Überspannungsschutz für Wimax-Antennenanlagen
Damit der Blitz nicht in die Leitung fährt
Um Wimax-Antennenanlagen bei Gewitter und anderen Überspannungsereignissen vor Zerstörung zu bewahren, ist ein Blitzschutz- und Potenzialausgleichssystem notwendig. Dieses sorgt für die Ableitung der hohen Blitzströme. Darüber hinaus muss der Planer für die einzelnen Verkabelungsstrecken geeignete Überspannungsschutzgeräte auswählen, die die Antennensignale möglichst wenig beeinflussen.
Um die Wirksamkeit des Überspannungsschutzes nicht zu beinträchtigen, müssen Antennenanlagen
generell gemäß DIN VDE 0855 Teil 300 in den Blitzschutz und Potenzialausgleich integriert werden.
Daraus folgt, dass alle berührbaren elektrisch leitfähigen Teile einer Antennenanlage in geeigneter
Weise in den Potenzialausgleich einbezogen werden müssen. Dabei muss der Planer auch die
Blitzschutzklasse des Gebäudes berücksichtigen.
Ist ein Gebäude nicht mit einer Blitzschutzanlage nach VDE 0185 ausgerüstet, muss der metallene
Antennenmast – das Antennentragwerk – nach VDE 0855 Teil 300 geerdet werden. Telekommunikations-
und Versorgungsleitungen, die mit der Antenne verbunden sind, beeinflussen die Schutzwirkung der
Blitzschutzanlage. Denn es könnten Blitzteilströme über die Antenne in diese Kabelstrecken
gelangen. Daher müssen auch alle metallischen Teile des Telekommunikationskabels am Anschlusspunkt
der Antennenanlage zum Telekommunikationsnetz in den Potenzialausgleich einbezogen und geerdet
werden. Bei Signal- und Versorgungsleitungen erfolgt die Anbindung an den Potenzialausgleich mit
Überspannungsschutzgeräten, die meist in den Leitungszug integriert werden. Diese Geräte sollten
der IEC 61643-21 (VDE 0845 T3-1) entsprechen.
Grundlage für eine sinnvolle Überspannungsschutzmaßnahme in Wimax- (Worldwide Interoperability
for Microwave Access) und Mobilfunkanlagen ist das Schutzzonenkonzept, das sowohl Signal- wie auch
Stromversorgungsleitungen berücksichtigt. Die Schutzzonen definieren das jeweilige
EMV-Gefährdungspotenzial. So ist die stärkste elektromagnetische Beeinflussung, die zum Beispiel im
Außenbereich von Mobilfunkgebäuden zu erwarten ist, als Zone 0 definiert. In der höchsten
Schutzzone 3 muss der Blitzschutzplaner dafür sorgen, dass dort deutlich geringere Beeinflussungen
auftreten. Hier befinden sich die IT-Systeme sowie empfindliche Elektronikgeräte. Sender und
Empfänger von Basisstationen beispielsweise haben oft hohe Sicherheitsanforderungen im Hinblick auf
den Überspannungsschutz, aber nicht immer. Entsprechend wichtig ist hier die richtige Einordnung im
Schutzzonenkonzept.
Überspannungsschutzgeräte
An den Übergängen der einzelnen Schutzzonen sorgen Überspannungsschutzgeräte an allen aktiven
Leitungen für einen Potenzialausgleich. Darüber hinaus minimieren diese Geräte Einkopplungen aus
einem gegebenenfalls parallel verlegten Stromversorgungskabel in die Sendeleitung.
Überspannungsschutzgeräte sind besonders wichtig, wenn Leitungen von außen in ein Gebäude
eingeführt werden. Um zwischen den Potenzialausgleichssytemen der Schutzzonen hohe
Spannungsdifferenzen zu vermeiden, sollte der Planer hier möglichst kurze Strecken wählen. Die
Wirksamkeit eines Überspannungsschutzgeräts hängt somit in hohem Maße von der fachgerechten
Installation ab.
Ferner ist zu berücksichtigen, dass jedes Schutzgerät in einer Verbindung das Signal dämpft. Um
die HF-Übertragung so wenig wie möglich zu beeinflussen, sollten sie deshalb an das
Signalübertragungssystem angepasst sein. Das betrifft nicht nur die Einfügedämpfung der Geräte,
sondern auch ihre Impedanz. Eine Impedanzanpassung sorgt dafür, dass an jedem Kabelübergang, also
an jeder Stoßstelle, das Signal möglichst wenig reflektiert wird. Fließt nämlich ein erheblicher
Anteil des Signals zum Sender zurück, kommt es an der Stoßstelle zu einer Verlustleistung, die der
Sender zusätzlich erzeugen muss, damit der Empfänger ein akzeptables Signal erhält. Der
Reflexionsfaktor "R" eines Überspannungsschutzgeräts hat also einen erheblichen Einfluss auf
Signalqualität und Verlustleistung. Deshalb sollten die Geräte höchstens ein R von 1,2 aufweisen
und Dämpfungswerte von maximal 0,2 dB.
Breitbandschutz und
? /4-Technik
Wimax nutzt weltweit Frequenzen zwischen 2,4 und 5,9 GHz. Um nicht für jede Frequenz ein
separates Schutzgerät einsetzen zu müssen, ist ein Breitbandschutz sinnvoll. Dabei sollten die
Geräte dennoch die Anforderungen bezüglich Dämpfung und Reflexion erfüllen.
Neben der guten Anpassung an die Datenübertragung ist der Schutzpegel ein weiterer wichtiger
Faktor. Überspannungsschutzgeräte, die mit der ?/4-Technik ( ?: Lambda als Maß für Wellenlänge)
ausgerüstet sind, stellen im Frequenzband der Überspannung einen Kurzschluss dar und können so
schon bei 11 V die Spannung begrenzen.
Selbst Blitzströme bis 50 kA können solche Systeme ableiten, ohne dass das Schutzgerät
überlastet wird. Hierzu ist es mit einem zusätzlichen Abzweig (Ausbuchtung des Geräts) ausgerüstet,
dessen Länge einem Viertel der Wellenlänge der Mittenfrequenz des zu übertragenden Frequenzbands
entspricht. Für dieses Band wirkt der Ableiter dann als Bandpassfilter.
Der Planer sollte dabei jedoch berücksichtigen, dass die Sendeelektronik bei einem System,
dessen Antennenkabel mit einem ?/4-Überspannungsschutz ausgestattet sind, nicht mit Gleichspannung
versorgt werden kann.
Lesen Sie mehr zum Thema
