حماية من التقلبات الكهربائية بجهد 48 فولت تيار مستمر لمحطات الاتصالات الأساسية: اختيار خطوط الطاقة والإشارات

1. لماذا تكون محطات القاعدة عرضة للارتفاعات المفاجئة في الجهد؟

تجمع محطة قاعدة الاتصالات ثلاثة عوامل تُعرِّضها لارتفاعات الجهد المفاجئة: برجٌ مرتفع، ومسارات كابلات خارجية طويلة، وإلكترونيات حساسة تعمل بجهد مستمر −48 فولت مثبتة في خزانة أسفل البرج. يؤدي نشاط البرق القريب من البرج إلى حدوث تيارات عابرة في مغذيات الهوائيات ومصادر التغذية الكهربائية وكابلات الإشارات على حد سواء، بينما تُضاف إلى ذلك زيادة أخرى في جهود التيار الكهربائي الناتجة عن عمليات التبديل في شبكة التغذية المحلية. التخطيط حماية من التيار الزائد لمحطة القاعدة لذلك يعني النظر إلى كل خط يدخل إلى الخزانة، وليس فقط إلى مصدر التيار الكهربائي.

2. نقاط الحماية الأربع للموقع

من المفيد تقسيم الموقع إلى أربع نقاط حماية: مصدر التيار المتردد الداخل إلى المقوم، وتوزيع التيار المستمر بجهد −48 فولت داخل الخزانة، والموصلات الخارجية وخطوط الاتصال عند نقطة دخولها، بالإضافة إلى منافذ المعدات نفسها. تشهد كل نقطة نوعًا مختلفًا من الدوائر، وجهدًا ومستوىً للاندفاعات الكهربائية، ولذلك يُنصح عادةً بتوافق كل نقطة مع جهاز حماية خاص بها.

يوضح التخطيط الشبكي أدناه كيفية ترتيب هذه الطبقات معًا، بدءًا من البرج وموصلات الإدخال الخارجية، مرورًا بمدخل الخزانة وحافلة التيار المستمر، وصولًا إلى معدات الراديو والإرسال.

3. خط التيار المستمر بجهد 48 فولت

عادةً ما يكون الجانب المُتّصل بالتيار المستمر في محطة القاعدة عبارة عن حافلة كهربائية بجهد اسمي قدره −48 فولت، يتم تغذيتها بواسطة مقومات كهربائية ومدعومة ببنك بطاريات يعمل في وضع التعويم. A جهاز حماية من التيار الزائد بجهد 48 فولت تيار مستمر يُركَّب على هذه الحافلة — عادةً عند مخرج المقوم أو في لوحة توزيع التيار المستمر، وكذلك عند نقطة وصول مصدر التغذية بالتيار المستمر إلى كل حجرة معدات.

تختلف تطبيقات التيار المستمر عن تطبيقات التيار المتناوب من ناحية عملية واحدة: فالقوس الكهربائي في التيار المستمر لا يعبر نقطة الصفر الطبيعية، ولذلك تُحدَّد مواصفات أداء جهاز الحماية من حيث الانقطاع وسلوك التيار اللاحق بشكل مختلف. ولهذا السبب، فإن جهاز الحماية المخصص لدوائر التيار المتناوب لا يُعدّ عادةً بديلاً مناسباً للاستخدام في شبكة التيار المستمر. أما أجهزة حماية التفريغ الكهروستاتيكي (SPDs) الخاصة بأنظمة التغذية بالتيار المستمر منخفض الجهد فتندرج تحت معيار IEC 61643‑41، الذي ينطبق على الأجهزة المتصلة بدارات التيار المستمر ذات الجهد المقنن حتى 1500 فولت مستمر.

4. جهد التشغيل والقطبية: يُرجى التأكد أولاً

اثنان من المعايير يحددان ما إذا كان… حامي DC يمكن حتى تركيبه في موقع معين. أولًا، نطاق الجهد التشغيلي: ففي حالة ناقل الجهد الاسمي −48 فولت، يرتفع الجهد فعليًا أثناء الشحن الثابت (وعادةً إلى نحو −54 فولت)، ولذلك يجب أن يكون الجهد الأقصى المستمر لجهاز الحماية أعلى من أعلى جهد مستمر للتيار المستمر في النظام، وليس مجرد أعلى من القيمة الاسمية.

الثاني هو اتجاه القطبية و convention التوصيلات الكهربائية. تُعد أنظمة الاتصالات التي تعمل بجهد −48 فولت عادةً ذات أرضيّة موجبة، إلا أن هناك أيضًا تكوينات ذات أرضيّة سالبة وأخرى عائمة، كما يعتمد توصيل جهاز الحماية بالأرض على النمط الذي يعتمده الموقع. ونظرًا لأن هذا يختلف باختلاف المشغل والمنطقة، ينبغي التأكد من اتجاه القطبية ونوع التوصيلات من خلال وثائق الموقع قبل طلب أي طراز.

يجب التأكد من جهد التشغيل، وقطبية/نمط التوصيل، وواجهة الإشارة، وحالة التأريض قبل اختيار الطراز. هذه المعايير تختلف من موقع لآخر ولا يمكن افتراضها استنادًا إلى ملصق الجهد الاسمي −48 فولت وحده.

5. مغذيات الأماكن المفتوحة وخطوط الاتصالات

تُعدّ المغذيات المحورية التي تمتد بين هوائيات قمة البرج والخزانة من أكثر الموصلات عرضةً للتعرّض على الموقع. وعادةً ما تُركّب أجهزة حماية خطوط المغذيات عند قاعدة البرج وعند مدخل الكابل إلى الخزانة، مع ربط درع المغذي بنظام التأريض الخاص بالموقع على طول مساره. أما المسارات التي تستخدم الألياف الضوئية فقط فتُزيل هذا التعرّض الكهربائي، إلا أن أي مكوّن معدني — مثل نظام القياس عن بُعد RS‑485، أو الخطوط المؤجرة E1/T1، أو شبكة إيثرنت المتصلة بوحدة الإرسال — يعيد إدخاله.

يجب أن يمر كل كابل إشارة خارجي يدخل إلى الخزانة عبر جهاز حماية عند نقطة الدخول، وذلك لتحويل التيار العابر قبل وصوله إلى رف المعدات بدلاً من داخله.

6. مدخل الخزانة مقابل نهاية المعدات

كما هو الحال في التركيبات الموزعة الأخرى، يُعتمد عادةً ترتيب حماية متعدد الطبقات في موقع التيار المستمر. إذ تتولى طبقة دخول الخزانة معالجة الطاقة الواردة من الخارج، بينما يلتقط طرف المعدات ما ينتقل عبر الأسلاك الداخلية. بالنسبة لـ جهاز حماية من الارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي للاتصالات على خط البيانات، يُعدّ وجود جهازين من هذا النوع ممارسة شائعة: أحدهما عند نقطة دخول الكابل الخارجي، والآخر جهاز بقدرة أقل عند منفذ المعدات حيث تنصّ عليه ورقة المواصفات.

تُعدّ هذه الطبقات مهمة أيضًا، إذ إن التيار المفاجئ الذي يدخل في أحد الخطوط قد يظهر مجددًا في خطوط أخرى عبر الحافلة المستمرة للتيار المباشر أو شبكة الربط. وعادةً ما يكون حماية مسارات الطاقة والإشارات كمنظومة أكثر فعالية من حماية مسار واحد بمعزل عن الآخرين.

7. اختيار جهاز حماية من الارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي لخطوط الإشارة

يتم اختيار حماة الإشارات وفقًا للواجهة، وليس وفقًا لقيمة القدرة. السؤال الأول يتعلق بالواجهة المادية — RJ45، E1/T1، RS-485، كابل محوري أو جهة اتصال جافة — إذ إن لكل منها موصلها الخاص، وتوزيع الأطراف، ودائرة الحماية الخاصة بها. أما السؤال الثاني فيتعلق بالمواصفات الكهربائية: جهد التشغيل للخط، مستوى الإشارة، وبالنسبة لخطوط البيانات، معدل نقل البيانات إلى جانب ميزانية فقدان الإدخال والعودة.

يتم معالجة الحمايات المتصلة بشبكات الاتصالات والإشارات بواسطة آي إي سي 61643-21 ، والذي يشمل أيضًا الشبكات التي تنقل الطاقة عبر الخط نفسه، مثل تقنية الطاقة عبر الإيثرنت. وكما هو الحال مع معدل البيانات، ينبغي قراءة جهد الخط المدعوم لأي طراز محدد من ورقة البيانات الخاصة به بدلاً من استنتاجه من نوع الموصل.

8. جدول معلمات الطاقة والإشارة

مواقع التمثيل فقط؛ عادةً ما يتم تأكيد المنتج المناسب للموقع المحدد من قبل مهندس بالاستناد إلى ورقة البيانات والمخطط الأحادي الخط الخاص بالموقع.

9. ظروف التأريض

يعتمد كل جهاز حماية في الموقع على جودة اتصاله بالأرض. عادةً ما تُربط إطار الخزانة، ومرجع بس التيار المستمر، وأرضيات أجهزة الحماية من التفريغ الكهربائي للمغذيات، وأرضيات المعدات، بمصدر مرجعي واحد منخفض الممانعة، وفقًا لتصميم التأريض الذي يعتمده المشغل. وعندما يكون جهاز الحماية بعيدًا عن شريط الربط، فإن طول السلك الإضافي قد يؤدي إلى تراجع أدائه؛ لذلك يُعدّ توجيه موصل الأرض جزءًا من عملية الاختيار وليس أمرًا ثانويًا يُضاف لاحقًا.

10. كيفية التحديد لموقع ما

يمكن عادةً مطابقة الاستفسار مع النماذج المناسبة عندما يُذكر:

• الجهد المستمر الموجود فعليًا على الحافلة، بما في ذلك قيمة الشحن العائم، وقطبية التأريض.
• أنواع الواجهات الخاصة بكل كابل إشارة خارجي يدخل إلى الخزانة.
• تخطيط الموقع — موقع البرج، وموقع الخزانة، وأطوال مسارات الكابلات، وترتيب التأريض القائم.
• أي معيار تشغيلي أو وطني يجب أن تلتزم به المنشأة.

11. الأسئلة الشائعة

هل يمكن لواحد من أجهزة حماية التيار المتردد بجهد 48 فولت تغطية محطة القاعدة بأكملها؟

ليس عادةً. فحافلة التيار المستمر، ومصدر التيار المتردد، والموصلات الفرعية، وخطوط الإشارات هي دارات منفصلة ذات جهود وواجهات مختلفة، ويُزوَّد كل منها عادةً بجهاز حماية خاص به. يحمي جهاز الحماية من التفريغ الكهربائي للتيار المستمر مسار الطاقة؛ ولا يحل محل حماية الموصلات الفرعية أو خطوط الإشارات.

لماذا تُعدّ القطبية مهمة في نظام بجهد −48 فولت؟

تُعدّ أنظمة التيار المستمر في قطاع الاتصالات عادةً ذات أرضيّة موجبة، إلا أن هناك أيضًا تكوينات ذات أرضيّة سالبة وتكوينات عائمة. يعتمد اتصال جهاز الحماية بالأرض — وفي بعض التصاميم، ترتيب دوائره الداخلية — على هذا النمط؛ لذا يتم التأكد من القطبية وترتيب الأسلاك من خلال الوثائق الميدانية قبل الطلب.

هل يُعدّ مانع التفريغ الكهربائي المزود بالتيار المتردد بديلاً مقبولاً في ناقل التيار المستمر بجهد 48 فولت؟

بشكل عام، لا. لا يمر قوس التيار المستمر عبر نقطة انعدام الجهد الطبيعية، ولذلك قد لا يتمكن جهاز مصمم للاستخدام مع التيار المتردد من فصل الدائرة أو العمل بشكل صحيح في دائرة تيار مستمر. وبدلاً من ذلك، عادةً ما تُستخدم أجهزة الحماية المصنفة للاستخدام في أنظمة التيار المستمر، والتي تم اختبارها وفقاً للمعيار IEC 61643‑41.

أي معيار يُطبَّق لحماية خطوط الإشارة في محطة القاعدة؟

يتم تناول الحمايات المتصلة بشبكات الاتصالات والإشارات في المعيار IEC 61643-21، بما في ذلك الخطوط التي تحمل الطاقة مثل تقنية PoE. ويُشار إلى جانب التيار المستمر للطاقة على أنه آي إي سي 61643-41 ، وتزويد التيار المتردد وفقًا للمعيار IEC 61643-11.

أين ينبغي تركيب حامي خط التغذية؟

يُطبَّق حماية المغذي عادةً عند طرف البرج، وكذلك عند مدخل كابل الخزانة، مع ربط درع المغذي بنظام التأريض في الموقع على طول المسار. وتختلف المجموعة الدقيقة وفقًا لنوع الموصل ونطاق التردد المستخدم.

ما المعلومات المطلوبة لتأكيد النموذج؟

جهد التيار المستمر بما في ذلك شحن التعويم وقطبية التأريض، وأنواع وصلات كابلات الإشارات الخارجية، وتخطيط الموقع. وبهذه المعلومات، يمكن للمهندس مراجعة توافق المنتج مع مواصفات البيانات والمخطط الأحادي الخط.