Blog

Hoe Bliksemafleiders Werken om Communicatiesystemen te Beveiligen

Inzicht in Voltagepieken in Communicatienetwerken

Werkingsprincipe: Afleiden van hoogspanningstransienten naar aarde

Bliksembeveiligingen werken door een pad met de minste weerstand naar aarde te bieden wanneer er sprake is van een overspanningsituatie. Wanneer componenten zoals gasontladingsbuizen te veel spanning detecteren, beginnen zij in ongeveer 25 nanoseconden te ioniseren en kunnen transientstromen van ongeveer 100 kiloampère verwerken voordat deze veilig naar aarde worden afgevoerd. Onderzoeken naar overspanningsbeveiliging hebben aangetoond dat deze snelle reactie de normale bedrijfsspanningen goed onder het niveau houdt dat gevoelige elektronische apparatuur zou kunnen beschadigen. Veel moderne systemen gebruiken een meertrapsaanpak die traditionele vonkbruggen combineert met metaaloxide-varistors. Deze combinaties pakken zowel plotselinge spanningspieken als langdurige overspanningsomstandigheden vrij effectief aan in verschillende industriële toepassingen.

Responstijd en clampspanning: Belangrijke prestatiekenmerken voor bliksembeveiligingen

Goede overspanningsbeveiliging hangt echt af van overspanningsafleiders die binnen minder dan 100 nanoseconden kunnen reageren, terwijl ze hun klemspanningen op een niveau houden dat de apparatuur aankan. Voor telecommunicatieapparatuur in het bijzonder blijven hoogwaardige modellen onder de 1,5 kV klemspanning. We hebben gezien dat modellen met UL 1449-certificering standhielden tegen ongeveer 15.000 gesimuleerde overspanningen, wat ingenieurs vertrouwen geeft bij het specificeren van deze componenten. De meeste experts zijn het erover eens dat het instellen van de klemspanning tussen de 130 en 150 procent van de maximale systeemspanning het beste werkt. Dit bereik biedt degelijke bescherming tegen spanningspieken zonder de signaalkwaliteit al te veel te beïnvloeden, iets waar netwerkoperatoren veel belang aan hechten om de servicebetrouwbaarheid te behouden.

Belangrijke toepassingen van bliksemafleiders in telecommunicatie-infrastructuren

Bescherming van telecommunicatietorens tegen directe en geïnduceerde bliksemontladingen

Communicatietorens hebben te maken met twee hoofdproblemen als het gaat om bliksem: directe inslagen en vervelende geïnduceerde overspanningen door bliksemschichten in de buurt. Wanneer arresters correct geplaatst zijn bovenaan deze torens, vangen ze volgens onderzoek dat vorig jaar gepubliceerd werd door IEEE ongeveer 90% van die directe inslagen op, waardoor enorme elektrische stromen van meer dan 50 kiloampère naar het aardingsysteem worden afgeleid. Geïnduceerde overspanningen zijn echter een ander verhaal. Deze veroorzaken ongeveer 37 procent van alle apparatuurschade op torens, maar ook hier werken kwalitatief goede arresters uitstekend, doordat ze de plotselinge spanningspieken beperken tot ongeveer 500 volt of minder, wat gevoelige elektronica in de basisstations beschermt. Uit gegevens van de Federal Communications Commission in hun meest recente bevindingen uit 2023 blijkt dat torens met adequaat arrester-beveiliging bijna 78% minder storingen door overspanningen hadden vergeleken met torens zonder enige vorm van bescherming. Dat maakt een overtuigend pleidooi voor investering in dit soort veiligheidsapparatuur.

Surgebeveiliging voor buitenantennes en coaxkabels

Buitenantennes en coaxkabels vormen de belangrijkste ingangspunten voor spanningspieken, waarbij 80% van de schade aan signaalkabels optreedt binnen 100 meter van deze componenten. Moderne bliksemafleiders voor communicatiepoorten zijn ontworpen met:

• <6 ns responstijd om spanningspieken te dempen voordat apparatuur beschadigd raakt
• Frequentiecompatibiliteit tot 6 GHz om signaalverlies te voorkomen
• Minimale stroomcapaciteit van 20 kA bij een piekbelasting

Deze specificaties zorgen voor ononderbroken werking tijdens stormen, terwijl ze minder dan 0,5 dB invoegverlies behouden bij 5G-frequenties.

Geïntegreerde beveiligingsstrategieën: Combinatie van structuurmasten met elektronische afleiders

Toonaangevende telecomaanbieders implementeren gelaagde verdedigingssystemen:

Beschermende laag	Functie	Prestatiemetrica
Structuurmasten	Vangen directe inslagen op	95% slagcapturend vermogen
Perimeterontladingsapparaten	Leid bulkenergie af	100 kA stroomstootcapaciteit
SPD's op apparatuurniveau	Fijne spanningsbegrenzing	<1.500 V doorgelaten spanning

Deze meertrapsstrategie verlaagde de door stroomstoten veroorzaakte stilstand met 63% tijdens een 12-maanden durend onderzoek naar 150 mobiele basissites (CTIA 2024). Belangrijke succesfactoren zijn een lage aardingsweerstand (<5 Ω) en het in stand houden van minimaal 30 meter geleiderafstand tussen de beveiligingslagen.

Beoordeling van specificaties van bliksemafleiders voor betrouwbare overstroombeveiliging

Capaciteit voor stroomstoten en energieabsorptieratings

Overspanningsbeveiligingen moeten stroomstoten van meer dan 100 kiloampère kunnen beheren volgens de IEC-normen uit 2023, en dat alles terwijl ze hun structurele integriteit behouden. Wat betreft energiecapaciteit, meten we dit in joule, wat eigenlijk aangeeft hoeveel elektrische schok een apparaat kan verdragen voordat het begint te defecteren. Neem bijvoorbeeld kustgebonden telecommunicatiestations waar blikseminslagen vaak voorkomen. Veldtests tonen aan dat wanneer monteurs kozen voor beveiligingen met een rating van ten minste 40 kilojoule in plaats van goedkopere opties, zij ongeveer 72 procent minder problemen zagen veroorzaakt door spanningspieken. Dat is logisch, aangezien deze gebieden voortdurend bedreigd worden door weersgerelateerde elektrische storingen.

Bedrijfsfrequentie aanpassen om signaaldegradatie te voorkomen

Het kiezen van de juiste arrestors voor de systeemfrequentie is in de praktijk zeer belangrijk. Bij het werken met RF-apparatuur die op 900 MHz draait, hebben we arrestors nodig die een impedantie van minder dan 0,5 ohm vertonen bij die specifieke frequentie, om vervelende signaalreflecties te voorkomen. Een recent veldonderzoek uit 2022 toonde precies aan hoe slecht de situatie kan worden wanneer er een mismatch optreedt – mensen zagen ongeveer 18% signaalverlies bij diverse 5G small cell-installaties. De meeste ervaren ingenieurs zullen je vertellen dat het hanteren van frequentieselectieve klemtechnieken het grootste verschil maakt voor het behoud van schone, betrouwbare hoogwaardige datatransmissies zonder prestatieverlies.

Marketingclaims versus prestaties in de praktijk: wat de gegevens zeggen

Sommige bedrijven beweren dat hun producten volledige bescherming bieden tegen blikseminslagen, maar tests in de praktijk vertellen een ander verhaal. Ongeveer één op de vier overspanningsafleiders haalt de beloofde voltage specificaties niet wanneer ze worden blootgesteld aan de herhaalde stroomstoten die we tijdens echte onweersbuien zien (dit vond UL uit in 2023). Kijken naar wat er in de praktijk gebeurt, helpt om duidelijkheid te krijgen. Op 47 verschillende telecomlocaties verspreid over het land bleef apparatuur met correcte certificeringsmarkeringen zoals IEC 61643-11 gedurende vijf jaar operationeel in ongeveer 89% van de gevallen. De niet-gecertificeerde apparatuur? Daar ziet het beeld minder rooskleurig uit. Bij die installaties daalde de betrouwbaarheid tot slechts 54%. Dit verschil tussen gecertificeerde en niet-gecertificeerde producten maakt duidelijk waarom slimme bedrijven altijd moeten controleren op daadwerkelijke laboratoriumresultaten voordat ze grote aankoopbeslissingen nemen.

Bewezen Effectiviteit en Best Practices bij de Inzet van Bliksemafleiders

Casestudy: Voorkomen van Stroomschade in een Landelijke Telecommodule

In een klein telecommunicatiegebouw op het platteland van Nebraska hadden ze vroeger te maken met ongeveer 12 apparatuurstoringen per jaar veroorzaakt door spanningspieken, voordat ze een adequaat beveiligingssysteem installeerden. Nadat ze bliksemafleiders hadden aangebracht langs de coaxkabels en aan de voet van hun masten — specifiek modellen van Klasse I die geschikt zijn voor stroompieken van 100 kA — en ervoor zorgden dat alles goed was geaard, veranderde de situatie drastisch. Gedurende drie opeenvolgende stormseizoenen waren er volgens hun onderhoudslogboeken helemaal geen incidenten meer door spanningspieken. De spanningspieken bleven tijdens deze periode onder de 6 kV, wat ver beneden het niveau ligt dat de meeste netwerkapparatuur zoals routers en switches zou kunnen beschadigen. Dit soort beveiliging maakt echt een groot verschil bij het soepel laten verlopen van de bedrijfsvoering tijdens die onvoorspelbare zomerstormen.

Data-inzicht: 78% reductie in apparatuurstoringen na installatie van bliksemafleiders (FCC-rapport)

Volgens een studie die in 2022 door de FCC werd uitgevoerd onder ongeveer 450 verschillende mastlocaties, was er sprake van een aanzienlijke daling in apparatuurdefecten veroorzaakt door blikseminslagen nadat zij arrestors volgens IEEE 1410 hadden geïnstalleerd. De cijfers lieten een totale daling van ongeveer 78% zien. Waardoor werkten deze nieuwe arrestors zo goed? Voornamelijk omdat ze bijna direct reageren binnen fracties van een microseconde en spanningspieken onder controle houden met verhoudingen die onder de 2 op 1 blijven. Dat is aanzienlijk beter dan de oude gasontladingsbeveiligingen, wat leidt tot ongeveer 40% betere bescherming. En dan komt het beste: wanneer technici afgeschermde kabels combineerden met deze moderne arrestors, daalde de foutfrequentie ook sterk. We hebben het dan over gemiddeld slechts een half incident per jaar op elke locatie.

Strategie: Gelaagde Overspanningsbescherming met gebruik van primaire en secundaire verdedigingsfasen

Toonaangevende operators gebruiken een tweefasig beschermingsmodel:

1. Primaire Bescherming : Blitzafleiders op elke 50 meter onderscheppen directe inslagen, terwijl afschermmoffen geïnduceerde overspanningen afleiden voordat ze kritieke infrastructuur bereiken
2. Secundaire bescherming : Multistage overspanningsbeveiligingen (SPDs) beperken resterende transients tot onder de 1,5 kV

In een case study van een 5G-backhaulnetwerk verminderde deze aanpak de blootstelling aan overspanningsenergie met 94%, waarbij de primaire systemen 90% van de energie opvingen en secundaire afleiders de rest beheerden. Jaarlijkse verificatie van aardingsweerstand—voortdurend gehandhaafd onder de 5 Ω—was cruciaal voor langetermijnwerking.

FAQ Sectie

Waar worden bliksembeveiligingen voor gebruikt?

Bliksembeveiligingen worden gebruikt om communicatiesystemen te beschermen tegen hoogspanningspieken veroorzaakt door blikseminslagen.

Hoe snel kunnen bliksembeveiligingen reageren?

Bliksembeveiligingen kunnen binnen minder dan 100 nanoseconden reageren om apparatuur te beschermen tegen spanningspieken.

Waarom is aarding belangrijk in bliksembeveiligingssystemen?

Goede aarding zorgt ervoor dat de enorme elektrische stromen veilig naar de grond worden afgeleid, waardoor het risico op schade aan gevoelige apparatuur wordt geminimaliseerd.

Zijn alle bliksemafleiders even effectief?

Nee, de effectiviteit van bliksemafleiders kan variëren. Modellen met de juiste certificeringen presteren over het algemeen aanzienlijk beter in praktijktests.