Требования к выполнению молниезащиты

Все открытые проводящие части информационных систем соединяются в единую сеть. В особых случаях такая сеть может не иметь соединения с заземлителем.

Есть два способа присоединения к заземлителю металлических частей информационных систем, таких, как корпуса, оболочки или каркасы.

Первая основная конфигурация соединений, выполняемых в виде радиальной системы или в виде сетки.

При использовании радиальной системы все ее металлические части изолируются от заземлителя на всем протяжении кроме единственной точки соединения с ним. Обычно такая система используется для относительно небольших объектов, где все элементы и кабели входят в объект в одной точке.

Радиальная система заземления присоединяется к общей системе заземления только в одной точке (рис.4.4). В этом случае все линии и кабели между устройствами оборудования прокладываются параллельно образующим звезду проводникам заземления для уменьшения петли индуктивности. Благодаря заземлению в одной точке токи низкой частоты, появляющиеся при ударе молнии, не попадают в информационную систему. Кроме того, источники низкочастотных помех внутри информационной системы не создают токов в системе заземления. Ввод в защитную зону проводов производится исключительно в месте центральной точки системы уравнивания потенциалов. Указанная общая точка является также наилучшим местом присоединения устройств защиты от перенапряжений.

Рис. 4.4 Схема соединения проводов электропитания и связи при звездообразной системе уравнивания потенциалов

При использовании сетки ее металлические части не изолируются от общей системы заземления (рис.4.5). Сетка соединяется с общей системой во многих точках. Обычно сетка используется для протяженных открытых систем, где оборудование связано большим числом различных линий и кабелей и где они входят в объект в различных точках. В этом случае вся система обладает низким сопротивлением на всех частотах. Кроме того, большое число короткозамкнутых контуров сетки ослабляет магнитное поле вблизи информационной системы. Приборы в защитной зоне соединяются друг с другом по кратчайшим расстояниям несколькими проводниками, а также с металлическими частями защищенной зоны и экраном зоны. При этом максимально используются имеющиеся в устройстве металлические части, такие, как арматура в полу, стенах и на крыше, металлические решетки, металлическое оборудование неэлектрического назначения, такое, как трубы, вентиляционные и кабельные короба.

Рис. 4.5 Сетчатое выполнение системы уравнивания потенциалов

Обе конфигурации, радиальная и сетка, могут быть объединены в комплексную систему, как показано на рис.4.6. Обычно, хотя это и необязательно, соединение локальной сети заземления с общей системой осуществляется на границе зоны молниезащиты.

Рис. 4.6 Комплексное выполнение системы уравнивания потенциалов

3.5 Заземление

Основная задача заземляющего устройства молниезащиты - отвести как можно большую часть тока молнии (50% и более) в землю. Остальная часть тока растекается по подходящим к зданию коммуникациям (оболочкам кабелей, трубам водоснабжения и т.п.). При этом не возникают опасные напряжения на самом заземлителе. Эта задача выполняется сетчатой системой под зданием и вокруг него. Заземляющие проводники образовывают сетчатый контур, объединяющий арматуру бетона внизу фундамента. Это обычный метод создания электромагнитного экрана внизу здания. Кольцевой проводник вокруг здания и(или) в бетоне на периферии фундамента соединяется с системой заземления заземляющими проводниками обычно через каждые 5 м. Внешний заземлитель может быть соединен с указанными кольцевыми проводниками.

Арматура бетона внизу фундамента соединяется с системой заземления. Арматура должна образовывать сетку, соединенную с системой заземления обычно через каждые 5 м.

Можно использовать сетку из оцинкованной стали с шириной ячейки обычно 5 м, приваренную или механически прикрепленную к прутьям арматуры обычно через каждый 1 м. Концы проводников сетки могут служить заземляющими проводниками для соединительных полос. На рис.4.7 и 4.8 показаны примеры сетчатого заземляющего устройства.

Рис. 4.7 Сетчатое заземляющее устройство здания: 1 - сеть соединений; 2 - заземлитель

Рис. 4.8 Сетчатое заземляющее устройство производственных сооружений: 1 - здания; 2 - башня; 3 - оборудование; 4 - кабельный лоток

Связь заземлителя и системы соединений создает систему заземления. Основная задача системы заземления - уменьшать разность потенциалов между любыми точками здания и оборудования. Эта задача решается созданием большого количества параллельных путей для токов молнии и наведенных токов, образующих сеть с низким сопротивлением в широком спектре частот. Множественные и параллельные пути имеют различные резонансные частоты. Множество контуров с частотно-зависимыми сопротивлениями создают единую сеть с низким сопротивлением для помех рассматриваемого спектра.

4.6 Устройства защиты от перенапряжений

Устройства защиты от перенапряжений (УЗП) устанавливаются в месте пересечения линией электроснабжения, управления, связи, телекоммуникации границы двух зон экранирования. УЗП координируют для достижения приемлемого распределения нагрузки между ними в соответствии с их стойкостью к разрушению, а также для уменьшения вероятности разрушения защищаемого оборудования под воздействием тока молнии (рис.4.9).

Рис. 4.9 Пример установки УЗП в здании

Рекомендуется входящие в здание линии питания и связи соединять одной шиной и располагать их УЗП как можно ближе одно к другому. Это особенно важно в зданиях из неэкранирующего материала (дерева, кирпича и т.п.). УЗП выбираются и устанавливаются так, чтобы ток молнии был в основном отведен в систему заземления на границе зон 0 и 1.

Так как энергия тока молнии в основном рассеивается на указанной границе, последующие УЗП защищают лишь от оставшейся энергии и воздействия электромагнитного поля в зоне 1. Для наилучшей защиты от перенапряжений при установке УЗП используют короткие соединительные проводники, выводы и кабели. Исходя из требований координации изоляции в силовых установках и устойчивости к повреждениям защищаемого оборудования, уровень УЗП по напряжению выбирают ниже максимального значения напряжения, чтобы воздействие на защищаемое оборудование всегда было ниже допустимого. Если уровень устойчивости к повреждениям неизвестен, используют ориентировочный или полученный в результате испытаний. Количество УЗП в защищаемой системе зависит от устойчивости защищаемого оборудования к повреждениям и характеристик самих УЗП.

3.7 Защита оборудования в существующих зданиях

Все возрастающее использование сложного электронного оборудования в уже существующих зданиях требует более надежной защиты от молнии и других электромагнитных помех. Принимается во внимание, что в существующих зданиях необходимые меры по молниезащите выбирают с учетом особенностей здания, таких как конструктивные элементы, существующее силовое и информационное оборудование.

Необходимость в защитных мерах и выбор их определяют на основании исходных данных, которые собирают на стадии предпроектных изысканий. Примерный перечень таких данных приведен в табл.4.3-4.6.

Таблица 4.3 Исходные данные о здании и окружении

Таблица 4.4 Исходные данные по оборудованию

Таблица 4.5 Характеристики оборудования

Таблица 4.6 Другие данные, касающиеся выбора концепции защиты

На основании анализа риска и данных, приведенных в табл.4.3-4.6, принимается решение о необходимости построения или реконструкции системы молниезащиты.

3.7.1 Меры защиты при использовании внешней системы молниезащиты

Основная задача - нахождение оптимального решения по улучшению внешней системы молниезащиты и по другим мерам.

Усовершенствование внешней системы молниезащиты достигается:

1) включением внешней металлической облицовки и крыши здания в систему молниезащиты;

2) использованием дополнительных проводников, если арматура соединена по всей высоте здания - от крыши через стены до заземления здания;

3) уменьшением промежутков между металлическими спусками и уменьшением шага ячейки молниеприемника;

4) установкой соединительных полос (гибких плоских проводников) в местах стыков между соседними, но структурно разделенными блоками; расстояние между полосами должно быть вдвое меньше расстояния между спусками;

5) соединением протяженного провода с отдельными блоками здания; обычно соединения необходимы на каждом углу кабельного лотка, и соединительные полосы выполняются как можно короче;

6) защитой отдельными молниеприемниками, соединенными с общей системой молниезащиты, если металлические части крыши нуждаются в защите от прямого удара молнии; молниеприемник располагается на безопасном расстоянии от указанного элемента.

3.7.2 Меры защиты при использовании кабелей

Эффективными мерами по снижению перенапряжений являются рациональная прокладка и экранирование кабелей. Эти меры тем важнее, чем меньше экранирование от внешней системы молниезащиты.

Больших петель можно избежать, прокладывая совместно силовые кабели и экранированные кабели связи. Экран соединяется с оборудованием на обоих концах.

Любое дополнительное экранирование, например прокладка проводов и кабелей в металлических трубах или лотках между этажами, снижает полное сопротивление общей системы соединений. Эти меры наиболее важны для высоких или протяженных зданий, или когда оборудование должно работать особенно надежно.

Предпочтительными местами установки УЗП являются границы зон 0/1 и зон 0/1/2 соответственно, расположенные на входе в здание.

Как правило, общая сеть соединений не используется в рабочем режиме как обратный проводник силовой или информационной цепи.

3.7.3 Меры защиты при использовании антенн и другого оборудования

Примерами такого оборудования являются различные внешние устройства, такие как антенны, метеорологические датчики, камеры наружного наблюдения, наружные датчики на промышленных объектах (датчики давления, температуры, скорости потока, положения клапана и т.д.) и любое другое электрическое, электронное и радиооборудование, установленное снаружи на здании, мачте или промышленном резервуаре.

По возможности молниеотвод устанавливается таким образом, чтобы оборудование было защищено от прямого попадания молнии. Отдельные антенны оставляются абсолютно открытыми по технологическим соображениям. Некоторые из них имеют встроенную систему молниезащиты и могут без повреждений выдержать попадание молнии. Другие, менее защищенные типы антенн, могут требовать установки УЗП на питающем кабеле, чтобы предотвратить попадание тока молнии по кабелю антенны в приемник или передатчик. При наличии внешней системы молниезащиты крепления антенны присоединяются к ней.

Наведение напряжения в кабелях между зданиями можно предотвратить, прокладывая их в соединенных металлических лотках или трубах. Все кабели, идущие к связанному с антенной оборудованию, прокладываются с выводом из трубы в одной точке. Следует обратить максимальное внимание на экранирующие свойства самого объекта и прокладывать кабели в его трубчатых элементах. Если это невозможно, как в случае с технологическими емкостями, кабели прокладывают снаружи, но как можно ближе к объекту, максимально используя при этом такие естественные экраны как металлические лестницы, трубы и др. В мачтах с -образными угловыми элементами кабели располагаются внутри угла для максимальной естественной защиты. В крайнем случае рядом с кабелем антенны следует разместить эквипотенциальный соединительный проводник с минимальным поперечным сечением 6 мм. Все эти меры снижают наведенное напряжение в петле, образованной кабелями и зданием, и, соответственно, уменьшают вероятность пробоя между ними, то есть вероятность возникновения дуги внутри оборудования между электросетью и зданием.

3.7.4. Меры защиты силовых кабелей и кабелей связи между зданиями

Связи между зданиями подразделяются на два главных типа: силовые кабели с металлической оболочкой, металлические (витая пара, волноводы, коаксиальные и многожильные кабели) и оптоволоконные кабели. Защитные меры зависят от типов кабелей, их количества, а также от того, соединены ли системы молниезащиты двух зданий.

Полностью изолированный оптоволоконный кабель (без металлического армирования, фольги для защиты от влаги или стального внутреннего проводника) может быть применен без дополнительных мер защиты. Использование такого кабеля является наилучшим вариантом, так как обеспечивает полную защиту от электромагнитных воздействий. Однако если кабель содержит протяженный металлический элемент (за исключением жил дистанционного питания), последний на входе в здание присоединяется к общей системе уравнивания потенциалов и не должен напрямую входить в оптический приемник или передатчик. Если здания расположены близко друг к другу и их системы молниезащиты не соединены, предпочтительнее использовать оптоволоконный кабель без металлических элементов во избежание больших токов в этих элементах и их перегрева. Если же имеется соединенный с системой молниезащиты кабель, то можно использовать оптический кабель с металлическими элементами, чтобы отвести часть тока от первого кабеля.

Металлические кабели между зданиями с изолированными системами молниезащиты. При данном соединении систем защиты повреждения весьма вероятны на обоих концах кабеля вследствие прохождения по нему тока молнии. Поэтому на обоих концах кабеля необходимо установить УЗП, а также, где возможно, следует соединять системы молниезащиты двух зданий и прокладывать кабель в соединенных металлических лотках.

Металлические кабели между зданиями с соединенными системами молниезащиты. В зависимости от числа кабелей между зданиями защитные меры могут включать соединение кабельных лотков (при нескольких кабелях), экранирование или применение гибких металлошлангов для многожильных кабелей управления (при большом количестве кабелей). Подсоединение обоих концов кабеля к связанным системам молниезащиты часто обеспечивает достаточное экранирование, особенно если кабелей много, и ток распределится между ними.

Во всех организациях и предприятиях независимо от форм собственности должен быть разработан комплект эксплуатационно-технической документации молниезащиты объектов, для которых необходимо устройство молниезащиты.

Комплект эксплуатационно-технической документации молниезащиты должен содержать:

пояснительную записку;

схемы зон защиты молниеотводов;

рабочие чертежи конструкций молниеотводов (строительная часть), конструктивных элементов защиты от вторичных проявлений молнии, от заносов высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации, от скользящих искровых каналов и разрядов в грунте;

приемную документацию (акты приема в эксплуатацию устройств молниезащиты вместе с приложениями: актами на скрытые работы, актами испытаний устройств молниезащиты и защиты от вторичных проявлений молнии и заноса высоких потенциалов).

В Пояснительной записке должны быть приведены:

исходные данные разработки эксплуатационно-технической документации;

принятые способы молниезащиты объектов;

расчеты зон защиты, заземлителей, токоотводов и элементов защиты от вторичных проявлений молнии.

В Пояснительной записке указываются: предприятие-разработчик комплекта эксплуатационно-технической документации; основание для его разработки, перечень действующих нормативных документов и технической документации, которыми руководствовались при работе над проектом, специальные требования к проектируемому устройству.

Исходные данные для проектирования молниезащиты объектов составляются заказчиком с привлечением при необходимости проектной организации. Они должны включать:

генеральный план объектов с указанием расположения всех объектов, подлежащих молниезащите, автомобильных и железных дорог, наземных и подземных коммуникаций (теплотрасс, технологических и сантехнических трубопроводов, электрических кабелей и проводок любого назначения и т.п.);

категории молниезащиты каждого объекта;

данные о климатических условиях в районе размещения защитных устройств и сооружений (интенсивности грозовой деятельности, скоростном напоре ветра, толщине стенки гололеда и т.п.), характеристику грунта с указанием структуры, агрессивности и рода почвы, уровня грунтовых вод;

удельное электрическое сопротивление грунта (Ом·м) в местах расположения объектов.

В разделе "Принятые способы молниезащиты объектов" излагаются выбранные способы защиты зданий и сооружений от непосредственного контакта с каналом молнии, вторичных проявлений молнии и заносов высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации.

Объекты, построенные (проектируемые) по одному и тому же типовому или повторно применяемому проекту, имеющие единые строительные характеристики и геометрические размеры и одинаковое устройство молниезащиты, могут иметь одну общую схему и расчет зон защиты молниеотводов. Перечень этих защищаемых объектов приводится на схеме зоны защиты одного из сооружений.

При проверке надежности защиты с использованием программного обеспечения приводятся данные компьютерных расчетов в виде сводки проектных вариантов и формируется заключение об их эффективности.

При разработке технической документации необходимо максимально использовать типовые конструкции молниеотводов и заземлителей и типовые рабочие чертежи по молниезащите, разработанные соответствующими проектными организациями.

При отсутствии возможности применения типовых конструкций устройств молниезащиты могут разрабатываться рабочие чертежи отдельных элементов: фундаментов, опор, молниеприемников, токоотводов, заземлителей.

Для уменьшения объема технической документации и удешевления строительства рекомендуется совмещать проекты молниезащиты с рабочими чертежами на общестроительные работы и работы по монтажу сантехнического и электротехнического оборудования в целях использования для молниезащиты сантехнических коммуникаций и заземлителей электротехнических устройств.

2. Порядок приемки устройств молниезащиты в эксплуатацию

Молниезащитные устройства объектов, законченных строительством (реконструкцией), принимаются в эксплуатацию рабочей комиссией и передаются в эксплуатацию заказчику до начала монтажа технологического оборудования, завоза и загрузки в здания и сооружения оборудования и ценного имущества.

Приемка молниезащитных устройств на действующих объектах осуществляется актом рабочей комиссии.

Состав рабочей комиссии определяется заказчиком, в состав рабочей комиссии обычно включаются представители:

лица, ответственного за электрохозяйство;

подрядной организации;

службы пожарной инспекции.

Рабочей комиссии предъявляются следующие документы:

утвержденные проекты устройства молниезащиты;

акты на скрытые работы (по устройству и монтажу заземлителей и токоотводов, не доступных для осмотра);

акты испытаний устройств молниезащиты и защиты от вторичных проявлений молнии и заноса высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации (данные о сопротивлении всех заземлителей, результаты осмотра и проверки работ по монтажу молниеприемников, токоотводов, заземлителей, элементов их крепления, надежности электрических соединений между токоведущими элементами и др.).

Рабочая комиссия производит полную проверку и осмотр выполненных строительно-монтажных работ по монтажу молниезащитных устройств.

Приемка молниезащитных устройств вновь строящихся объектов оформляется актами приемки оборудования для устройств молниезащиты.

После приемки в эксплуатацию устройств молниезащиты составляются паспорта молниезащитных устройств и паспорта заземлителей устройств молниезащиты, которые хранятся у ответственного за электрохозяйство.

Акты, утвержденные руководителем организации, вместе с представленными актами на скрытые работы и протоколы измерений включаются в паспорт молниезащитных устройств.

3. Эксплуатация устройств молниезащиты

Устройства молниезащиты зданий, сооружений и наружных установок объектов эксплуатируются в соответствии с Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и указаниями данной Инструкции. Задачей эксплуатации устройств молниезащиты объектов является поддержание их в состоянии необходимой исправности и надежности.

Штатное и внеочередное обслуживание устройств молниезащиты осуществляется по программе обслуживания, составляемой экспертом по устройствам молниезащиты, представителем проектной организации и утверждаемой техническим руководителем организации.

Для обеспечения постоянной надежности работы устройств молниезащиты ежегодно перед началом грозового сезона проводятся проверка и осмотр всех устройств молниезащиты.

Проверки проводятся также после установки системы молниезащиты, после внесения каких-либо изменений в систему молниезащиты, после любых повреждений защищаемого объекта. Каждая проверка проводится в соответствии с рабочей программой.

Для проведения проверки состояния МЗУ руководителем организации указывается причина проверки и организуются:

комиссия по проведению проверки МЗУ с указанием функциональных обязанностей членов комиссии по обследованию молниезащиты;

рабочая группа по проведению необходимых измерений;

указываются сроки проведения проверки.

Во время осмотра и проверки устройств молниезащиты рекомендуется:

проверить визуальным осмотром (с помощью бинокля) целостность молниеприемников и токоотводов, надежность их соединения и крепления к мачтам;

выявить элементы устройств молниезащиты, требующие замены или ремонта вследствие нарушения их механической прочности;

определить степень разрушения коррозией отдельных элементов устройств молниезащиты, принять меры по антикоррозионной защите и усилению элементов, поврежденных коррозией;

проверить надежность электрических соединений между токоведущими частями всех элементов устройств молниезащиты;

проверить соответствие устройств молниезащиты назначению объектов и в случае наличия строительных или технологических изменений за предшествующий период наметить мероприятия по модернизации и реконструкции молниезащиты в соответствии с требованиями настоящей Инструкции;

уточнить исполнительную схему устройств молниезащиты и определить пути растекания тока молнии по ее элементам при разряде молнии методом имитации разряда молнии в молниеприемник с помощью специализированного измерительного комплекса, подключенного между молниеприемником и удаленным токовым электродом;

измерить значение сопротивления растеканию импульсного тока методом "амперметра-вольтметра" с помощью специализированного измерительного комплекса;

измерить значения импульсных перенапряжений в сетях электроснабжения при ударе молнии, распределения потенциалов по металлоконструкциям и системе заземления здания методом имитации удара молнии в молниеприемник с помощью специализированного измерительного комплекса;

измерить значение электромагнитных полей в окрестности расположения устройства молниезащиты методом имитации удара молнии в молниеприемник с помощью специальных антенн;

проверить наличие необходимой документации на устройства молниезащиты.

Периодическому контролю со вскрытием в течение 6 лет (для объектов I категории) подвергаются все искусственные заземлители, токоотводы и места их присоединений, при этом ежегодно проводится проверка до 20% их общего количества. Пораженные коррозией заземлители и токоотводы при уменьшении их площади поперечного сечения более чем на 25% должны быть заменены новыми.

Внеочередные осмотры устройств молниезащиты следует производить после стихийных бедствий (ураганного ветра, наводнения, землетрясения, пожара) и гроз чрезвычайной интенсивности.

Внеочередные замеры сопротивления заземления устройств молниезащиты следует производить после выполнения всех ремонтных работ как на устройствах молниезащиты, так и на самих защищаемых объектах и вблизи них. Результаты проверок оформляются актами, заносятся в паспорта и журнал учета состояния устройств молниезащиты. На основании полученных данных составляется план ремонта и устранения дефектов устройств молниезащиты, обнаруженных во время осмотров и проверок. Земляные работы у защищаемых зданий и сооружений объектов, устройств молниезащиты, а также вблизи них производятся с разрешения эксплуатирующей организации, которая выделяет ответственных лиц, наблюдающих за сохранностью устройств молниезащиты.

Не допускается во время грозы производить все виды работ на устройствах молниезащиты и вблизи них.

Размещено на Allbest.ru