Молниезащита кабелей и электрооборудования СКС

Основная задача – защитить всю сеть от попадания молнии, но также и обеспечить безопасность подключённых потребителей. Учитывая сложность современных сетей, параллельно следует обеспечить нормально работающее заземление, как до, так и после попадания молнии. Также нужно предусмотреть в существующей распределительной сети и устройства выравнивания потенциалов.

Нормативные документы и терминология

Соответствие молниезащиты проверяется по:

"Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений" (РД 34.21.122-87).

ГОСТам: Р 50571.18-2000, Р 50571.19-2000 и Р 50571.20-2000.

Терминология:

1. Прямой удар молнии – протекание тока молнии через здание и сооружение в момент контакта канала молнии с поверхностью.

2. Вторичное проявление молнии – появление наведённых потенциалов в токопроводящих элементах, оборудовании и разомкнутых металлических контурах от близких разрядов молнии с возникновением опасности искрения внутри объекта.

3. Занос высокого потенциала – результат переноса электрических потенциалов, как следствие прямого или близкого удара молнии в здание или сооружение по металлическим коммуникациям различной протяжённости (кабели, трубопроводы, арматура и т.п.). При этом возникает опасность искрения.

Вероятность появления проблемы

В сёлах чаще, в городах – реже, но воздушным линиям всё же приходится переживать попадания молний. Наводки возникают, но к проблемам приводят очень редко. Даже простые искровые промежутки на опорах (как и плавкие вставки в щитовых) отлично справляются в подавляющем большинстве случаев.

Защита от прямого удара очень сложна, да и дорога, ведь каждый кабель молниеотводом–струной не накроешь… так что остаётся уповать не промах или смириться с выгоранием кабеля и оборудования в некоторых случаях.

Занос высокого потенциала менее опасен, если речь не идёт о складе взрывчатки или пороха. Из-за малой длительности наведённого импульса (около 0,06 секунды) и других факторов вероятность не больше прямого попадания в крышу.

Итог: максимальная опасность исходит от наводок, то есть вторичных проявлений молнии с такими поражающими факторами:

· Высокая разность потенциалов между проводниками сети.

· Появление наведённых высокоамплитудных напряжений в кабелях большой длины.

Защититься от них можно:

- экранируя защищаемые кабели;

- выравнивая потенциалы всех токоведущих частей, соединив их в одну точку с малым переходным сопротивлением заземления (система выравнивания потенциалов).

Как производится молниезащита кабелей и оборудования

 молниезащитая старое ПУЭ   молниезащита новое ПУЭ

В согласии с последней редакцией ПУЭ схема                 В старой же редакции рассматривалась такая схема:
выглядит так

Хотя отличия кажутся незначительными, но они принципиально важны, так как в новой редакции все потенциалы сведены в точку общего заземления с низким переходным сопротивлением.
А что делать, если у нас в России по новому ПУЭ построено так мало, что практически нигде нормальной «земли» просто нет? Выбор небогат: 1) переделать все сети или 2) использовать то, что имеем, но правильно.

Как заземляются кабели и оборудование

1. Оборудование. Тут всё просто: клемма заземления или есть, или её нет. Если есть – смело заземляем. Если нет – ждём последствий от удара молнии.

2. Кабели и сети. С кабелями и сетями вопрос решается гораздо сложнее, но решается. Не всё в кабеле можно заземлить, а только броню (в силовом) и экран (в сигнальном). Но стоит ли применять в воздушных линиях экранированные кабели?

Ответ можно найти в результатах серий различных испытаний, проведённых в 1995 году под эгидой независимой лаборатории. Сравнивались экранированная и неэкранированная кабельные системы. Повтор испытаний проводился и в 1997 году.

Суть эксперимента: 10-метровый отрезок кабеля размещали в защищённой от всего камере, одним концом он подключался к сетевому адаптеру компьютера, а другой - к сетевому концентратору 100Base-T. На кабель воздействовали наводками частотой 30 - 200 МГц с напряжённостью поля 3 В/м и 10 В/м.

Результаты эксперимента:

1. При величине напряжённости поля в 3 В/м уровень наводок в экранированном кабеле оказался ниже, чем у неэкранированного, в 5-10 раз.

2. В случае неэкранированного кабеля у концентратора сети с отсутствующим сетевым трафиком на некоторых частотах загрузка сети составила(!) около и даже более 80%. Помехи на частотах более 100 МГц снижали скорость передачи информации на 2 порядка!

Вывод: неэкранированная система неустойчива и нестабильна при наличии помех. Для успешной эксплуатации экранированных кабельных систем требуется эффективное заземление.

Важно: обычно, заземление СКС должно выполняться по всей линии (между портами активного оборудования), но, в идеале, все заземления должны сводиться в одну точку. Такое заземление разветвлённой и протяжённой сети практически невозможно, что служит причиной отказа многих инсталляторов от экранированных кабелей изначально. В "домашних" же сетях заземляются отдельные линии, а не сеть. Защита нужна для воздушной части линии, что значительно упрощает дело и увеличивает целесообразность применения экранированных кабелей. При этом важно обеспечить качественное двустороннее заземление экрана при вводе кабеля в здание:

заземление экрана кабеля

На схеме видно, что одна сторона «глухозаземлена», а вторая подключается к заземлению с помощью гальванической развязки, в качестве которой могут служить искровые промежутки, разрядники или конденсаторы. Если такой развязки нет, то между зданиями появляется замкнутая электрическая цепь, по которой потекут паразитные наводки и/или уравнительные токи.

В идеальном случае следует обеспечить заземление отдельным проводом достаточного сечения с его подвальным подключением к шине выравнивателя потенциалов. Но это – в идеале, но можно подключиться и к ближайшему защитному нулю, но заплатить за это уровнем эффективности грозозащиты всей сети, а также в незначительной степени увеличением теоретической вероятности повреждения электроприборов в доме из-за занесённого потенциала.