Вебинар "Защита от перенапряжений. Зоновая концепция молниезащиты." страница 1

— Добрый день, коллеги! Рад приветствовать на нашем очередном мероприятии. Сегодня мы начинаем новую серию вебинаров «Защита от перенапряжений», на которой мы будем обсуждать нормативную базу и рассматривать применение устройств защиты от импульсных перенапряжений, то есть УЗИП в различных системах. Всего планируется 6 вебинаров в этой серии. На все эти вебинары можно зарегистрироваться на нашем сайте, ссылочку в чат я отправлю после своей вступительной речи. Сегодня у нас первый вебинар вводный. Его тема звучит, как «Зоновая концепция молниезащиты» и мы рассмотрим механизмы образования эффекта влияния тока молнии на современные объекты, а также методики разделения объекта на зоны молниезащиты. Меня зовут Корытко Алексей, я являюсь администратором вебинара и буду реагировать на ваши вопросы и комментарии, так что оставляйте их в чате. Чат находится слева внизу. Можете задавать свои вопросы прямо в комментариях во вкладке «общие» внизу. В конце вебинара мы ответим на эти вопросы, на эти комментарии. Встреча у нас ориентировочно продлится 60 минут. Оставшееся время мы потратим на вопросы. Из организационных моментов, пожалуй, это все и единственное, что оставалось сделать – это представить нашего лектора, который будет с нами на протяжении всей серии вебинаров – «Защита от перенапряжений».

— То, о чем я буду говорить, находится сегодня в стандартах. Правда, это стандарты МЭК серии, как вы видите, 62305. Если вы посмотрите на этот слайд, то увидите, что они уже есть на русском языке. Они у меня, я взял их просто из Интернета. Мы ими пользуемся очень долго, порядка 10 лет тому назад появилась серия 62305, их четыре части. И в четвертой части находится именно то, о чем я буду сегодня в большом сокращении говорить.

— Давайте оговорим такую основную проблему, связанную с молниезащитой. Здесь на этом слайде видим два здания. Для порядка я в этих зданиях установил какую-то аппаратуру электронную. Я перебросил кабеля, чтобы можно было понимать, что через них в объект проникают помехи. И давайте для начала рассмотрим два случая. Первый из них – это такой, в котором просто объект не имеет систему молниезащиты. Если хорошо посмотреть, посчитать по стандартам МЭК, такая ситуация сегодня почти невозможна. Даже небольшой объект требует такой системы, но для порядка давайте посмотрим, что будет происходить, когда проектировщик посчитал, что на данный объект вероятность попадания молнии небольшая и такой объект не снабжен системой молниезащиты. Всем известно, что молния – это статистическое явление. И молния бывает, что все-таки попадает в такой объект, который незащищенный. И что в таком случае произойдет? Но обязательно всем известный эффект – пожар, разрывание, взрыв материалов строительных: кирпича, дерева, бетона. И в таком случае, когда молния попадает в незащищенный объект, никакого контроля над дорогами проникновения тока молнии в объект не имеем. А если троссировщик определил на основании расчетов, это во второй части стандарта 62305, такая большая часть, достаточно сложный, но точный расчет. И он уточнил, что на данный объект такая система необходима, но по стандартам МЭК мы определяем четыре категории защиты. Первая самая высокая, самая эффективная и четвертая – самая малоэффективная. К первой категории сетка, молниезащитная сетка на крыше здания имеет размеры 5 * 5 метров. Молниеотводы располагаются через каждые 10 метров вдоль стен объекта, но тогда, если у нас все хорошо посчитано проектировщиком, все отлично выполнено монтажником и молния попадает в объект, так для всех понятно, что на такой созданной системе молниезащите, чтобы она перехватила ток молнии и отправила эту энергию в заземлитель. Да, это оно так и происходит. Чем выше категория, то есть для первой категории вероятность такого перехвата тока молнии оно почти достигает 100 % по расчетам. И так оно действительно и происходит. Я из своей практики могу сказать, что все выполненные нашей фирмой полные комплексы системы молниезащиты, которые включают и защиту от перенапряжений так и работают, никаких повреждений не наблюдается. Поверите-ли или нет, я думаю, что в конце нашего разговора будет более видно, почему так и происходит. Но, а что так на истине происходит, но если молния попадает в наш объект, втекает по проводникам систем наружной молниезащиты. Это означает, что эта молния создает электромагнитное поле вблизи наших электронных систем, которые находятся внутри объекта. Это надо отлично понимать, что не только прямой ток протекающий, разрушающий, а его магнитные эффекты имеют сегодня большое значение. Давайте представим себе, что такой ток молнии всегда стекает в землю и там рассеивается, в системе заземления деионизируется. Но необходимо учесть, что любой заземлитель характеризуется сопротивлением заземления. Это на истине не предаст сопротивления, но для простоты давайте рассматривать, что это просто сопротивление. Все знают, что на любом сопротивлении, когда протекает ток, появляется падение напряжения. Если учесть, что ток молнии по стандарту не может достигать для перовой категории защиты 200 кА, так принимая для простоты, что ток равен 100 кА, а наше сопротивление отличное имеет только значение 1 Ом, мы легко посчитаем, что на таком сопротивлении появляется напряжение величиной в 100 кВ. А что будет, если оно будет более реальным и достигает порядка 10 Ом? Легко посчитать, что на все это сопротивление появляется 1 МВ. Почему это важно? Потому что для защиты человеческой жизни, как только что говорили, поражение электрическим током все доступные части, металлические проводящие части внутри объекта сегодня заземление, это происходит из-за специальной системы, которая называется системой, я извиняюсь, я у вас в ПУЭ заметил слово «уравнивание потенциалов», я привык, что это называется «выравнивание потенциалов» и, если держаться этого определения и будет «выравнивание потенциалов», где появляется у нас новая система какая-то для меня немножко странная. Она в стандартах не выступает, появляется система «выравнивания потенциалов», то есть мы для того, чтобы человека не поразил электрический ток, все проводящие, доступные части между собой объединяют объекта. И эту систему, объединенную просто заземляющим проводником связываем заземлителем. То есть мы внутри объекта ничего не заземляем, а просто выравниваем потенциалы всех доступных металлических стяжек. Если у нас появляется соединение этой системы внутри объекта заземляющим проводником – заземлителем – это означает, что эти высокие потенциалы перенесутся в объект немедленно, когда только молния будет протекать через заземлитель. Это тоже означает, что на корпусах ваших устройств, аппаратных шкафов появится такой потенциал. Все корпуса из-за необходимости защиты от поражений электрическим током должны быть между собой объединены и посредством объединяющего проводника заземлены. Тогда даже на самом высоком этаже, на вашем объекте появится такое огромное значение напряжения, и оно там будет существовать до тех пор, пока где-то не прошьется в объекте изоляция, где-то не пробьет. Величина напряжения этого пробоя, ограничения, это будет величина напряжения, которая появится в объекте. Сегодняшняя электроника, как всем понятно не выдержит таких потенциалов, не выдержит таких напряжений, поэтому необходимо защищаться и для этого служит система защиты от перенапряжений.

— Чем такой пробой кончается? Но в зависимости от того, что у нас находится в этом разрыве. Если это изолятор, то есть воздух, например, может просто прожечь и ничего не произойдет, но если это полупроводник – это как повезет, если небольшое напряжение сработает в правильном направлении, то полупроводник включится и сработает. Но в основном обязательно эти энергии намного больше стойкости наших устройств и этот полупроводник или изолятор просто перегорит, что приводит к выходу из строя наших систем. Справа вверху видна формула, которая показывает известное нам знанием, что чем больший поток электромагнитный захвачен этой петлей, тем больше величина напряжения. Это означает, что одной мерой защиты является уменьшение поверхности этой петли. Как это сделать? Просто проектировщик должен так укладывать провода, чтобы не было возможности создать такие большие поверхности.

— Давайте посмотрим на момент попадания молнии с точки зрения всех эффектов, которые мы должны учитывать, когда мы защищаемся. И этот пример должен показать, почему сегодняшняя система молниезащиты – это не только наружные проводники, молниеотводы, молниеприемники и системы заземления, а также новые составляющие, которые всем уже долго известны, называемые, например, методы защиты от перенапряжений. Действительно, если есть ток, истекает в землю, так как мы раньше сказали, если посмотрим на точку заземления слева. И она у нас допустим до первого приближения одна только, тогда из-за этой точки, то о чем я раньше говорил, потенциал переносится на корпуса всех проводников, когда протекает через заземлитель ток молнии. Это такой случай очевидный. Цифрой 1 обозначено место, в котором возможен перепрыжок тока молнии к наружным кабелям или к наружным корпусам устройств, если они неправильно установлены без необходимого изоляционного расстояния от элементов системы молниезащиты и от заземлителя. Это для примера всегда происходит, когда объект обладает системой молниезащиты и в него вводим кабеля или питающие или слаботочные, но нет такой способности, чтобы мы в каком-то месте не пересекли самим кабелем, не встретились где-то с заземлителем. Вопрос – на каком расстоянии он очевидно или оно, это расстояние небольшое или просто оно достигает безопасных величин. Случаи входящих кабелей в объект на практике, чтобы избежать таких эффектов, которых молния может перепрыгнуть и испортить изоляцию кабеля, их просто понятно мы их укладываем в пластмассовые трубы. В нашем просто стандарте старом был такой метод решения, что в таком случае эта труба должна иметь толщину минимум 5 мм. Вопрос – почему 5 мм – не оговаривался, но если учесть, что прочность, целая прочность полиэтилена –это 10 до 20 кВ на мм, а 5 мм дает нам в результате от 50 до 100 кВ, причем эта величина для переменного тока 50 Гц. Для данных токов этого будет намного больше. То есть мы таким способом можем бороться с этими приближениями к новыми системами молниезащиты. Второй случай, который видим справа – это просто несоблюдение безопасного расстояния систем внутри объекта. Выше вы видите формулу s < d, где d – это безопасное расстояние от системы молниезащиты. Если вы занимаетесь этой тематикой, вы знаете, что внизу объекта У там, где система молниезащиты встречается с заземлением – это расстояние ноль, оно увеличивается по высоте объекта. Эти расстояния от нуля, как понятно, до нескольких метров зависят от того, какая категория защиты, сколько у меня отводов в объекте и какая длина этих молниеотводов, это в большом упрощении и от этого зависит. Третий случай, который видим слева – это случай, когда у нас в объекте не одна точка заземления системы выравнивания потенциалов, а минимум две. Что это означает?

— Что из этого следует? О чем я говорил до этого времени. Понятно всем, необходимо защищаться. Вопрос: а как защищаться? Есть разные, как мы знаем разные опыты в разных странах. Мы имели в Польше свой стандарт. Я знаю ваши старые стандарты, еще советские, они еще так недавно применялись. Сейчас они, если я хорошо слежу за темой – обновились, частично вы ввели этот стандарт в МЭК 62305, но частично вводить такой стандарт, я считаю, не очень имеет смысла из-за того, что начинаются проблемы. В каждой части стандарта МЭК естьотдельная как бы область знаний. Если мы разделим полноту этих знаний на куски и выберем из того, что нам необходимо, может получиться совершенно непонятное решение. Не знаю, как выглядят сейчас ваш стандарт, он у меня правда есть, но не было времени посмотреть. Я рекомендую посмотреть, как это делается сейчас во всей Европе, потому что этот стандарт распространяется на все страны Евросоюза, причем других стандартов нет. Появляется правда такая информация о каких-то активных системах молниезащиты, но из моих знаний следует, что заниматься этим делом не очень стоит. Я знаю, что есть другие меры по этому поводу. Мне не удаётся понять как работают активные системы защиты, поэтому я занимаюсь именно системой молниезащиты традиционной, извиняюсь, которая составлена из проводников, уложенных на наружные стены и крыши зданий.

— Посмотрите, пожалуйста, что сегодня является мерой защиты от удара молнии в объект или его поблизости. Обязательно это наружное устройство молниезащиты, сетка молниеотводов или просто, извините, сетка молниеприемников горизонтальных или вертикальных на крыше, молниеотводы на стенах здания, система заземления, которая и принимает эту энергию и рассеивает ее в земле. Система заземления всегда одна, одного объекта, никаких выделенных систем заземления никто сегодня не делает из-за того, что если мы разделим две системы заземления ближайшие в районе одного объекта. Понятно, что молния проверит наше разделение и перепрыгнет в другую систему из одной системы в другую – это означает, что могут появиться у нас большие проблемы. И последствие – выравнивающее соединение, контактные соединения – это то, о чем я говорил. Внутри объекта специальная система, она основана, прежде всего, на жёлто-зелёном проводнике кабеля электропитания, но укладываются дополнительные выравнивающие ленты на стенах технических помещений, которые сокращают нам длину этих соединений, то есть уменьшают их индуктивность. Другой способ – я его назвал, не знаю хорошо или неправильно по-русски «косвенным выравнивающим соединением», то есть это не прямые выравнивающие соединения, а это соединения, под этими соединениями подразумевается ограничители перенапряжений. Почему «косвенные выравнивающие соединения»? Потому что в тех местах, в которых мы не можем напрямую объединить между собой, соединить между собой две проводящие части. А это имеет дело случаи, когда одна эта часть имеет другой потенциал, например, фазовый провод электропитания или просто горячая жила сигнального проводника. Мы не можем ее напрямую соединить с другим проводником, который, как вы знаете, заземленный. Если это провод системы выравнивания потенциалов, тогда мы просто используем ограничитель перенапряжений. Я расскажу, когда закончу этот слайд немножко побольше, по этому поводу. Там такой другой пример. Мера следующая – это сохранение изоляционных расстояний, безопасных расстояний, эта величина считается по формуле из стандарта. Соответствующий выбор кабельных трасс для того, чтобы уменьшить величину петель, кабельных петель, о чем мы говорили. Экранирование как основной способ, первоначальный способ защиты от электромагнитных эффектов. В тот момент могу сказать, что так в Польше, но думаю, что и у вас, мы с экранированием, как специалисты сталкиваемся в случае, когда имеем дело с экранным кабелем. Мы все знаем, что кабеля есть экранированные. В основном все имеют дело с экранами слаботочных кабелей. Редко бывает, чтобы кто-то использовал экранированный кабель электропитания. А если мы вспомним, что именно этот кабель является источником электромагнитных помех, потому что в нем протекают большие токи в объекте, а сегодня эти токи быстро изменяющиеся – это означает, что экранирование кабеля имеет большой смысл. В четвертой части стандарта МЭКа 62305 вы на счет экранирования найдет очень много информации, потому что сегодня для того, чтобы защищаться от тока молнии, делаем экраны помещений и делаем экраны целых зданий. Таким экраном достаточно хорошим является сама система молниезащиты, если она достаточно плотная, достаточно густая сетка, например, молниезащитная. Но в виде экрана используется сегодня железобетонная конструкция объектов тоже. Фильтры, элементы которых всеми известные для того, чтобы отрезать часть ненужного сигнала, который пытается попасть в нашу систему. Давайте вернемся еще к вопросу косвенного выравнивающего соединения. Давайте рассмотрим пример, в котором наружный кабель входит в наш объект. Давайте договоримся, что в этом кабеле ни одна, ни две, а миллион жил. Для рассмотрения этого имеет некоторое значение для того, чтобы указать остроту вопроса. Что мы с таким делаем сегодня для того, чтобы через его жилы в объект не просачивались ненужные импульсы? Понятно, что все свободные жилы кабеля, то есть все свободные жилы кабеля мы должны на входе в объект заземлить. Давайте для этого под этим кабелем уложим шину, проводящую шину, которую заземляющим проводником соединим заземлителем. То это означает, что в таком случае, если мы на эту шину замкнем все разрывные жилы, они буду иметь такой же потенциал все, во-первых, а во-вторых, точто через них будет проникать в объект, будет замыкаться на землю, это уже хорошо. Но всех жил занятых, то есть фазовых проводников, проводов сигнальных мы не можем напрямую замкнуть, потому что через них создастся короткое замыкание и сигнал или ток электрический не пойдет к нагрузке. В таком случае, чтобы выравнивать потенциал этих жил и используем элементы, называемые ограничителем перенапряжений. Напоминаю, что такой элемент имеет, представляет собой активное вещество между электродами. Один из электродов соединен напрямую с этой шиной, а второй электрод подключен к защищаемой шине. В момент, когда между электродами количество перенапряжений появится определенное нами опасное напряжение, оно ограничивается из-за того, что это активное вещество из высокоомного в очень низкоомное состояние. Причем оно переключается короче, чем нарастает импульс молнии, то есть на фронте, короче, чем 10 мкс обязательно, есть еще короче, бывает порядка десятков наносекунд – подвиды микросекунды, и к нашим защищаемым устройствам проходит напряжение ограничения, которое для них безопасно.

— Из таких рассуждений и появилась зоновая концепция молниезащиты. Она действительно является оптимальным решением проблемы защиты от грозы и перенапряжения в строительных объектах. Она позволяет сегодня проектировщикам не искать ненужных решений, а взять то, что готовое на уровне знаний, которые у человечества сегодня есть.

Следующая страница >>
^{слайды с 15 по 28}

Полезные материалы для проектировщиков:

• Вебинары с ведущими экспертами отрасли
• Все для расчетов заземления и молниезащиты
• Полезные материалы: статьи, рекомендации, примеры