Рис. 4.4. Схема соединения проводов электропитания и связи ори радиальной системе уравнивания потенциалов
При использовании сетки ее металлические части не изолируются от общей системы заземления (рис. 4,5). Сетка соединяется с общей системой во многих точках. Обычно сетка используется для протяженных открытых систем, где оборудование связано большим числом различных линий и кабелей и где они входят в объект в различных точках. В этом случае вся система обладает низким сопротивлением на всех частотах. Кроме того, большое число короткозамкнутых контуров сетки ослабляет магнитное поле вблизи информационной системы. Приборы в защитной зоне соединяются друг с другом по кратчайшим расстояниям несколькими проводниками, а также с металлическими частями защищенной зоны и экраном зоны. При этом максимально используются имеющиеся в устройстве металлические части, такие как арматура в полу, стенах и на крыше, металлические решетки, металлическое оборудование неэлектрического назначения, такое как трубы, вентиляционные и кабельные короба.
Обе конфигурации, радиальная и сетка, могут быть объединены в комплексную систему, как показано на рис. 4.6. Обычно, хотя это и необязательно, соединение локальной сети заземления с общей системой осуществляется на границе зоны молниезащиты.
Рис. 4.6. Комплексное выполнение системы уравнивания потенциалов
4.5. Заземление
Основная задача заземляющего устройства молниезащиты – отвести как можно большую часть тока молнии (50 % и более) в землю. Остальная часть тока растекается по подходящим к зданию коммуникациям (оболочкам кабелей, трубам водоснабжения и т.п.). При этом не возникают опасные напряжения на самом заземлйтеле. Эта-задача выполняется сетчатой системой под зданием и вокруг него. Заземляющие проводники образуют сетчатый контур, объединяющий арматуру бетона внизу фундамента. Это обычный метод создания электромагнитного экрана внизу здания. Кольцевой проводник вокруг здания и/или в бетоне на периферии фундамента соединяется с системой заземления заземляющими проводниками обычно через каждые 5 м. Внешний заземлитель может быть соединен с указанными кольцевыми проводниками.
Арматура бетона внизу фундамента соединяется с системой заземления. Арматура должна образовывать сетку, соединенную с системой заземления обычно через каждые 5 м.
Можно использовать сетку из оцинкованной стали с шириной ячейки обычно 5 м, приваренную или механически прикрепленную к прутьям арматуры обычно через каждый 1 м. Концы проводников сетки могут служить заземляющими проводниками для соединительных полос. На рис. 4.7 и 4.8 показаны примеры сетчатого заземляющего устройства.
Связь заземлителя и системы соединений создает систему заземления. Основная задача системы заземления – уменьшать разность потенциалов между любыми точками здания и оборудования. Эта задача решается созданием большого количества параллельных путей для токов молнии и наведенных токов, образующих сеть с низким сопротивлением в широком спектре частот. Множественные и параллельные пути имеют различные резонансные частоты. Множество контуров с частотно-зависимыми сопротивлениями создают единую сеть с низким сопротивлением для помех рассматриваемого спектра.
Рис. 4.7. Сетчатое заземляющее устройство здания:
1 – сеть соединений; 2 – заземлитель
Рис. 4.8. Сетчатое заземляющее устройство производственных сооружений:
1 – здания; 2 – башня; 3 – оборудование; 4 – кабельный лоток
4.6. Устройства защиты от перенапряжений
Устройства защиты от перенапряжений (УЗП) устанавливаются в месте пересечения линией электроснабжения, управления, связи, телекоммуникации границы двух зон экранирования. УЗП координируют для достижения приемлемого распределения нагрузки между ними в соответствии с их стойкостью к разрушению, а также для
Рис. 4.9. Пример установки УЗП в здании
уменьшения вероятности разрушения защищаемого оборудования под воздействием тока молнии (рис. 4.9).
Рекомендуется входящие в здание линии питания и связи соединять одной шиной и располагать их УЗП как можно ближе одно к другому. Это особенно важно в зданиях из неэкранирующего материала (дерева, кирпича и т.п.). УЗП выбираются и устанавливаются так, чтобы ток молнии был в основном отведен в систему заземления на границе зон 0 и 1.
Так как энергия тока молнии в основном рассеивается на указанной границе, последующие УЗП защищают лишь от оставшейся энергии и от воздействия электромагнитного поля в зоне 1. Для наилучшей защиты от перенапряжений при установке УЗП используют короткие соединительные проводники, выводы и кабели.
Исходя из требований координации изоляции в силовых установках и устойчивости к повреждениям защищаемого оборудования уровень УЗП по напряжению выбирают ниже максимального значения, чтобы воздействие на защищаемое оборудование всегда было ниже допустимого напряжения. Если уровень устойчивости к повреждениям неизвестен, используют ориентировочный или полученный в результате испытаний уровень. Количество УЗП в защищаемой системе зависит от устойчивости защищаемого оборудования к повреждениям и характеристик самих УЗП.
4.7. Защита оборудования в существующих зданиях
Все возрастающее использование сложного электронного оборудования в уже существующих зданиях требует более надежной защиты от молнии и других электромагнитных помех. Принимается во внимание, что в существующих зданиях необходимые меры по молниезащите выбирают с учетом особенностей здания, таких как конструктивные элементы, существующее силовое и информационное оборудование.
Необходимость в защитных мерах и выбор их определяют на основании исходных данных, которые собирают на стадии предпроектных изысканий. Примерный перечень таких данных приведен в табл. 4.3-4.6.
На основании анализа риска и данных, приведенных в табл. 4.3 – 4.6, принимается решение о необходимости построения или реконструкции системы молниезащиты.
Таблица 4.3
Исходные данные о здании и окружении
Пункт
|
Характеристика
|
1
|
Материал здания – каменная кладка, кирпич, дерево, железобетон, стальной каркас
|
2
|
Единое здание или несколько отдельных блоков с большим количеством соединений
|
3
|
Низкое и плоское или высокое здание (размеры здания)
|
4
|
Соединена ли арматура по всему зданию?
|
5
|
Соединена ли электрически металлическая облицовка?
|
6
|
Размеры окон
|
7
|
Имеется ли внешняя система молниезащиты?
|
8
|
Тип и качество внешней системы молниезащиты
|
9
|
Тип почвы (камень, земля)
|
10
|
Заземленные элементы соседних зданий (высота, расстояние до них)
|
Таблица 4.4
Исходные данные по оборудованию
Пункт
|
Характеристика
|
1
|
Входящие линии (подземные или воздушные)
|
2
|
Антенны или другие внешние устройства
|
3
|
Тип системы питания (высоковольтная или низковольтная, подземная или надземная)
|
4
|
Прокладка кабелей (число и расположение вертикальных участков, способ прокладки кабелей)
|
5
|
Использование металлических кабельных лотков
|
6
|
Имеется ли внутри здания электронное оборудование?
|
7
|
Есть ли проводники, отходящие к другим зданиям?
|
Таблица 4.5
Характеристики оборудования
Пункт
|
Характеристика
|
1
|
Тип коммуникаций между информационным оборудованием (экранированные или неэкранированные многожильные кабели, коаксиальные кабели; аналоговые или цифровые; симметричные или несимметричные; оптоволоконные линии)
|
2
|
Уровни устойчивости оборудования к повреждениям
|
Таблица 4.6
Другие данные, касающиеся выбора концепции защиты
Пункт
|
Характеристика
|
1
|
Соединены ли металлические оконные рамы?
|
2
|
Материал крыши (металл, бетон)
|
3
|
Конфигурация сети (TN, ТТ или IT)
|
4
|
Расположение электронного оборудования в здании
|
5
|
Расположение соединений электронного оборудования с общей системой заземления
|
4.7.1. Меры защиты при использовании внешней системы молниезащиты
Основная задача – нахождение оптимального решения по улучшению внешней системы молниезащиты и по другим мерам.
Усовершенствование внешней системы молниезащиты достигается:
1) включением внешней металлической облицовки и крыши здания в систему молниезащиты;
2) использованием дополнительных проводников, если арматура соединена по всей высоте здания – от крыши через стены до заземления здания;
3) уменьшением промежутков между металлическими спусками и уменьшением шага ячейки молниеприемника;
4) установкой соединительных полос (гибких плоских проводников) в местах стыков между соседними, но структурно разделенными блоками; расстояние между полосами должно быть вдвое меньше расстояния между спусками;
5) соединением протяженного провода с отдельными блоками здания; обычно соединения необходимы на каждом углу кабельного лотка, и соединительные полосы выполняются как можно короче;
6) защитой отдельными молниеприемниками, соединенными с общей системой молниезащиты, если металлические части крыши нуждаются в защите от прямого удара молнии; молниеприемник располагается на безопасном расстоянии от указанного элемента.
4.7.2. Меры защиты при использовании кабелей
Эффективными мерами по снижению перенапряжений являются рациональная прокладка и экранирование кабелей. Эти меры тем важнее, чем меньше экранирование от внешней системы молниезащиты.
Больших петель можно избежать, прокладывая совместно силовые кабели и экранированные кабели связи. Экран соединяется с оборудованием на обоих концах.
Любое дополнительное экранирование, например прокладка проводов и кабелей в металлических трубах или лотках между этажами, снижает полное сопротивление общей системы соединений. Эти меры наиболее важны для высоких или протяженных зданий или когда оборудование должно работать особенно надежно.
Предпочтительными местами установки УЗП являются границы зон 0/1 и зон 0/1/2 соответственно, расположенные на входе в здание.
Как правило, общая сеть соединений не используется в рабочем режиме как обратный проводник силовой или информационной цепи.
4.7.3. Меры защиты при использовании антенн и другого оборудования
Примерами такого оборудования являются различные внешние устройства, такие как антенны, метеорологические датчики, камеры наружного наблюдения, наружные датчики на промышленных объектах (датчики давления, температуры, скорости потока, положения клапана и т.д.) и любое другое электрическое, электронное и радиооборудование, установленное снаружи на здании, мачте или промышленном резервуаре.
По возможности молниеотвод устанавливается таким образом, чтобы оборудование было защищено от прямого попадания молнии. Отдельные антенны оставляют абсолютно открытыми по технологическим соображениям. Некоторые из них имеют встроенную систему молниезащиты и могут без повреждений выдержать попадание молнии. Другие, менее защищенные типы антенн, могут требовать установки УЗП на питающем кабеле, чтобы предотвратить попадание тока молнии по кабелю антенны в приемник или передатчик. При наличии внешней системы молниезащиты крепления антенны присоединяются к ней.
Наведение напряжения в кабелях между зданиями можно предотвратить, прокладывая их в соединенных металлических лотках или трубах. Все кабели, идущие к связанному с антенной оборудованию, прокладываются с выводом из трубы в одной точке. Следует обратить максимальное внимание на экранирующие свойства самого объекта и прокладывать кабели в его трубчатых элементах. Если это невозможно, как в случае с технологическими емкостями, кабели прокладывают снаружи, но как можно ближе к объекту, максимально используя при этом такие естественные экраны, как металлические лестницы, трубы и др. В мачтах с L-образными угловыми элементами кабели располагаются внутри угла для максимальной естественной защиты. В крайнем случае рядом с кабелем антенны размещается эквипотенциальный соединительный медный проводник с минимальным поперечным сечением 6 мм2. Все эти меры снижают наведенное напряжение в петле, образованной кабелями и зданием, и соответственно уменьшают вероятность пробоя между ними, т.е. вероятность возникновения дуги внутри оборудования, между электросетью и зданием.
4.7.4. Меры защиты силовых кабелей и кабелей связи между зданиями
Связи между зданиями подразделяются на следующие типы: силовые кабели с металлической оболочкой, металлические (витая пара, волноводы, коаксиальные и многожильные кабели) и оптоволоконные кабели. Защитные меры зависят от типов кабелей, их количества, а также от того, соединены ли системы молниезащиты двух зданий.
Полностью изолированный оптоволоконный кабель (без металлического армирования, фольги для защиты от влаги или стального внутреннего проводника) может быть применен без дополнительных мер защиты. Использование такого кабеля является наилучшим вариантом, так как обеспечивает полную защиту от электромагнитных воздействий. Однако если кабель содержит протяженный металлический элемент (за исключением жил дистанционного питания), последний на входе в здание присоединяется к общей системе уравнивания потенциалов соединений и не должен напрямую входить в оптический приемник или передатчик. Если здания расположены близко друг к другу и их системы молниезащиты не соединены, предпочтительнее использовать оптоволоконный кабель без металлических элементов во избежание больших токов в этих элементах и их перегрева. Если же имеется соединенный с системой молниезащиты кабель, то можно использовать оптический кабель с металлическими элементами, чтобы отвести часть тока от первого кабеля.
Металлические кабели между зданиями с изолированными системами молниезащиты. При данном соединении систем защиты повреждения весьма вероятны на обоих концах кабеля вследствие прохождения по нему тока молнии. Поэтому на обоих концах кабеля необходимо установить УЗП, а также, где возможно, следует соединять системы молниезащиты двух зданий и прокладывать кабель в соединенных металлических лотках.
Металлические кабели между зданиями с соединенными системами молниезащиты. В зависимости от числа кабелей между зданиями защитные меры могут включать соединение кабельных лотков (при нескольких кабелях), экранирование или применение гибких металлошлангов для многожильных кабелей управления (при большом количестве кабелей). Подсоединение обоих концов кабеля к связанным системам молниезащиты часто обеспечивает достаточное экранирование, особенно если кабелей много, и ток распределится между ними.
СПРАВОЧНОЕ ДОПОЛНЕНИЕ К ИНСТРУКЦИИ
|
