Системы молниезащиты способны предотвратить стихийные бедствия, генерирующие мощный ток от 2 до 200 кА, который поражает все электронные системы в радиусе 2 километров от места удара молнии. Поэтому системы защиты, такие как молниеотводы и клетки Фарадея, предназначены для обеспечения безопасности зданий. Кроме того, эти системы также обеспечивают защиту от внезапных перенапряжений, которые могут возникнуть всего за несколько микросекунд и, если их не остановить, могут привести к серьезным человеческим жертвам и материальному ущербу.

Что такое системы молниезащиты?

Системы молниезащиты представляют собой комплексное инженерное решение, предназначенное для защиты объектов и сооружений от физического и электрического воздействия молнии. Их основная цель — предотвращение гибели людей и материального ущерба путем безопасного отвода энергии молнии в землю.

Важность систем молниезащиты

По сравнению с такими стихийными бедствиями, как пожары, землетрясения и наводнения, молнии и перепады напряжения происходят чаще и, следовательно, причиняют больший ущерб. По этой причине оснащение каждого здания и сооружения системами молниезащиты имеет первостепенное значение. Коммутационные элементы, гармоники и падение напряжения, как и сама молния, наносят значительный экономический ущерб. В частности, из-за магнитного поля и характеристик импульса, излучаемого при ударе молнии, она может проникать в здания по параллельным линиям. Поэтому крайне важно максимально изолировать импульс.

Крайне важно, чтобы системы молниезащиты проектировались и устанавливались опытными инженерами. Даже малейшая ошибка при внедрении системы может привести к провалу всего проекта. Поэтому системы молниезащиты и заземления должны устанавливаться специализированными компаниями.

Сегодня многие виды общественной деятельности, такие как промышленность, торговля, сфера услуг и здравоохранение, зависят от надлежащего функционирования электрических и электронных устройств. Наиболее частой причиной сбоев в работе систем являются внезапные перенапряжения, которые нарушают передачу данных и приводят к повреждению оборудования. Измерения, проводимые до и после установки систем молниезащиты, имеют важное значение для их правильного внедрения. Полученные значения сопротивления определяются в соответствии со специальными стандартами. Главная цель — направить импульс напряжения контролируемым образом. Кроме того, использование искрового разрядника важно как для безопасности жизни, так и для безопасности электронных систем.

Для предотвращения повреждения всё более чувствительного оборудования, потери важных данных и защиты объектов в связи с развитием технологий необходима полная реализация четырёх основных этапов системы молниезащиты. Эти этапы включают в себя:

• Система заземления
• Эквипотенциальная система
• Внешняя система молниезащиты
• Внутренняя система молниезащиты

Эти системы перечислены именно таким образом, и крайне важно, чтобы они работали вместе как единая, интегрированная система.

Внешние системы молниезащиты

Они предназначены для безопасного улавливания и передачи молниеносных разрядов в землю. Наиболее распространенные из таких систем включают:

Системы молниезащиты

Системы молниезащиты состоят из трех основных компонентов:

• Атомные разрядники (стержни) : Вертикальные выступы, предназначенные для отвода молниеносного разряда. Обычно они оснащены заостренным, гладким, полированным шаром.
• Проводящие кабели : Это массивные конструкции, которые проводят ток молнии от крыши к земле. Они проходят вдоль краев крыши и соединяются с землей в одном или нескольких углах под конструкцией.
• Заземляющие стержни : это длинные, толстые стержни, вмонтированные в конструкцию для заземления. К этим стержням подключаются проводящие кабели для защиты.

Применение клетки Фарадея

Клетки Фарадея предпочтительны для защиты малоэтажных зданий, особенно тех, которые не окружены высокими зданиями или острыми выступами. Эта система использует сочетание сетчатой конструкции и метода создания защитного угла.

Основные характеристики системы следующие:

• Расстояние обзора варьируется от 5 до 20 метров в зависимости от требуемого вида деятельности.
• Расстояние между двумя токоотводами регулируется в диапазоне от 10 до 20 метров в зависимости от уровня защиты.
• Большая часть тока молнии передается через проводники и системы заземления, расположенные ближе всего к точке удара.

Кроме того, конструкция клетки Фарадея значительно снижает электромагнитное поле внутри конструкции, защищая электронные системы от магнитного воздействия молнии. Также, поскольку токи молнии разделяются на несколько проводников, обеспечивается более надежная защита.

Важно отметить, что для эффективного функционирования внешних систем молниезащиты необходимо использовать выравнивание потенциалов и систему низковольтных разрядников. Такая интеграция повышает защитную способность системы и создает более надежную конструкцию.

Внутренние системы молниезащиты

Максимум 50% энергии удара молнии, попадающей во внешнюю систему молниезащиты, может быть поглощена землей. Поэтому внутренние системы молниезащиты незаменимы для обеспечения электробезопасности зданий. Кроме того, внутренние системы молниезащиты защищают электроустановки и подключенные к ним устройства от внезапных перегрузок по току и перенапряжений. Эти системы состоят из модулей защиты классов B, C и D.

Для эффективного функционирования всех этих систем необходима система заземления , соответствующая стандарту IEC 62305. Следовательно, сопротивление заземления должно быть уменьшено до порядка 5 Ом, а система должна поддерживаться путем выравнивания потенциалов.

Защита от перенапряжения

Внутренние системы молниезащиты обеспечивают защиту от скачков напряжения, направленных на системы внутри здания, благодаря индуктивно-емкостной связи и разности потенциалов. В частности, даже удар молнии на расстоянии 2 км от здания может вызвать тот же эффект.

Системы защиты от перенапряжения классифицируются следующим образом:

• Класс B (Тип 1) : Используются в главных входных панелях и предназначены для ограничения воздействия мощных ударов молнии.
• Класс C (тип 2) : Используемые в дополнительных распределительных щитах, эти системы защищают оборудование от перенапряжений, возникающих в сети.
• Класс D (тип 3) : Разработанные для защиты чувствительных электронных устройств, эти системы обеспечивают прямую защиту самого устройства.

Безопасность электронных устройств

Системы молниезащиты также имеют большое значение для защиты электронных устройств. Многие компоненты, используемые сегодня в коммерческом и промышленном секторах, содержат чувствительные электронные схемы. Поэтому им необходима защита от токов в диапазоне от 30 000 до 300 000 ампер, генерируемых при разрядах молнии.

Специально разработанные модули используются для защиты передающих и приемных станций, особенно тех, которые относятся к системам связи. Кроме того, в приложениях, где передача сигнала осуществляется по коаксиальному кабелю, таких как компьютеры, системы обработки данных или видеосистемы, предпочтительны адаптерные модули с разъемами класса D, чтобы предотвратить повреждение устройств от скачков напряжения, возникающих в сигнальных линиях.

Кроме того, системы защиты от скачков напряжения важны для защиты электронных устройств, используемых в домах. Эти системы обеспечивают защиту от таких опасностей, как кратковременные скачки напряжения, гармоники, повышения и понижения напряжения, исходящие из электросети.

Важно отметить, что одной лишь внешней системы молниезащиты будет недостаточно. После удара молния может повредить все устройства в радиусе 2 км. Поэтому необходимо также использовать систему защиты от низковольтных перенапряжений.  

Выбор систем молниезащиты

Это инженерный процесс, требующий тщательного планирования с учетом характеристик и факторов риска конструкции. В ходе этого процесса необходимо учитывать конструктивные особенности здания, географические условия и экономические факторы.

Системы в зависимости от типа здания

Системы молниезащиты различаются в зависимости от типа здания. Здания, в которых хранятся взрывчатые и легковоспламеняющиеся материалы, театры, школы, больницы, банки, гостиницы и общественные здания требуют специальных систем защиты. Кроме того, критически важные объекты, такие как электростанции, водораспределительные центры и автозаправочные станции, также нуждаются в специальных мерах защиты.

Для каждого здания следует выбирать системы, соответствующие стандартам TS 622, TS IEC 61024 и Регламенту по противопожарной защите зданий. Кроме того, в соответствии с результатами анализа рисков здания следует интегрировать наружные и внутренние системы молниезащиты.

Влияние географических условий

Характеристики молний в регионе играют важную роль при выборе системы. При проведении анализа рисков следует учитывать метеорологические данные и условия окружающей среды.

Последствия повреждений от молнии

Ежегодно в мире происходят миллионы ударов молнии, причиняя значительный ущерб. Последствия этого ущерба можно рассмотреть по трем основным направлениям.

Риски для безопасности жизни

Удары молнии могут иметь фатальные последствия для здоровья человека. В случае прямого удара это может вызвать остановку дыхания и сердца. Кроме того, удары молнии могут привести к сильным ожогам, повреждению нервов и необратимым неврологическим проблемам.

Повреждение электронной системы

Удары молнии наносят значительный ущерб электронным системам. В частности, один удар молнии может повлиять на все электронные устройства в радиусе 2 км. К таким последствиям относятся:

• Повреждение источников питания
• Системы автоматизации отключены.
• Сбои в линиях связи и передачи данных.
• Возникают неисправности в системах камер и переключателей.

Экономические потери

Экономические последствия ущерба от ударов молнии весьма значительны. Повреждение объектов электроэнергетики, в частности, приводит к следующим последствиям:

• Потеря дохода в результате остановки производства.
• Потери в системах электроснабжения на объекте.
• Сбои в системах обработки данных
• Физические повреждения полевого оборудования.

Кроме того, удары молнии создают риск пожара и взрыва. Это может привести к значительным экономическим потерям, особенно на объектах, где хранятся легковоспламеняющиеся и взрывоопасные материалы. Более того, электромагнитные поля, возникающие в результате ударов молнии, могут нанести косвенный ущерб системам. Стоимость ремонта таких повреждений может быть довольно высокой.

Критическая роль заземления в системах молниезащиты

Существует тесная взаимосвязь между заземлением и молниезащитой для обеспечения безопасности электрических систем. Система заземления защищает здания и электронное оборудование, уменьшая воздействие молнии.

Основные требования к заземлению

Базовое заземление — это наиболее фундаментальный метод, применяемый в установках, где протекают сильные токи, и оно усиливает эффект выравнивания потенциалов. Для данной системы были определены следующие технические требования:

• Использование оцинкованной полосы (минимальная длина 20-30 метров)
• Диаметр токопроводящих стержней должен составлять от 12,5 мм до 40 мм.
• Сопротивление заземления должно быть низким.

Заземляющий электрод фундамента следует выполнить в виде замкнутого кольца и разместить в фундаменте наружных стен здания. Кроме того, в больших зданиях заземляющий электрод фундамента следует разделить на секции размером 20х20 метров.

Система эквипотенциального соединения

Система выравнивания потенциалов обеспечивает безопасность, предотвращая возникновение разности напряжений между любыми двумя точками внутри объекта. К этой системе необходимо подключить следующие точки:

• заземляющий электрод системы связи
• Заземление фундамента здания
• Водопроводные трубы, изготовленные из проводящего материала.
• центральная система отопления
• Установка антенны
• Устройства защиты от перенапряжения

В частности, для обеспечения надежного заземления все металлические части стальных каркасных конструкций должны быть заземлены. Кроме того, следует помнить, что системы заземления со временем могут изнашиваться или терять свою эффективность.

Использование порошка, снижающего сопротивление заземления , позволяет поддерживать достигнутое сопротивление на протяжении всего срока службы системы. Этот материал идеально подходит для грунтов с низкой проводимостью и повышает морозостойкость примерно на 10%.

Системы молниезащиты считаются неотъемлемой частью современных зданий. Их важность еще больше возросла, особенно с широким распространением и повышением точности электронных систем. Комплексное проектирование и внедрение систем наружного, внутреннего, заземляющего и эквипотенциального выравнивания имеет важное значение. Инвестиции в системы молниезащиты крайне важны для предотвращения потенциальных человеческих жертв и материального ущерба. Поэтому на этапах проектирования и монтажа следует консультироваться с опытными инженерами, а также не следует пренебрегать регулярным техническим обслуживанием и проверками. Кроме того, системы должны постоянно обновляться с учетом технологических достижений.

Часто задаваемые вопросы

Почему системы молниезащиты важны?

Системы молниезащиты имеют критически важное значение для предотвращения гибели людей и материального ущерба. Эти системы обеспечивают безопасность зданий и их обитателей, предотвращая пожары, отключения электроэнергии и повреждение электронного оборудования, которые могут возникнуть в результате ударов молнии.

Каковы основные компоненты систем молниезащиты?

Системы молниезащиты обычно состоят из трех основных компонентов: системы воздушных терминалов (улавливающих разрядов), системы токоотводов и системы заземления. Эти компоненты работают вместе, чтобы безопасно отводить энергию молнии в землю.

В чём разница между громоотводом и клеткой Фарадея?

Громоотвод — это заостренный стержень, обычно устанавливаемый в самой высокой точке сооружения, и его цель — улавливать молнию в одной точке. Клетка Фарадея, с другой стороны, представляет собой проводящую сетчатую систему, которая полностью окружает сооружение и обеспечивает более комплексную защиту, распределяя энергию молнии по всей поверхности здания.

Почему необходимы внутренние системы молниезащиты?

Внутренние системы молниезащиты защищают электронные устройства и электрические системы внутри здания от перенапряжений и скачков тока. Эти системы предотвращают повреждение внутренних систем от энергии, которую внешние системы молниезащиты не могут уловить или передать.

Как часто следует проводить техническое обслуживание систем молниезащиты?

Рекомендуется регулярно, не реже одного раза в год, проводить осмотр и техническое обслуживание систем молниезащиты. Однако этот период может варьироваться в зависимости от климатических условий и частоты ударов молнии в регионе, где расположена система. Регулярное техническое обслуживание имеет решающее значение для поддержания эффективности и надежности системы.