Назначение и принцип работы активной молниезащиты

Помимо вышеупомянутых традиционных решений со середины 2000х годов получает распространение молниезащита с системой ранней стримерной эмиссии, также именуемая активной молниезащитой. Применение данной системы нормируется несколькими стандартами, в первую очередь французским NFC 17-102. Активная молниезащита — это решение в области систем внешней молниезащиты, появившееся в конце 1990-х годов. Активная молниезащита (АМЗ) обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционными средствами.

Отличие активной молниезащиты заключается в наличии активного молниеприемника. Его принцип действия основан на генерации высоковольтных импульсов на конце молниеприемника с помощью встроенного электронного устройства. Это позволяет, опережая формирование «естественного» лидера, формировать «искусственный» лидер, который, быстро распространяясь, захватывает молнию на большем расстоянии и направляет её на землю. Следовательно, увеличивается область защиты. Классифицируются активные молниеприемники по выигрышу по времени в образовании встречного лидера. Данный параметр был проверен в лабораторных испытаниях, действительно подтверждая большую зону защиты. Во время грозы напряженность электрического поля в воздухе возрастает до 10-20 кВ/м. Как только величина напряженности превышает значение, соответствующее риску образования молнии, молниеприемник активируется, «чувствуя» приближение грозы. Заряжаясь от внешнего электрического поля, он получает энергию, достаточную для излучения высоковольтных импульсов, создающих восходящий лидер. Таким образом, активный молниеприемник не требует дополнительных источников питания. Преимущества В силу большей области защиты число активных молниеприемников на объект в несколько раз меньше по сравнению числом традиционных молниеприемников. Отсюда вытекают два преимущества по отношению к традиционным систем молниезащиты.Защита открытых площадок Экономический эффект: Применение АМЗ позволяет получить значительную экономию, так как при меньшем числе молниеприемников требуется меньшее число токоотводов. Таким образом, несмотря на довольно высокую стоимость самих активных молниеприемников, за счет экономии на материалах токоотводов достигается экономия на системе молниезащиты в целом. Сюда же можно отнести и растущую простоту монтажа.

Внешняя молниезащита состоит из следующих элементов: молниеотвод, токоотводы, заземлитель. Внутренняя система молниезащиты - представляет собой совокупность устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Назначение УЗИП защитить электрическое и электронное оборудование от перенапряжений в сети, вызванных резистивными и индуктивными связями, возникающих под воздействием тока молнии.

Рисунок 1.8 – Активная молниезащита для промышленных зданий

Общепринято выделяют перенапряжения, вызванные прямыми и непрямыми ударами молнии. Первые происходят в случае попадания молнии в здание (сооружение) или в подведенные к зданию (сооружению) линии коммуникаций (линии электропередачи, коммуникационные линии). Вторые — вследствие ударов вблизи здания (сооружения) или удара молнии вблизи линий коммуникаций. В зависимости от типа попадания различаются и параметры перенапряжений. Перенапряжения, вызванные прямым ударом, именуются Тип 1 и характеризуются формой волны 10/350 мкс. Они наиболее опасны, так как несут большую запасенную энергию. Перенапряжения, вызванные непрямым ударом, именуются Тип 2 и характеризуются формой волны 8/20 мкс. Они менее опасны: запасенная энергия примерно в семнадцать раз меньше, чем у Тип 1. Соответствующим образом классифицируются и УЗИП.

Преимущества активной молниезащиты: Минское специализированное ЧУП "ЭлМоРа-М" работает на рынке строительных услуг Беларуси с 2001 г. Специализируется оно исключительно на монтаже заземляющих устройств (в первую очередь глубинного заземления), а также систем молниезащиты всех типов. Это предприятие одним из первых освоило монтаж систем молниезащиты с активными молниеприемниками. В 2007 г. оно стало официальным дистрибьютором компании INDELEC, осуществляющей поставку активных молниеприемников PREVECTRON 2 Millenium производства Франции.

Линейная молния может рассматриваться как очень длинная искра, возникающая при значительном напряжении между грозовой тучей и землей и несущая электрический заряд. Разряд между облаком и землей обычно начинается с прорастания от облака к земле слабо светящегося канала, движущегося толчкообразно со средней скоростью от 100 до1000 км/с. Этот предварительный разряд называется ступенчатым лидером. Когда лидер достигает земли, начинается фаза главного разряда, воспринимаемая невооруженным глазом как собственно разряд молнии. В результате прямого попадания молнии в здание возникает реальная угроза поражения электрическим током людей и животных, воспламенения, расплавления различных материалов, расщепления древесины и образования трещин в кирпиче и бетоне, внесения в здание высокого потенциала по инженерным коммуникациям (проводам линий электропередач, трубопроводам) с опасностью повреждения бытовой электроники и IT-систем. Способность PREVECTRON 2 инициировать восходящий лидер прежде любой другой доминирующей над местностью точки в защищаемой зоне дает гарантию того, что именно молниеотвод будет наиболее вероятной точкой удара разряда молнии. Согласно требованиям французского стандарта NFC 17- 102, каждый молниеотвод с упреждающей стриммерной эмиссией сначала должен пройти серию лабораторных испытаний высоким напряжением для определения упреждения по времени срабатывания по сравнению с обычными стержневыми молниеотводами. Полученная величина, обозначаемая Dt, равна среднему времени срабатывания за 100 электрических разрядов в лаборатории минус коэффициент надежности, равный 35%. Затем это число используется для расчета защищаемой зоны для каждого молниеотвода согласно стандартной формуле.

Процесс установки молниеотвода PREVECTRON 2 регулируется французским стандартом NFC 17-102 при соблюдении ряда простых правил, учитывающих все виды строений. Во-первых, наконечник должен находиться на высоте не менее 2 м над защищаемым строением. Во- вторых, при высоте объекта менее 28 м достаточно одного вертикального токоотвода (если длина горизонтальной проекции проводника не превышает его вертикальной длины). В третьих, сопротивление системы заземления не должно превышать 10 Ом. Регистрацию работы молниеотвода PREVECTRON 2 обеспечивает счетчик разрядов молнии. Компания INDELEС предлагает испытательный прибор, позволяющий заказчикам регулярно проверять молниеприемник на месте установки.

Согласно стандарту NFC 17-102 радиус защищаемой молниеотводом PREVECTRON 2 зоны рассчитывается по формуле, которая связывает превышение расположения молниеприемника над защищаемым объектом, время срабатывания устройства и величину D, принимаемую в зависимости от требуемого уровня защиты равной 20 (1-й уровень), 30 (2-й уровень), 45 (3-й уровень) либо 60 (4-й уровень) м. Составлены таблицы, в которых обобщены данные о зонах защиты активных молниеприемников, выпускаемых компанией INDELEC, в зависимости от высоты их выноса над защищаемыми объектами и категории молниезащиты, к которой отнесен данный объект. Из этих данных видно, что, например, по III категории молнезащиты одним активным молниеприемником PREVECTRON 2 можно защищать площади в радиусе примерно 100 м.

Ранний стримерный эмиттер является молниеприёмником (молниевым стержнем), который оснащён устройством или сформирован таким образом, что предположительно создаёт верхний размножающийся стример быстрее, чем стандартный (пассивный) молниеприёмник. Стример и лидер – стример находится на кончике лидера и является холодным разрядом, который образует основу для последующего горячего (лидерного) разряда. Также, существует промежуточное состояние, где стример превращается из холодного в полугорячий и далее в полностью горячий лидер, размножающийся внутри окружающего поля достаточной напряжённости. Молниеприемники с упреждающей стримерной эмиссией PREVECTRON 2 Millenium с вмонтированным электронным оборудованием предназначены для защиты от прямых попаданий молнии зданий, сооружений, открытых площадок, промышленных коммуникаций, резервуаров нефтяных и газовых и других опасных производственных объектов. Молниеприемники оборудованы нижними электродами для концентрации энергии и верхними электродами для генерации разряда. Устройство инициирования разряда молниеприемника с упреждающей стримерной эмиссией смонтировано в герметичном корпусе из нержавеющей стали, закрепленном в средней части центрального стержня (рисунок 1.8). Основные особенности молниеприемника: - нерадиоактивный; - не нуждается во внешних источниках питания; - не имеет подвижных частей; - динамически реагирует на приближение нисходящего лидера разряда молнии.

Рис. 1.8 Внешний вид молнезащиты с активным молниеприемником PREVECTRON 2

Молниеприёмник состоит из следующих основных частей: нижние электроды; центральный стержень; конденсатор; детектор изменения электрического поля; триггер (микросхема запуска);усилитель; верхние электроды.

В 1986 г. компания Indelec разработала молниеприемник Prevectron, способный распознавать момент, когда удар молнии становится неизбежным, и инициировать восходящий стример навстречу нисходящему разряду.