Защитен системен решение за ограничаване на вълните (защита срещу мълниево удари): Интегрирана външна и вътрешна защитна схема

​

​1. Фон на решението и цели​

Молниевата дейност е значителен фактор, който заплашва безопасността на сградите, персонала и вътрешното оборудване. Молните удари генерират високоинтензивен директен ток и преходни надвoltageи. Те не само могат да причинят повреди на сградите и физическо разрушаване на оборудването, но и да проникнат чрез метални линии, като например електроенергийни и сигналене линии, водещи до събивания на електронното оборудване, загуба на данни и дори вторични бедствия, като пожар. Това решение има за цел да установи комплексна защитна система, състояща се от Външна молнева защитна система (ELPS) и Устройства за защита от стресове (SPDs), които ефективно прехващат, насочват, изхвърлят и ограничават молневата енергия, за да се максимизира конструктивната безопасност на сградата и да се гарантира непрекъснатостта и стабилността на вътрешното оборудване и операции на системите.

​2. Общ преглед на компонентите на системата за защита от молнии (LPS)​

Ефективна интегрирана система за защита от молнии (LPS) се състои от две незаменими и взаимно подкрепящи се основни компонента:

• ​Външна система за защита от молнии (ELPS):​​ Предимно предназначена да защитава срещу пряки молневи удари.
• ​Вътрешна система за защита от молнии (Система за защита от стресове, SPD System):​​ Предимно предназначена да защитава срещу преходни надвoltageи (стресове), причинени от Електромагнитен импулс от молния (LEMP), който влиза в оборудването чрез линии.

​3. Схема за инсталиране на външен стресов аррестор (защита срещу пряки удари)​​

• ​Основна функция:​​ Да прехваща пряки молневи удари и да провежда огромната молнева тока безопасно в земята, предотвратявайки физическите повреди (като пробиване, пожар, конструктивни повреди), които пряк удар може да нанесе на самата сграда.
• ​Основни компоненти:​​
• ​Система за прекъсване на въздуха (молниеотводни игли/ленти/мрежи):​​ Инсталирани на покрива на сградата или най-високите точки, за да привличат и приемат молневи удари. Изберете подходящия тип (например игла, мрежа, лента) и разположение според формата и площта на сградата, гарантирайки, че покритието на защитата отговаря на изискванията на принципа "качащ се сферен метод".
• ​Проводници за отвеждане:​​ Използвани за провеждане на молневия ток от системата за прекъсване на въздуха към земната система. Трябва да се маршрутират по най-краткия и праволинеен път, с достатъчен брой и равномерно разпределение (интервалите трябва да съответстват на регламентите). Материалите обикновено са оцинкована плоска или кругла стомана. Избегнете инсталацията близо до често използвани пътеки или приложете мерки за изолационна защита.
• ​Земна система за отвеждане:​​ Изхвърля молневия ток в земята. Това е основната и фундаментална част от защитната система; качеството й (стойността на земното съпротивление) е ключово. Обикновено се състои от земни електроди (вертикални пръчки, хоризонтални проводници) и свързващи проводници. Използвайте корозионно устойчиви материали (например оцинкова стомана, мед), осигурете достатъчна дълбочина на зариване и формираете ефективен равно потенциален връзков кръг (основен заземляващ контур) около сградата. Земното съпротивление трябва да бъде минимизирано (обикновено изисква ≤10Ω, специфични изисквания се определят според съответните стандарти).
• ​Места за инсталиране:​​
• Най-високите точки на покрива на сградата и места, особено изложени на удари (ъгли, карнизи, парапети, вентилатори, комини и т.н.).
• Специални конструкции (например кули, антени, подпори за соларни панели) изискват индивидуално или интегрирано разглеждане.
• ​Ключови точки на схемата:​​
• ​Съответствие на стандарти:​​ Строго спазвайте националните и отраслови стандарти за проектиране на защита от молнии (например GB 50057 "Проектен кодекс за защита от молнии на сгради", еквивалентен на IEC 62305 сериите).
• ​Качество на материала:​​ Използвайте висококачествени, корозионно устойчиви материали, отговарящи на стандарти.
• ​Равно потенциално свързване:​​ Всички метални компоненти (например тръби, обвивки на оборудване, метални покриви, стоманени конструкции) трябва надеждно да бъдат свързани с най-близкия проводник за отвеждане или земна система за отвеждане, за да се предотврати странично пробиване.
• ​Безопасни разстояния за разделение:​​ Осигурете достатъчни безопасни разстояния за разделение между системите за прекъсване на въздуха и конструкцията, както и между проводниците за отвеждане и услуги/трубопроводи.
• ​Надеждни връзки:​​ Всички точки на връзка трябва да бъдат здрави (сварка или одобрени клампи) за да се гарантира добра електрическа непрекъснатост.

​4. Схема за инсталиране на вътрешен стресов аррестор (SPD) (защита срещу молневи стресове)​​

• ​Основна функция:​​ Да ограничи преходните надвoltageи (стресове), причинени от молния, влизащи чрез електроенергийни, сигналене и комуникационни линии, ограничавайки ги до безопасно ниво, което оборудването може да понесе, предотвратявайки повреди от надвoltage/надток.
• ​Основни компоненти: Устройство за защита от стресове (SPD),​​ също известно като устройство за подтискване на стресове или молнев аррестор:
• ​Преходен вoltageен подтискач (TVS):​​ Често използван за защита на фини устройства или сигналене линии.
• ​Защитен протектор от надвoltage:​​ Общ термин, обхващащ различни технологии (например метален оксиден вариатор MOV, газов разряден триб GDT, твърди защитни устройства).
• ​Електроенергийен SPD:​​ Инсталиран на различни нива на системата за разпределение на електроенергия (главно разпределение, под-разпределение, преди терминално оборудване).
• ​Сигнален/Данни SPD:​​ Инсталиран на входни портове за телефонни линии, мрежови линии (например RJ45), коаксиални кабели (например CCTV видео, спътникови сигнали), контролни линии и т.н.
• ​Земна връзка:​​ SPD-тата трябва да бъдат добре заземени чрез път с ниско импеданс, за да се изхвърлят ефективно стресовите токове. Земните проводници трябва да бъдат колкото е възможно къси, прави и дебели ("Къс-Прав-Дебел" Принцип).
• ​Места за инсталиране и нива (Стъпково защитно - Координация):​​
• ​Първо ниво на защита (Клас I / Тип 1 SPD):​​
• ​Място:​​ Главно разпределително табло/Главен вход (обикновено на границата LPZ 0A/0B → LPZ 1).
• ​Функция:​​ Изхвърля голяма част от огромната енергия (10/350μs волна) от пряки или близки удари, ограничавайки остатъчния voltage до по-ниско ниво. Обикновено използва SPD-та с висока капацитетна искровата щелина. Изисква високо надеждно заземяване.
• ​Второ ниво на защита (Клас II / Тип 2 SPD):​​
• ​Място:​​ Разпределителни табла на етажите, районни разпределителни табла, главно разпределително табло в машинните залите (на границата LPZ 1 → LPZ 2).
• ​Функция:​​ Допълнително ограничава остатъчните стресови voltageи, преминали през първото ниво, и надвoltageи, причинени от вътрешни переключвания (8/20μs волна), предоставяйки зонална защита на оборудването. Обикновено използва SPD-та, ограничаващи voltage (например базирани на MOV).
• ​Трето ниво на защита (Клас III / Тип 3 SPD / Защита на точка на използване):​​
• ​Място:​​ Непосредствено преди оборудването, в розетки/плугови ленти или вътрешни схеми на оборудването (на границата LPZ 2 → LPZ 3).
• ​Функция:​​ Клампира остатъчните надвoltageи (комбинирана волна) на портовете на оборудването, предоставяйки последна стъпка на детайлна защита. Критично важно за чувствителното електронно оборудване (например сървъри, работни станции, PLC-та, медицински устройства, комуникационно оборудване). Също така се използва при входовете на сигналене линии.
• ​Ключови точки на схемата:​​
• ​Координация:​​ SPD-тата на различни нива трябва да постигнат енергийна и voltageна координация (използвайки куплинги/изолационни елементи между стъпките или вградените децимулиращи характеристики на SPD-тата), гарантирайки, че енергията се изхвърля последователно и voltageта се намалява стъпково. Това предотвратява SPD-тата на по-ниски нива да се повредят от прекомерна енергия.
• ​Качество на заземяването:​​ Ефективното заземяване на SPD-тата е критично за ефективността на цялата схема. Земните проводници трябва да бъдат по-къси от 0.5 метра, с достатъчна сечна площ (според класа и местоположението на SPD-тата, обикновено ≥6-25mm² плетена мед).
• ​Съответствие на инсталацията:​​ Инсталирайте според инструкциите за продукта SPD и съответните стандарти, гарантирайки правилните фазни и земни връзки.
• ​Равно потенциално свързване:​​ Свържете метални шкафове, рафтове, кабелни трасета и т.н., за да се установи "Ефект на Фарадей", минимизирайки вътрешните потенциални разлики.
• ​Редовно поддръжка:​​ SPD-тата често са "жертвенни" устройства, които изискват редовна проверка (визуален индикатор на състояние, дистанционно наблюдение на алармените сигнали) и тестове. Повредените SPD-та трябва да бъдат заменени незабавно.

​5. Преимущества и стойност на комплексното решение​

• ​Цялостна защита:​​ Външната система защитава срещу пряки удари; вътрешната система защитава срещу индуцирани стресове (LEMP), формирайки пълна верига на защита.
• ​Максимизирана безопасност:​​ Защитава конструкцията на сградата, човешкия живот и ценни електрически/електронни активи от повреди.
• ​Гарантирана непрекъснатост на операциите:​​ Намалява риска от повреда на оборудването, прекъсване на системите и загуба на данни, причинени от молния, увеличавайки надеждността на системата и непрекъснатостта на бизнеса.
• ​Намаление на общата цена за собственост:​​ Предварителната инвестиция е значително икономически ефективна в сравнение с директните разходи, свързани с повреди от молневи удари (замяна на оборудване) и косвени разходи (спиране на производството, загуба на данни, репутационно влияние).
• ​Съответствие на регулациите:​​ Отговаря на националните изисквания за безопасност на сградите, електрическа безопасност и регулации за защита от молнии.