть современная система заземления, чтобы обеспечить защиту людей и оборудования?
Система заземления должна удовлетворять следующим критериям:
1. Иметь минимально возможный вес, габариты, быть стандартной, применимой в грунтах различных типов и удобной в транспортировке.
2. Быстро устанавливаться и иметь типовое решение удобное для проектировщиков и монтажников.
3. Быть простой в проектировании, монтаже и обслуживании.
4. Обеспечивать длительный (более 40 лет) срок эксплуатации и эффективную электробезопасность.
5. Обеспечивать функционирование электронных устройств всех видов и назначений.
6. Иметь высокую защищенность от коррозии.
Использование уголка или круглой арматуры, которая забивается кувалдой на глубину от 2 до 4 м., или бурильной установки для погружения обсадной трубы не отвечает ни одному из вышеизложенных критериев.
Что такое «уголок» или «труба»? Это:
- подготовка (нарезка) труб или уголка из чёрного металла;
- транспортировка громоздких метало-конструкций;
- большой объем земляных работ, нарушение асфальто-бетонных покрытий;
- значительные трудозатраты (люди и техника), растянутые сроки монтажа;
- бурение скважин под трубы, применение техники для забивки уголков;
- рекультивация площади, задействованной для оборудования заземляющего устройства;
- сезонное изменение параметров заземлителя из-за нестабильности параметров верхнего слоя грунта при изменении температуры и влажности;
- поиск и подготовка площадки для ЗУ (проблема особенно в условиях плотной городской застройки).
Перечислив все эти проблемы и недостатки поверхностного (уголкового) способа, можно задуматься, может это просто привычка, которая иногда мешает разглядеть преимущества современного подхода?!
Система заземления WTG по технологии Galmar от Watson Telecom позволяет выполнять все виды ЗУ на любых объектах по всей территории Украины. Эта современная, удобная система заземления дает возможность проектным и монтажным организациям унифицировать подход к проектированию и монтажу ЗУ по принципу «разные условия – одно решение» и избавиться от всех недостатков и сложностей присущих «уголковому» способу.
Достоинства системы заземления WTG следующие:
- модульный принцип построения (установка вибромолотом путем постепенного наращивания);
- возможность установки глубинных заземлителей;
- минимальная площадь ЗУ;
- значительное уменьшение объемов подготовительных земляных работ;
- удобство и технологичность монтажа;
- высокая стойкость к почвенной и электролитической коррозии (срок службы ЗУ более 40 лет);
- гарантированная толщина медного покрытия стержня более 250 мкм, высокая устойчивость медного покрытия к изгибу и отслоению;
- минимальные затраты на монтаж и эксплуатацию;
- сопротивление ЗУ, не зависит от погодных условий;
- система сертифицирована в Украине.
5. Основные отличительные черты и особенности системы заземления WTG.
Основными отличительными чертами системы заземления WTG являются:
1. Высококачественный омедненный стальной стержень с толщиной медного покрытия более 250 мкм.
2. Модульный принцип построения.
5.1 Качественный стержень – залог успеха.
Характеристики омедненного стержня определяют качество ЗУ:
- срок службы;
- стойкость к коррозии;
- электрические характеристики;
- качество и удобство монтажа.
Основные характеристики высококачественного омедненного стального стержня:
1. Толщина слоя меди более 250 мкм.
2. Слой меди образует молекулярную, неразрывную связь со сталью.
3. С двух сторон стержня после омеднения нанесена резьба.
4. Соединяться стержни должны латунной муфтой стык в стык.
5. Типоразмеры соответствуют нормативными документами Украины.
Почему это важно?
|
Если не выполняются |
- при установке стержней медь будет сдираться, и металл стержня будет иметь контакт с грунтом и корродировать (корроЗировать); |
|
Если не выполняются п.3 и 4, то: |
- невозможно обеспечить качественное соединение стержней; |
|
Если не выполняется п.5, то: |
- затрудняется задача проектировщика при выполнении проекта и принятие объекта в эксплуатацию. |
Резьба – это функционально очень важный элемент, значительно облегчающий и ускоряющий монтаж. Омедненное резьбовое соединение дает гарантию высокого качества соединения и его защищенность от коррозии при установке на глубину до 42 м (рекорд Watson Telecom). Такая глубина не всегда нужна, но это дает яркую иллюстрацию механических свойств и качества стержня, а также всех других элементов системы заземления WTG по технологии Galmar.
Нанести резьбу после процесса омеднения и сохранить медное покрытие целым, чтобы медь без каких-либо повреждений лежала в каждом витке резьбы – технологически сложно. Сказать, что она не нужна - гораздо проще.
Фотографи медного покрытия стержней Galmar и стержней других производителей после испытаний приведены в Таблице 2.
Таблица 2
Молекулярная связь меди со стальным стержнем +
Резьба нанесенная после омеднения =
КАЧЕСТВО
5.2. Модульность – одно решение в разных условиях.
Универсальность данной технологии обусловлена модульной конструкцией. Это отличительная черта системы заземления WTG. Она делает систему универсальной и позволяет выполнять ЗУ практически в любых условиях.
Под универсальностью подразумевается использование так называемого "конструктора"- набора типовых элементов для сборки ЗУ, максимально адаптированного к условиям любой площадки.
Модульный принцип построения обеспечивает достаточность, т.е. использование ровно стольких деталей "конструктора", сколько необходимо для гарантированного достижения заданных характеристик, так как измерения сопротивления ЗУ выполняются в процессе монтажа и это определяет экономическую целесообразность.
Стальные омедненные цельнотянутые стержни (1) соединяются стык в стык специальными латунными муфтами (2), рис. 1.
Места соединений при монтаже заполняются антикоррозионной токопроводящей пастой, которая обеспечивает защиту места соединения стержней от коррозии и надёжный электрический контакт.
Муфта, омедненная резьба и паста обеспечивают высокое качество соединения, надежно защищают его от коррозии, обеспечивают целостность медного покрытия по всей длине заземлителя.
6. Как преодолеть объективные сложности.
Специалистами Watson Telecom за более чем 10 лет работы были проведены тысячи измерений ЗУ на различных телекоммуникационных объектах операторов стационарной и мобильной связи, ведомственных сетях связи и передачи данных крупных предприятий распределенных по всей Украине. Измерения проводились в различных грунтовых и рельефных условиях по всей территории Украины.
Статистика показывает, что в тех случаях, когда ЗУ выполнялись «хозспособом» по принципу «забить хоть что-нибудь» - значения сопротивления превышали норму в десятки, а иногда и в сотни раз.
Но сейчас хочется обратить ваше внимание, на то, что когда ЗУ были выполнены строителями в строгом соответствии с проектом, проведенные контрольные измерения показали, что достичь требуемого сопротивления, менее 4 Ом, им удалось в 48 % случаях, а когда спецификация на оборудование требовала нормы 2 Ом, достичь ее традиционными методами удавалось в 27 % случаях. Под традиционным методом подразумевается использование угловой равнополочной стали (уголок) или круглой арматуры, которая забивается кувалдой на глубину от 2 до 4 м.
Налицо ситуация, когда выполнение подрядной организацией работ по монтажу ЗУ в соответствии с проектом в 52% случаев, а при норме 2 Ом в 73 % случаев, не приводит к получению необходимого сопротивления растеканию или, другими словами, стоимость монтажа ЗУ, по сравнению со сметной, увеличивается, если сопротивление ЗУ все-таки доводят до нормы.
При проектировании ЗУ базовых станции мобильной связи (БСМС), цифровых АТС, серверных, необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП) действительно существует ряд объективных сложностей:
- нехватка места для проектирования необходимого количества уголков.
- отсутствие в арсенале проектных организаций технологии, которая позволяет оптимально использовать имеющиеся площадки для монтажа ЗУ;
- невозможность использовать точные значения в расчетах, т.к. в справочниках на различные типы грунтов приводятся диапазоны, численные значения внутри которых могут отличаться в разы;
- четырехэлектродный метод измерения удельного сопротивления грунта (Вернера) имеет значительную погрешность (до 20 %);
- слоистость грунта на некоторых объектах, когда точное проведение измерений методом Вернера невозможно;
- резкое увеличение трудоемкости измерений в грунтах с высоким удельным сопротивлением;
- сезонные колебания значения сопротивления (температура, влажность).
Таким образом, сейчас сложилась ситуация, в которой использование угловой равнополочной стали (уголок) или круглой арматуры приводит в 52 % случаях лишь к формальному выполнению проекта, но не позволяет достичь требуемого сопротивления ЗУ или приводит к удорожанию монтажа, если подрядчик приводит сопротивление ЗУ в соответствие с требованиями нормативных документов и технической спецификацией на оборудование.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что:
- необходимо использовать при проектировании и монтаже технологию, которая резко повысит точность проектирования, облегчит и ускорит монтаж, повысит надежность и готовность объекта;
- необходимо системное применение этой технологии для обеспечения единого подхода и повторяемости результатов.
7. Преимущества системы заземления WTG на практике.
Все вышеуказанные преимущества системы заземления WTG по технологии Galmar от Watson Telecom в полной мере проявили себя при выполнении ЗУ на объектах различных телекоммуникационных компаний Украины.
Применение комплектов WTG по технологии Galmar при строительстве и реконструкции телекоммуникационных объектов в 100% случаях позволило получить требуемое сопротивление. Технологичность системы и использование в ней высококачественных компонентов позволяет ускорить процесс монтажа и повысить производительность труда. Применение системы заземления типа WTG на стадии проектирования снижает реальную стоимость выполнения ЗУ на объекте, потому что, стоимость «ЗУ из уголков + дополнительные работы по доведению до нормы сопротивления» выше, по сравнению с теми случаями, когда система заземления типа WTG от Watson Telecom заложены в проект сразу.
Использование системы заземления WTG от Watson Telecom при строительстве и реконструкции объектов связи позволило:
- быстро смонтировать ЗУ с повышенной антикоррозионной защитой и в соответствии с требованиями нормативных документов и технической спецификацией на оборудование.
- уменьшить площадь контура заземления и объём подготовительных земляных работ для его монтажа от 15 до 100 раз;
- устанавливать вертикальный заземлитель на дне колодца кабельной канализации, подвод к распределительному шкафу (РШ) или ввод в здание осуществлять кабелем по каналу (рис. 2);
- устанавливать вертикальный заземлитель в подвальных помещениях, когда нужно обеспечить контроль доступа с целью защиты информации или когда просто нет другого места для монтажа;
- уменьшить число заземлителей контура от 5 до 40 раз;
- установить вертикальный глубинный заземлитель со стабильным сопротивлением растеканию, не зависящим от температуры и влажности.
- при наличии скальных пород, использовать существующую глубину грунта до выхода скальных пород на объекте с максимальной эффективностью рис. 3;
- сократить время на установку ЗУ устройства в от 4 до 15 раз, включая измерения и подготовительные мероприятия.
Комплексное использование системы заземления типа WTG от Watson Telecom при строительстве и реконструкции телекоммуникационных объектов позволило унифицировать подход к монтажу всех видов ЗУ по принципу «разные условия – одно решение» и, тем самым:
- снизить вероятность потерь трафика;
- адаптировать внешние инженерные сети к европейским нормам строительства;
- резко снизить инженерные риски;
- в 100 % случаях получить требуемое сопротивление;
- ускорить процесс монтажа и повысить производительность труда.
Рис. 2 – Выполнение ЗУ на дне колодца кабельной канализации.
Рис. 3 - Выполнение ЗУ при наличии скальных выходов (Карпаты, Крым).
Системы заземления от Watson Telecom уже положительно зарекомендовали себя при использовании на объектах операторов стационарных и мобильных сетей связи, ведомственных сетях.
Комплекты типа WTG компактны, удобны в транспортировке, применимы для монтажа всех видов ЗУ в любых типах грунтов, они позволяют сделать монтаж ЗУ стандартным и универсальным, что повышает их надёжность и значительно облегчит проектирование.
Универсальность и модульность системы позволяет решать вопрос монтажа заземляющего устройства объекта быстро, надежно, экономично в любом регионе Украины. Это по достоинству оценили подрядные организации, которые занимаются строительством и сдачей в эксплуатацию объектов связи.
Экономический эффект от применения системы заземления от Watson Telecom велик – помимо снижения вероятности потерь трафика, увеличения надежности, ускорения процесса монтажа и повышения производительности труда, заказчик имеет гарантированное паспортизированное заземление, не зависящее от погодных условий, с высокой стойкостью к коррозии.
8. Выводы:
1. Применение системы заземления от Watson Telecom на различных телекоммуникационных объектах в 100 % случаях позволило получить требуемое сопротивление при монтаже всех видов ЗУ в любых типах грунтов.
2. Технологичность системы, использование в ней высококачественных компонентов, компактность и удобство в транспортировке позволило сделать это быстро.
3. Использование комплектов WTG:
- облегчает и ускоряет проектирование, монтаж и процедуру проверки при приемке работ;
- позволяет смонтировать ЗУ с повышенной антикоррозионной защитой и в соответствии с требованиями государственных и отраслевых нормативных документов и технической спецификацией на оборудование.
- дает возможность выполнить возросшие требования к сопротивлению и качеству ЗУ, которые предъявляет развитие электроники, телекоммуникационных технологий и компьютерной техники;
- позволяет адаптировать сети связи и передачи данных к европейским нормам строительства, повысить надежность и эффективность передачи данных.
4. Результаты эксплуатации и разносторонние лабораторные испытания позволяют гарантировать высокую надежность и стабильность параметров системы заземления WTG вне зависимости от внешних условий. Срок службы таких заземляющих устройств более 40 лет.
Watson Telecom в настоящее время предоставляет весь спектр оборудования для выполнения заземляющих устройств всех видов и назначений, а также молниезащиты.
Мы также выполняем все виды работ, начиная с изыскательных работ с проведением комплекса измерений, проектирования, монтажа ЗУ, оформления исполнительской документации, заканчивая консультациями и обучением специалистов Заказчика.
После монтажа ЗУ Заказчик получает:
- протокол измерений с заверенной копией свидетельства аккредитации измерительной лаборатории Watson Telecom;
- акт скрытых работ;
- схему ЗУ.
Мы проводим обучение строительно-монтажных организаций, консультируем проектировщиков, проводим контрольные измерения и анализируем статистические данные, для того чтобы оптимизировать подход к построению заземляющего устройства и сделать проектирование, строительно-монтажные работы и эксплуатацию объектов связи простой и эффективной.
Динамичный процесс изменений в отрасли связи требует коррекции подходов и методик проектирования и строительства с учетом новых технологий.
© 2015 Комплекты заземления WTG для монтажа и ремонта всех видов заземляющих устройств