Опубликовано

Внешняя молниезащита

Внешняя молниезащита – комплекс мероприятий, обеспечивающий с определенной вероятностью перехват и отвод молнии в землю, с целью защиты сооружения от повреждающих факторов молнии, как правило- пожара. В момент прямого удара молнии в объект СМЗ принимает на себя ток молнии и отводит его в землю. 

 Прохождение тока молнии должно произойти без ущерба для защищаемого объекта и быть безопасным для людей, находящихся как внутри, так и снаружи этого объекта.

Молниеотвод состоит из нескольких элементов: молниеприемника, токоотвода и заземлителя.

  • Молниеприемник принимает на себя основной удар, поэтому он должен выдерживать различные тепловые и динамические нагрузки. Молниеприемники подразделяются на активные и пассивные.

  • Токоотвод служит для направления принятого разряда в землю.

  • Заземлитель отводит ток молнии в землю. 

Молниеприемник

Активный

 Это результат современных разработок. В основе активной молниезащиты лежит применение ионизации воздуха вокруг молниеприемника. Результатом такой меры, является существенное увеличение защищенной зоны. Устройство не нуждается в сетевой подпитке и безопасно для окружающей среды и человека. Ионизаторы создают периодические серии электрических импульсов, между устройством и грозовой тучей, посредством использования в качестве подпитки, напряженности электромагнитного поля. Ионизатор в данном случае, так или иначе, провоцирует попадание молнии в молниеприемник. Такая система не требует периодического эксплуатационного обслуживания, работает автономно. Монтаж активного молниеприемника осуществляется на высоте не менее  2 метров над наивысшей точки здания. Отвод разряда , в зависимости от размеров здания, осуществляется одним или  двумя спусками.

 Система активной молниезащиты компактна, имеет, большую защитную зону (до 108 метров). Может монтироваться как на самом защищаемом объекте, так и на отдельно стоящей мачте.

 

Пассивный ( классический )

         Согласно нормативным документам и сложившейся практике пассивная защита от молнии зданий и сооружений выполняется одним из ниже перечисленных способов или их комбинацией:

  •      Штыревая система. Одиночный  стержень молниеприемника (в просторечии — громоотвода), соединен токоотводом с заземлителем. При этом зона защиты такого устройства определяется конусом с углом 45-55град. от вертикали с высотой, равной примерно 0,8 от верхней точки молниеприемника. Может монтироваться как на самом защищаемом объекте, так и на отдельно стоящей мачте. Посредством токовода крепится к заземляющему устройству (ЗУ ).

Эта система недорога, но в то же время имеет маленькую зону защиты. Как правило, такая защита применима на небольших постройках.

  • Тросовая система.Устанавливается ,как правило на деревянных стойках вдоль конька крыши в виде металлического троса  , соединенного одним или несколькими токоотводами с заземлителями.. Выступающие элементы (трубы, антенны, слуховые окна) защищаются одиночными молниеприемниками.

Тросовая система находит применение при защите зданий с протяжённой двускатной конструкцией кровли с небольшим количеством выступающих частей, таких как бараки, склады и т.д. На объектах котеджного строительства применяется редко из-за того, что нарушает эстетический вид здания.

  • Сетчатая система. Создание по периметру крыши, включая ее конек, молниезащитной сетки — «сетки Фарадея», — соединенной одним или несколькими токоотводами с заземлителями. Выступающие элементы также защищаются одиночными молниеприемниками. Эта система представляет собой сочетание металлических проводников и металлических токоотводов, которые заземлены по отдельности.

Это наиболее эффективная система пассивной молниезащиты, поскольку способна с высокой степенью надежности защитить от прямого попадания молнии практически все элементы конструкции здания. Данная система, как правило не применяется в чистом виде, а  представляет собой комбинацию из сетчатого и стержневых молниеприемников.

Из недостатков можно отметить некоторое нарушение экстерьера здания, сложность и  трудоемкость монтажа.

 

 

Различия между пассивной и активной молниезащитами:

  1. Зона защиты активного молниеприемника больше в 4-5 раз в сравнении с пассивным стержневым молниеприемником той же высоты;
  2. Из-за усложнения конструкций крыш современных зданий и сооружений пассивная молниезащита более материалоемкая, чем активная .
  3. Активной молниезащитой на одном объекте можно закрыть сразу несколько строений и сооружений.
  4. Время монтажа активной молниезащиты в несколько раз меньше, чем пассивной молниезащиты.
  5. Активная головка не ухудшает эстетический вид объекта, занимает минимальное место при установке, не препятствует чистке кровли от снега зимой.

Единственным плюсом пассивной молниезащиты является ее работоспособность,  проверенная временем..

Токоотвод

Токоотводы должны передавать ток молнии от молниеприемника к заземлителю молниеотвода. В СО 153-34.21.122-2003 “Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций” предписано, что в качестве токоотводов “всюду, где это возможно, следует использовать металлические конструкции зданий и сооружений (колонны, фермы, рамы, пожарные лестницы и т.п., а также арматуру железобетонных конструкций) при условии обеспечения непрерывной электрической связи в соединениях конструкций и арматуры с молниеприемниками и заземлителями, выполняемых, как правило, сваркой.”
Частота размещения токоотводов по наружному периметру стен здания представляется зависимой от избранного уровня защиты. Для I уровня шаг расстановки токоотводов не должен превышать 10 м, а для каждого следующего уровня он увеличивается на 5 м. Норматив разрешает использовать для токоотводов не только сталь, но и цветные металлы, в том числе алюминий. Последнее важно, потому что в современном градостроительстве алюминиевые детали – важный элемент декоративной отделки стен и эти элементы декора часто удается использовать в качестве естественных токоотводов. Наконец, токоотводы разрешено помещать под декоративной отделкой стен, если отделочный материал негорючий. Тем самым снимается проблема порчи внешнего вида сооружения. 
При современном индустриальном строительстве зданий, как правило, возводятся несущие пространственные железобетонные и металлические электропроводящие конструкции, а также монтируются фасадные металлические конструкции. В случае использования их в качестве естественных токоотводов возможность локального «опасного» протекания тока молнии внутрь здания отсутствует.

 

 

Заземлитель

 Отводит ток молнии в землю и имеет малое значение электрического сопротивления.

 

 

Сопротивление заземления, используемого для подключения молниеприемников, должно быть:

  • в обычном глинистом грунте не более 10 Ом

(РД 34.21.122-87, п. 8)

  • в песчаном грунте не более 40 Ом

(РД 34.21.122-87, п. 8; для грунтов с удельным электрическим сопротивлением более 500 Ом*м)

Кроме того, заземляющие электроды и соединительный проводник между этими электродами должны находится на удалении от стены здания не менее 1 метра (СО 153-34.21.122-2003, п. 3.2.3.2).

 

  Монтаж внешней молниезащиты

Этапы:

  • Монтаж контура заземления. В качестве ЗУ в СМЗ можно использовать, как отдельный контур молниезащиты, так и  контур защитного заземления для системы электроснабжения.
  • Монтаж молниеприемника (активного или пассивного).
  • Монтаж токовода.
  • Соединение всех элементов системы. 

 

Характеристики Активная система молниезащиты Пассивная система молниезащиты
Принцип действия  

Электронная система создаёт ионизацию (встречный лидер) значительно раньше и  большей напряженности поля, чем в случае классической молниеотводной защиты.

Физически, пассивный молниеотвод  действует аналогично активному  – создается зона ионизации вокруг острия и  молния «притягивается» от защищаемых объектов, но на расстояниях во много раз  меньших, чем у активного молниеотвода.
Зона защиты Зона защиты активного молниеприемника многократно превосходит зону защиты обычного штыревого. Охраняются все объекты, охваченные элипсообразной  сферой в виде «капсулы», антенны и архитектурные элементы крыши, а так же вся территория (открытые площадки) находящаяся в зоне защиты активного молниеприемника. Пространство в окрестности молниеотвода ограниченной геометрии, в зону защиты которого входит только объект, размещенный в его объеме. Радиус защиты меньше примерно в 8 раз, чем у активной системы молниезащиты.
Схема защиты    
Радиус действия Радиус защиты до  107 м. Радиус защиты до  24 м.
Токоотводы 1-2 шт. Более — 2 шт.
Горизонтальные пояса Не применяются для зданий высотой до 60 м. Искусственные токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания.
Заземлители Не более 2 шт. Более 2 шт.
Проектирование Определяется высота мачты, на которую устанавливается активный молниеприемник  (по инструкции), исходя из уровня защиты и радиуса защищаемой площади. Выполняется обоснование выбора средств защиты, типов молниеотводов и методов расчетов, выбора материалов  молниеприемников,   токоотводов, их сечений и общее  количества.
Монтаж 1-2 дня Сложность и трудоемкость монтажа

множества молниеотводов, сеток и молниеприемников пассивной молниезащиты.

Эксплуатация Трудозатраты на  ТО и Р пропорциональны количеству элементов системы. Тех. обслуживание и ремонт большого количества соединений, крепежных элементов.
Эстетика Не ухудшается эстетический вид объекта. Активная головка занимает минимальное место при установке. При установке молниеотводных сеток или многочисленных стержней портится

архитектурный облик объекта.

Электромагнитное воздействие Минимальное негативное воздействие электромагнитного поля из-за ограниченного количества токоотводов. Большое количество токоотводов подвергает почти весь объект  воздействию электромагнитного поля.
Опубликовано

Внутренняя молниезащита

Перенапряжение- кратковременное увеличение напряжения в точке электросети сверх допустимого значения. После этого скачка, напряжение в сети восстанавливается до первоначального значения. Степень искажения напряжения при этом характеризуется показателем импульсного напряжения.

К примеру, у Вас в дом поступает синусоидальное напряжение 220 В. В результате попадания молнии в ВЛ электросети может возникнуть бросок напряжения, длительностью несколько миллисекунд но амплитуда (максимальное значение) может достигать до 10кВ.

Изоляция любого бытового электроприбора, работающего в сети 220 – 380 В рассчитана на определенный уровень скачка напряжения (импульс перенапряжения), как правило не превышает 1000 В. В случае возникновения в сети перенапряжения с импульсом многократно превышающим допустимый происходит пробой изоляции, что приводит к  короткому замыканию и пожару.

Пробой изоляции может возникнуть, даже если у вас все приборы отключены от розеток. Под напряжением в доме все равно останутся электропроводка, распределительные коробки, те же розетки. Эти элементы сети также не защищены от импульсного перенапряжения.

Причины возникновения импульсного перенапряжения.

    • грозовые разряды (удар молнии).
    • коммутационные перенапряжения которые возникают в результате включения/отключения потребителей с большой нагрузкой.
    • перекос фаз в результате короткого замыкания в сети.

Избавиться от импульсных перенапряжений — невозможно, но предотвратить пробой изоляции снизив величину импульсного перенапряжения до безопасной величины возможно, установив устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) .

Общепринято выделяют перенапряжения, вызванные прямыми и непрямыми ударами молнии. Первые происходят в случае попадания молнии в здание  или в подведенные к зданию линии коммуникаций (линии электропередачи, коммуникационные линии). Вторые — вследствие ударов вблизи здания или удара молнии вблизи линий коммуникаций. В зависимости от типа попадания различаются и параметры перенапряжений.

Для надежной защиты внутренней электропроводки целесообразно построить многоуровневую (по крайней мере, трехступенчатую) систему защиты из УЗИП разных классов. Их применение регламентирует ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98) «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах». Согласно этому ГОСТУ существуют три класса таких устройств.

УЗИП класса I(B)

Предназначены для защиты от прямых ударов молнии в систему молниезащиты здания или воздушную линию электропередач. Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Нормируются импульсным током I imp с формой волны 10/350 мкс. Номинальный разрядный ток 30-90 кА.

УЗИП класса II(C)

Такие устройства защиты от импульсных перенапряжений предназначены для защиты токораспределительной сети объекта от коммутационных помех или как вторая ступень защиты при ударе молнии. Устанавливаются в распределительные щиты. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс Номинальный разрядный ток 20-40 кА.

УЗИП класса III(D)

Такие устройства защиты от имупльсных перенапряжений предназначены для защиты потребителей от остаточных бросков напряжений, защиты от дифференциальных (несимметричных) перенапряжений (например, между фазой и нулевым рабочим проводником в системе TN-S), фильтрации высокочастотных помех.

Устанавливаются непосредственно возле потребителя. Могут иметь самую разнообразную конструкцию (в виде розеток, сетевых вилок, отдельных модулей для установки на DIN-рейку или навесным монтажом). Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс. Номинальный разрядный ток 5-10 кА.

Устройство УЗИП

Устройства защиты от импульсных перенапряжений построены на базе разрядников или варисторов и часто имеют индикаторные устройства, сигнализирующие о выходе УЗИП из строя. Недостатком УЗИП на базе варисторов является то, что сработав один раз им необходимо остыть, чтобы снова прийти в рабочее состояние. Это снижает надежность защиты при многократном ударе молний.

Обычно УЗИП на базе варисторов изготавливаются с креплением на DIN рейку. Сгоревший варистор можно заменить простым извлечением модуля из корпуса УЗИП и установкой нового.

Принцип работы УЗИП

При импульсном скачке напряжения УЗИП, сбрасывает повышенное напряжение фазного провода на заземление. Для этого  УЗИП устанавливают между  фазным проводом и главной заземляющей шиной, установленной во вводно- распределительном устройстве   ( ВРУ).

 

Рекомендации по применению УЗИП

 

Для надежной защиты объекта от воздействия перенапряжений, в первую очередь необходимо смонтировать эффективную систему заземления и уравнивания потенциалов. При этом лучше перейти на системы заземления TN-S или TN-CS с разделёнными нулевым и защитным проводниками.

Следующим шагом должна стать установка защитных устройств.

Если подключение электропитания осуществляется по воздушной линии, то во ВРУ лучше использовать УЗИП на основе разрядников и плавкие вставки. В главном щите здания ставятся варисторные УЗИП класса I или II, а в щитках на этажах ставятся УЗИП III класса. Если необходимо дополнительно защитить оборудование, то в розетки включаются УЗИП в виде вставок и удлинителей

Различают частичную и полную защиту устройствами УЗИП.

Частичная защита подразумевает защиту непосредственно от пробоя изоляции (возникновения пожара), в этом случае достаточно установить один прибор УЗИП на вводе.

При полной защите УЗИП устанавливается не только на вводе, но и возле каждого потребителя домашней электросети (телевизора, компьютера, холодильника и т.д.) Такой способ установки УЗИП дает более надежную защиту электрооборудованию.