СО 153-34.21.122-2003: I i, ii

Защита существующих оптических кабельных линий На существующих оптических кабельных линиях передачи защитные мероприятия осуществляются на тех участках, где произошли повреждения от ударов молнии, причем длина защищаемого участка определяется условиями местности (протяженностью возвышенности или участка с повышенным удельным сопротивлением грунта и т. п.), но должна быть не менее 100 м в кажду ю сторону от места повреждения. В этих случаях необходимо предусматривать прокладку защитных проводов. Работы по оборудованию защитных мер должны осуществляться сразу после устранения грозового повреждения.

Защита от ударов молнии электрических и оп тических кабелей связи, проложенных в населенном пункте При прокладке кабелей в населенном пункте, кроме случая пересечения и сближения с ВЛ напряжением 110 кВ и выше, защита от ударов молнии не предусматривается.

Защита кабелей, проложенных вдоль о пушки леса, вблизи отдельно стоящих деревьев, опор, мачт Защита кабелей связи, проложенных вдоль опушки леса, а также вблизи объектов высотой более 6 м (отдельно стоящих деревьев, опор линий связи, линий электропередачи, мачт молниеотводов и т. п.) предусматривается, если расстояние между кабелем и объектом (или его подземной частью) менее расстояний, приведенных в табл. 3.12 для различных значений удельного сопротивления земли. Таблица 3.12 Допустимые расстояния между кабелем и заземляющим контуром (опорой) Удельное сопротивление грунта, Ом м Наименьшее допустимое расстояние, м До 100 5 Более 100 до 1000 10 Более 1000 15

ЗАЩИТА ОТ ВТОРИЧНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ МОЛНИИ

Общие положения В разделе 4 изложены основные принципы защиты от вторичных воздейс твий молнии электрических и электронных систем с учетом рекомендаций МЭК (стандарт 61312). Эти системы используются во многих отраслях производства, применяющих достаточно сложное и дорогостоящее оборудование. Они более чувствительны к воздействию молнии, чем устройства предыдущих поколений, поэтому необходимо применять специальные меры по их защите от опасных воздействий молнии.

Зоны защиты от воздействия молнии Пространство, в котором расположены электрические и электронные системы, должно быть разделено на зоны различной степени защиты. Зоны характеризуются существенным изменением электромагнитных параметров на границах. В общем случае, чем выше номер зоны, тем меньше значения параметров электромагнитных полей, токов и напряжений в пространстве зоны. Зона 0 - зона, где каждый объект подвержен прямому удару молнии, и поэтому через него может протекать полный ток молнии. В этой области электромагнитное поле имеет максимальное значение. Зона 0 Е - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, но электромагнитное поле не ослаблено и также имеет максимальное значение. Зона 1 - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, и ток во всех проводящих элементах внутри зоны меньше, чем в зоне 0 Е; в этой зоне электромагнитное поле может быть ослаблено экранированием. Прочие зоны устанавливаются, если требуется дальнейшее уменьшение тока и/или ослабление электромагнитного поля; требования к параметрам зон определяются в соответствии с требованиями к защите различных зон объекта. Общие принципы разде ления защищаемого пространства на зоны молниезащиты показаны на рис. 4.1. На границах зон должны осуществляться меры по экранированию и соединению всех пересекающих границу металлических элементов и коммуникаций. Две пространственно разделенные зоны 1 с по мощью экранированного соединения могут образовать общую зону (рис. 4.2). Рис. 4.1. Зоны защиты от воздействия молнии:

Экранирование Экранирование является основным способом уменьшения электромагнитных помех. Металлическая конструкция строительного сооружения используется или может быть использована в качестве экрана. П одобная экранная структура образуется, например, стальной арматурой крыши, стен, полов здания, а также металлическими деталями крыши, фасадов, стальными каркасами, решетками. Эта экранирующая структура образует электромагнитный экран с отверстиями (за счет окон, дверей, вентиляционных отверстий, шага сетки в арматуре, щелей в металлическом фасаде, отверстий для линий электроснабжения и т. п.). Для уменьшения влияния электромагнитных полей все металлические элементы объекта электрически объединяются и соединяются с системой молниезащиты (рис. 4.3). Если кабели проходят между соседними объектами, заземлители последних соединяются для увеличения числа параллельных проводников и уменьшения, благодаря этому, токов в кабелях. Такому требованию хорошо удовлетворяет система заземления в виде сетки. Для уменьшения индуцированных помех можно использовать: внешнее экранирование; рациональную прокладку кабельных линий; экранирование линий питания и связи. Все эти мероприятия могут быть выполнены одновременно. Если в нутри защищаемого пространства имеются экранированные кабели, их экраны соединяются с системой молниезащиты на обоих концах и на границах зон. Кабели, идущие от одного объекта к другому, по всей длине укладываются в металлические трубы, сетчатые короба или железобетонные короба с сетчатой арматурой. Металлические элементы труб, коробов и экраны кабелей соединяются с указанными общими шинами объектов. Можно не использовать металлические коробы или лотки, если экраны кабелей способны выдержать предполагаемый ток молнии. Рис. 4.3. Объединение металлических элементов объекта для уменьшения влияния электромагнитных полей:

Соединения Соединения металлических элементов необходимы для уменьшения разности потенциалов между ними внутри защищаемого объекта. Соединения находящихся внутри защищаемого пространства и пересекающих границы зон молниезащиты металлических элементов и систем выполняются на граница х зон. Осуществлять соединения следует с помощью специальных проводников или зажимов и, когда это необходимо, с помощью устройств защиты от перенапряжений.

Соединения на границах зон Все входящие снаружи в объект проводники соединяются с системой молниезащиты. Если внешние проводники, силовые кабели или кабели связи входят в объект в различных точках, и поэтому имеется несколько общих шин, последние присоединяются по кратчайшему пути к замкнутому контуру заземления или арматуре конструкции и металлич еской внешней облицовке (при ее наличии). Если замкнутого контура заземления нет, указанные общие шины присоединяются к отдельным заземляющим электродам и соединяются внешним кольцевым проводником или разорванным кольцом. Если внешние проводники входят в объект над землей, общие шины присоединяются к горизонтальному кольцевому проводнику внутри или снаружи стен. Этот проводник, в свою очередь, соединяется с нижними проводниками и арматурой. Проводники и кабели, входящие в объект на уровне земли, рекомендует ся соединять с системой молниезащиты на этом же уровне. Общая шина в точке входа кабелей в здание располагается как можно ближе к заземлителю и арматуре конструкции, с которыми она соединена. Кольцевой проводник соединяется с арматурой или другими экраниру ющими элементами, такими как металлическая облицовка, через каждые 5 м. Минимальное поперечное сечение медных или стальных оцинкованных электродов - 50 мм2. Общие шины для объектов, имеющих информационные системы, где влияние токов молнии предполагается свести к минимуму, следует изготавливать из металлических пластин с большим числом присоединений к арматуре или другим экранирующим элементам. Для контактных соединений и устройств защиты от перенапряжений, расположенных на границах зон 0 и 1, принимаются па раметры токов, указанные в табл. 2.3. При наличии нескольких проводников необходимо учитывать распределение токов по проводникам. Для проводников и кабелей, входящих в объект на уровне земли, оценивается проводимая ими часть тока молнии. Сечения соединител ьных проводников определяются согласно табл. 4.1 и 4.2. Табл. 4.1 используется, если через проводящий элемент протекает более 25 % тока молнии, а табл. 4.2 - если менее 25 %. Таблица 4.1 Сечения проводников, через которые протекает большая часть тока молнии Уровень защиты Материал Сечение, мм2, не менее I-IV Медь 16 I-IV Алюминий 25 I-IV Железо 50 Таблица 4.2 Сечения проводников, через которые протекает незначительная часть тока молнии Уровень защиты Материал Сечение, мм2, не менее I-IV Медь 6 I-IV Алюминий 10 I-IV Железо 16 Устройство защиты от перенапряжений выбирается выдерживающим часть тока молнии, ограничивающим перенапряжения и обрывающим сопровождающие токи после главных импульсов. Максимальное перенапряжение Umax на входе в объект коо рдинируется с выдерживаемым напряжением системы. Чтобы значение Umax сводилось к минимуму, линии присоединяются к общей шине проводниками минимальной длины. Все проводящие элементы, такие как кабельные линии, пересекающие границы зон молниезащиты, соединяются на этих границах. Соединение осуществляется на общей шине, к которой также присоединяются экранирующие и другие металлические элементы (например, корпуса оборудования). Для контактных зажимов и устройств подавления перенапряжений параметры тока оцениваются в каждом отдельном случае. Максимальное перенапряжение на каждой границе координируется с выдерживаемым напряжением системы. Устройства защиты от перенапряжений на границах различных зон также координируются по энергетическим характеристикам.

Соединения внутри защищаемого объема Все внутренние проводящие элементы значительных размеров, такие как направляющие лифтов, краны, металлические полы, рамы металлических дверей, трубы, кабельные лотки присоединяются к ближайшей общей шине или другому обще му соединительному элементу по кратчайшему пути. Желательны и дополнительные соединения проводящих элементов. Поперечные сечения соединительных проводников указаны в табл. 4.2. Предполагается, что в соединительных проводниках проходит только незначительная часть тока молнии. 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: соединения выполняются 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 вс е линии и кабели между устройствами оборудования должны прокладываться параллельно образующим звезду проводникам заземления для уменьшения петли индуктивности. Благодаря заземлению в одной точке токи низкой частоты, появляющиеся при ударе молнии, не попада ют 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 центральной точке системы уравнивания потенциалов. Указа нная общая точка является также наилучшим местом присоединения устройств защиты от перенапряжений. При использовании сетки ее металлические части не изолируются от общей системы заземления (рис. 4.5). Сетка соединяется с общей системой во многих точках. Об ычно 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. 4.4. Схема соединения проводов электропитания и связи при звездообразной системе уравнивания потенциалов:

- провода связи, электропитания Рис. 4.5. Сетчатое выполнение системы уравнивания потенциалов:

Заземление Основная задача заземляющего устройства молниезащиты - отвести как можно большую часть тока молнии (50 % и более) в землю. Остальная часть ток а 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 о бразуют 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 заземляющим и проводниками обычно через каждые 5 м. Внешний заземлитель проводник 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 проводни ками для соединительных полос. На рис. 4.7 и 4.8 показаны примеры сетчатого заземляющего устройства. 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 резонансны е частоты. Множество контуров с частотно -зависимыми сопротивлениями создают единую сеть с низким сопротивлением для помех рассматриваемого спектра. Рис. 4.7. Сетчатое заземляющее устройство здания:

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 здания х 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, пос ледующие 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 изоляц ии в силовых установках и устойчивости к повреждениям защищаемого оборудования, необходимо выбирать уровень УЗП по напряжению ниже максимального значения, чтобы воздействие на защищаемое оборудование всегда было ниже допустимого напряжения. Если уровень ус тойчивости к повреждениям неизвестен, следует использовать ориентировочный или полученный в результате испытаний уровень. Количество УЗП в защищаемой системе зависит от устойчивости защищаемого оборудования к повреждениям и характеристик самих УЗП.

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 зда ниях необходимые меры по молниезащите выбирают с учетом особенностей здания, таких как конструктивные элементы, существующее силовое и информационное оборудование. Необходимость в защитных мерах и их выбор определяют на основании исходных данных, которые с обирают на стадии предпроектных изысканий. Примерный перечень таких данных приведен в табл. 4.3-4.6. Таблица 4.3 Исходные данные о здании и окружении № п/п Характеристика

Размеры окон

Имеется ли внешняя система молниезащиты?

Тип и качество внешней системы молниезащиты

Тип почвы (камень, земля)

Заземленные элементы соседних зданий (высота, расстояние до них) Таблица 4.4 Исходные данные по оборудованию № п/п Характеристика

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 нуждаютс я в защите от прямого удара молнии. Молниеприемник должен находиться на безопасном расстоянии от указанного элемента.

Меры защиты при использовании кабелей Эффективными мерами по снижению перенапряжений являются рациональная прокладка и экранирование кабелей. Эти меры тем важнее, чем меньше экранирует внешняя система молниезащиты. Больших петель можно избежать, прокладывая совместно силовые кабели и экранированные кабели связи. Экран соединяется с оборудованием на обоих концах. Любое дополнительное э кранирование, 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.

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 устанавливает ся таким образом, чтобы оборудование было защищено от прямого попадания молнии. Отдельные антенны оставляют абсолютно открытыми по технологическим соображениям. Некоторые из них имеют встроенную систему молниезащиты и могут без повреждений выдержать попада ние 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 о братить максимальное внимание на экранирующие свойства самого объекта и прокладывать кабели в его трубчатых элементах. Если это невозможно, как в случае с технологическими емкостями, кабели следует прокладывать снаружи, но как можно ближе к объекту, максим ально используя при этом такие естественные экраны, как металлические лестницы, трубы и др. В мачтах с L- образными угловыми элементами кабели располагаются внутри угла для максимальной естественной защиты. В крайнем случае рядом с кабелем антенны следует р азместить эквипотенциальный соединительный проводник с минимальным поперечным сечением 6 мм 2. Все эти меры снижают наведенное напряжение в петле, образованной кабелями и зданием, и, соответственно, уменьшают вероятность пробоя между ними, т. е. вероятность возникновения дуги внутри оборудования между электросетью и зданием.

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 металлич еского 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 воздейс твий. Однако если кабель содержит протяженный металлический элемент (за исключением жил дистанционного питания), последний должен быть на входе в здание присоединен к общей системе соединений и не должен напрямую входить в оптический приемник или передатчи к. 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 (для новых кабелей) или п ри большом количестве кабелей, как в случае с химическим производством, экранирование или применение гибких металлошлангов для многожильных кабелей управления. Подсоединение обоих концов кабеля к связанным системам молниезащиты часто обеспечивает достаточн ое экранирование, особенно если кабелей много и ток распределится между ними.