Внутренняя система молниезащиты зданий

Это часть системы молниезащиты, состоящая из системы уравнивания грозовых потенциалов и (или) устройств защиты от импульсного перенапряжения и предназначенная для защиты электрических и электронных систем, расположенных внутри зданий и сооружений, причем не только от воздействия молнии, но и любых кратковременных высокочастотных импульсов, передающихся оборудованию через соединительный провод воздействием излучаемых электромагнитных полей на само оборудование. Кроме того, на распределение энергии электромагнитных полей внутри здания оказывают влияние различные элементы строительных конструкций, такие как отверстия или щели (например, окна, двери) обшивки из листовой стали (водосточные трубы, карнизы), а также места ввода-вывода кабелей электропитания, связи и других коммуникаций.

Общий принцип системы внутренней молниезащиты основывается на зонной концепции, т. е. в каждой зоне выброс тока ограничен за счет перераспределения тока и ОПН на границе раздела. Физически внутренняя система молниезащиты представляет собой многоуровневую каскадную систему ограничителей перенапряжений (ОПН). В зависимости от зоны защиты и уровня ожидаемых перенапряжений в здании в щитовой сборке, этажных щитках и непосредственно перед защищаемым оборудованием устанавливаются ограничители перенапряжений, представляющие собой газонаполненные разрядники, варисторные и диодные элементы, высокочастотные фильтры и т. д. Уровни перенапряжений, зоны защиты, необходимое надежное оборудование и места его установки – все это определяется исходя из проектных решений.

В объекте, разделенном на зоны, при переходе из одной зоны в другую происходит ограничение пиковых величин перенапряжений, возникающих в инсталляциях низкого напряжения, и импульсов электромагнитного поля до уровней, допустимых в данной зоне. В принятых обозначениях зоны с наибольшим риском отмечены 0A и 0B. Последующие обозначаются номерами 1, 2, 3 и т. д. Чем выше номер зоны, тем ниже значения допустимых уровней импульсных помех.

Основные принципы построения зоновой концепции:

• применение строительных конструкций с металлическими элементами (арматурой, каркасами, несущими элементами и т. п.), электрически связанными между собой и системой заземления и образующими экранирующую среду для уменьшения воздействия внешних электромагнитных влияний внутри объекта («клетка Фарадея»);
• наличие правильно выполненной системы заземления и уравнивания потенциалов;
• деление объекта на условные защитные зоны и применение специальных устройств для предохранения от перенапряжений (УЗИП);
• соблюдение правил размещения защищаемого оборудования и подключенных к нему провод­ников относительно другого оборудования и проводников, способных оказывать опасное воздействие или вызвать наводки.

Общий принцип защиты основывается на создании внутри исследуемого объекта зон, в которых существует определенная степень подверженности устройств воздействию:

• напряжений и импульсных токов, возникающих в электроэнергетической сети низкого напряжения;
• напряжений и импульсных токов, возникающих в системах передачи сигналов;
• импульсного электромагнитного поля (непосредственное воздействие на устройства и инсталляции в отдельных зонах).

Технические устройства, предназначенные для работы в данной зоне, должны подбираться таким образом, чтобы их устойчивость к импульсам была большей по сравнению с допустимыми пиковыми величинами импульсов, которые могут возникнуть в рассматриваемой зоне.

Правильно спроектированная и выполненная молниезащитная инсталляция и инсталляция от перенапряжений должна также ограничивать разницу потенциалов инсталляций, входящих в объект, и стремиться к выравниванию потенциалов внутри объекта. Благодаря чему даже в случае прямого попадания потенциал всех инсталляций будет возрастать до величин, соответствующих росту потенциала заземляющей системы и не возникнет разница потенциалов внутри объекта.

В каждой из выделенных зон следует определить допустимые пиковые значения напряжений и импульсных токов инсталляций, проложенных в отдельных зонах.

В случае защиты электронных систем, от которых требуется особенная надежность и безотказность функционирования, следует дополнительно принять во внимание затухание электромагнитных импульсов молнии при переходе границ отдельных зон (арматура стен, дополнительные экраны).

Зона 0A. Устройства, а также электрические и электронные системы, работающие в этой зоне, подвергаются риску непосредственного воздействия тока молнии с неограниченным значением пиковой величины, а также импульсного электромагнитного поля. Подвергаются риску устройства или системы, работающие на открытом воздухе, не экранированные от электромагнитного поля и не защищенные от напряжений и токов молнии. Значения основных параметров, характеризующих ток молнии, возникающий в зоне 0A, представлены в таблице 1. В зоне 0A пиковые значения величин возникающих перенапряжений вытекают из импульсной устойчивости изоляторов, изоляции кабелей или устройств внутри строительных объектов.

 

Зона 0B. Устройства, работающие в этой зоне, подвергаются опасности:

• непосредственного воздействия импульсного электромагнитного поля, вызванного током молнии с пиковыми значениями, такими как в случае с зoной 0A;
• напряжений и импульсных токов, индуцированных током молнии в проводящих инсталляциях.

Предлагаемые пиковые величины импульсных напряжений в этой зоне составляют:

• в электроэнергетической сети низкого напряжения – 10 кВ;
• в линиях передачи сигналов – 6 кВ.

Импульсные токи, возникающие в зоне 0B, характеризуются временем нарастания (фронтом) 8 мкс и длительностью на уровне половины максимального значения 20 мкс.

Зона 1. Электронные устройства, работающие в зоне 1, защищаются от непосредственного воздействия импульсного электромагнитного поля – используется отдельный экран, который чаще всего создают соединенные между собой проводящие элементы конструкции зданий, от напряжений и токов молнии – элементы и схемы, ограничивающие перенапряжения, создающие так называемую основную защиту – одноступенчатая схема ограничителей перенапряжений.

Пиковые значения импульсных напряжений, возникающих в этой зоне, составляют:

• в электрической инсталляции – ниже 6 кВ;
• в линиях передачи сигналов – ниже 4 кВ.

Формы импульсных токов, используемых для испытаний ограничителей перенапряжений, такие же, как в зоне 0B.

Последующие зоны. Создание последующих зон требует введения дополнительных экранов, а также очередных ступеней ограничения напряжений и ударных токов. Используются экранирующие свойства:

• железобетонных стен помещений внутри объекта;
• монолитных экранов помещений;
• стальных обшивок и корпусов самих устройств.

В случае существующих и строящихся объектов, а также объектов с чувствительными электронными системами, чаще всего применяется двух- или трехступенчатые системы защиты от перенапряжений. Предлагаемые величины допустимых уровней напряжений в отдельных зонах представлены в таблице 2.

Создавая отдельные зоны, следует обратить особенное внимание на:

• соблюдение принципов выравнивания потенциалов инсталляций, входящих в строительный объект;
• правильный подбор и размещение ограничителей перенапряжений разных типов;
• принцип ограничения импульсов ниже импульсной устойчивости устройств, установленных в данной зоне.

Суммируя вышесказанное, следует отметить, что для обес­печения надежной, долгосрочной и бесперебойной работы высокочувствительного электронного оборудования любого функционального назначения создание системы внутренней молниезащиты не просто желательно, но и необходимо.

По материалам доклада Г. Г. Макаренкова, главного эксперта управления жилищно-гражданского строительства и планировочных работ РУП «Главгосстройэкспертиза»

 

Литература:

1. ТКП 336–2011 (02230) «Молниезащита зданий, сооружений и инженерных коммуникаций».

2. СТБ П IEC 62305–1-20062010 «Защита от атмосферного электричества». Часть 1. Общие принципы.

3. СТБ П IEC 62305–4-20062010 «Защита от атмосферного электричества». Часть 4. Электрические и электронные системы внутри зданий и сооружений.