Международной Электротехнической Комиссией (МЭК) разработаны стандарты, в которых изложены принципы защиты зданий и сооружений от перенапряжения, позволяющие грамотно проектировать строительные конструкции и системы молниезащиты объекта, рационально размещать оборудование и прокладывать коммуникации.
Эти стандарты формируют "Зонную концепцию молниезащиты" , основные принципы которой:
- применение строительных конструкций с металлическими элементами (арматурой, каркасами и т.п.), электрически связанными между собой и системой заземления и образующими экранирующую среду для уменьшения воздействия внешних электромагнитных влияний внутри объекта ("клеть Фарадея");
- наличие правильно выполненной системы заземления и выравнивания потенциалов;
- деление объекта на условные зоны и применение специальных устройств защиты от перенапряжения;
- соблюдение правил размещения защищаемого оборудования и подключенных к нему проводников относительно другого оборудования и проводников, способных оказывать опасное воздействие или вызывать наводки.

Зоны молниезащиты

деление на зоныНаиболее сложна схема защиты для объектов, которые находятся на открытой местности и имеют в своем составе высокие элементы конструкции. Это сельские коттеджи, промышленные здания с высокими трубами, антенно-мачтовые сооружения, а также объекты, имеющие воздушные вводы электропитания. иПри защите здания в городе система упрощается. В городских условиях удар молнии наиболее вероятен в трубы промышленных предприятий, ЛЭП, телевышку или отдельные наиболее высокие здания, особенно если на них установлены антенны базовых станций сотовой связи.
Чаще всего проявляются вторичные воздействия при ударе молнии в удаленные объекты (ЛЭП, подстанции и т.п.), связанные какими-либо коммуникациями с зазищаемым объектом, или при межоблачных разрядах, вызывающих импульсные токи больших величин в металлических элементах конструкций и коммуникациях. Железобетонные конструкции зданий (рис.1), выполняющие функцию естественного заземляющего устройства и имеющие электрическое соединение с системой выравнивания потенцилов, достаточно хорошо экранируют находящуюся внутри технику от электромагнитных воздействий, отводя на землю большую часть тока молнии при прямом попадании в объект.
Зоны молниезащиты с точки зрения прямого и непрямого попадании молнии подразделяются на:
- зона 0А
- зона внешней среды объекта, все точки которой могут подвергаться прямому удару молнии (иметь непосредственный контакт с ее каналом) и воздействию возникающего при этом электромагнитного поля;
- зона 0В - зона внешней среды объекта, точки которой не подвергаются прямому удару молнии, т.к. находятся в пространстве, защищенном системой внешней молниезащиты. Однако, в данной зоне имеется воздействие неослабленного электромагнитного поля;
- зона 1 - внутренняя зона объекта, точки которой не подвергаются воздействию прямого удара молнии. В этой зоне токи во всех токопроводящих частях имеют значительно меньшее значение по сравнению с зонами 0А и 0В. Электромагнитное поле также снижено по сравнению с зонами 0А и 0В за счет экранирующих свойств строительных конструкций;

молниезащита здания- зона 2 - относится к так называемым зонам и проетируются они для снижения разрядных токов и электромагнитного поля в местах расположения чувствительного оборудования. С увеличением номера защитной зоны уменьшается и влияние грозового тока. На границах раздела зон необходимо обеспечить защитное соединение всех металлических частей.
На распределение энергии электромагнитных полей внутри объекта влияют различные элементы строительных конструкций: отверстия и щели (окна, двери и т.п.), обшивки из листовой стали (водосточные трубы, карнизы и т.п.), а также места ввода-вывода кабелей электропитания, связи и других коммуникаций. На рис.2 показан пример разделения защищаемого объекта на зоны.
Кабели электропитания, связи и другие металлические коммуникации должны входить в защитную зону 1в одной точке и своими экранными оболочками или металлическими частями подключаться к главной заземляющей шине (на рис.2 обозначена как ГЗШ) на границе раздела зон 0А-0В и зоны 1. Разделение объекта на условные зоны позволяет обеспечивать защиту электросетей до 1000В, а также линий связи, компьютерных и т.п. сетей с помощью различных устройств защиты от импульсного перенаппряжения (внутренняя система молниезащиты).

Защита объекта от перенапряжения

Для защиты объекта от перенапряжения, возникающего при стекании токов молнии на заземляющее устройство, или при перенапряжении по питающей сети (при удаленном ударе молнии) предусмотрена 3-х ступенчатая схема включения устройств защиты от импульсной помехи (УЗИП). В зависимости от места установки и способности пропускать через себя различные импульсные токи, УЗИП подразделяются на три класса. Основные требования к УЗИП разных классов приведены в табл1.

1 (B)
Предназначены для защиты оттпрямых ударов молнии в системе молниезащиты здания или воздушных линий электропередач (ЛЭП). Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Нормируются импульсным током Iимп с формой волны 10/350мкс.
2 (C)
Предназначены для защиты токораспределительной сети объекта от коммутационных помех или используются как вторая ступень защиты при ударе молнии. Устанавливаются в распределительные щиты. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20мкс.
3 (D)
Предназначены для защиты потребителей от остаточных бросков напряжения, защиты от дифференциального (несимметричного) перенапряжения (например, между фазой и нулевым рабочим проводником в системе TN-S), фильтрации высокочастотных помех. Устанавливаются непосредственно у потребителя. Могут иметь конструкцию в виде розеток, сетевых вилок и т.п. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20мкс.
читать далее...

На выбор защиты от грозового перенапряжения влияют:
- интенсивность ударов молнии в данном месте - это среднегодовое количество ударов молнии на 1км² за год;
- оценка уязвимости самой электроустановки (например, подземные системы электропитания считаются менее уязвимыми, чем воздушные);
- стоимость оборудования подключенного к защищаемой электоустановке (данный фактор может стать важным критерием дл усложнения или упрощения схемы защиты).

Классы УЗИП

В качестве элементной базы для создания УЗИП, как правило, используются разрядники различных типов и оксидно-цинковые варисторы. УЗИП на базе варисторов обеспечивают качественную защиту при их применении на 1-ой ступени защиты при амплитудах импульсного тока Iимп=20кА (10/350мкс), что в большинстве случаев достаточно даже для воздушного ввода электропитающей линии в объект. Разрядники искрового типа могут иметь значение Iимп=50...100кА (10/350мкс). Взаимосвязь между зонами молниезащиты, классами защитных устройств и категориями стойкости изоляции оборудования к импульсному перенапряжению показана на рис.2.
УЗИП класса 1 устанавливают на вводе в здание (во вводном щите или в специальном боксе) после вводного автомата (на границе зоны 0 и зоны 1).
УЗИП класса 2 располагают во вторичных распределительных щитах (например, в щитах выпрямителей, этажных или других щитах) до групповых автоматов. Они могут быть размещены на границе зон 1 и 2 или в зоне 1 вместе с устройствами класса 1.
УЗИП класса 3 также располагают в распределительных щитах или непосредственно возле потребителя (зона 3).
Если от УЗИП до потребителя расстояние более 10...15м, необходимо дополнительное устройство класса 3 рядом с защищаемым оборудованием - для устранения наводок в кабеле. Основным параметром УЗИП является падение напряжения Up на защитном устройстве при протекании через него импульсного тока разряда. Параметр характеризует способность устройства ограничивать появляющееся на его клеммах перенапряжение. Его определяют при протекании номинального импульсного разрядного тока In. Как правило, УЗИП класса 1 на базе разрядника имеют Up=4кВ (на базе варистора - ниже), УЗИП класса 2 имеют Up=1,3...2,5кВ, УЗИП класса имеют Up=0,8...1,5кВ.

Схемы включения УЗИП

схема включения УЗИПсхема молниезащитыДля того, чтобы надежно защитить объект от воздействия любого вида перенапряжения, в первую очередь необходимо создать эффективную систему заземления и выравнивания потенциалов. При этом желателен переход на системы электропитания TN-S или TN-C-S , т.е. с разделенными нулевым и защитным проводниками. Предлагаемые ниже решения основаны на стандартах МЭК.
Cуществуют две основные схемы включения УЗИП в электропитающую линию. Схема, показанная на рис.3а, предназначена для защиты от симметричного перенапряжения (провод-земля). Схема, показанная на рис3б - от несимметричного перенапряжения (провод-провод). Данные экспериментов показали более высокую опасность несимметричного перенапряжения (на клеммах электроприемников L/N) по сравнению с симмметричным перенапряжением (на клеммах электроприемников L/PE и N/PE). При проектировании различных ступеней защиты возможно комбинирование этих схем.
Схема подключения УЗИП для наиболее часто применяемых сетей типа TN-S показана на рис.4. Ограничители классов 1 и 2 включают между токоведущими проводниками L1-L3 (фазами), N и нулевым защитным PE для ограничения симметричного перенапряжения (провод-земля. УЗИП класса 3 включают по той же схеме, что и УЗИП классов 1 и 2, но для ограничения несимметричного перенапряжения (провод-провод).