Protection contre la foudre intégrée ou à boulonner pour les passerelles LoRaWAN® extérieures : laquelle choisir ?

Les passerelles LoRaWAN® extérieures n'offrent pas toutes le même niveau de protection contre la foudre. Deux passerelles LoRaWAN® extérieures peuvent être annoncées comme « protégées contre la foudre » dans leurs fiches techniques, mais présenter des comportements très différents lors d'un orage violent. L'une peut continuer à fonctionner, tandis que l'autre peut tomber en panne, entraînant une interruption de service et des réparations.

La principale différence réside dans la conception de la protection, et plus particulièrement dans le nombre de connexions de terre distinctes requises.

Points clés à retenir 

• La protection contre la foudre doit couvrir toutes les interfaces externes.

• La protection intégrée relie toutes les interfaces à une seule masse commune, réduisant ainsi le risque de boucles de masse et de courts-circuits.

• La protection boulonnée augmente les exigences en matière de matériel, la main-d'œuvre d'installation, le nombre de traversées de boîtier et la dépendance à l'égard de l'expertise de l'installateur.

• Pour les sites exposés ou difficiles d'accès, la protection intégrée offre généralement une plus grande fiabilité et un coût total de possession inférieur.

Pourquoi foudre et ESD matière plus que (en fait, presque toutes) équipes attendons. 

Pour les équipements installés sur les toits ou les tours, la foudre, les décharges électrostatiques (DES) et les parasites électriques provenant des câbles d'alimentation et de réseau sont des conditions de fonctionnement courantes. 

L'exposition peut être plus importante dans les régions sujettes à la foudre et sur les sites ouverts ou élevés où les antennes et les structures de support sont fortement exposées. 

Une antenne passerelle installée au point le plus haut d'un site devient l'un des chemins électriques vers la terre les plus intéressants de la zone. 

Il n'est pas nécessaire qu'un impact direct de la foudre soit nécessaire pour endommager un équipement. La foudre à proximité peut induire des tensions et des courants importants dans les câbles et conducteurs connectés. 

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Comment fonctionne la protection contre les surtensions 

La protection contre la foudre offre un chemin de faible résistance vers la terre pour l'énergie des surtensions, la dirigeant ainsi loin des appareils électroniques sensibles. Bien qu'il soit impossible d'empêcher un impact de foudre, la conception du système détermine où l'énergie est déchargée. 

Deux conditions doivent être remplies pour que cela fonctionne : 

1. Le chemin vers le sol doit être facile pour que le courant puisse s'écouler. 
2. Chaque connexion externe doit offrir ce même chemin 

La plupart des conceptions ne parviennent pas à satisfaire à la deuxième condition. 

Une surtension peut se propager par le câble d'antenne, le câble d'alimentation ou le câble de liaison, selon le chemin de moindre résistance. Une protection insuffisante sur une interface quelconque reporte le risque sur le point le plus vulnérable. 

Pour bien comprendre l'importance de la liaison équipotentielle, il est utile d'examiner les systèmes de protection contre la foudre utilisés dans la construction. 

Si un paratonnerre est relié à une prise de terre indépendante plutôt qu'au système de mise à la terre principal du bâtiment, un impact de foudre à proximité peut provoquer une différence de potentiel très importante entre les deux prises pendant une fraction de seconde. L'électricité tend toujours à égaliser cette différence ; elle s'écoule donc directement à travers tout obstacle. 

Les électriciens appellent cela un arc latéral. C'est pourquoi les normes de protection contre la foudre exigent que chaque mise à la terre d'une structure soit reliée à un point de référence commun unique. 

Deux mises à la terre déconnectées créent un espace qui permet au courant de former un arc électrique entre elles, faisant de la seconde mise à la terre une cible potentielle. 

Réduisons maintenant ce concept à l'échelle d'une passerelle. Un parafoudre externe sur le câble d'antenne. Un autre sur la ligne électrique. Un troisième, peut-être, sur la liaison de collecte. Chacun était mis à la terre séparément, par la personne qui l'avait installé ce jour-là. 

Les mêmes principes physiques s'appliquent à plus petite échelle, ce qui entraîne souvent une panne silencieuse. L'appareil tombe généralement en panne au niveau de l'interface la moins protégée. 

Deux approches vous aurez sur le lien  in réal déploiements 

Boulonner (externe) protection 

La plupart des fournisseurs de passerelles omettent la protection contre la foudre et les décharges électrostatiques. La fiche technique recommande l'ajout de parafoudres externes sur l'antenne, la ligne électrique et parfois la liaison de collecte ; ces dispositifs sont vendus séparément et mis à la terre sur site. 

Encastré (des services) protection 

Chaque interface externe est protégée dès sa conception en usine, et toutes les connexions sont reliées à un plan de masse métallique commun à l'intérieur de l'appareil. Dans les conceptions destinées aux opérateurs, ce plan de masse est souvent constitué du châssis qui sert également de dissipateur thermique. 

Les deux approches permettent aux fournisseurs d'affirmer que leurs produits sont « protégés contre la foudre » sur les fiches techniques, mais leurs performances à long terme sur le terrain diffèrent considérablement. 

Lire aussi : Indice de protection IP des passerelles LoRaWAN — Que signifie-t-il réellement en extérieur ? 

Why boulonner protection regards attrayant at premier

Les équipes choisissent souvent cette approche pour des raisons pratiques : 

• Prix ​​de base inférieur pour la passerelle  

• Souplesse  

• Approbation initiale facile  

De plus, les dispositifs de protection contre les surtensions externes sont largement reconnus et acceptés par les normes industrielles. Dans les environnements à faible risque, cette approche peut suffire . Cependant, des compromis apparaissent souvent avec le temps.

Le plein sables moins coûteux of boulonner protection 

L'installation sur site des protections boulonnées représente l'aspect le plus complexe de la conception. Protéger les composants électroniques contre les événements de l'ordre de la microseconde est une tâche exigeante, et cette responsabilité incombe désormais aux installateurs, qui travaillent dans des conditions variables, plutôt qu'aux ingénieurs de l'usine. 

Voici comment cela se traduit en pratique. 

Les coûts matériels s'accumulent par interface. Un parafoudre externe de qualité coûte généralement entre 25 et 50 dollars , et chaque passerelle possède plusieurs interfaces exposées. Ces frais sont donc occasionnés pour chaque interface, sur chaque passerelle et sur chaque site.

Des travaux supplémentaires sur site sont nécessaires , car chaque protecteur doit être installé, câblé et mis à la terre individuellement. Les modèles intégrés éliminent cette étape d'installation. Chaque protecteur supplémentaire nécessite généralement un nouveau passage de câble près du boîtier, créant ainsi une nouvelle ouverture par laquelle l'humidité peut s'infiltrer au fil des ans.

L'efficacité de la protection dépend du savoir-faire de l'installateur. Garantir des connexions à la terre de haute qualité et constantes sur de nombreux sites, malgré l'expérience variable des installateurs, représente un véritable défi.

Lorsque chaque dispositif de protection est mis à la terre séparément, la présence de plusieurs mises à la terre à des tensions différentes peut créer des boucles de masse . Lors d'un impact de foudre à proximité, un courant peut circuler entre ces mises à la terre, court-circuitant la protection et atteignant les composants électroniques.

Il n'existe pas de méthode simple pour vérifier la protection en cours. Les connexions sur le terrain peuvent se corroder ou se desserrer avec le temps, et une mise à la terre défectueuse n'est souvent découverte que lors d'un orage. Le point faible étant généralement une seule connexion à la terre défectueuse, ces systèmes ont tendance à ne pas se dégrader progressivement. Par conséquent, la dégradation peut ne pas toujours être évidente avant qu'une défaillance ne survienne. 

À lire également : Pourquoi l’emplacement de l’antenne de votre radio extérieure est important  

Le math derrière it 

Prenons l'exemple d'une passerelle extérieure typique avec quatre voies exposées : l'antenne LoRa®, l'alimentation électrique, une liaison Ethernet et une antenne de liaison cellulaire. 

Seul le coût du matériel figure sur le devis initial ; les autres dépenses impactent votre budget de fonctionnement. 

En télécommunications, la mise à la terre vise généralement une résistance inférieure à 5 ohms, ce qui signifie que le courant doit pouvoir circuler très facilement vers la terre. Garantir cette résistance de manière fiable sur trois ou quatre lignes de terre installées sur site est bien plus complexe que de la valider une seule fois en usine sur un châssis relié à la terre. 

Comment  intégré protection change le image 

Lorsque la protection est intégrée à la conception d'origine, plusieurs choses s'améliorent simultanément. 

Toutes les interfaces sont prises en charge : radiofréquences, alimentation et liaison de collecte, et pas seulement le port d’antenne. 

Un seul terrain, pas quatre.  

Tout est relié à un seul plan de référence commun, de sorte que les phénomènes de fuite latérale et de boucle de masse décrits ci-dessus ne peuvent se former. 

Le système est validé en tant qu'unité complète. Les tests en usine garantissent que l'ensemble du circuit de protection respecte, voire dépasse, les normes de l'industrie, offrant souvent deux à trois fois la protection minimale requise sans surcoût unitaire. 

L'installation est simplifiée, avec moins de composants et de connexions, ce qui réduit le risque d'erreurs coûteuses. 

Moins d'ouvertures dans l'enceinte. Le nombre d'ouvertures est réduit, car les infiltrations d'eau sont une cause fréquente de défaillance à long terme des équipements extérieurs. Pour les pylônes et les toitures, la mise à la terre en un seul point est privilégiée précisément pour cette raison. Les rapports de terrain provenant de régions exposées à la foudre montrent systématiquement le même phénomène : les défaillances se concentrent là où la mise à la terre est réalisée à partir de plusieurs points distincts, indépendamment du coût des dispositifs de protection individuels.

Le sables moins coûteux côté of le décision 

L'ajout de composants de protection externes engendre des coûts supplémentaires. Lorsqu'ils sont nécessaires, ces composants augmentent le coût du matériel et de l'installation, en plus de celui de la passerelle elle-même. En cas de défaillance de la protection ou de la mise à la terre, la remise en service peut nécessiter le remplacement de l'équipement, l'accès au site et des diagnostics techniques.

Ces coûts supplémentaires ne sont pas mentionnés dans la fiche technique , ce qui peut donner l'impression, au premier abord, que l'option de protection externe est moins chère.

Pour les réseaux conçus pour fonctionner pendant une décennie avec un minimum d'intervention, la protection intégrée se traduit par moins d'interventions sur le terrain , des coûts de maintenance réduits, une durée de vie plus longue des passerelles et un coût total de possession conforme aux projections initiales.

Votre  Réseau Évaluation   

Utilisez cette liste de contrôle pour comparer les portails extérieurs. Toute réponse vague, incomplète ou non étayée doit inciter à des recherches complémentaires. 

1. Quelles interfaces externes incluent une protection contre les surtensions, et à quel niveau ?
Vérifiez que les connexions RF, d'alimentation et de liaison terrestre sont chacune protégées. Demandez au fournisseur de traiter chaque interface séparément. 

2. Combien de connexions de mise à la terre l'installateur doit-il effectuer ?
Une connexion unique et clairement définie indique une architecture de mise à la terre conçue par un professionnel. Plusieurs connexions installées sur site augmentent la complexité de l'installation et le risque de liaisons équipotentielles non conformes. 

3. Chaque circuit de protection est-il relié à un point de masse commun ?
Toutes les interfaces protégées doivent partager la même référence de masse à faible impédance. Idéalement, le châssis de la passerelle sert de point de liaison commun et facilite la dissipation de la chaleur. L'utilisation de fils de masse séparés pour chaque interface doit être considérée comme un signe d'alerte. 

4. Quel est le niveau de protection nominal ?
N’acceptez pas la mention « protection contre les surtensions » comme réponse complète. Demandez le niveau de protection de chaque interface, la norme de test utilisée et les conditions de validation de ce niveau. 

5. Le système de passerelle complet a-t-il été testé ?
Vérifiez si la passerelle entièrement assemblée a été testée en usine en tant que système complet ou si ses performances dépendent de la connexion correcte sur le terrain de composants installés séparément. 

6. Quel est le coût total de l'installation, protection comprise ?
Lors de la comparaison des prix des passerelles, tenez compte des parafoudres externes, des boîtiers, du matériel de montage, des composants de mise à la terre, de la main-d'œuvre pour l'installation et de la maintenance. Une fois ces coûts inclus, une passerelle apparemment moins chère peut ne pas offrir d'économies réelles, ou du moins peu. 

7. La conception nécessite-t-elle des traversées supplémentaires de l'enceinte ?
Chaque entrée de câble, presse-étoupe, connecteur ou dispositif de protection externe ajouté crée un point potentiel supplémentaire d'infiltration d'eau, de corrosion et de défaillance à long terme. 

8. Comment saurez-vous quand la protection se sera dégradée ?
Vérifiez si la passerelle propose des indicateurs d'état, des alarmes, une surveillance à distance ou des intervalles d'inspection et de remplacement définis. Sans méthode de détection claire, le premier signe de défaillance de la protection pourrait être une panne lors de la prochaine tempête. 

Organisateur Ce que à demander pour avant approuvant a porte 

Cette liste de contrôle permet de structurer la discussion technique. Avant tout achat, demandez au fabricant de justifier ses réponses par des documents. 

Une affirmation technique n'est valable que si elle est étayée par des preuves ; il est donc conseillé de demander les informations suivantes avant de finaliser le choix d'une passerelle : 

• Un schéma de liaison montrant comment la protection RF, l'alimentation et la liaison terrestre sont connectées à la terre

• Les valeurs nominales de surtension et les normes de test applicables à chaque interface externe sont listées une par une. 

• Instructions d'installation indiquant chaque connexion de mise à la terre que l'installateur doit effectuer.

• Résultats des tests pour la passerelle entièrement assemblée, et non pour ses composants individuels

• Une liste complète des matériaux, incluant tout matériel de protection externe que la conception suppose que vous achèterez.

• Une méthode documentée pour inspecter, surveiller ou remplacer la protection à mesure qu'elle se dégrade.

Lorsque vous chacun approche fait sens 

La protection par boulonnage peut être un choix raisonnable pour les déploiements de petite taille et à faible exposition : installations intérieures ou abritées, régions peu éclairées, durées de vie de projet courtes ou sites où une équipe interne expérimentée contrôle chaque installation. 

La protection intégrée est la solution la plus efficace lorsque la passerelle est réellement exposée. Cela concerne les unités installées sur des tours ou des toits, les régions sujettes à la foudre, les réseaux distribués installés par des équipes tierces et tout déploiement où une visite sur site est coûteuse ou longue à organiser. 

Plus le coût des visites sur site est élevé, plus la conception de la mise à la terre devient cruciale. 

Final pensée 

L'expression « protection contre les surtensions » peut désigner des architectures de passerelle et d'installation très différentes. La protection intégrée est validée en usine pour l'ensemble du système, tandis que la protection additionnelle dépend de la qualité de chaque installation tout au long du cycle de vie du réseau. Comparez les passerelles LoRaWAN® extérieures et demandez-vous combien de mises à la terre distinctes sont nécessaires pour une protection effective. 

Recherchez une architecture de mise à la terre et de liaison clairement documentée, des niveaux de protection définis et la preuve que la passerelle a été testée pour son environnement prévu. 

Si vous souhaitez discuter de la manière dont cela s'applique à vos sites, en particulier dans les endroits très exposés ou difficiles d'accès, notre équipe est disponible pour vous aider à l'adresse info@tektelic.com.