Важность внутренних систем молниезащиты и техническая необходимость их применения

Системы молниезащиты должны устанавливаться в результате интеграции четырех систем с учетом турецких стандартов и международных норм. Как Yılkomer, по результатам исследований, проведенных нами в отрасли, мы пришли к выводу, что многие инженеры и техники воспринимают системы молниезащиты исключительно как внешние системы молниезащиты (клетка Фарадея, молниеприемник, оттяжной провод, молниеотвод). Однако внешняя молниезащита является лишь одной из четырех опор данной интеграции. Подобно тому, как стол не может стоять на одной ножке и падает, здание также получит повреждения от воздействия разряда молнии при ударе. Системы молниезащиты должны формироваться в результате объединения четырех систем.

Защита зданий от молнии имеет большое значение с точки зрения безопасности жизни и имущества.

Эти системы включают: качественную систему заземления, правильно спроектированную систему уравнивания потенциалов, внешнюю молниезащиту, выбранную в соответствии с типом здания и устанавливаемую снаружи, а также поэтапно установленную внутреннюю молниезащиту (устройства защиты от импульсных перенапряжений). С точки зрения стандартов и технических требований данные системы обязательно должны присутствовать в здании. Если в здании установлена только внешняя молниезащита без внутренней, все силовые и информационные линии, а также электронные устройства подвергаются риску. С другой стороны, если в здании отсутствует система заземления, невозможно интегрировать в него внутреннюю молниезащиту. Кроме того, объект с недостаточным уравниванием потенциалов может быть поврежден из-за эффектов электромагнитной связи внешней молниезащиты. Эти этапы интеграции могут быть дополнительно расширены.

Вкратце: если вы хотите защитить здание от молнии, для снижения риска пожара и защиты людей обязательно наличие внешней молниезащиты, а для защиты электронного оборудования — внутренней молниезащиты. В данной статье мы постараемся предоставить информацию о системах внутренней молниезащиты.

Импульсные перенапряжения — это напряжения, возникающие в диапазоне от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд и приводящие к потере имущества и угрозе жизни при отсутствии мер защиты. По характеру возникновения такие перенапряжения можно разделить на две основные группы.

Импульсные перенапряжения, вызванные молнией (внутренняя молниезащита)

Во время разряда молнии протекает ток от 2 000 до 200 000 ампер. Эти значения вызывают образование напряжений в энергетических линиях, линиях связи, системах безопасности и аналогичных установках в радиусе до примерно 2 км вследствие прямого разряда молнии или воздействия магнитного поля. Если возникающие напряжения превышают пределы прочности изоляции или оборудования, это приводит к пробоям изоляции, возгораниям и взрывам.

Импульсные перенапряжения, возникающие при электрических коммутациях

Ток, протекающий по проводнику, создает магнитное поле, которое при отключении тока резко уменьшается. Энергия, накопленная в проводнике, передается в систему в виде напряжения посредством индукции. Подобные перенапряжения встречаются очень часто.

Для возникновения импульсных перенапряжений, вызванных молнией, необязательно наличие в здании внешней системы молниезащиты. После попадания в землю ток молнии распространяется по кругу в радиусе до 2 км и движется в сторону участков с меньшим сопротивлением. Поэтому указанные выше системы внутренней молниезащиты необходимо применять в зданиях даже при отсутствии внешней молниезащиты.

В настоящее время большинство социальных процессов в промышленности, торговле, сфере услуг, здравоохранении и повседневной жизни человека в значительной степени зависят от корректной работы электрических и электронных устройств и систем. Наиболее частой причиной их выхода из строя являются импульсные перенапряжения, нарушающие передачу данных и приводящие к повреждению оборудования. Многие компании воспринимают источники бесперебойного питания (UPS) как системы защиты от перенапряжений. Однако ИБП предназначены лишь для стабилизации параметров сети и не содержат полноценной защиты от перенапряжений. В большинстве таких устройств присутствует только простой низкочастотный фильтр, который защищает лишь от радиочастотных помех, но не от высокоэнергетических импульсных перенапряжений, вызывающих повреждения. Кроме того, предохранители и реле, установленные в распределительных щитах, неэффективны против импульсов с характеристиками молнии, поскольку они рассчитаны на длительные воздействия. Разряд молнии, напротив, имеет крайне короткую импульсную характеристику и медленно затухает в грунте. Именно поэтому применение систем внутренней молниезащиты является обязательным.

Как должна осуществляться защита от импульсных перенапряжений?

В низковольтных установках устройства защиты от перенапряжений, подключаемые между фазами и землей, а также между нейтралью и землей, при возникновении импульса переходят в проводящее состояние и гасят перенапряжение через себя, предотвращая повреждение системы. Для этого стандартами DIN-IEC предусмотрена ступенчатая система защиты. Каждая ступень поэтапно снижает импульсное напряжение, в результате чего оно становится безопасным для системы. Для внешних ударов молнии применяется защита класса B, для внутренних импульсных перенапряжений — класса C, а для чувствительного оборудования — класса D. Защита класса B также обозначается как Class 1 или Type 1, класса C — как Type 2 или Class 2, а устройства класса D — как Class 3 или Type 3.

Классы устройств защиты от перенапряжений

В точке ввода электроэнергии в здание, как правило, в главных распределительных щитах устанавливаются устройства класса B. В распределительных щитах, где осуществляется распределение энергии внутри здания, применяются устройства класса C, а для защиты серверов, камер, внешних линий, систем передачи данных, компьютеров и других электронных устройств непосредственно перед оборудованием устанавливаются устройства класса D. При наличии внешней системы молниезащиты использование устройства класса B в главном щите для защиты от прямого удара молнии считается обязательным. Если предположить, что через внешнюю молниезащиту проходит удар молнии силой 200 кА, около 100 кА рассеивается в земле, а оставшиеся 100 кА попадают в здание. За счет уровня защиты 50 кА на фазу устройства класса B предотвращают попадание этого импульса к оборудованию, ограничивая импульсные напряжения на уровнях 4,5 кВ, 2,5 кВ и 1,5 кВ. Данная защита реализуется на уровне главного распределительного щита.

В распределительных щитах, где энергия распределяется внутри здания, предусматривается защита класса C. Если в здании с внешней молниезащитой используется только устройство класса C без класса B, система может быть повреждена. Устройства класса C предотвращают повреждение оборудования, ограничивая импульсные токи до 40 кА на фазу и снижая напряжение до уровней 2,3 кВ, 1,5 кВ и 1 кВ. Как правило, такая защита применяется на уровне распределительного щита. Минимальное расстояние между устройствами класса B и C должно составлять не менее 5 м. Однако современные комбинированные устройства классов B+C устраняют данное ограничение.

Устройства защиты класса D

Устройства класса D разработаны для защиты отдельных устройств и относятся к категории точной (чувствительной) защиты. Существуют исполнения для розеток и для установки в щитах. В зависимости от области применения предлагается множество вариантов. Однако устройства класса D, используемые без предварительных ступеней защиты классов B и C, не выполняют свою функцию. Например, розеточные устройства защиты, продаваемые в электротехнических магазинах, представляют собой лишь последнюю ступень защиты и сами по себе неэффективны. Кроме того, существуют специально разработанные модули для защиты приемо-передающих станций систем связи, которые особенно эффективно защищают антенные входы от импульсных перенапряжений и токов. Они широко применяются в системах радиосвязи и CB-радио. В приложениях, где передача сигнала осуществляется по коаксиальному кабелю (компьютерные системы, системы обработки данных, видеосистемы), используются адаптерные модули класса D с разъемами для предотвращения повреждения оборудования импульсными напряжениями, поступающими по сигнальным линиям.

В заключение отметим, что для защиты от молнии, а также для защиты от воздействий коммутационных элементов, гармоник и колебаний напряжения, вызывающих импульсные перенапряжения, необходимо применять системы внутренней молниезащиты (устройства защиты от перенапряжений). Чтобы предотвратить повреждение все более чувствительного оборудования, потерю критически важных данных и ущерб миллиардным объектам, эти системы должны быть установлены в наших зданиях и на объектах. В этом вопросе крайне важно получать поддержку от опытных инженеров и технически компетентных компаний при выборе оборудования. Не забывайте: предотвращение того, чтобы небольшие воздействия, такие как импульсные перенапряжения, приводили к крупным потерям, находится в наших руках.