Раздел: Инсталляция Тема: Автор: Евгений БАРАННИК, ведущий специалист департамента защиты от импульсных перенапряжений и молнии ООО «ОБО Беттерманн Украина»
Современные системы защиты от молнии
Установка устройства Telluride-501 системы Lightning Dissipation Array™ System с помощью вертолета на вытяжной башне Ski area Mountain Village (США). Публикуется с разрешения Lightning Eliminators & Consultants, Inc. Сколько стоит безопасность? Молниезащита является частью систем безопасности, призванных снижать риски до приемлемого уровня. Несмотря на впечатляющие достижения человечества в деле овладения силами природы, она не в силах предотвратить удар молнии. Энергия, освобождающаяся в течение миллисекунды, часами накапливается в гигантском «конденсаторе» между землей и тучей. Для защиты пользуются проверенными и усовершенствованными системами громоотводов, построенными согласно принципам, сформулированным еще Франклином и Фарадеем. Однако со времен, когда жили и работали эти заслуженные ученые, в широком пользовании оказалось множество электрических и электронных приборов, чувствительных к мощным импульсам грозовой природы. Поэтому молниезащиту можно без сомнений отнести к большой группе проблем электромагнитной совместимости (ЭМС), с аспектами которой, безусловно, знакомы многие из наших читателей. Итак, молния является естественным источником мощных импульсов перенапряжений в сетях питания и гальванических линиях передачи данных. Таким образом, проект молниезащиты любого объекта должен четко показывать, какой уровень безопасности и какой ценой будет обеспечен этой системой защиты. Не может быть частичной молниезащиты – небесный огонь таки найдет «щелку» и «укусит» в самом чувствительном месте. В реальности существует практика частичного финансирования мероприятий по молниезащите, обусловленных технико-экономическими расчетами. В таких условиях заказчик осознанно выбирает тот уровень безопасности, который он способен приобрести в известных ему рамках финансирования того или иного проекта. Интересно и полезно будет услышать мнение специалистов относительно применимости методики оценки рисков для обоснования необходимости и построения также и других систем безопасности. Инженерный и научный методы Вспоминаются слова Збигнева Флисовского (Zbignew Flisowski), профессора Варшавской политехники (Институт высоких напряжений и больших мощностей, который представлял в свое время Польшу в Техническом комитете ТК81), «Молниезащита» МЭК. В конце 90-х под Варшавой, в перерыве многодневного семинара по молниезащите для проектировщиков и монтажников, профессор пояснял, что техническое решение можно найти разными методами. Инженерный метод предусматривает использование стандартов, по которым определяется категория объекта и подбираются типовые технические решения из числа рекомендованных нормативными документами. Однако возникают ситуации, выходящие за рамки действующих норм. Много кто из читателей вспомнит в связи с этим начало проектирования и строительства в Украине сооружений, высота которых превышала 60 м (предельная высота, которая фигурировала в действовавших на то время национальных стандартах). В таких случаях, учил нас уважаемый профессор, есть проблема и есть специалист, который под личную ответственность разрабатывает наиболее эффективное техническое решение, опираясь на результаты расчетов, исследований, компьютерного симулирования или физического моделирования. Именно таким путем идет теперь Украина, внедряя систему ГАПов и ГИПов, на которых возлагается ответственность (в том числе и материальная) за корректность проектов в строительстве. Как управляют рисками в молниезащите С 2006 г., когда был введен в действие стандарт МЭК [1], специалисты большинства стран мира используют методику оценки риска для выяснения необходимости в молниезащите. Риски повреждений и убытков от удара молнии оцениваются как для прямого поражения, так и для тех случаев, когда молния ударяет вблизи сооружения. Методика МЭК позволяет определить для прямого и близкого ударов молнии: – риск утраты человеческой жизни – R1; – риск потери возможности предоставления общественных услуг (транспортное сообщение, связь, энергоснабжение, телевидение и т. п.) – R2; – риск потери невосстановимого культурного наследия – R3; – риск экономических потерь – R4. Поскольку МЭК является международной организацией, порядок размещения рисков отображает цивилизованный подход: человек прежде всего, далее – общество, культура и экономика (чем удивительнее для союзников и звучало высказывание известного советского полководца «солдат не жалеть, бабы еще нарожают!»). Украинские специалисты в том числе также получили возможность пользоваться признанной методикой стандарта CENELEC [2] от 1.08.2012 г. Суммарный риск: RΣ= R1 + R2 + R3 + R4 сравнивается с общепринятым допускаемым уровнем (tolerable level) Rt. Устройство молниезащиты является целесообразным, если RΣ > Rt, а критерием ее достаточности – условие RΣ ≤ Rt. В этом и состоит управление рисками в части защиты от молнии. К примеру, анализ рисков для реконструированного здания Театра оперетты в Киеве показал, что главную угрозу представляет линия проводного вещания (обязательная нормативно-обусловленная мера для общественных сооружений), по которой опасный импульс может попасть в зоны, в которых повредит дорогостоящее электронное оборудование (в том числе системы безопасности).
Многоликая молниезащита Дадим краткую характеристику главным разновидностям молниезащиты. Внешняя – состоит из перехватчиков (стержни, троса, провода), токоотводов и заземлителя. Она защищает сооружение от физических повреждений (загорание, раскалывание, растрескивание), а также живых существ внутри сооружения от опасности напряжения прикосновения и шагового напряжения. В первом приближении сооружение собирает на себя молнии с площади, обозначенной радиусом, втрое превосходящим его высоту. В Украине, например, плотность молний на протяжении года составляет 5,5 удара/ км2. Умножив площадь «молниесбора» на этот параметр, получим периодичность прямого удара для загородных домов от 15 до 30 лет. Внутренняя – призвана защитить электрические и электронные устройства внутри сооружения от электромагнитного импульса молнии (LEMP) и от затекания частичных токов молнии по линиям питания и передачи данных. Грозовые повреждения электроники зафиксированы на расстоянии до 2 км от точки удара молнии. Несложные расчеты показывают, что в Украине происходит 60–70 таких импульсов для любого сооружения каждый грозовой сезон. Защита состоит в использовании экранирующего эффекта электропроводящих элементов сооружения и в установке устройств противоимпульсной защиты – разрядников и ограничителей перенапряжений в силовых, телекоммуникационных и информационных сетях. Организационная – предусматривает проведение ряда мероприятий для уменьшения ущерба и убытков от грозы при получении уведомлении от провайдера грозовой деятельности. Не думайте, что речь идет о «телеграмме с неба». Во многих странах работают системы локации молний (Lightning Location System – LLS), состоящих из сети станций и центра обработки данных (ЦОД). Интересный исторический факт: поводом для нападения на Польшу (начало Второй мировой войны) была инсценировка нападения поляков на немецкий приграничный населенный пункт Гляйвиц. СС запланировала огласить провокационное объявление на польском языке, однако случилась задержка. Слишком долго искали на радиостанции так называемый грозовой микрофон, предназначенный для передачи объявлений о приближении грозы. То был 1939 год, а сегодня в некоторых странах такие объявления рассылаются в виде sms. Дом, который начинается с заземлителя Целесообразно задуматься об ЭМС (включая и молниеотвод) на этапе начала строительства сооружения, а именно с обустройства фундаментного заземлителя. Он будет долговечным, эффективным и экономичным. В мире широко используется несколько проверенных технологий для фундаментов любого класса. Напомним, что п. 1.7.59 [3] настаивает на обустройстве одного общего заземлителя для электробезопасности, молниезащиты и слаботочных систем. Токоотводы лучше спрятать в толщу несущих конструкций. Во время проектирования и монтажа легче обеспечить электрические соединения всех протяженных электропроводящих (металлических) конструкционных элементов и инженерных коммуникаций, не находящихся под напряжением, и их надежный и долговечный контакт с главной шиной уравнивания потенциалов (ГШУП). Именно к ГШУП, которая обычно находится в щитовой, присоединяется заземлитель сооружения и проводник PEN (или РЕ) линии питания. Еще немного фантазии и архитектурных познаний позволят превратить металлические украшения фасадов и крыши в элементы системы перехвата молнии. Получается красиво, надежно, безопасно, недорого, долговечно. К сожалению, часто о молниезащите начинают думать, когда не только сооружение готово, а и территория вокруг уже обустроена. В таком случае приходится осваивать другие материалы и технологии. Материалы и технологии С физической точки зрения, достаточно эффективный громоотвод можно сварганить и из «черного» металлопроката. Был бы грамотный проект. Однако те, кто может позволить себе затраты на молниезащиту, вряд ли согласятся иметь ржавые потеки на фасадах и крышу со следами электросварки. Поэтому на рынке присутствует широкий ассортимент комплектующих заводской готовности, что делает возможным быстро и чисто, будто из элементов LEGO, смонтировать нужную систему. Производят их из пластика и из 4 металлов, указанных в [2]: горячеоцинкованная или нержавеющая сталь, алюминий и медь. Сравнивая цены, не забывайте о главном – о том, ради чего приобретаются эти элементы одной из систем безопасности: соответствующее сечение молниеприемных стержней и проводников, противокоррозионная защита, надежные электрические соединения. Крупнейшие из производителей испытывают соединители импульсом тока в 50 кА (обозначение N) или 100 кА (обозначение Н), как того требуют нормы. Также не помешает убедиться, что продавец в состоянии предоставить вам квалифицированную консультацию, проверить проект, обучить монтажников. Напомним, что с 2004 г. проектирование, монтаж или обслуживание систем молниезащиты в Украине требуют наличия специальной лицензии. Неужели до сих пор не нашли ничего нового? Действительно, как-то странно пользоваться изобретениями вековой давности, когда чуть не каждый день появляются новые технологии, транспортные средства, гаджеты. Но специфика и мировые масштабы гроз, которыми и думать нечего управлять движениями джойстика, слишком могучи даже для современного уровня развития науки и техники. Все же ученые и инженеры не сидят сложа руки, а проверяют эффективность новых устройств под действием как искусственных, так и естественных молний. Распространенным является мнение, что молния бьет в наивысшую точку на местности или сооружении. В действительности же это зависит от нескольких факторов, основным из которых является напряженность электрического поля между головкой лидера, спускающегося от тучи, и землей (заземленным объектом). В попытках уменьшить эту напряженность была разработана система для рассеивани» гроз – Lightning Dissipation Array™ System (DAS™), своим внешним видом напоминающая зонтик, раскрытый над высоким объектом (см. фото в начале статьи). Многочисленные игольчатые электроды, которыми плотно усажена вся конструкция, предназначенны для насыщения положительными «+» ионами пространства над защищаемым объектом. Происходит это благодаря большой величине напряженности электрического поля «туча – земля», и, по заверениям разработчиков системы, она должна вообще обезоружитьдар молнии. Образно говоря, DAS™ прячет защищаемый объект от молнии под ионную шапку-невидимку» Наиболее пытливые из читателей могут познакомиться с научными подробностями предложенного метода молниезащиты и дискуссиями о его действенности [5, 6]. Окончательное решение все же остается за молниями. Дело в том, что именно высокие объекты, как магниты железо, притягивают молнии – и это обстоятельство используют для проверки точности LLS. Если после установки на них DAS™ будет зафиксировано значительное снижение поражаемости высоких дымоходов, телекоммуникационных башен и т. п., следует считать эффективность этой системы доказанной. Литература. 1. IEC62305 Lightning protection. 2006. 2. ДСТУ IEC 62305-2:2012 Защита от молнии. Часть 2. Управление рисками (IEC 62305-2:2010, IDT) Protection against lightning – Part 2: Risk management. 3. Правила улаштування установок. 4-те вид., перероб. й доп. – Х.: Вид-во «Форт», 2011. – 736 с. 4. DIN EN 50164-1 (2007-03) Lightning Protection Components (lpc) – Part 1: Requirements For Connection Components. 5. Carpenter R.B., Drabkin M.N., Lightning Strike Protection. Lightning Eliminators & Consultants, inc. issue. 6. Adriance R.A. Can Dissipators Really Prevent Lightning Strikes? CGAuxA, Inc. BEACON, Volume 5, Issue 2, Spring 2003, page 2–3.
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них. Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!

Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 0  (голосов: 0)
Ваша оценка: