Четыре шага в построении системы молниезащиты

Эксперты рекомендуют комплексно подходить к проектированию молниезащиты. Как отметил д. т. н., профессор Эдуард Меерович Базелян, она должна включать правильную организацию защиты от прямых ударов молнии, оптимизацию системы транспортировки тока к заземлителям, рациональное устройство и расположение заземляющих электродов. В совокупности данные шаги существенно ослабят электромагнитное поле атмосферного разряда и снизят грозовые перенапряжения вплоть до безопасного уровня.

Шаг первый: оптимальная трассировка
Комплексная молниезащита состоит из двух частей:

 - внешней системы, включающей молниеприёмники, токоотводы, заземлители, которая принимает разряд молнии в объект или предотвращает с вероятностью до 98 % последствия, связанные с прямым ударом. Может быть пассивного (традиционный молниеотвод) или активного (перехватывающего молнию) типа;
 - внутренней системы, которая защищает от вторичных воздействий молнии и состоит из элементов экранирования, уравнивания потенциалов, устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

При проектировании молниезащиты важно обратить внимание на её расположение относительно инженерных сетей здания. Если рядом с заземлителем проходят подземные коммуникации, то на небольших расстояниях они получают потенциал от заземлителя и играют роль проводника, принимая на себя часть разряда молнии. Передача высокого напряжения особо сильна в случае трубопроводов, выполненных из труб с хорошо проводящей жидкостью внутри.

Также при проектировании молниезащиты важно помнить о правильной пространственной ориентации электрических цепей. Следует размещать цепь перпендикулярно пути тока молнии, так как в этом случае перенапряжение намного меньше, чем при параллельном расположении.

источник - здесь (https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/4693/)

---

ps- роль снижения потенциалов выполняет присоединение всех входящих трубопроводов к ГЗШ на вводе в здание.

Шаг второй: расчёт необходимого количества токоотводов
Роль токоотводов заключается в транспортировке тока молнии от молниеприёмника к заземлителю. В соответствии с инструкцией Минэнерго России по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций СО 153-34.21.122-2003, частота размещения молниеотводов по наружному периметру здания зависит от избранного уровня защиты.

Нормативные материалы, используемые при проектировании, монтаже и сертификации (категорировании) молниезащиты:

 - «Инструкция по молниезащите зданий и сооружений» (РД 34.21.122-87);
 - «Инструкция по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» (СО-153-34.21.122-2003);
 - ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010. Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы;
 - ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010. Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2. Оценка риска;
 - МЭК 62305-3-2010. Защита от атмосферного электричества. Часть 3. Физические повреждения зданий, сооружений и опасность для жизни;
 - МЭК 62305-4-2010. Защита от молнии. Часть 4. Электрические и электронные системы в зданиях (сооружениях);
 - Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание (утв. приказом Минэнерго РФ от 8 июля 2002 г. № 204).

Однако количество токоотводов, предлагаемых нормативами, недостаточно, если рассматривать влияние электромагнитного поля на электрические сети здания. Увеличение числа токоотводов приводит к уменьшению электродвижущей силы магнитной индукции, возбуждаемой магнитным полем в любом контуре (кабели компьютеров, цепи управления микропроцессорной техникой).

Рассмотрим объект в виде кругового цилиндра диаметром 50 м с вертикальными молниеотводами, размещёнными с равным шагом на внешней стороне стены. Возьмём произвольную точку, расположенную на расстоянии 17 м от центра, и определим влияние на неё магнитного поля при различном количестве токоотводов. При минимально допустимых двух токоотводах отношение напряжённости H к полному току молнии I в выбранном месте приближается к 10-2 м-1. При использовании 24 молниеотводов H/I = 10-5 м-1, причём по направлению к центру цилиндра, данное значение будет снижаться. Пример показывает, что при большом количестве токоотводов магнитное поле существенно лишь около стен, а во внутреннем объёме здания стремится к нулю.

В обычных условиях — для прямоугольного строения — число токоотводов должно быть ещё выше. Поэтому необходимо использовать железобетонную арматуру стен. Последняя считается электрически непрерывной, если хотя бы 50 % стержней соединены болтами, сваркой или вязкой проволокой. Наименьшие переходные сопротивления, находящиеся в пределах нормируемых 0,05 Ом, обеспечивает экзотермическая сварка.

Токоотвод должен быть:

 - вертикальным и прямым, обеспечивая кратчайший путь тока, без петель;
 - располагаться на безопасном расстоянии от оконных и дверных проёмов;
 - максимально защищён от коррозии и механических повреждений;
 - надёжно соединён с молниеприёмником;
 - прикреплён к поверхности, которая не загорится от нагревания;
 - защищён от механических повреждений и вандализма.

источник - здесь (https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/4693/)

Шаг третий: экранирование электрической цепи
Металлическую оболочку провода правомерно считают эффективным электромагнитным экраном. Обоснованно применять во всех токоприёмниках, где есть дорогое оборудование, кабель LICON с оболочкой, которая не даёт возможности паразитному току выйти за пределы кабеля. Данные проводники необходимы и в токоотводах, так как именно на них происходит наибольшее количество утечки наведённых токов.

Однако металлическая оболочка не гарантирует полную защиту от воздействия грозовых перенапряжений.

источник - здесь (https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/4693/)

Шаг четвёртый: выбор устройства защиты от импульсных перенапряжений
Кроме атмосферных (результат воздействия молнии), импульсные перенапряжения бывают электростатическими и коммутационными, возникающими при резком изменении установившегося режима работы электрической сети. Следствием любого из них может стать пробой изоляции, выход из строя электрических приборов и возникновение пожара. Эффективная защита от всех типов импульсных перенапряжений — УЗИП на основе варисторов или разрядников.

Основные требования к УЗИП:

 - снижение перенапряжения до безопасного уровня;
 - быстродействие;
 - совместимость с защищаемым оборудованием;
 - восстановление электрической цепи после затухания наводки;
 - гашение сопровождающего тока;
 - значительный ресурс.

Из-за конструктивных особенностей предпочтительнее варисторные УЗИП, поскольку они не дают выброса горячего ионизированного газа из дуговой камеры с её разрушением и могут быть установлены рядом с другим защитным оборудованием и в пластиковых щитах.

«Защита цепи всего объекта в немалой степени зависит от эффективности УЗИП. Понимая это, мы постоянно совершенствуем технические решения ограничителей импульсных напряжений с целью повышения их безопасности и надёжности срабатывания. В частности, запатентованная3 конструкция ОПС1 в каждом из полюсов предусматривает встроенный предохранитель для защиты от сверхтоков. Он состоит из калиброванной плавкой вставки, которая срабатывает при коротком замыкании, а также терморасцепителя, разъединяющего цепь при перегреве, — комментирует Антонина Чеснокова, менеджер по продукту Группы компаний IEK, одного из крупнейших производителей и поставщиков электротехники и светотехники. — Монолитная конструкция, исключающая контактное соединение варистора и присоединяемых проводников, снижает остаточное напряжение при возникновении импульсного перенапряжения и повышает долговечность устройства. Винтовые зажимы с непрямым прижатием жилы исключают чрезмерное давление и разрушение проводников».

Для того чтобы выбрать УЗИП для конкретной электрической цепи или организовать ступенчатую защиту, необходимо определить:

 - допустимое перенапряжение, используя данные производителя;
 - импульсную наводку на входе аппаратуры (расчёт или испытания);
 - доли тока молнии, который может пройти через УЗИП;
 - совместимость УЗИП с цепью.

(https://cdn.elec.ru/i/81/d7/81d7237a495c1da7c285adcfef3e380f21c7654f.jpg)

источник - здесь (https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/4693/)

PS - для разных систем заземления применяются разные схемы подключения УЗИП.

Молниезащита всегда должна быть комплексной и обслуживаемой — как внешняя (активная и пассивная), так и внутренняя (УЗИП, уравнивание потенциалов), на главных щитах, возле каждого токоприёмника, а также на слаботочных сетях. Правильная расстановка молниеприёмников, оптимизированная система отвода в землю тока молнии, разумная трассировка внутренних силовых цепей объекта, экранирование кабеля и установка ограничителей перенапряжений помогут обезопасить здание от влияния грозовых разрядов. Также необходимо периодически проводить осмотр, тестирование и мониторинг состояния молниезащиты.

источник - здесь (https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/4693/)