You are currently viewing Мълниезащитни системи
Изграждане на мълниезащитна система и заземяване

Мълниезащитни системи

Мълниезащитни системи

мълниезащитни и заземителни инсталации
Етап от изграждане на мълниезащита

Рискове от преходни процеси на мълнията

Мълнията се състои от електрически разряд в дълга въздушна междина, включващ електростатичен феномен на разпадане на въздуха между облака и земята.

В този случай е ясно, че е включено огромно напрежение, което означава огромно количество енергия.

Всъщност мълнията дава приоритет на пътеките с ниско съпротивление/импеданс; особено добри електрически проводници като метали.

Обикновено пътят на мълния не е уникален и широко се среща като множество клонове, от които може да се разграничи един основен клон.

Това е мястото, където преминава по-голямата част от енергията, която може да причини щети.

Физическият феномен на мълнията съответства на идеален източник на импулсен ток с действителна форма на вълната, която е много променлива (по форма и параметри).

Например амплитудата на тока е от порядъка на няколко kA до 250kA, а температурата на канала е повече от 15 000 ◦C.

Текущата вълна има нарастващ фронт до максималната амплитуда, от няколко микросекунди до 20µs, последвана от затихваща опашка от няколко десетки микросекунди.

Спектралния обхват, свързан с атмосферното мълниеносно разреждане, се простира в честотна лента от няколко kHz до няколко MHz.

Като цяло гръмотевичните разряди от облак към земя винаги причиняват интензивни потоци към земята, понякога през естествени (като дървета) или създадени от човека (строителни конструкции, дървета).

Гръмотевичните вълни всъщност идват или от директен удар, или от електростатично (или електромагнитно) влияние.

Директен удар на мълния

Директните удари са по-рядко срещани от другите начини, по които мълнията удря хората, но те вероятно са най-смъртоносните. Повече от една трета от смъртните случаи от мълнии се случват на открити места.

Други често срещани места са индустриални локации и частни жилища.

Строителството и обработката на материали, като товарене и разтоварване, са две от най-често срещаните дейности, свързани с работата, при които възникват удари на мълнии.

По принцип директните удари се случват най-често при хора, които са на открито, така че човекът става част от главния канал за мълниеотвод.

Топлината от движението на мълнията върху кожата може да причини изгаряния, а част от тока се движи през тялото – обикновено през сърдечно-съдовата система и/или нервното устройство.

Този ток, преминаващ през тялото, представлява голяма опасност и вероятността да оцелеете при удар от мълния зависи от незабавната медицинска помощ, както и от количеството ток, който преминава през тялото.

Ефектите от директен удар на мълния възникват чрез провеждане на ток на мълния в повече или по-малко проводими елементи, причинявайки токов удар на хора, повреда на оборудването или разрушаване на конструкцията.

Поради огромната си енергия, този тип разряд лесно води до възпламеняване, предимно когато продължителността на мълнията е сравнително голяма.

Могат да се появят и много други топлинни ефекти, които са свързани с количествата заряди, вкарани в действие по време на удари на мълния.

Те водят до повече или по-малко значителни точки на топене на нивото на удар, когато става въпрос за материали с високо съпротивление.

При материали с лоша проводимост се отделя голямо количество енергия под формата на топлина.

След това влагата, която съдържат, причинява внезапно локализирано свръхналягане, което може да продължи, докато не се спукат.

Непряко попадение от мълния

Добре известно е, че индиректният удар представлява ситуация, при която човек или структура са индиректно изложени на електрически удар в резултат на разряд на мълния.

Например, това се случва, когато човек се приближи до физически обект, който преди това е бил изложен на електрически удар, причинен от мълния.

Освен това токът на мълния може да се предава на дълги разстояния в жици или други метални повърхности. Фигура 2 илюстрира начините, по които токовете на мълния могат косвено да повлияят на структура.

Както е показано на тази фигура, токът може да се предава чрез излъчване на електромагнитно поле, повишаване на земния потенциал, проводимост и т.н.

Повечето наранявания от мълния и повреди на електрониката, които възникват вътре в конструкциите, са причинени от проводимост, която е резултат от удар на мълния.

Металните материали осигуряват проводящ път за тока на мълнията.

С други думи, човек е изложен на риск, когато докосва предмети, свързани с метални проводници, водопроводни тръби или повърхности по време на мълния.

Защитата срещу мълния и преходни процеси при превключване е необходимост в електрическите инсталации

Освен това металът, който се простира навън, може да го застраши и това включва всичко, включено в електрически контакт, кранове за вода, кабелни телефони, прозорци и врати.

Когато мълния удари дърво или друг обект на повърхността на земята, голяма част от енергията на мълнията се предава на земята и се разпространява по повърхността, което води до повишаване на потенциала на земята.

Индуцираният потенциал може да удари всеки, който е близо до удара на мълнията, и по-често да смути електрическите инсталации и комуникационните системи в околността.

Защитата срещу мълния и преходни процеси при превключване е необходимост в електрическите инсталации.

Трябва да се отбележи, че тази защита зависи от естеството (атмосферно или индустриално) и параметрите на пренапрежението, както и от размера и характеристиките на електрическата система, която трябва да бъде защитена.
За тази цел в тази област на защита се предлагат различни топологии и процедури за защита.

Принцип на мълниезащитни системи

В областта на мълниезащитата основната функция на защитната система е осигуряването на път с нисък импеданс за ефективен поток от токове на мълния към земята.

От съображения за безопасност системите за мълниезащита също трябва да реагират на всеки индуциран електрически потенциал, като този, който се развива на земната повърхност около точката на инжектиране на ток.

Следователно защитната система може да се различава от една система в друга според множество фактори, като например системата, която трябва да бъде защитена, и преходен източник.

Всъщност защитата има за цел да избегне такива токове и индуцирани потенциали – чрез прихващане на канализиращи и след това разтоварващи токове в земята.

Принципът на работа остава същият, но дизайнът на системата може да се различава в зависимост от няколко критерия, като нивото на защита и местоположението на структурата.
Най-общо този тип защитна система се нарича външна мълниезащитна система, която отговаря за прихващането на удари от мълния посредством системи за прекъсване на въздух.
Броят, позицията и технологията на тези въздушни терминали варират в зависимост от структурата, която трябва да бъде защитена.

Система за заземяване

Освен това, обикновено се използва добре проектирана система с токов проводник за безопасно отвеждане на ток на мълния към земята през система за заземяване.

Наистина, системите и конструкциите не могат да бъдат изолирани от външния свят и от ефектите на мълниевите разряди.

Това означава, че конструкцията може да бъде засегната и от индиректни ефекти на мълния, които са многобройни.

Например, когато мълния удари проводниците на преносни или разпределителни линии, пренапрежението може да се разпространи по протежение на проводниците и е възможно да се предаде на устройства, разположени в свързаните структури.

Поради тази причина външните мълниезащитни системи трябва да бъдат допълнени с допълнителни мерки за избягване на индуцирани и/или предавани токове.

Вътрешна мълниезащитна система

Тази система се нарича широко вътрешна мълниезащитна система.

Всички електрически, електронни и компютърни елементи трябва да бъдат защитени срещу индиректните ефекти на мълнията.

Най-важният елемент във вътрешната система за защита е разрядникът за пренапрежение.

Като цяло ограничителите на пренапрежение са предназначени да предпазват от преходно пренапрежение, предизвикано от мълния или от промишлен произход (напр. превключване в силова електроника, ферорезонанс и др.).

Функцията на ограничителите за пренапрежение се състои в неутрализиране на пренапрежението чрез безопасно отклоняване на съответния свръхток към земята.

За разлика от предпазителите, отводителите за пренапрежение или SPD имат повтарящи се операции и не е необходима редовна подмяна след всяка операция.

Проектирането на тези устройства зависи от множество фактори като времевата константа и големината на пренапрежението.

В допълнение, правилното окабеляване на тези компоненти е от съществено значение за тяхната ефективност.

Като цяло предотвратяването на опасно искрене в конструкцията е една от основните функции на вътрешната мълниезащитна система.

Външна система за мълниезащита

За да се защити конструкция от мълния, защитната система трябва да бъде проектирана в съответствие със стандартите за мълниезащита.

Тази система е съставена от няколко елемента, за да гарантира защитата на целостта на конструкцията: това е външната инсталация за защита от мълнии.

Както беше показано по-горе, външната мълниезащитна система е външната част на системата за мълниезащита, предназначена да прихваща, провежда и пропуска ток на мълния към земята.

Типичната външна защита се състои от (i) система за прихващане, предназначена да бъде предпочитаната точка на удар на мълния, (ii) един или повече надолу проводници, използвани за осигуряване на потока на токове на мълния към земята.

И (iii) земна връзка, която осигурява разсейването на тези токове, като същевременно ограничава рисковете за системите и хората в близост до инсталациите

Система за прекъсване на въздуха

Различни системи позволяват прихващане на удари на мълния върху конструкция. Най-основната техника се състои във външна мрежеста клетка, поставена около структурата, която трябва да бъде защитена.

Действителният пазар предлага множество възможности за избор и широка гама от материали и компоненти като твърди ленти с различни форми и многожилни проводници.

Тези оголени и/или покрити проводници осигуряват на дизайнерите необходимата гъвкавост за смесване на ефективна мълниезащитна мрежа, особено във фасадата на сградата.

Фарадеева клетка – мълниезащитни системи

Както е показано на тази фигура, решение за пасивна защита за сгради се състои от външна мрежеста клетка, образуваща „Фарадеева клетка“, където системата, която трябва да бъде защитена, трябва да бъде вътре в тази клетка.

В повечето случаи тази система се подобрява от шипове, поставени на различни позиции на покрива на сградата, като например около периметъра на сградата.

Тези прости шипове трябва да бъдат свързани заедно чрез мрежа, образувана или от проводник, поставен на покрива, или от жици, опънати през покрива над конструкцията, която трябва да бъде защитена.

Трябва да се отбележи, че системата за прекъсване на въздуха от мълния може да бъде оборудвана с електронно устройство.

Генерира импулси с високо напрежение, за да осигури по-бързо задействане на насочения нагоре трасер и е предназначено за големи площи (стандарт NFC 17-102).

Единичен светкавичен въздушен терминал (пасивни и/или активни устройства) може да се използва без мрежа за защита на малки площи (стандарт NF EN 62305).

Тези системи са идеални и там, където пространството е ограничено, като монтирани на покрива инсталации или слънчеви фотоволтаични панели, което води до оптимизиране на дизайна на мълниезащитата.

Изборът дали мрежа от покривни проводници, вертикални въздушни терминали< a i=4>, случайни елементи на сградата или всяка друга подходяща комбинация зависи от няколко фактора и критерии като нивото на мълниезащита и естеството на самата конструкция.

Изследване на мълниезащитни системи

Това означава, че всяка сграда трябва да бъде изследвана сама по себе си и система, проектирана да отговаря на тази конкретна структура.

Струва си да се отбележи, че оразмеряването на тези външни системи за мълниезащита зависи от нивото на мълниезащита.

Което зависи от параметри като чувствителността на инсталацията (наличие на опасни материали, риск от паника и т.н.) и нейното излагане на явление мълния.

В зависимост от резултатите от анализа на риска от мълнии следва да се извърши техническо изследване от компетентен орган, като се определят точно превантивните мерки и защитните устройства.

Мястото на тяхното инсталиране, както и методите за тяхната проверка, контрол и поддръжка.

Токопроводи и система за заземяване

При мълнии токът, уловен от системата за прекъсване на въздуха от мълния, се насочва през проводници към земята.

Поради това спускащите проводници играят важна роля в защитата срещу удари на мълнии.

Проводниците трябва да позволяват токовете на мълния да протичат ефективно между точките на удара (мрежа или мачта) и земята.

Тези токоотводи трябва да бъдат достатъчно оразмерени, за да намалят всеки възможен риск от запалване с металните маси на инсталациите.

Освен това трябва да се обърне специално внимание на електромагнитното излъчване, свързано с преминаването на токове с висока магнитуд.

Ето защо токопроводите обикновено се монтират извън сградата, като се избягва близостта на електрически и газови тръби.

Трябва да се отбележи, че пътят на спускащите проводници трябва да бъде възможно най-прав, като следва най-краткия път до кацане и избягва всякакво образуване на завои или внезапно изкачване.

Изграждане на заземителна система

За да се осигури пътя на тока на мълния от мачтата към земята, трябва да се инсталира ефективна заземителна система.

Всъщност изборът на заземителни системи зависи от множество фактори (параметри на мълния, структура и т.н.).

Различни методи за реализиране на заземителна система, която може да бъде под формата на контур, плоча, пръти, заземителна решетка или мрежеста мрежа, както е показано на фигура 8.

Характеристиките на заземителната инсталация се установяват в съответствие с резултата от изчислението на конкретна заземителна система, като например необходимия брой полюси.

Като цяло основната цел е да се установи ниско съпротивление на дадената заземителна система, която е в състояние ефективно да разсейва тока в земята и може да намали допир и стъпковите напрежения в ограничени стойности.

Трябва да се отбележи, че всички компоненти на мълниезащитата са направени от материали, които са устойчиви на корозия и трябва да бъдат защитени от ускорено влошаване.

Много компоненти на системата ще бъдат изложени на атмосферата и климата.

Поради тази причина не трябва да се използват комбинации от материали, които образуват електролитни двойки в присъствието на влага, а компонентите на тоководещата система трябва да са с висока проводимост.

В допълнение, преобладаващите почвени условия на обекта ще повлияят на компонентите на системата в земята.

Вътрешна система за мълниезащита

Пренапреженията на тока, причинени от гръмотевични разряди, могат да повлияят на електрическата мрежа и да причинят щети в домашните уреди.

Освен това преходното пренапрежение, един от основните източници на инциденти, свързани с мълния, се въвежда в инсталацията обикновено от външни кабелни линии като ниско напрежение, телекомуникационни, ИТ или радиокомуникационни мрежи.

За да се осигури непрекъсната защита срещу удари на мълнии, са необходими допълнителни мерки за защита на електронните устройства и системи от тези пренапрежения.

Разрядникът за пренапрежение е устройство, предназначено да ограничава преходното пренапрежение и да отвежда токове на мълния към земята.

Терминът „разрядник за пренапрежение“ дефинира всички устройства за защита на оборудването срещу преходно пренапрежение, независимо дали е от атмосферен произход или от мрежи (напр. комутационно пренапрежение и др.).

Терминът защита от пренапрежение или устройство за защита от пренапрежение често се използва в ежедневния език за означаване на разрядник за пренапрежение.

За да се отговори ефективно на ограниченията, наложени от различните мрежи, са налични няколко технологии за отводители на пренапрежение.

Те включват отводители на пренапрежение с искров разряд, варисторни или диодни и комбинирани отводители на пренапрежение, използващи няколко компонента.

Като цяло целта на тези компоненти е бързо да ограничат напреженията, появяващи се на техните клеми, чрез внезапна промяна на техния импеданс при определен праг на напрежение.

По този начин устройството за защита от пренапрежение съдържа поне един нелинеен компонент.

Изграждане на мълниезащитни системи

Трябва да се отбележи, че ефективността на тази защита зависи от няколко фактора като избора на отводители за пренапрежение, подходящи за мрежите, които трябва да бъдат защитени, и прогнозната амплитуда на атаката.

Изборът на оптимизираните места на отводителите за пренапрежение, както и качеството на свързване на отводителите за пренапрежение влияят върху ефективността на защитната система.

Ако имате въпроси и се нуждаете от допълнителна информация, моля, не се колебайте да свържете се с нас през нашия уебсайт, за да изпратите запитване.

Последвайте ни в социалните мрежи –Instagram и Facebook, за да сте в течение с новостите в света на електроизграждането.

 

Вашият коментар