Система решения для защиты от перенапряжений (защита от молний): Интегрированная схема внешней и внутренней защиты

​

​1. Фон и цели решения​

Молниевая активность является значительным фактором, угрожающим безопасности зданий, персонала и внутреннего оборудования. Удары молнии генерируют высокую интенсивность прямых токов и переходные перенапряжения. Это может не только вызвать повреждение зданий и физическое разрушение оборудования, но и проникнуть через металлические линии, такие как линии электропитания и сигнальные линии, что приводит к сбоям в работе электронного оборудования, потере данных и даже вторичным бедствиям, таким как пожары. Данное решение направлено на создание комплексной системы защиты, состоящей из Внешней Системы Защиты от Молний (ELPS) и Устройств Защиты от Перенапряжений (SPD), эффективно перехватывающих, направляющих, выпускающих и ограничивающих энергию молнии, чтобы максимизировать конструктивную безопасность здания и обеспечить непрерывность и стабильность работы внутреннего оборудования и систем.

​2. Обзор компонентов системы защиты от молний (LPS)​

Эффективная интегрированная система защиты от молний (LPS) состоит из двух незаменимых и взаимно дополняющих друг друга основных компонентов:

• ​Внешняя Система Защиты от Молний (ELPS):​​ Главным образом предназначена для защиты от прямых ударов молнии.
• ​Внутренняя Система Защиты от Молний (Устройства Защиты от Перенапряжений, SPD System):​​ Главным образом предназначена для защиты от переходных перенапряжений (всплесков), вызванных Электромагнитным Импульсом Молнии (LEMP), проникающим в оборудование через линии.

​3. Схема установки внешних грозозащитных устройств (защита от прямых ударов)​​

• ​Основная функция:​​ Перехват прямых ударов молнии и безопасное проведение огромного тока молнии в землю, предотвращая физическое повреждение (например, пробой, пожар, структурное повреждение), которое может нанести прямой удар самому зданию.
• ​Ключевые компоненты:​​
• ​Система воздушного терминала (молниеотводы/полосы/сети):​​ Установлены на крыше здания или на самых высоких точках, чтобы привлекать и принимать удары молнии. Выберите соответствующий тип (например, стержень, сетка, полоса) и расположение в зависимости от формы и площади здания, обеспечивая защиту, соответствующую принципу "скользящего шара".
• ​Проводники отвода:​​ Используются для проведения тока молнии от системы воздушного терминала к заземлению. Должны быть проложены по самым коротким и прямым путям, с достаточным количеством и равномерным распределением (расстояние соответствует нормативам). Материалы обычно - оцинкованная плоская сталь или круглая сталь. Избегайте установки рядом с обычными путями движения людей или применяйте меры защиты изоляции.
• ​Заземление:​​ Отводит ток молнии в землю. Это ядро и основа системы защиты; его качество (значение сопротивления заземления) имеет решающее значение. Обычно состоит из заземляющих электродов (вертикальные стержни, горизонтальные проводники) и соединительных проводников. Используйте коррозионностойкие материалы (например, оцинкованная сталь, медь), обеспечьте достаточную глубину закладки и сформируйте эффективное равноэлектрическое соединение (заземление фундамента) вокруг здания. Сопротивление заземления должно быть минимальным (обычно требуется ≤10Ω, конкретные требования согласно соответствующим стандартам).
• ​Места установки:​​
• Наивысшие точки кровли здания и места, уязвимые для ударов (углы, карнизы, парапеты, вентиляционные отверстия, дымоходы и т.д.).
• Специальные конструкции (например, башни, антенны, опоры солнечных панелей) требуют отдельного или интегрированного рассмотрения.
• ​Ключевые моменты схемы:​​
• ​Соответствие стандартам:​​ Строгое соблюдение национальных и отраслевых стандартов проектирования защиты от молний (например, ГОСТ 50057 "Правила проектирования защиты зданий от молний", эквивалент IEC 62305 серия).
• ​Качество материалов:​​ Использование качественных, коррозионностойких материалов, соответствующих стандартам.
• ​Равноэлектрическое соединение:​​ Все металлические компоненты (например, трубы, корпуса оборудования, металлические кровли, стальные конструкции) должны быть надежно соединены с ближайшим проводником отвода или заземлением, чтобы предотвратить боковые разряды.
• ​Безопасные расстояния:​​ Обеспечение достаточных безопасных расстояний между воздушными терминалами и конструкцией, а также между проводниками отвода и коммуникациями/трубопроводами.
• ​Надежные соединения:​​ Все точки соединения должны быть прочными (сварка или одобренные зажимы), чтобы обеспечить хорошую электрическую непрерывность.

​4. Схема установки внутренних грозозащитных устройств (SPD) (защита от всплесков молнии)​​

• ​Основная функция:​​ Ограничение переходных перенапряжений (всплесков), вызванных молнией, входящих через линии питания, сигнальные линии, линии связи и т.д., снижение их до безопасного уровня, который оборудование может выдержать, предотвращая повреждения от перенапряжения/переходного тока.
• ​Ключевые компоненты: Устройство защиты от перенапряжений (SPD),​​ также известное как подавитель всплесков или грозозащитный прибор:
• ​Подавитель переходных напряжений (TVS):​​ Часто используется для защиты точного оборудования или сигнальных линий.
• ​Защита от перенапряжений:​​ Общее название, охватывающее различные технологии (например, Варистор на основе оксида металла MOV, Газовый разрядный трубчатый GDT, твердотельные защитные устройства).
• ​SPD для питания:​​ Устанавливаются на различных уровнях системы распределения электроэнергии (главное распределение, под-распределение, перед конечным оборудованием).
• ​SPD для сигналов/данных:​​ Устанавливаются на входных портах телефонных линий, сетевых линий (например, RJ45), коаксиальных кабелей (например, CCTV видео, спутниковые сигналы), контрольных линий и т.д.
• ​Заземление:​​ SPD должны быть хорошо заземлены через путь с низким импедансом, чтобы эффективно отводить всплески тока. Заземляющие проводники должны быть как можно более короткими, прямыми и толстыми ("Принцип короткий-прямой-толстый").
• ​Места установки и уровни (поступенчатая защита - координация):​​
• ​Первый уровень защиты (класс I / тип 1 SPD):​​
• ​Место:​​ Главный распределительный щит/входное устройство здания (обычно на границе LPZ 0A/0B → LPZ 1).
• ​Функция:​​ Отводит большую часть огромной энергии (форма волны 10/350μs) от прямых ударов или ударов вблизи, ограничивая остаточное напряжение до более низкого уровня. Обычно используются высокопроизводительные искровые разрядные SPD. Требуется высокоэффективное заземление.
• ​Второй уровень защиты (класс II / тип 2 SPD):​​
• ​Место:​​ Распределительные щиты этажей, распределительные панели зон, главный распределительный щит в помещениях оборудования (на границе LPZ 1 → LPZ 2).
• ​Функция:​​ Дальнейшее ограничение остаточных всплесков напряжения, прошедших через первый уровень, и перенапряжений, вызванных внутренними коммутационными операциями (форма волны 8/20μs), предоставляя зональную защиту оборудования. Обычно используются ограничители напряжения (например, на основе MOV).
• ​Третий уровень защиты (класс III / тип 3 SPD / защита в точке использования):​​
• ​Место:​​ Непосредственно перед оборудованием, внутри розеток/удлинителей или внутренних цепей оборудования (на границе LPZ 2 → LPZ 3).
• ​Функция:​​ Ограничивает остаточное перенапряжение (комбинированная волна) на портах оборудования, обеспечивая финальную детализированную защиту. Критически важна для чувствительного электронного оборудования (например, серверы, рабочие станции, ПЛК, медицинское оборудование, оборудование связи). Также используется на входах сигнальных линий.
• ​Ключевые моменты схемы:​​
• ​Координация:​​ SPD на разных уровнях должны обеспечивать координацию энергии и напряжения (используя элементы связи/изоляции между этапами или встроенные характеристики декуплирования SPD), обеспечивая постепенный отвод энергии и поэтапное снижение напряжения. Это предотвращает отказ нижних уровней SPD из-за избыточной энергии.
• ​Качество заземления:​​ Эффективное заземление SPD критически важно для эффективности всей схемы. Заземляющие проводники должны быть, по возможности, короче 0,5 метра, с достаточной площадью поперечного сечения (в зависимости от класса и местоположения SPD, обычно ≥6-25 мм² многожильный медный провод).
• ​Соответствие установки:​​ Устанавливайте в соответствии с инструкциями по продукту SPD и соответствующими стандартами, обеспечивая правильное соединение фаз и заземления.
• ​Равноэлектрическое соединение:​​ Соедините металлические шкафы, стойки, кабельные лотки и т.д., чтобы создать эффект "клетки Фарадея", минимизируя внутренние потенциальные различия.
• ​Регулярное обслуживание:​​ SPD часто являются "жертвенными" устройствами, требующими регулярного осмотра (визуальный индикатор состояния, удаленный мониторинг тревог) и тестирования. Неисправные SPD должны быть заменены немедленно.

​5. Преимущества и ценность внедрения комплексного решения​

• ​Всеобъемлющая защита:​​ Внешняя система защищает от прямых ударов; внутренняя система защищает от индуцированных всплесков (LEMP), формируя полную цепь защиты.
• ​Максимизация безопасности:​​ Защищает конструкцию здания, человеческую жизнь и ценные электрические/электронные средства от повреждений.
• ​Обеспечение непрерывности работы:​​ Снижает риск отказа оборудования, простоев системы и потери данных, вызванных молнией, повышая надежность системы и непрерывность бизнеса.
• ​Снижение общей стоимости владения:​​ Профилактические инвестиции значительно экономически выгоднее, чем прямые затраты на повреждения от удара молнии (замена оборудования) и косвенные затраты (остановка производства, потеря данных, влияние на репутацию).
• ​Соответствие нормативам:​​ Соответствует национальным требованиям безопасности зданий, электробезопасности и защиты от молний, а также стандартам.