Авторы: Ф. Х. Халилов, А. И. Лехмус, В. И. Хохлов
"СтройПРОФИль" 7 (45)
По существующим данным [1], с точки зрения молниезащиты все объекты подразделяются на обычные, специальные с ограниченной опасностью, специальные, представляющие опасность для непосредственного окружения, и специальные, опасные для экологии. В данной статье рассматриваются вопросы молниезащиты всех четырех групп объектов, которые в основном функционируют на промышленных предприятиях.
Упомянутая защита является одной из пяти аспектов электромагнитной совместимости (ЭМС) электроэнергетики с техносферой и биосферой [2,3]: ЭМС электроэнергетики с окружающей средой - ЭКО-ЭМС, ЭМС электроэнергетики с биосферой - БИО-ЭМС, ЭМС электроэнергетики с протяженными металлическими сооружениями техносферы - ТЕХНО-ЭМС, ЭМС электроэнергетики с информационной, компьюторной и радиотехнической электроносферой - ЭЛЕКТРОНО-ЭМС, внутренняя авто-ЭМС между подсистемами электроэнергетики - ИНТЕР-ЭМС. Из перечисленных пяти аспектов именно ЭКО-ЭМС включает проблемы атмосферного электричества, электрохимической коррозии, электромагнитных бурь и экологических проблем.
При прямых ударах молнии в наземные объекты и при междуоблачных разрядах молнии для упомянутых объектов возникают следующие негативные явления:
- обычные объекты, включающие промышленные предприятия, на которых возникают последствия, зависящие от условий производства - от незначительных повреждений до больших ущербов из-за потерь продукции;
- специальные объекты с ограниченной опасностью, содержащие электростанции и пожароопасные производства, повреждения которых приводят к нарушению коммунального обслуживания (телекоммуникаций), косвенной опасности пожара для соседних объектов;
- специальные объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения (нефтеперерабатывающие предприятия, заправочные станции, производства петард и фейерверков), вызывающие пожары и взрывы внутри объекта и в непосредственной близости от него;
- специальные объекты, опасные для экологии (химические заводы, атомные электростанции, биохимические фабрики и лаборатории), при повреждении которых возникают пожары и нарушения работы оборудования с вредными последствиями для окружающей среды.
Вышеперечисленные случаи повреждения различных объектов промышленности сопровождаются серьезными ущербами, исчисляемыми миллионами долларов или евро в масштабах даже сравнительно небольших стран, например Австрии [4]. Это связано с пожарами, взрывами, нарушениями технологических процессов, выходом из строя силового оборудования, электронных устройств, управления и регулирования, нарушениями экологической обстановки одновременно в нескольких соседних странах.
Отмеченные негативные явления связаны с прямыми ударами молнии в здания, сооружения и коммуникации промышленных предприятий и непрямыми ударами в другие объекты (здания, деревья, трубы и др.) или междуоблачными разрядами молнии. Последние вызывают индуктированные перенапряжения и вторичные последствия.
В связи с изложенным при проектировании, строительстве и эксплуатации любого объекта промышленности должна быть предусмотрена соответствующая молниезащита от прямых и непрямых ударов молнии. В любом случае задаются уровни защиты, зависящие от важности объекта и последствий при ударах молнии. Так, например, обычные промышленные предприятия подразделяются на 4 категории (I, II, III и IV), надежность молниезащиты которых должна быть не менее 0,98; 0,95; 0,90 и 0,80 соответственно. Для специальных объектов промышленности уровень защиты устанавливается в пределах от 0,9 до 0,999 по согласованию с органами государственного контроля.
Защита от прямых ударов молнии (ПУМ) осуществляется с помощью молниеотводов, устанавливаемых на конструкциях сооружений, или отдельностоящих молниеотводов. При этом комплекс защиты от ПУМ включает в себя молниеприемник (молниеотвод), токопроводы и заземлители. Для всех четырех категорий уровня защиты стальные молниеприемники, токоотводы и заземлители должны иметь сечение не менее 50 кв. мм, медные — не менее 36, 16 и 50 кв. мм, алюминиевые - не менее 70, 25 кв. мм (алюминий в качестве заземлителя в РФ не применяется).
Заземляющие устройства промышленных предприятий могут состоять из искусственных и естественных заземлителей.
Не менее важное значение имеет защита от вторичных воздействий молнии. Принципы организации такой защиты должны соответствовать рекомендациям МЭК (Международная электротехническая комиссия, Париж) стандарт 61312.
Для обоснованной и надежной защиты от вторичных воздействий молний зданий и сооружений выделяются зоны, где имеют место различные средства и методы:
- зона, где каждый объект подвержен прямому удару молнии, поэтому через него может протекать полный ток молнии (в этой зоне электрическое и магнитное поля имеют максимальное значение);
- зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, но электромагнитное поле не ослаблено и тоже имеет опасное значение для электрооборудования и других объектов;
- зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии и ток во всех проводящих элементах внутри зоны меньше, чем в предыдущей зоне (в этой зоне поля могут быть ослаблены путем экранирования);
- зона, в которой могут быть требования, необходимые для дальнейшего ослабления полей, не опасных для защищаемых объектов.
Для ослабления индуцированных помех широкое применение нашло внешнее экранирование рациональной прокладки кабельных линий и экранирование линий питания и связи. Для организации первого требования экранирования максимально должны быть использованы металлические элементы объектов, объединенные между собой. В ряде случаев достаточно эффективно использование штукатурки, содержащей порошки различных металлов.
Во втором случае для организации экранировки кабели должны иметь металлические экраны, заземленные на обоих концах и соединенные с системой молниезащиты, в том числе на границах зон.
Для выполнения третьего требования в заземленных трубах должны быть проложены провода электропитания и линий связи (см. рисунок). Кроме того, у слаботочных объектов, например ПЭВМ, должны быть установлены сетевые фильтры, в значительной степени снижающие уровень импульсов, приходящих по фазе (ф), нулевому проводу (0) и земле (з). Для этого, кроме соответствующих емкостей С1, С2 и С3, в схеме должны быть предусмотрены соответствующие ограничители перенапряжений — ОПН-1, ОПН-2 и ОПН-3, — а также дроссель (Д), «запирающий» земляной канал.
И, наконец, для повышения надежности защиты от вторичных воздействий обязательно должны быть предусмотрены активные аппаратные средства защиты от перенапряжений. По существующим данным [4], для этого применяют различные виды «грубой» и «тонкой» защиты. Первая предусматривает газоразрядники, ограничители перенапряжений и т. д., вторая — комплекс различных защитных аппаратов, в том числе мощные диоды Зенера. Эти устройства должны быть установлены в месте пересечения линий электроснабжения, управления, связи, телекоммуникаций границы двух зон экранирования. При этом названные устройства защиты от перенапряжений должны обеспечить координацию изоляции.
Таким образом, при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий, сооружений и коммуникаций промышленного назначения должны быть предусмотрены мероприятия по защите от прямых ударов молнии и защите от вторичных воздействий.
Литература
- Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. — Санкт-Петербург: Изд. «ДЕАН», 2005 г.
- Костенко М. В., Михайлов Ю. А., Халилов Ф. Х. Электроэнергетика. Электромагнитная совместимость. Часть I // Учебное пособие. — Санкт-Петербург: Изд. СПбГТУ, 1997.
- Костенко М. В., Михайлов Ю. А., Халилов Ф. Х. Электроэнергетика. Электромагнитная совместимость. Часть II // Учебное пособие. — Санкт-Петербург: Изд. СПбГПУ, 2004.
- Горюнов А. К., Таджибаев А. И., Халилов Ф. Х. Электромагнитная совместимость в сетях низкого напряжения и меры борьбы с ее нарушениями. // Учебное пособие. — Санкт-Петербург: Изд. СПбГПУ, 2002.