Воздействие молнии на объекты защиты

Опасность грозовых разрядов

Такое явление, как гроза, которая часто сопровождается молнией, несет в себе опасность не только для людей и животных, но и для объектов, антропогенного и природного характера. Чтобы устранить опасность разряда атмосферного электричества и обеспечить безопасность, используются меры, которые называются защитой от молниезащиты.

Мгновенное нагревание токоведущих конструкций происходит при прямом ударе молнии. Они нагреваются до температуры плавления или даже испарения. Если в край металлического резервуара попадет прямой удар молнии, то выделится такое количество тепла, которого будет достаточно для оплавления стального листа толщиной $4$ мм.

В результате разности потенциалов на металлических частях оборудования, трубопроводах могут возникнуть вторичные проявления молнии, что является следствием электромагнитной и электростатической индукции от прямого её удара.

От вторичных воздействий молнии защите подлежат здания и сооружения $I$-й и $II$—й категории. В воздушном пространстве при разряде молнии образуется магнитное поле. Со временем оно изменяется. В металлических конструкциях, трубопроводах, электрических проводниках это поле индуцирует электродвижущую силу. Электрический ток в замкнутых конструкциях вызывает их нагрев, а в незамкнутых, проходящих на поверхности земли, электромагнитная индукция вызывает искрение.

Довольно большое число пожаров ёмкостей с нефтепродуктами – цистерн и резервуаров – происходит в результате вторичного проявления молнии от искр, генерируемых в этих резервуарах.

Электростатическая индукция. В наземных объектах грозовой тучей индуцируются электрические заряды, по величине они равны зарядам облака, но противоположны по знаку. Индуцируются электростатические заряды на объектах, которые хорошо изолированы от земли:

1. Это могут быть металлические крыши домов;
2. Провода воздушных линий связи;
3. Водопроводные и канализационные трубы;
4. Какие-либо заземленные конструкции.

Зоны защиты от воздействия молнии

Электрические и электронные системы, расположенные в пространстве, делят на зоны различной степени защиты. На границах зон электромагнитные параметры существенно изменяются. В пространстве зоны значения параметров электромагнитных полей, токов и напряжений будут тем меньше, чем выше номер зоны.

• 0 – это та зона, в которой каждый объект может быть подвержен прямому удару молнии и протекание полного её тока. Электромагнитное поле здесь имеет максимальное значение;
• 0E – объекты этой зоны прямому удару молнии не подвержены, но электромагнитное поле по-прежнему имеет максимальное значение;
• 1 – объекты прямому удару молнии не подвержены и ток внутри зоны значительно меньше, чем в предыдущей зоне. Электромагнитное поле может быть ослаблено экранированием;

Прочие зоны – установление этих зон происходит в том случае, если необходимо уменьшить ток или ослабить электромагнитное поле.

Меры по экранированию и соединению всех металлических элементов и коммуникаций, осуществляются на границах зон. Уменьшить электромагнитные помехи можно путем экранирования, который для этого является основным способом. В качестве экрана можно использовать металлическую конструкцию сооружения, например, стальную арматуру стен, полы здания, металлические детали крыши, стальные каркасы и др. Подобная экранирующая структура за счет окон, дверей, щелей в металлическом фасаде, образует электромагнитный экран с отверстиями. Влияние электромагнитных полей уменьшится, если металлические элементы объекта объединить электрически и соединить с системой молниезащиты.

Индуцированные помехи уменьшатся:

1. Если использовать внешнее экранирование;
2. Рационально прокладывать кабельные линии;
3. Экранировать линии питания и связи.

Соединения внутри защищаемого объекта

Значительные по размерам внутренние проводящие элементы, например, направляющие лифтов, металлические полы, рамы металлических дверей, трубы, кабельные лотки, присоединяются к ближайшей общей шине. Дополнительные соединения проводящих элементов не помешают. В соединительных проводниках, предполагают специалисты, проходит только незначительная часть тока молнии. Информационные системы, имеющие открытые проводящие части, соединяются в единую сеть. Такая сеть только в особых случаях может не иметь соединения с заземлителем.

Существует два способа присоединения к заземлителю:

1. Радиальная система соединений;
2. Соединения в виде сетки.

Металлические части при радиальной системе от заземлителя изолированы, кроме точки соединения. Система используется для небольших объектов, в которой все элементы и кабели входят в объект в одной точке. К общей системе заземления радиальная система присоединяется только в одной точке. При ударе молнии, появляющиеся токи низкой частоты, не попадают в информационную систему благодаря заземлению в одной точке. К тому же эта общая точка – наилучшее место присоединения устройств защиты от перенапряжений.

Металлические части при использовании сетки от общей системы заземления не изолируются. С общей системой сетка соединяется во многих точках. Чаще всего сетка используется для открытых систем и довольно протяженных. Оборудование в этих системах связано с различными линиями и кабелями и в объект они входят в различных точках. Вся система на всех частотах обладает низким сопротивлением. Более того, короткозамкнутые контуры сетки вблизи информационной системы ослабляют магнитное поле. Приборы соединяются друг с другом в защитной зоне несколькими проводниками по кратчайшим расстояниям. Соединение происходит с экраном зоны и с металлическими частями защищенной зоны. При этом имеющиеся в устройстве металлические части, например, арматура в полу, металлические решетки, трубы, металлическое оборудование неэлектрического назначения, вентиляционные короба, используются максимально.