Пути воздействия молнии на электрооборудование и способы защиты от этих воздействий.
Внутренняя молниезащита — это комплекс мероприятий по защите оборудования и электрической проводки, расположенных, в основном, внутри зданий и сооружений от электромагнитных наводок и частичных токов молний, способных проникнуть через систему заземления, металлические конструкции и коммуникации.
По природе возникновения и способам поражения опасные воздействия на электрооборудование делятся на две группы:
Первая — это непосредственное воздействие части тока молнии на электроаппаратуру. Этот ток может попасть в здание по различным линиям, входящим в здание снаружи, таким как линии питания переменного тока 220/380В, линии постоянного тока различного напряжения, телефонные кабели, линии связи, антенный кабель и т.д. Также часть тока молнии может попасть в здание через систему заземления при ударе молнии в молниеприемник, антенную мачту, дерево и пр.
Вторая это электромагнитные наводки различной природы. Такие наводки могут возникать как в силу естественных причин, например, разряда молнии, так и искусственных (коммутации линий на подстанции, включение и выключение мощных нагрузок и т.д.). Необходимо иметь ввиду, что наведённые импульсы перенапряжения могут возникать не только снаружи, но и генерироваться внутри здания.
Рассмотрим способы защиты от этих воздействий.
На вводе в здание любых электрических цепей (питания, информационных, телефонных и т.д.) должны устанавливаться устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) соответствующего класса. Для защиты от наведённых импульсов УЗИП могут устанавливаться и непосредственно около оборудования, особо чувствительного к импульсам перенапряжения . Требования к применению УЗИП (ограничителей перенапряжений) прописаны в п. 7.1.22 ПУЭ-7, п. А5.2 СП31-110-2003, ГОСТ Р 50571.26-2002. Также при обосновании применения УЗИП должны учитываться и такие факторы, как стоимость электронного оборудования, последствия сбоев в работе систем управления техпроцессами, возможная потеря информации в результате сбоев и т.д.
Импульсные перенапряжения негативно влияют не только на электронную аппаратуру, но и на кабели системы электроснабжения. Так как импульс имеет очень высокую амплитуду напряжения, то может произойти пробой изоляции между проводами (например, фазой и нейтралью или между проводом и землёй). Импульс длится максимум сотни микросекунд, следовательно защитные автоматы не успевают среагировать на него (самые лучшие автоматы защиты имеют время срабатывания единицы миллисекунд). В результате пробоя возникает только местное повреждение изоляции, не приводящее к короткому замыканию. Линия электропитания продолжает работать, а в месте повреждения изоляции возникает небольшой ток утечки. Этот миллиамперный ток не фиксируется никакими автоматами защиты (если он идёт между фазами, или между фазой и нейтралью). Зато он начинает разогревать изоляцию кабеля. В результате ускоряется процесс старения изоляции, ее сопротивление в данном месте уменьшается, и ток утечки продолжает расти. Этот процесс будет длиться месяцами и годами, и может привести к возгоранию электропроводки. Именно поэтому руководящие документы настоятельно рекомендуют устанавливать ограничители перенапряжения (УЗИП) при воздушном вводе в здание.
Далее надо попытаться понять, насколько велика вероятность попадания импульса перенапряжения на ваше оборудование, а также характер и величину этого импульса. Если объект расположен в городе и вокруг стоят более высокие здания, то вероятность попадания молнии достаточно мала. Если же объект стоит в чистом поле рядом с мачтой связи, то есть реальная возможность «словить» не только наведённый импульс, но и значительную часть тока молнии. А если ваш объект запитан от воздушной линии электропередач, то вероятность события значительно увеличивается.
В соответствии с зонной концепцией, к внутренней молниезащите относятся следующие зоны:
- ЗОНА 1: Ввод кабелей и коммуникаций в здание.
- ЗОНА 2: Поэтажные и распределительные шкафы.
- ЗОНА 3: Розеточные группы и непосредственно само оборудование.
Защитные устройства (УЗИП) устанавливаются на границах зон, между 0 и 1, между 1 и 2, и между 2 и 3. В соответствии с вышеуказанной схемой УЗИП разделяются на категории. Первый уровень защиты, как показывает практика, никогда не бывает, идеален, полностью эффективен и самодостаточен. В дополнение к установленному ограничителю перенапряжения на силовом вводе в здание и учитывая ошибки в разводке кабелей (которые бывают всегда), следует установить защитные устройства второго и третьего уровней. Эти УЗИП снижают уровень импульса перенапряжения до безопасного значения и способны защитить оборудование даже при частых импульсах перенапряжения.
На правильность работы УЗИП влияет качество выполнения работ по выравниванию и уравниванию потенциалов здания, а также качество выполнения заземляющего устройства.
Конкретные примеры.
Для примера возьмем обычный загородный дом с четырехпроводной системой электропитания (TN-C). Как правило, ввод электрических и информационных кабелей (телефон и т.п.) осуществляется воздушной линией со столба. При прямом попадании молнии в ЛЭП, на ВРУ (вводное-распределительное устройство) сформируется разряд с силой тока до 100 кА, способный сжечь ТЭН электроплиты. Для его нейтрализации на вводе необходимо установить мощный УЗИП с газонаполненным разрядником и варистором, призванными снизить напряжение помехи до 4 кV.
Далее в поэтажных распределительных шкафах или непосредственно после первого УЗИП, необходимо установить УЗИП II класса, который понизит напряжение импульса перенапряжения до 2,5 kV и позволит снизить напряжение импульса перенапряжения который возникает в проводах между распределительными щитами при длине провода выше 15 метров.
В большинстве случаев, для защиты электрооборудования достаточно установленного не далее чем в 15 метрах УЗИП II класса. Но для некоторых сложных и дорогостоящих устройств таких, как: компьютеры, серверы, плазменные и жидкокристаллические панели, контроллеры "Умный Дом" и т.д., рекомендуется устанавливать УЗИП III класса, которые снижают остаточное напряжение помехи до 1,5 kV.
Если ваш дом насыщен электроникой, внутренней молниезащите следует уделять особое внимание. Для рядового домовладельца эта область электротехники весьма непроста, самостоятельно разобраться в особенностях различных устройств (а это именно ограничители перенапряжений и разрядники) сложно, поэтому данный комплекс работ необходимо доверять только квалифицированным специалистам.
- Шина уравнивания потенциалов.
- Хомут уравнивания потенциалов .
- Полоса заземления.
- Органичитель перенапряжения (Класс I устанавливается между фазными проводниками и проводом РЕ).
- Ограничитель перенапряжения (Класс II устанавливается в распределительных шкафах на вводе).
- Ограничитель перенапряжения (Класс III устанавливается непосредственно перед каждым электронным потребителем электроэнергии).
- Ограничитель перенапряжения (Устанавливается в разрез антенного фидера).
- Ограничитель перенапряжения (Устанавливается в разрез информационных кабелей).
- Ограничитель перенапряжения (Для защиты телефонных линий).
- Ограничитель перенапряжения (Класс I устанавливается в вводном шкафу непосредственно после плавких вставок).
Готовые комплекты.
ЩЗИП - щит защиты от импульсных перенапряжений комплектный, ТУ 3434-001-79740390-2007 - готовое техническое решение, включающее в себя УЗИП и другие узлы и элементы в зависимости от требований заказчика. Предназначены для защиты электроустановок от воздействия опасных перенапряжений, вызванных прямыми ударами молний в систему внешней молниезащиты объекта или линии электропередач, наводками от удаленных разрядов молний и коммутационными помехами в низковольтных силовых распределительных системах напряжением до 1000 вольт.
Однофазный переменный ток.
УЗИП класса I и II воздушная линия питания.
ЩЗИП с установленными УЗИП класса I и II для защиты однофазной электроустановки переменного тока, воздушная линия питания, UN= 230 В, IN= 16, 32, 63 A.
УЗИП класса I и II кабельная линия питания.
ЩЗИП с установленными УЗИП класса I и II для защиты однофазной электроустановки переменного тока, кабельная линия питания, UN= 230 В, IN= до 100 A.
Трёхфазный переменный ток.
УЗИП класса I и II воздушная линия питания.
ЩЗИП с установленными УЗИП класса I и II для защиты трехфазной электроустановки переменного тока, воздушная линия питания, UN= 230 В, IN= 16, 32, 63 A.
УЗИП класса I и II кабельная линия питания.
ЩЗИП с установленными УЗИП класса I и II для защиты трехфазной электроустановки переменного тока, кабельная линия питания, UN= 230 В, IN= до 100 A.
