Jupiter - молниезащита и заземление

Система молниезащиты и заземления "Jupiter"

Определение и описание

Молниезащита – это комплекс технических мероприятий для обеспечения безопасности зданий и сооружений, а также имущества и людей, находящихся в нем. По одному из двух основополагающих документов по проектированию молниезащиты, РД. 34.21.122-87, выделяют три категории зданий и сооружений. Для каждой из них построение системы молниезащиты будет выполняться по определенным нормам. Отнесение к той или иной категории зависит от значимости сооружения, наличия в нем опасных веществ, риска попадания молнии в здание и т.д. К I категории относятся промышленные здания и сооружения со взрывоопасными зонами (помещениями) классов B-I и В-II. Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к первой категории, должна выполняться отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводами. Молниезащиту II категории выполняют для производственных объектов с зонами классов B-Ia, B-I6 и В-IIа при условии, что эти зоны занимают не менее 30 % всего здания (если оно одноэтажное) или объема верхнего этажа, а также для открытых электроустановок с зонами класса В-1г. Молниезащита данной категории для открытых установок обязательна на всей территории РФ, тогда как для зданий она требуется только в районах с грозовой деятельностью не менее 10 часов в год. К объектам, защищаемым от молний по категории II, относятся: мукомольные и комбикормовые заводы (цехи), аммиачные холодильники, склады жидкого топлива и смазочных материалов, отдельно стоящие помещения, предназначенные для заряда и ремонта аккумуляторов, склады удобрений и пестицидов и т. д. Молниезащита второй категории выполняется посредством установки молниеприемной сетки с шагом ячейки не более 6х6 м, а также стоящими отдельно или установленными на защищаемом объекте стержневыми или тросовыми молниеотводами. Молниезащиту III категории применяют при продолжительности гроз 20 часов и более в год для наружных установок класса П-III, зданий III, IV степеней огнестойкости (детских садов, яслей, школ и т. д.), больниц, клубов и кинотеатров, вертикальных вытяжных труб котельных или промышленных предприятий, водонапорных и силосных башен высотой более 15 м. Если продолжительность гроз составляет 40 часов в год и более, то молниезащита данной категории требуется также для животноводческих и птицеводческих зданий III-V степеней огнестойкости, а также для жилых домов высотой более 30 м (если они расположены на расстоянии более 400  м от общего массива). Данная категория молниезащиты направлена на защиту объекта от прямого попадания молнии, а также от заноса высокого потенциала. Защита зданий, относящихся к третьей категории молниезащиты, выполняется по аналогии с молниезащитой второй категории, но с другим шагом сетки (не более 12х12 м). В некоторых случаях устройство того или иного элемента системы молниезащиты не требуется. В частности, во всех возможных случаях в качестве заземлителей защиты от прямых ударов молнии следует использовать железобетонные фундаменты зданий и сооружений.

Состав системы

Системы молниезащиты подразделяются на внешнюю, неизолированную и изолированнцю, и внутреннюю. К  внешней системе молниезащиты относятся молниеприемники, опуски, заземление, аксессуары (держатели, соединители). К  внутренней системе – устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Комплекс внешней и внутренней молниезащит обеспечивает защиту здания от молнии с вероятностью более 98 %. 

Внешняя неизолированная молниезащита

Внешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод ее в землю для защиты здания или сооружения от повреждения и пожара. В момент прямого удара молнии в строительный объект правильно спроектированное и сооруженное молниезащитное устройство должно принять на себя ток молнии и отвести его по токоотводам в систему заземления, где энергия разряда безопасно рассеивается. 

Ассортимент неизолированной молниезащиты ДКС: 

Стержневые молниеприемники

Применяются для защиты от ударов молнии надстроек и оборудования, выступающих над общей кровлей. Молниеприемники могут крепиться как к боковой стене надстройки (вытяжная шахта, машинное отделение лифтов и т.д.), так и устанавливаться непосредственно на кровлю рядом с оборудованием (внешние блоки кондиционирования, антенны). Высота такого стержня может составлять от 1 до 10 метров. В зависимости от высоты молниеприемника меняется и тип основания, на которое он установлен: 1 бетонное основание для стержней 1-4 м, тренога для мачт 5-7 м, пятинога для мачт 8-10 м. Зона защиты такого молниеприемника, согласно российским нормативам, представляет собой конус, внутрь которого должны попадать защищаемые конструкции и оборудование. Как правило, длина и расположение молниеприемника должны выбираться инженеромпроектировщиком на основании действующих норм. Стержни изготавливаются из алюминия, горяцоцинкованной стали или меди, что гарантирует их долговечность. 

Проводники

Проводники предназначены для приема на себя удара молнии, отведения тока в землю и его рассеивания. Для защиты протяженного объекта от удара молнии целиком на его кровле, как правило, монтируется молниеприемная сетка, которая представляет собой разложенную квадратами по всей площади кровли проволоку диаметром 8–10 мм. Сторона такого квадрата составляет от 6 до 12 м, в зависимости от категории здания. От сетки к земле по фасаду здания прокладываются токоотводы. Для этого могут использоваться как пруток, так и полоса 25х4 и 40х4 мм. Токоотводы присоединяются к контуру заземления, который прокладывается под землей (на глубине не менее 0,7 м) и выполняется, как правило, из полосы 40х4 мм. Проводники выполнены из горячеоцинкованной стали, превосходящей по сроку использования проводники из черного металла. 

Держатели и клеммы проводников 

Держатели и крепления проводников необходимы для корректного монтажа проводников на различных типах поверхностей, а также для изоляции проводников от горючих кровли и фасада здания. Это необходимо для более успешного перехвата канала молнии сеткой во избежание пожара, т. к. в месте удара молнии проводник сильно нагревается. Ассортимент включает большой выбор держателей для удобного монтажа молниеприемной сетки на любые виды кровли, а также фасадные держатели различной длины для всех видов проводников. С их помощью можно осуществить крепление с соблюдением необходимого расстояния между токоотводом и фасадом здания.

Соединители

Соединители предназначены для узлов соединений любых типов проводников, например, пересечений в молниеприемной сетке или подключения токоотводов к сетке и контуру заземления. Соединения осуществляются болтовым способом, что позволяет избежать сварных работ, нарушающих защитный слой цинка и приводящих к преждевременной коррозии. Следует отметить, что его болтовые соединители позволяют также быстрее осуществить монтаж и в случае необходимости позволяют легко демонтировать молниеприемную сетку.

Заземлители

Заземлители используются для уменьшения сопротивления контура заземления. Они забиваются в землю и присоединяются к контуру заземления из полосы 40х4 мм, проложенному по периметру защищаемого здания. Горизонтальное расстояние между заземлителями, как правило, равно их длине. В ассортименте ДКС имеются как профильные, так и стержневые заземлители с установленной нормативами площадью поперечного сечения. Стержневые заземлители при помощи специальных муфт можно наращивать до необходимой длины с шагом 1,5 метра. Кроме того, в ассортименте имеются аксессуары для заземления: соединители для подключения к полосе, ударный наконечник, точка заземления и т.д.

Аксессуары

Сопутствующие приспособления и аксессуары облегчают работу монтажников по выпрямлению и изгибанию проводников при построении системы молниезащиты. Также в ассортименте есть антикоррозийная лента для дополнительной защиты проводников в местах, наиболее подверженных коррозии (место входа токоотвода в землю), и цинковая краска-спрей для обработки мест, в которых необходимо провести сварные работы.

Внешняя изолированная молниезащита 

Напряжение, возникающее в результате разряда молнии, может привести к повреждению оборудования, поэтому важным требованием при проектировании и монтаже системы молниезащиты (МЭК 62305-3-2006) является соблюдение разделительного интервала (изоляционного промежутка), что дает возможность избежать пробоев между проводящими элементами (электроустановками, трубопроводами и т. д.). На крышах зданий часто располагаются вентиляционные, силовые и передающие установки, которые могут препятствовать соблюдению разделительного интервала между молниеприемными устройствами и электроустановками. Изолированная молниезащита применяется в том случае, когда требуется соблюдение безопасного расстояния (разделительного интервала) между молниеприемниками и токоотводами и защищаемым оборудованием, согласно требованиям международных стандартов по молниезащите (МЭК 62305-3-2006). Для соблюдения необходимых интервалов рекомендуется применять систему изолированной молниезащиты ДКС. Материал токоотвода является водонепроницаемым. Возможна установка непосредственно на металлических конструкциях и электроустановках. При прямом ударе молнии возникающая энергия по изолированному токоотводу отводится в систему заземления здания. Прямой пробой между молниеотводом и объектом защиты исключен.

Существуют 2 варианта такой системы:

• Система молниезащиты на основе изоляционных штанг;
• Система молниезащиты на основе изолированного токоотвода.

Система изолированной молниезащиты на основе изоляционных штанг предполагает использование стеклопластиковых траверс для соблюдения разделительного интервала.

Изоляционные штанги произведены из стеклопластика Ø  32 мм, устойчивы к ультрафиолетовому излучению, выполнены в белом цвете, имеют длину от 500 до 3000 мм.

Для определения разделительного интервала (длины изоляционной штанги) используется коэффициент материала km = 0,75, т.е. 1 м длины дистанционного стержня соответствует воздушному промежутку в 0,75 м. Для корректного монтажа изоляционных штанг, а также крепления с их помощью молниеприемного оборудования применяются различные аксессуары, например:

• NF0002 – монтажная плата для крепления штанги на плоской поверхности;
• NK3101/NK3102 – хомуты для крепления штанг на трубы значительного диаметра;
• NK3001/NK3002 - хомуты для соединения штанг друг с другом, а также для крепления на трубы малого диаметра;
• NF0001 – держатель для крепления прутка на изоляционной штанге.

Изолированный токоотвод ДКС устойчив к наводкам, высокому импульсному напряжению от удара молнии и возгоранию. Его применение позволяет обеспечить разделительный интервал 0,75 м в воздухе или 1,5 м в бетоне согласно требованиям МЭК 62305-3-2006. Токоотвод оснащен наружной полупроводящей оболочкой, которая позволяет ограничить высокое напряжение после подключения к системе уравнивания потенциалов. Подключение должно находиться в зоне защиты молниеприемников. Для корректного монтажа изолированного токоотвода и его соединения с прутком используется специальный установочный комплект (NK0001).

Для изолированного токоотвода ДКС применяются специальные изолированные молниеприемные мачты со вставкой из стеклопластика. Их длина – от 3 до 7 м.

В большинстве случаев достаточно прокладки единственного изолированного токоотвода внутри такой мачты. В  случае необходимости установки дополнительного токоотвода он монтируется с наружной стороны самой мачты с помощью зажимов и кабельных стяжек.

Активная молниезащита 

В основу данного комплекса молниезащиты входит активная молниеприемная головка. Также система предусматривает наличие опусков и заземления. Активная молниеприемная головка состоит из устройства управления нагрузкой, устройства хранения высокого напряжения, устройства стримерной эмиссии, усилителя импульсов высокого напряжения. Принцип действия активной молниезащиты напрямую зависит от динамики разряда молнии. В подавляющем большинстве случаев электрический разряд начинает развиваться из облака. При достижении порогового значения, достаточного для преодоления сопротивления воздуха, образуется нисходящий лидер. Через некоторое время навстречу ему из наивысшей точки, на которой устанавливается активный молниеприемник, стартует встречный лидер. При этом встречный лидер развивается с гораздо большей скоростью и его полярность обратна полярности грозового фронта и, соответственно, нисходящего лидера. В момент, когда они встречаются, происходит выравнивание потенциалов, которое называют "главным атмосферным разрядом". Таким образом, разряд неизбежно следует по образованному ионизированному пути с низким сопротивлением и через систему заземления уходит в землю. Применение активной молниезащиты НЕ предусмотрено отечественной нормативной базой.

Внутренняя молниезащита

Внутренняя молниезащита представляет собой совокупность устройств защиты от импульсных перенапряжений  – УЗИП. Назначение УЗИП состоит в защите электрического и электронного оборудования от перенапряжений в сети, вызываемых различными факторами, например, попаданием молнии в систему молниезащиты или линию электропередач, процессами переключения мощных индуктивных потребителей (трансформаторы, двигатели), либо коротким замыканием в сети. Основой УЗИП является элемент с нелинейным сопротивлением. Это означает, что сопротивление может варьироваться в зависимости от условий. В рабочем режиме при отсутствии импульсных напряжений ток, проходящий через УЗИП, можно считать нулевым, и поэтому УЗИП в этих условиях представляет собой изолятор и беспрепятственно может быть установлен между фазным и заземляющим проводником. При возникновении импульса напряжения УЗИП резко уменьшает свое сопротивление и пропускает импульс через себя на заземление, рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. В этом случае через варистор кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Таким образом, импульс "срезается" и на находящееся под защитой устройство попадает нормализованное напряжение и ток. 

Согласно ГОСТ IEC 61643-11-2013 УЗИП разделяются на три основных класса:

• УЗИП I класса Эти устройства предназначены для установки в зданиях с громоотводами, в зданиях, подключенных воздушными линиями, а также в отдельно стоящих зданиях или зданиях, находящихся рядом с высокими объектами. Обычно УЗИП I класса устанавливается только в сельской местности, где применяются воздушные линии электропередачи. УЗИП I класса на основе газонаполненных разрядников способно пропустить через себя всю энергию типичного удара молнии, не разрушившись при этом. 
• УЗИП II класса УЗИПы II класса выполнены на основе оксидно-цинковых варисторов. Их рекомендуется применять для защиты сетей низкого напряжения от импульсов перенапряжения, возникающих при коротких замыканиях, коммутации энергоемкого оборудования или удаленном ударе молнии в питающую сеть. УЗИП II класса устанавливаются на уровне распределительных щитов и не способны выдержать без разрушения удар молнии. Поэтому его работоспособность гарантируется только в случае совместного применения с УЗИП I класса. 
• УЗИП III классов Устанавливаются непосредственно перед защищаемым оборудованием. В ассортименте ДКС присутствуют УЗИП II+III класса испытаний, так как область применения УЗИП III класса крайне узкая. Эти устройства предназначены для защиты чувствительного электронного оборудования и поэтому должны устанавливаться непосредственно вблизи защищаемого оборудования. Наиболее характерные сферы применения – различные IT решения и медицина. Комбинированные УЗИПы II + III классов выполнены на основе оксидноцинковых варисторов с фильтром электромагнитных помех. Для обеспечения долговременной работоспособности необходимо устанавливать УЗИП II + III классов совместно с устройствами I класса. 

Каждый класс УЗИП подразумевает использование в конкретной области и имеет свои конструктивные особенности: основу УЗИПов могут составлять газонаполненные разрядники или варисторы. Первые используются в УЗИПах I класса, так как разрядники способны воспринимать высокое напряжение, но не чувствительны к небольшим скачкам. Что касается варисторов, то они составляют основу УЗИПов II и III классов.

Защитить все оборудование внутри здания только одним классом обычно не удается, так как невозможно заранее предугадать параметры поступающих импульсов. 

Например, если мы применим только I класс УЗИП (NX1001, NX1012), он нейтрализует большую часть импульса от прямого удара молнии в питающую воздушную линию. Однако велика вероятность того, что оставшегося импульса будет по-прежнему достаточно, чтобы нанести вред электротехнике внутри здания. Кроме того, нижний порог срабатывания УЗИП I класса обычно высок, и нет уверенности, что однажды мы не получим импульс, который будет выше ниже порога срабатывания, но при этом выше допустимого для электрооборудования. 

При применении только II класса УЗИП (NX2011-NX2042) гарантируется своевременное срабатывание, но такой УЗИП может пропустить через себя только сравнительно небольшой импульс, например, наведенный удаленным ударом молнии, и не сможет защитить оборудование от мощных импульсов прямых ударов. 

Существуют комбинированные УЗИП класса I+II (NX1211-NX1242) или II+III (NX3011). Такие устройства сочетают в себе свойства сразу двух классов. Их характеристики позволяют подобрать наиболее оптимальный способ защиты. 

Отличительными особенностями УЗИП ДКС являются высокое качество изготовления, что гарантирует безопасность и длительный срок службы, а также удобство эксплуатации.

• наличие световой индикации и возможность удаленного контроля позволяют определять готовность УЗИП к работе;
• устройства оснащены термо-разъединителями, обеспечивающими защиту от пожара при выходе УЗИП из строя. При этом не требуется установка автоматического выключателя перед УЗИП ДКС;
• простота замены обеспечивается наличием сменного модуля, для которого отсутствует полярность подключения. 

Подводя итоги, к преимуществам системы "Jupiter" можно отнести:

• универсальность, модульность, широкий ассортимент элементов, позволяющий легко и быстро монтировать молниезащиту и заземление на любом типе кровли. В то же время присутствие в ассортименте УЗИП позволяет спроектировать систему целиком: внешняя молниезащита, внутренняя молниезащита, уравнивание потенциалов;
• разнообразие исполнений: горячеоцинкованная сталь, медь, омеднение. Медная система идеально подходит для применения на медных кровлях (например, для коттеджного строительства). Также медь обладает лучшей проводимостью и эстетическим видом. Продукция из омедненной стали имеет более привлекательную цену по сравнению с продукцией из меди;
• альбом типовых решений и конфигуратор молниезащиты упрощают клиенту расчет и монтаж системы молниезащиты, кроме того, центр инженерной технической поддержки всегда готов бесплатно и оперативно рассчитать проект любого уровня сложности.

Выбор решения и правильный монтаж

Молниезащита на объектах обеспечивается путем размещения защитного оборудования возле здания или непосредственно на самом здании. Подбор оборудования для молниезащиты проводится в несколько этапов:

• определяется категория здания или сооружения в зависимости от требуемого уровня защищенности;
• здания и сооружения I категории должны быть защищены отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводами;
• здания II и III категории должны быть защищены молниеприемной сеткой, которая устанавливается на кровлю здания (шаг сетки не должен превышать 6 и 12 м для II и III категории соответственно). Выступающие над кровлей металлические элементы должны быть присоединены к молниеприемной сетке, а выступающие неметаллические элементы – оборудованы дополнительными молниеприемниками. 
• смонтированную сетку необходимо заземлить. По фасаду здания монтируются спуски проводника к заземлителю, они называются токоотводами;
• далее токоотвод спускается под землю и при помощи болтовых соединителей крепится к контуру заземления. На местах ввода проводника в землю проводник обматывается антикоррозионной лентой. Контур заземления строится следующим образом: по периметру здания на расстоянии не менее 1 метра от фундамента по горизонтали и не менее 0,5 метра от поверхности земли по вертикали, прокладывается стальная полоса сечением 40х4 мм. Для уменьшения сопротивления растеканию тока молнии горизонтальный контур дополняется вертикальными заземлителями. Длина вертикального заземлителя, как правило, составляет от 2 до 5 метров. В случае грунтов с большим удельным сопротивлением могут потребоваться вертикальные заземлители большей длины. Расстояние между заземлителями, как правило, равняется их длине, но при небольшом удельном сопротивлении грунта может быть и длиннее.