Системи блискавкозахисту можуть запобігти стихійному лиху, яке генерує потужний струм від 2 до 200 кА, що впливає на всі електронні системи в радіусі 2 кілометрів від удару блискавки. Тому системи захисту, такі як блискавкові відводи та клітки Фарадея, призначені для забезпечення безпеки будівель. Крім того, ці системи також забезпечують захист від раптових перенапруг, які можуть виникнути всього за кілька мікросекунд і, якщо їх не зупинити, можуть спричинити серйозні втрати життя та майна.

Що таке системи блискавкозахисту?

Системи блискавкозахисту – це комплексне інженерне рішення, призначене для захисту об'єктів та споруд від фізичного та електричного впливу блискавки. Їхнє основне призначення – запобігання втратам життя та майна шляхом безпечного відведення енергії блискавки до землі.

Важливість систем блискавкозахисту

Порівняно зі стихійними лихами, такими як пожежі, землетруси та повені, блискавки та перенапруги трапляються частіше та, отже, завдають більшої шкоди. З цієї причини обладнання кожної будівлі та споруди системами блискавкозахисту має першочергове значення. Комутаційні елементи, гармоніки та перепади напруги завдають значної економічної шкоди, як і сама блискавка. Зокрема, через магнітне поле та імпульсні характеристики, що випромінюються під час удару блискавки, вона може проникати крізь споруди через паралельні лінії. Тому максимальна ізоляція імпульсу є критично важливою.

Вкрай важливо, щоб системи блискавкозахисту проектували та впроваджували досвідчені інженери. Навіть найменша помилка у впровадженні системи може призвести до зриву всього проекту. Тому системи блискавкозахисту та заземлення повинні встановлюватися спеціалізованими компаніями.

Сьогодні багато видів соціальної діяльності, таких як промисловість, торгівля, послуги та охорона здоров'я, залежать від належного функціонування електричних та електронних пристроїв. Найчастішою причиною відмов системи є раптові перенапруги, які порушують передачу даних та спричиняють пошкодження обладнання. Вимірювання, проведені до та після встановлення систем блискавкозахисту, є важливими для їх правильного впровадження. Отримані значення опору визначаються відповідно до певних стандартів. Головною метою є контрольоване спрямування перенапруги. Крім того, використання пристрою з'єднання іскровим проміжком важливе як для життя, так і для безпеки електронних систем.

Щоб запобігти пошкодженню дедалі чутливішого обладнання, втраті критично важливих даних та захистити об'єкти через розвиток технологій, необхідне повне впровадження чотирьох основних етапів системи блискавкозахисту. Ці кроки:

• Система заземлення
• Еквіпотенціальна система
• Зовнішня система блискавкозахисту
• Внутрішня система блискавкозахисту

Ці системи перелічені таким чином, і важливо, щоб вони працювали разом інтегровано.

Зовнішні системи блискавкозахисту

Вони призначені для безпечного захоплення та передачі ударів блискавки на землю. Найпоширеніші з цих систем включають:

Системи блискавкозахисту

Системи блискавкозахисту складаються з трьох основних компонентів:

• Повітряні термінали (стрижні) : вертикальні виступи, призначені для розміщення розрядів блискавки. Зазвичай вони оснащені загостреною, гладкою, полірованою сферою.
• Струмопровідні кабелі : це важкі конструкції, які проводять струм блискавки зверху до землі. Вони проходять по краях даху та з'єднані із землею в одному або кількох кутах під конструкцією.
• Заземлювальні стрижні : це довгі, товсті стрижні, що вбудовуються навколо конструкції для заземлення. До цих стрижнів для захисту підключаються струмопровідні кабелі.

Застосування клітки Фарадея

Клітки Фарадея є кращими для захисту низьких споруд, особливо тих, що не оточують високі будівлі або гострі виступи. Ця система використовує комбінацію сітчастої конструкції та методу створення захисного кута.

Ключові характеристики системи такі:

• Відстань спостереження варіюється від 5 до 20 метрів, залежно від необхідної діяльності.
• Відстань між двома токовідводами встановлюється в межах від 10 до 20 метрів, залежно від рівня захисту.
• Більша частина струму блискавки передається через провідники та системи заземлення, розташовані найближче до місця удару.

Крім того, структура клітки Фарадея значно зменшує електромагнітне поле всередині конструкції, захищаючи електронні системи від магнітного впливу блискавки. Крім того, оскільки струми блискавки розділені на кілька провідників, забезпечується надійніший захист.

Важливо, що зовнішні системи блискавкозахисту повинні бути підкріплені зрівнюванням потенціалів та низьковольтною системою розрядників для ефективного функціонування. Така інтеграція підвищує захисну здатність системи та створює надійнішу структуру.

Внутрішні системи блискавкозахисту

Максимум 50% удару блискавки, що потрапляє в зовнішню систему блискавкозахисту, може поглинатися землею. Тому внутрішні системи блискавкозахисту є незамінними для електробезпеки будівель. Крім того, внутрішні системи блискавкозахисту захищають електроустановки та підключені пристрої від раптових перевантажень по струму та перенапруги. Ці системи складаються з модулів захисту класу B, C та D.

Для ефективного функціонування всіх цих систем потрібна система заземлення , що відповідає стандарту IEC 62305. Тому опір заземлення слід зменшити до порядку 5 Ом, а систему слід підтримувати за допомогою зрівнювання потенціалів.

Захист від перенапруги

Внутрішні системи блискавкозахисту забезпечують захист від перенапруг, спрямованих на системи всередині будівлі, завдяки індуктивно-ємнісному зв'язку та різниці потенціалів. Зокрема, навіть удар блискавки на відстані 2 км від будівлі може створити такий самий ефект.

Системи захисту від перенапруги класифікуються таким чином:

• Клас B (тип 1) : Використовувані в головних вхідних панелях, ці системи призначені для обмеження впливу високоенергетичних ударів блискавки.
• Клас C (тип 2) : Використовувані в підщитах, ці системи захищають обладнання від перенапруг, що виникають у мережі.
• Клас D (тип 3) : Розроблені для захисту чутливих електронних пристроїв, ці системи забезпечують безпосередній захист самого пристрою.

Безпека електронних пристроїв

Системи блискавкозахисту також мають велике значення для захисту електронних пристроїв. Багато компонентів, що використовуються сьогодні в комерційному та промисловому секторах, містять чутливі електронні схеми. Тому вони потребують захисту від струмів від 30 000 до 300 000 ампер, що генеруються під час розрядів блискавки.

Спеціально розроблені модулі використовуються для захисту передавальними та приймальними станціями, особливо тих, що належать до систем зв'язку. Крім того, в системах, де передача сигналу відбувається через коаксіальний кабель, таких як комп'ютери, системи обробки даних або відеосистеми, перевага надається адаптерним модулям з роз'ємами класу D, щоб запобігти пошкодженню пристроїв від перенапруг, що виникають у сигнальних лініях.

Крім того, системи захисту від перенапруги важливі для захисту електронних пристроїв, що використовуються в будинках. Ці системи забезпечують захист від таких небезпек, як короткочасні перенапруги, гармоніки, підвищення та зниження напруги, що виникають в електромережі.

Важливо пам’ятати, що однієї лише зовнішньої системи блискавкозахисту буде недостатньо. Блискавка може пошкодити всі пристрої в радіусі 2 км після удару. Тому також необхідно використовувати низьковольтну систему захисту від перенапруги.  

Вибір систем блискавкозахисту

Це інженерний процес, який вимагає ретельного планування відповідно до характеристик та факторів ризику конструкції. Під час цього процесу необхідно враховувати структурні характеристики будівлі, географічні умови та фактори вартості.

Системи відповідно до типів будівель

Системи блискавкозахисту різняться залежно від типу будівлі. Будівлі, де зберігаються вибухонебезпечні та легкозаймисті матеріали, театри, школи, лікарні, банки, готелі та громадські будівлі потребують спеціальних систем захисту. Крім того, критично важливі об'єкти, такі як електростанції, водорозподільні центри та автозаправні станції, також потребують спеціальних заходів захисту.

Для кожної будівлі слід обрати системи, що відповідають стандартам TS 622, TS IEC 61024 та Положенню про пожежний захист будівель. Крім того, зовнішні та внутрішні системи блискавкозахисту слід інтегрувати відповідно до результатів аналізу ризиків будівлі.

Вплив географічних умов

Характеристики блискавок регіону відіграють важливу роль у виборі системи. Метеорологічні дані та умови навколишнього середовища слід враховувати під час проведення аналізу ризиків.

Наслідки пошкодження блискавкою

Щороку у світі трапляються мільйони ударів блискавок, що призводить до значних руйнувань. Наслідки цих руйнувань можна розглянути за трьома основними напрямками.

Ризики безпеки життя

Удари блискавки можуть мати фатальні наслідки для здоров'я людини. У разі прямого удару це може спричинити зупинку дихання та серцевого ритму. Крім того, удари блискавки можуть призвести до сильних опіків, пошкодження нервів та незворотних неврологічних проблем.

Пошкодження електронної системи

Удари блискавки завдають значної шкоди електронним системам. Зокрема, один удар блискавки може вразити всі електронні пристрої в радіусі 2 км. Ці наслідки включають:

• Пошкодження блоків живлення
• Системи автоматизації вимкнені.
• Збої, що виникають у лініях зв'язку та передачі даних.
• Несправності, що виникають у системах камери та комутатора.

Економічні втрати

Економічні наслідки пошкодження блискавкою є досить значними. Зокрема, пошкодження об'єктів виробництва електроенергії призводить до таких наслідків:

• Втрата доходу внаслідок зупинки виробництва.
• Втрати у внутрішніх енергосистемах
• Збої в системах обробки даних
• Фізичне пошкодження польового обладнання.

Крім того, удари блискавки створюють ризик пожежі та вибуху. Це може призвести до більших економічних збитків, особливо на об'єктах, що містять легкозаймисті та вибухонебезпечні матеріали. Крім того, вплив електромагнітного поля внаслідок ударів блискавки може завдати непрямої шкоди системам. Витрати на ремонт цих пошкоджень можуть бути досить високими.

Критична роль заземлення в системах блискавкозахисту

Існує тісний зв'язок між заземленням та блискавкозахистом для безпеки електричних систем. Система заземлення захищає будівлі та електронне обладнання, зменшуючи вплив блискавки.

Основні вимоги до заземлення

Базове заземлення є найфундаментальнішим методом, що застосовується в установках, де протікають сильні струми, і воно посилює ефект вирівнювання потенціалів. Для цієї системи визначено такі технічні вимоги:

• Використання оцинкованої смуги (мінімальна довжина 20-30 метрів)
• Діаметр струмопровідних стрижнів повинен бути від 12,5 мм до 40 мм.
• Опір заземлення слід підтримувати низьким.

Заземлювальний електрод фундаменту слід виготовляти у вигляді замкнутого кільця та розміщувати у фундаментах зовнішніх стін будівлі. Крім того, у великих будівлях заземлювальний електрод фундаменту слід розділяти на секції розміром 20x20 метрів.

Система еквіпотенціального з'єднання

Система зрівнювання потенціалів забезпечує безпеку, запобігаючи різницю напруги, яка може виникнути між будь-якими двома точками в межах об'єкта. Точки, які необхідно підключити до цієї системи, такі:

• Заземлювальний електрод системи зв'язку
• Заземлення фундаменту будівлі
• Водопровідні труби з струмопровідного матеріалу.
• Система центрального опалення
• Встановлення антени
• Пристрої захисту від перенапруги

Зокрема, всі металеві частини сталевих каркасних конструкцій повинні бути заземлені для досягнення хорошого ефекту заземлення. Крім того, слід пам'ятати, що системи заземлення можуть з часом погіршуватися або втрачати свою ефективність.

Завдяки використанню порошку для зниження опору заземлення можна підтримувати опір, досягнутий протягом усього терміну служби системи. Цей матеріал пропонує ідеальне рішення для ґрунтів з поганою провідністю та підвищує морозостійкість приблизно на 10%.

Системи блискавкозахисту вважаються невід'ємною частиною сучасних будівель. Їх значення ще більше зросло, особливо з широким використанням та підвищенням точності електронних систем. Комплексне проектування та впровадження зовнішніх, внутрішніх, заземлювальних та еквіпотенціальних систем є надзвичайно важливими. Інвестування в системи блискавкозахисту має вирішальне значення для запобігання потенційним втратам життя та матеріальним збиткам. Тому на етапах проектування та монтажу слід консультуватися з досвідченими інженерами, а також не слід нехтувати регулярним технічним обслуговуванням та перевірками. Крім того, системи слід постійно оновлювати, відстежуючи технологічний прогрес.

Часті запитання

Чому важливі системи блискавкозахисту?

Системи блискавкозахисту є критично важливими для запобігання втратам життя та пошкодженню майна. Ці системи забезпечують безпеку будівель та їхніх мешканців, запобігаючи пожежам, відключенням електроенергії та пошкодженню електронного обладнання, які можуть виникнути внаслідок ударів блискавки.

Які основні компоненти систем блискавкозахисту?

Системи блискавкозахисту зазвичай складаються з трьох основних компонентів: системи повітряного терміналу (системи блискавкозахисту), системи токовідводів та системи заземлення. Ці компоненти працюють разом, щоб безпечно відводити енергію блискавки в землю.

Яка різниця між громовідводом та кліткою Фарадея?

Блискавковідвід — це загострений стрижень, який зазвичай розміщується в найвищій точці споруди та призначений для захоплення блискавки в одній точці. Клітка Фарадея, з іншого боку, — це система провідної сітки, яка повністю оточує споруду та забезпечує більш комплексний захист, розподіляючи енергію блискавки по всій поверхні будівлі.

Чому потрібні внутрішні системи блискавкозахисту?

Внутрішні системи блискавкозахисту захищають електронні пристрої та електричні системи в будівлі від перенапруги та перевантаження струмом. Ці системи запобігають пошкодженню внутрішніх систем енергією, яку зовнішні системи блискавкозахисту не можуть вловлювати або передавати.

Як часто слід обслуговувати системи блискавкозахисту?

Рекомендується регулярно перевіряти та обслуговувати системи блискавкозахисту, принаймні раз на рік. Однак цей період може змінюватися залежно від кліматичних умов та частоти ударів блискавки в регіоні, де розташована система. Регулярне технічне обслуговування має вирішальне значення для підтримки ефективності та надійності системи.