Чотири кроки в побудові системи блискавкозахисту

1. Крок перший: оптимальна трасування
2. Крок другий: розрахунок необхідної кількості струмовідводів
3. Крок третій: екранування електричного кола
4. Крок четвертий: вибір пристрою захисту від імпульсних перенапруг

21 травня 2018 р о 15:33, 187

У квітні 2018 року відбулася VI Російська конференція по захисту від блискавки, в рамках якої фахівці в черговий раз обговорили методи проектування і стандарти в галузі. За результатами таких зустрічей, які проходять раз на два роки, представляються пропозиції щодо вдосконалення існуючого нормування. Експерти рекомендують комплексно підходити до проектування блискавкозахисту. як зазначив д. т. н., професор Едуард Меерович Базелян, вона повинна включати правильну організацію захисту від прямих ударів блискавки, оптимізацію системи транспортування струму до заземлювачів, раціональне пристрій і розташування заземлюючих електродів. У сукупності дані кроки істотно послаблять електромагнітне поле атмосферного розряду і знизять грозові перенапруги аж до безпечного рівня.

Крок перший: оптимальна трасування

Комплексна блискавкозахист складається з двох частин:

• зовнішньої системи, що включає блискавкоприймач, струмовідводи, заземлювачі, яка приймає розряд блискавки в об'єкт або запобігає з ймовірністю до 98% наслідки, пов'язані з прямим ударом. Може бути пасивного (традиційний блискавковідвід) або активного (перехоплює блискавку) типу;
• внутрішньої системи, яка захищає від вторинних дій блискавки і складається з елементів екранування, зрівнювання потенціалів, пристроїв захисту від перенапруг (ПЗІП).

Мал. 1. Розподіл потенціалу в околиці заземлювача, що складається з трьох вертикальних стрижнів довжиною по 3 м, розставлених по прямій з кроком 5 м і з'єднаних горизонтальною смугою на глибині 0,5 м 1

При проектуванні блискавкозахисту важливо звернути увагу на її розташування щодо інженерних мереж будівлі. Якщо поруч з заземлювачем проходять підземні комунікації, то на невеликих відстанях вони отримують потенціал від заземлювача і грають роль провідника, приймаючи на себе частину розряду блискавки. Передача високої напруги особливо сильна в разі трубопроводів, виконаних з труб з добре проводить рідиною всередині.

На рис. 1 видно, що навіть при відстані 15 метрів потенціал складе близько 15% від напруги на струмовідводи. Відповідно до закону Ома,

При струмі блискавки 20 кА і опорі 10 Ом потенціал на заземлителе складе 200 кВ, а на відстані 15 м від нього буде приблизно дорівнює 30 кВ. Тому основний принцип при виборі оптимальної трасування наземних і підземних електричних ланцюгів об'єкта - максимально видалити комунікації від заземлювачів блискавковідводів.

Також при проектуванні блискавкозахисту важливо пам'ятати про правильну просторової орієнтації електричних ланцюгів. Слід розміщувати ланцюг перпендикулярно шляху струму блискавки, так як в цьому випадку перенапруження набагато менше, ніж при паралельному розташуванні.

Крок другий: розрахунок необхідної кількості струмовідводів

Роль токоотводов полягає в транспортуванні струму блискавки від блискавкоприймача до заземлювача. Відповідно до інструкції Міненерго Росії по блискавкозахисту будівель, споруд і промислових комунікацій СО 153-34.21.122-2003 , Частота розміщення блискавковідводів по зовнішньому периметру будівлі залежить від обраного рівня захисту.

рівень захисту

Середня відстань, м

I

10

II

15

III

20

IV

25

Нормативні матеріали, що використовуються при проектуванні, монтажі та сертифікації (категорірованіі) блискавкозахисту:

• «Інструкції щодо блискавкозахисту будівель і споруд» (РД 34.21.122-87);
• «Інструкції щодо блискавкозахисту будівель, споруд і промислових комунікацій» (СО-153-34.21.122-2003);
• ГОСТ Р МЕК 62305-1-2010. Менеджмент ризику. Захист від блискавки. Частина 1. Загальні принципи;
• ГОСТ Р МЕК 62305-2-2010. Менеджмент ризику. Захист від блискавки. Частина 2. Оцінка ризику;
• МЕК 62305-3-2010. Захист від атмосферної електрики. Частина 3. Фізичні пошкодження будівель, споруд та небезпека для життя;
• МЕК 62305-4-2010. Захист від блискавки. Частина 4. Електричні і електронні системи в будівлях (спорудах);
• Правила улаштування електроустановок (ПУЕ). Сьоме видання (затв. Наказом Міненерго РФ від 8 липня 2002 № 204) .

Мал. 2. Розподіл магнітного поля по радіусу циліндричного об'єкта діаметром 50 м 2

Однак кількість струмовідводів, пропонованих нормативами, недостатньо, якщо розглядати вплив електромагнітного поля на електричні мережі будівлі. Збільшення числа токоотводов призводить до зменшення електрорушійної сили магнітної індукції, порушуємо магнітним полем в будь-якому контурі (кабелі комп'ютерів, ланцюги управління мікропроцесорної технікою).

Розглянемо об'єкт у вигляді кругового циліндра діаметром 50 м з вертикальними громовідводи, розміщеними з рівним кроком на зовнішній стороні стіни. Візьмемо довільну точку, розташовану на відстані 17 м від центру, і визначимо вплив на неї магнітного поля при різній кількості струмовідводів. При мінімально допустимих двох Струмовідвід відношення напруженості H до повного току блискавки I в обраному місці наближається до 10-2 м-1. При використанні 24 блискавковідводів H / I = 10-5 м-1, причому у напрямку до центру циліндра, дане значення буде знижуватися. Приклад показує, що при великій кількості струмовідводів магнітне поле істотно лише біля стін, а у внутрішньому обсязі будівлі прагне до нуля.

У звичайних умовах - для прямокутного будови - число струмовідводів повинна бути ще вище. Тому необхідно використовувати залізобетонну арматуру стін. Остання вважається електрично безперервної, якщо хоча б 50% стрижнів з'єднані болтами, зварюванням або в'язанням дротом. Найменші перехідні опори, що знаходяться в межах нормованих 0,05 Ом, забезпечує екзотермічна зварка.

Струмовідвід повинен бути:

• вертикальним і прямим, забезпечуючи найкоротший шлях струму, без петель;
• розташовуватися на безпечній відстані від віконних і дверних прорізів;
• максимально захищений від корозії і механічних пошкоджень;
• надійно з'єднаний з блискавкоприймача;
• прикріплений до поверхні, яка не займеться від нагрівання;
• захищений від механічних пошкоджень і вандалізму.

Крок третій: екранування електричного кола

Металеву оболонку проводу правомірно вважають ефективним електромагнітним екраном. Обгрунтовано застосовувати у всіх струмоприймачів, де є дороге обладнання, кабель LICON з оболонкою, яка не дає можливості паразитного струму вийти за межі кабелю. Дані провідники необхідні і в Струмовідвід, так як саме на них відбувається найбільша кількість витоку наведених струмів.

Мал. 3. Еліптичний екран

Однак металева оболонка не гарантує повний захист від впливу грозових перенапруг.

Розглянемо випадок екранованого проводу еліптичного перетину (рис. 3). Якщо жила 1 розташована в місці з максимальною погонной щільністю, а жила 2 - з мінімальною, то їх напруги щодо оболонок вийдуть:

де ρ, Ом * м - питомий опір оболонки; d, м - її товщина; IM, А - струм; a і b, м - відстань від центру до жив 1 і 2 відповідно.

Напруга між жилами:

Отже, будь-яка різниця між радіусами оболонки веде до появи перенапруги між внутрішніми жилами. Таким чином, завжди краще використання екрану кругового перетину.

Крок четвертий: вибір пристрою захисту від імпульсних перенапруг

Крім атмосферних (результат впливу блискавки), імпульсні перенапруги бувають електростатичними і комутаційними, що виникають при різкій зміні усталеного режиму роботи електричної мережі. Наслідком будь-якого з них може стати пробою ізоляції, вихід з ладу електричних приладів і виникнення пожежі. Ефективний захист від усіх типів імпульсних перенапруг - ПЗІП на основі варисторів або розрядників.

Основні вимоги до УЗИП:

• зниження перенапруги до безпечного рівня;
• швидкодія;
• сумісність з устаткуванням, яке захищається;
• відновлення електричного кола після загасання наведення;
• гасіння супроводжуючого струму;
• значний ресурс.

Через конструктивних особливостей краще варисторні УЗИП, оскільки вони не дають викиду гарячого іонізованого газу з дугового камери з її руйнуванням і можуть бути встановлені поруч з іншим захисним обладнанням і в пластикових щитах.

«Захист ланцюга всього об'єкта в чималому ступені залежить від ефективності УЗИП. Розуміючи це, ми постійно вдосконалюємо технічні рішення обмежувачів імпульсних напруг з метою підвищення їх безпеки і надійності спрацьовування. Зокрема, запатентованная3 конструкція ОПС1 в кожному з полюсів передбачає вбудований запобіжник для захисту від надструмів. Він складається з каліброваного плавкою вставки, яка спрацьовує при короткому замиканні, а також терморасцепітеля, що роз'єднує ланцюг при перегріванні, - коментує Антоніна Чеснокова, менеджер по продукту Групи компаній IEK , Одного з найбільших виробників і постачальників електротехніки і світлотехніки. - Монолітна конструкція, що виключає контактне з'єднання варістора і приєднуються провідників, знижує залишкову напругу при виникненні імпульсного перенапруження і підвищує довговічність пристрою. Гвинтові затиски з непрямим притисненням жили виключають надмірний тиск і руйнування провідників ».

Для того щоб вибрати УЗИП для конкретної електричного кола або організувати ступінчастий захист, необхідно визначити:

• допустиме перенапруження, використовуючи дані виробника;
• імпульсну наводку на вході апаратури (розрахунок або випробування);
• частки струму блискавки, який може пройти через УЗИП;
• сумісність УЗИП з ланцюгом.

Мал. 4. Схема ступінчастою захисту на базі пристроїв ОПС1 ГК IEK

Блискавкозахист завжди повинна бути комплексною і обслуговується - як зовнішня (активна і пасивна), так і внутрішня (ПЗІП, зрівнювання потенціалів), на головних щитах, біля кожного струмоприймача, а також на слабкострумових мережах. Правильна розстановка блискавкоприймач, оптимізована система відводу в землю струму блискавки, розумна трасування внутрішніх силових ланцюгів об'єкта, екранування кабелю і установка обмежувачів перенапруг допоможуть убезпечити будівлю від впливу грозових розрядів. Також необхідно періодично проводити огляд, тестування і моніторинг стану блискавкозахисту.

1φ - потенціал в заданій точці, UR - напруга на заземлителе. Умови розрахунку розподілу потенціалу .

2Где H - розрахункове значення напруженості магнітного поля в заданій точці, I - повний струм блискавки.

3Патент на корисну модель № 129703 .

Автор: Ілля Полєтаєв, генеральний директор ТОВ «Електра», Єкатеринбург.