Заземление и молниезащита: вопросы и проблемы, возникающие при проектировании (серия вебинаров, 11-20)

11. Лекция «Ответы на вопросы проектировщиков»
(прошла 08 декабря 2015 года)

Для кого лекция: для проектировщиков, электромонтажников, специалистов служб эксплуатации
Продолжительность: 45 минут

Десять вебинаров с профессором Э. М. Базеляном помогли слушателям найти решения своих насущных проблем в проектировании заземления и молниезащиты. Но даже десяти вебинаров не достаточно для того, чтобы ответить на все имеющиеся вопросы. Для этого мы собрали вопросы от проектировщиков в один список и предложили профессору ответить на них. Смотрите видеозапись лекции!

Вопросы, на которые ответил профессор:

• Как сделать два независимых контура заземления при ограниченной площади (20 на 20 м)?
• Выполняется общий контур заземления для молниезащиты и защитного заземления, в молниеприемник ударяет молния. Ток молнии через контур попадет на шину заземления? К каким последствиям это может привести? Как в этом случае может помочь УЗИП?
• В соответствии с пунктом 36 Пособия по проектированию учреждений здравоохранения (к СНИП 2.08.02-89) для функционального заземления медицинского оборудования (рентген-аппарат и т.п.) требуется отдельное заземляющее устройство. Как соблюсти расстояние 15 метров?
• Как проектировать молниезащиту строения, возле которого (в 10 метрах) проходит труба газопровода?
• Эффективны ли декоративные молниеприемники?
• Как выполнить молниезащиту для открытой площадки на которой работает подъёмный кран?

• Можно ли в качестве заземлителей использовать фундамент на винтовых сваях?
• Чем чревата установка электродов на расстоянии менее 1 метра от фундамента, как это указано в СО 153-34 п. 3.2.3.2?
• Какой документ разрешает использовать сталь для заземления высоковольтных установок?
• Каким образом от молнии защищается наземный газопровод? Нужно ли устанавливать отдельностоящий молниеприёмник рядом с газопроводным краном?

Рекомендуется просмотр с качеством "720p" в полноэкранном режиме.

12. Лекция «Молния и молниезащита в ЭНИН им. Г.М. Кржижановского»
(прошла 20 января 2016 года)

Для кого лекция: для проектировщиков, электромонтажников, специалистов служб эксплуатации
Продолжительность: 124 минуты

Первые исследования молнии и разработка способов защиты начались более 250 лет назад. Не смотря на это современная молниезащита по-прежнему имеет множество вопросов, на которые не найдены ответы.
Эдуард Меерович поделился со слушателями историей развития молниезащиты в России и мире, интересными фактами из этой истории, уникальными экспериментами с молнией, мировыми рекордами в физике, а также рассказал, какие существуют и как работают современные системы молниезащиты. Видеолекция несет информационный характер и будет интересна и полезна проектировщикам, электромонтажникам, научным сотрудникам, студентам технических факультетов и всем, кто так или иначе связан с молниезащитой и заземлением.

Навигация по видео лекции:

• Первые научные исследования молнии, таймкод 00:03:02
  (Середина XVIII века, исследования Бенджамина Франклина и реакция Михаила Васильевича Ломоносова на эти исследования)
• Начало изучения физики длинной искры, таймкод 00:06:10
  (Конец IXX - начало XX вв., теория лавин Джона Сили Эдварда Таунсенда, вопрос о том, каким образом канал длинной искры развивался от облака до земли)
• Исследования физики длинной искры в СССР, таймкод 00:07:55
  (1930-ые годы, инициатива Глеба Максимилиановича Кржижановского по изучению физики длинной искры, исследования Илья Самуилович Стекольников, открытие лидера длинной искры)
• Эксперименты Вадима Степановича Комелькова, таймкод 00:12:51
  (Исследования длинной искры, неожиданная командировка)
• Деятельность лаборатории в военное и послевоенное время, таймкод 00:17:52
  (Исследования молнии во время Второй мировой войны и после нее; построение генератора импульсных перенапряжений на 3 000 000 В; эпоха мировых рекордов, создание импульсного оссцилографа, освоение безиндуктивных цилиндрических шунтов, погоня за совершеннейшими записями тока лидера; создание отечественного электронно-оптического преобразователя)
• Деятельность лаборатории в конце 50-ых - 60-ых гг., таймкод 00:24:02
  (начало работы Эдуарда Мееровича Базеляна в ЭНИН, выход на новый уровень работы лаборатории, моделирование молнии, исследования зависимости результата от фронта импульса напряжения)
• Лидерный механизм искры и молнии, таймкод 00:35:35
• О роли стримерной зоны и чехла объёмного заряда, таймкод 00:37:02

• Элементарная теория лидера, таймкод 00:38:58
• История появлений российских зон защиты, таймкод 00:40:05
• О пути молнии, таймкод 00:42:17
  (по какому пути «пойдет» молния: по короткому или длинному промежутку? Разработка статистического метода ЭНИН)
• Методические основы расчета числа ударов молнии в ВЛ, таймкод 00:45:41
• Регистрация ударов молнии в Останкинскую телебашню, таймкод 00:47:06
• Возможности статистической методики ЭНИН и ее применение, таймкод 00:48:23
• Исследование короны молнии Валерием Ивановичем Попковым, таймкод 00:52:14
• Эксперимент «Триггерная молния», таймкод 00:55:33
  (про облако заряда)
• Исследование коронного разряда в электрическом поле грозового облака, таймкод 00:55:33
• Практическое применение исследований коронного разряда, таймкод 01:01:10
  (о системах грозоизоляции, препятствующих формированию встречного лидера и, как следствие, прямого удара молнии в объект)
• Что на самом деле делает активная молниезащита, таймкод 01:06:50
• Заземление для молниезащиты, таймкод 01:10:39
  (Об электрических полях и поведении тока молнии в грунте)
• Совместная работа ЭНИН, ОИВТ РАН и ГНЦ РФ ТРИНИТИ, таймкод 01:14:07
  (О создании генератора импульсных токов с напряжением в 2мВ и с энергией 4 МДж и исследованиях, проведенных с помощью этого генератора)
• Завершающее слово, таймкод 01:19:08
  (О конференции по молниезащите, нормативной документации и актуальных задачах молниезащиты, пожелание молодому поколению научных сотрудников)

13. Вебинар «Ответы на вопросы об УЗИП»
(прошёл 10 февраля 2016 года в 11:00)

Для кого вебинар: для проектировщиков, электромонтажников, специалистов служб эксплуатации
Место проведения: онлайн (требуется доступ к Интернет с вашего компьютера)
Стоимость: бесплатно
Продолжительность: 60-90 минут

В этом году мы проводим еще один вебинар по применению УЗИП для ограничения перенапряжений в низковольтных электрических цепях. Основанием для этого послужили многочисленные вопросы от проектировщиков внутренней молниезащиты. Их причина достаточно банальна. В отечественных нормативных документах по молниезащите вопросы практического применения УЗИП затронуты в самом общем виде, да и то только в Инструкции СО 153-34.21.122-2003. Конкретных предписаний там нет никаких и потому проектировщик оказывается один на один с рекомендациями фирм, производящих УЗИПы. Положение здесь явно неравное. Изготовитель заинтересован в массовых продажах, причем. в первую очередь, тех изделий, что наиболее просты в производстве и, как правило, стоят недешево. Для этой цели выпускаются рекламные проспекты с элементарными оценками уровней грозовых перенапряжений и токов молнии через УЗИП, которые явно стремятся повернуть проектировщика в сторону "нужных" защитных элементов.

Сегодня вследствие серьезного осложнения финансовой обстановки в стране подобное положение вряд ли можно считать допустимым – остро необходимы методические указания по обоснованному выбору УЗИП, основанные на достоверных расчетах грозовых перенапряжений и токовой нагрузки. Подход к подобной задаче формируется в предстоящем семинаре.

Приходится еще раз напомнить, что расстановка УЗИП в электрической цепи – исключительно сильнодействующее средство. Его применение оправдано, лишь когда исчерпаны все возможности ограничения опасных грозовых воздействий за счет эффективного устройства внешней молниезащиты. Рекламируемые типовые примеры с сотнями УЗИП в цепях защищаемого объекта никак нельзя считать конструктивным решением, поскольку любой УЗИП является достаточно сложным техническим элементом вполне конкретной надежности. Его установка в электрической цепи уже только одним своим присутствием может негативно повлиять на надежность функционирования объекта в целом и его технические характеристики.

Задача минимизации количества УЗИП всегда должна стоять перед проектировщиками. Это вряд ли возможно без достоверной оценки реально опасных грозовых воздействий на защищаемое оборудование и их сопоставления с допустимыми параметрами, предписанными заводом-изготовителем.

Для демонстрации изложенного при подготовке вебинара мы опирались на конкретные вопросы, заданные слушателями. Большинство их не оставлено без внимания; ответы доведены либо до конкретных рекомендаций, либо до указаний пути количественного решения задачи.

14. Семинар «Молниезащита предприятий углеводородного топлива»
(прошёл 08 июня 2016 года)

Для кого вебинар: для проектировщиков, инженеров, представителей нефтегазовых организаций

8 июня в Москве прошёл семинар для инженеров-проектировщиков, на котором профессор Эдуард Меерович Базелян осветил множество важных вопросов в области молниезащиты. Также профессор ответил на множество интересных вопросов аудитории.

Тезисы, рассмотренные на семинаре:

1. Параметры молнии, важные для проектирования молниезащиты.
2. Отечественные нормативные документы. Что может извлечь из них проектировщик?
3. Внешняя и внутренняя молниезащита — единое целое. Проблемы внутренней молниезащиты должны решаться уже на стадии выбора молниеотводов.
4. Эффективность защитного действия молниеотводов. Почему надо стремиться к использованию многократных молниеотводов, в первую очередь, тросовых.
5. Проблема выбора многократных молниеотводов. В ее решении поможет проект ZANDZ.com.
6. ESE – молниеотводы — бесполезная рекламная продукция?
7. Для чего нужен и полезен DAS.
8. Токоотводы — главное средство ослабления магнитного поля в защищаемом объеме.
9. Как оценить опасность электромагнитных наводок?
10. Требования к заземлителям. Почему важно знать их импульсные характеристики?
11. Опасность искровых разрядов, скользящих по поверхности грунта. Средства борьбы с ними.
12. Какую технику для испытаний заземляющих устройств могут применить отечественные специалисты?
13. Опасность незавершенных разрядов в электрическом поле атмосферы. Есть ли конструктивное решение?
14. УЗИП – это хорошо или не очень? Когда нужно ставить УЗИП и какие требования предъявлять к нему?

Подробнее смотрите в видеозаписи семинара!

15. Вебинар «Применение тросовой молниезащиты»
(прошёл 07 сентября 2016 года в 11:00)

Для кого вебинар: для проектировщиков, электромонтажников, специалистов служб эксплуатации

Как это неудивительно, но тросовый молниеотвод – самый распространенный тип молниеотвода, а его эффективность обследована в наилучшей степени, потому что миллионы километров воздушных линий электропередачи защищены именно тросовыми молниеотводами, одиночными или двойными. Международная организация СИГРЭ в течение многих лет собирает мировой опыт эксплуатации тросовой молниезащиты. Надежность их действия в зависимости от высоты подвеса и угла защиты достоверно установлена по крайней мере до уровня 0,999. Следует отметить, что статистическая методика расчета вероятности прорыва, по которой определялись зоны защиты молниеотводов в национальных нормативах РД 34.21.122-87 и СО-153-34.21.122-2003, в основном калибровалась по опыту эксплуатации грозотросов.

Важным моментом является существенно большая эффективность тросовых молниеотводов по сравнению со стержневыми той же высоты. Если сравнить надежность защиты системы стержневых молниеотводов и грозотросов при равном числе опор, на которых установлены молниеприемники, то различие в числе ожижаемых прорывов молнии к защищаемым объектам окажется, как минимум, в пределах порядка величины.

При прочих равных условиях наибольшая надежность защиты обеспечивается организацией замкнутых тросовых молниеотводов или расположением грозотросов с отрицательными углами защиты. Это позволяет минимизировать высоту подвеса грозотросов и тем самым заметно сократить число ударов молнии в защищаемую территорию, а следовательно, и число опасных электромагнитных воздействий на цепи микроэлектроники, в т.ч. подземные.

Другим принципиальным преимуществом тросовой молниезащиты является возможность установки опор грозотросов за пределами защищаемой территории без сколько-нибудь существенных материальных затрат. Тем самым можно существенно ослабить кондуктивную связь между заземлителями этих опор и контуром заземления защищаемого объекта, что практически полностью ликвидирует проникновение тока молнии в его подземные коммуникации. Наконец, благодаря удалению опор грозотросов от защищаемой территории удается либо полностью подавить формирование скользящих искровых каналов от точки ввода в грунт тока молнии, либо ориентировать их в безопасном для объекта направлении.

Итог – замена стержневых молниеотводов грозотросами в ряде практически значимых ситуаций позволяет одновременно решить проблему электромагнитной совместимости.

16. Вебинар «Молниезащита эксплуатируемой кровли»
(прошёл 05 октября 2016 года)

Для кого вебинар: для проектировщиков, электромонтажников, специалистов служб эксплуатации

Сегодня крыша не просто защита от дождя и снега, но важное технологическое пространство, где размещаются машины климат-контроля и вентиляции, монтируются антенные системы и другое электротехническое оборудование. Не редкость, когда крыша превращается в зону отдыха с большим скоплением людей. Существует кровля сложной конструкции, которую надо обязательно защищать от ударов молнии.

На фоне этого технологического разнообразия молниезащитная сетка, которой чаще всего пользуются проектировщики, выглядит неубедительно. И надо сказать не без оснований.

С анализа возможностей сетки предполагается начать очередной вебинар. Проектировщики забывают, что сетка предназначена только для защиты зданий с диэлектрической кровлей, да и то лишь при определенном ее уклоне, когда человек на верхнем этаже или на чердаке не может попасть под опасное напряжение прикосновения. На металлическую кровлю сетка не кладется. Там она полностью бесполезна. И здесь первый вопрос – к какой категории относить железобетонные плиты? На диэлектрик они похожи очень мало.

Второй очень принципиальный вопрос касается расчета зон защиты молниеотводов, смонтированных на крыше. Здесь самые принципиальные расхождения между отечественными нормативными документами по молниезащите и стандартом 62305 МЭК. Фактических данных о работе таких молниеотводов очень мало, Ждать новых исследований почти бессмысленно, а разбираться надо немедленно. Проект ждать не будет.

Установка молниеотводов на крыше обязательно возбуждает вопрос о безопасном отводе тока молнии в землю. У этого вопроса два важных аспекта. Во-первых, надо обеспечивать .безопасность людей внутри и около защищаемого здания, снижая уровни напряжений шага и прикосновения. До хороших конструктивных решений тут очень далеко. Телевидение в грозовой сезон напоминает нам об этом совсем не жизнерадостными репортажами. Во-вторых, редкое здание не заполнено сегодня микропроцессорной техникой, дорогой и, к сожалению, мало устойчивой к электромагнитным воздействиям молнии. Правильное устройство молниезащиты может почти полностью снять эту проблему.

17. Вебинар «Заземление и молниезащита на строительных объектах (башенный кран, бытовки, контейнеры и пр.)»
(прошёл 09 ноября 2016 года в 11:00)

Для кого вебинар: для проектировщиков, электромонтажников, специалистов служб эксплуатации

На прошлом вебинаре речь шла о молниезащите крыш здания и установленного там оборудования. Все разобранное там в полной мере относится к стройке на этапе возведения собственно здания, потому что строители и строительная техника ничем не укрыты и как бы размещены на крыше, высота которой растет по мере возведения здания. Нормативные предписания по молниезащите строящегося объекта крайне скупы и вряд ли могут удовлетворить проектировщиков или службу техники безопасности. В этом вебинаре будет сделана попытка не только расширить объем технических мероприятий по защите от молнии во время стройки, но и обеспечить наиболее благоприятные условия эксплуатации уже построенного сооружения. Начинать придется даже не с фундамента, а с анализа состояния грунта на участке земли, отведенном под строительство. Его вертикальное зондирование – слишком сложный процесс. Вряд ли его целесообразно применять при массовой застройке. Есть более простые способы, вполне достаточные для инженерной оценки условий растекания токов молнии на территории стройплощадки. То же можно сказать и об измерениях сопротивления заземления уже подготовленного фундамента. Если фундамент занимает достаточно большую площадь, стандартизованный метод измерения трудно реализовать, потому что он требует большого свободного пространства для размещения вспомогательных электродов. Не менее проблематичными кажутся и расчетные методики. В условиях обычных строительных работ их трудно реализовать. На деле можно добиться очень существенного упрощения техники измерений, если правильно использовать измерительную технику.

Установка молниеприёмников на верхней строительной площадке обязательна. При ее высоте свыше 20 м. Традиционное исполнение молниеприёмников вряд ли пригодно, поскольку они должны многократно переноситься за время строительства. Здесь наиболее перспективны многократные молниеотводы малого превышения, в связи с чем встает вопрос об оценке их эффективности при строительстве высотных сооружений. Наконец, на стройплощадках, где сосредоточено большое число оперативного персонала, остро встает вопрос о защите от опасных напряжений шага и прикосновения. Сегодня трудно говорить об его полноценном решении.
Регистрируйтесь на вебинар и узнайте о всех правилах и особенностях организации молниезащиты и заземления на строительных объектах!

18. Вебинар «Молниезащита и заземление объектов распределения жидкого и газообразного топлива»
(прошёл 07 декабря 2016 года)

Для кого вебинар: для проектировщиков, электромонтажников, специалистов служб эксплуатации

За последние 2 года проблема молниезащиты больших объемов углеводородного топлива уже третий раз становится темой нашего обсуждения. Объяснение этому достаточно простое и дело здесь не в особой значимости этой отрасли промышленности для нашей страны и даже не в исключительной сложности проблемы, а в отсутствие единого координирующего органа, который должен сформулировать идеологические технически оправданные подходы к защите и от внешних воздействий молнии, и от возбуждаемых ею электромагнитных наводок.

Снова приходится говорить об исключительной важности применения многократных молниеотводов, особенно тросовых, о несовершенстве отраслевых нормативных документов, активно мешающих их внедрению в проекты, о проектировании заземляющих устройств, а главное, - об исключительной изобретательности молнии в части опасных воздействий на объекты добычи, транспорта и переработки углеводородного топлива. В частности, предполагается рассмотреть опасность воздействия молнии на ГРП, пожалуй, самый массовый объект в системах газоснабжения, выполнить анализ грозовых волн, использующих трубопроводы в качестве канала для своей транспортировки на значительные расстояния, и оценить опасность скользящих искровых каналов, которые становятся источниками рождения таких волн в трубопроводах.

Предполагается, что в этом завершающем год вебинаре найдется дополнительное время для ответа на вопросы по молниезащите в любом ее проявлении.

19. Вебинар «Проектируем заземляющие устройства»
(прошёл 01 февраля 2017 года)

Для кого вебинар: для проектировщиков, электромонтажников, специалистов служб эксплуатации

Работа всегда начинается с анализа свойств грунта в месте размещения проектируемого сооружения. Исходные данные, необходимые для этой цели, рекомендуется получать методом вертикального электрического зондирования – операции достаточно хлопотной и не вполне точной. Закономерен вопрос: «Можно ли избежать ее выполнения?» На него удается ответить положительно, если опираться на достоверные представления о глубине проникновения в грунт тока, стекающего с заземляющих электродов.

Второй не менее важный вопрос касается контрольной проверки сопротивления заземления. Нормативные предписания на этот счет вполне конкретны. К сожалению, их почти невозможно выполнить, если проектируемый объект располагается в районе городской или промышленной застройки, где нет большого свободного пространства. Тем не менее, инженерное решение существует и в большинстве практически значимых ситуаций оно легко реализуемо.

В качестве естественного заземлителя отечественные нормативные документы обоснованно рекомендуют использовать железобетонный фундамент проектируемого сооружения. В связи с этим возникает третий вопрос – как правильно оценить сопротивление заземления фундамента и что предпринять, если оно окажется существенно выше предельно допустимого. Здесь приходится оценивать эффективность дополнительных заземляющих электродов, замену верхнего слоя грунта на более проводящий, применение химически активных электродов. Методические основы решения подобных вопросов хотя и детально разработаны, но далеко не всегда правильно используются в проектных оценках.

Наконец, необходимо в очередной раз вернуться к оценке перспектив создания полностью индивидуального заземляющего устройства, надежно защищенного от проникновения к нему токов от посторонних источников. Устройство такого заземлителя – чрезвычайно затратное дело и нужно быть полностью уверенным в его необходимости.

20. Вебинар «Роль молниезащиты и заземления в разделе «Электромагнитная совместимость»
(прошёл 15 марта 2017 в 11:00 по МСК)

Для кого вебинар: для проектировщиков, электромонтажников, специалистов служб эксплуатации

Опытному специалисту известно, что решение проблемы электромагнитной совместимости с разрядом молнии надо начинать в рамках проектирования внешней молниезащиты. Именно там могут быть реализованы технические решения, которые резко снизят уровни электромагнитных наводок на вторичные цепи, связанные с микропроцессорной техникой. Здесь надо помнить, что перехватывая молнию, молниеотвод никак не исключает воздействия ее тока на электрические цепи защищаемого объекта. Вот почему так важен вопрос о высоте молниеотводов. Ее снижение при одновременном увеличении числа молниеприемников облегчает электромагнитную обстановку на защищаемой территории без уменьшения надежности защиты от прямых ударов молнии.

Еще более эффективны тросовые молниеотводы. С их помощью можно увеличить расстояние от элементов, транспортирующих ток молнии, до вторичных цепей объекта, ослабив тем самым уровень электромагнитной наводки.

Не менее важным средством ограничения электромагнитных наводок является дробление тока молнии по максимально большому числу токоотводов. Это крайне эффективно для решения проблемы ЭМС высотных сооружений.

В отличие от стержневого молниеотвода, заземлитель которого практически всегда располагается на защищаемой территории, заземлители опор тросовых молниеотводов удается вынести за ее пределы. Тем самым в несколько раз уменьшается доля тока молнии, который достигает контура заземления защищаемого объекта через кондуктивные связи и в результате формирования скользящих искровых каналов. Правильная конструкция заземлителей молниеотводов рассматривается как одно из наиболее перспективных направлений по решению проблемы ЭМС.

Помимо перечисленного важное значение имеет трассировка защищаемых электрических цепей и их электромагнитное экранирование. В ряде практически значимых ситуаций с их помощью удается снизить электромагнитные наводки до безопасного уровня и тем самым избежать массового использования УЗИП. Установку УЗИП следует рассматривать только как крайнюю меру не потому, что их стоимость достаточно высока, но по причине того, что любой УЗИП, являясь сложным электротехническим устройством, не обладает абсолютной надежностью. Их установка в электрическую цепь заметно снижает ее технические характеристики.

В заключение следует обратить внимание на несовершенство методики расчета электромагнитных наводок, рекомендованной МЭК. Их неоправданное завышение представляется неприемлемым сегодня, когда резко возросли объемы микропроцессорной техники во многих отраслях промышленности и в быту.