Молниезащита

ВВЕДЕНИЕ

Заземление молниезащиты (заземление) — это техническая система или комплекс мер, представляющих собой преднамеренное соединение зданий и электроустановок с землей или ее эквивалентом. Главная цель устройства заземления — защита людей от поражения электрическим током, и защита электроустановки от повреждения.
Заземление и молниезащита относятся к электрической системе, поскольку они предназначены для работы с электрическим током высокого напряжения. Системы заземления и молниезащиты применяются везде, где существует вероятность поражения электрическим током высокого напряжения. Они используются в жилых домах, в производственных зданиях, на энергетических предприятиях и при проведении сварочных работ.
Цель работы — рассмотреть современные системы молниезащиты и заземления.
Объем работы — 17 стр.
Колличество изображений — 7.
-231775-484505006101943-4735834
004
1. Молниезащита. Молниезащита — это комплекс технических решений и специальных приспособлений для обеспечения безопасности здания, а также имущества и людей, находящихся в нем, от угроз, образуемых молниеносными атмосферными грозовыми разрядами. Молнии обладают напряжением от десятков до миллиарда Вольт, и силой тока порядка 10 – 500 тысяч ампер. Молниезащита применяется как для зданий и сооружений, так и для оборудования [1]. В настоящее время также создаются программные алгоритмы эффективной молниезащиты, направленные на оптимизацию мер электрической безопасности с использованием электронно-вычислительных средств [14]. Опасности молний для зданий и сооружений:
Физическое повреждение (в том числе пожар)
Отказ работы энергетических сетей внутри
Гибель или травмирование живых существ, находящихся в здании (сооружении) или рядом с ним.
Системы молниезащиты подразделяются на внешние и внутренние.
1.1. Внешняя система молниезащитыВнешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод ее в землю, тем самым, защищая здание (сооружение) от повреждения и пожара. В момент прямого удара молнии в строительный объект правильно спроектированное и сооруженное молниезащитное устройство должно принять на себя ток молнии и отвести его по токоотводам в систему заземления, где энергия разряда должна безопасно рассеяться. Прохождение тока молнии должно произойти без ущерба для защищаемого объекта и быть безопасным для людей, находящихся как внутри, так и снаружи этого объекта.
Внешние системы молниезащиты выполняется в следующих видах:
Молниеприемная сеть;
Натянутый молниеприемный трос;
6101715-4813045
005
-233045-48069500Молниеприемный стержень [7];
Активная молниезащита (молниезащита с системой ранней стримерной эмиссии).
Основные элементы системы внешней молниезащиты:
Молниеотво́д (молниеприемник, громоотвод) — устройство, перехватывающее разряд молнии. Выполняется из металла (нержавеющая либо оцинкованная сталь, алюминий, медь) [8].
Токоотво́ды (спуски) — часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.
Заземли́тель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через проводящую среду.
Также для монтажа системы внешней молниезащиты нужны дополнительные элементы (держатели, клеммы и др.) [12].
Схема работы внешней системы молниезащиты приведена на рисунке 1 (Приложение).
1.2. Внутренняя система молниезащитыВнутренняя молниезащита 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. 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.
-236855-524510006101943-4686306
006
В зависимости от типа попадания различаются 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».
Основное назначение внутренней молниезащиты — это защита электронного оборудования и электропроводки от импульса перенапряжения, который возникает не только при прямом, но и при удаленном (до 1 км) ударе [2].
Схема внутренней системы молниезащиты приведена на рис. 2 (Приложение) [13].
Таким образом, молния ударяет в самую высокую точку сооружения, проходя минимальное расстояние от облака до объекта. По сути, получается короткое замыкание, в котором протекают гигантские токи и выделяется огромная энергия. Если молниезащита отсутствует, то вся энергия молнии воспринимается зданием и растекается по токопроводящим конструкциям. Последствия такого удара — пожары, поражения людей, выход из строя электротехники.
Молниезащита забирает на себя энергию разряда и по токопроводу переправляет ее через заземлитель в землю, которая ее полностью поглощает. Поэтому молниеприемники и прочие элементы молниезащиты выполняются из токопроводящих материалов с высокой проводимостью.
1.3. МолниеотводыМолниеотвод — устройство, устанавливаемое на зданиях и сооружениях и служащее для защиты от удара молнии. Они выполняются в виде стержня, сети и натянутого троса
Самый простой в выполнении — стержневой молниеотвод. Конструкция стержневой системы проста. Штырь молниезащиты соединяется с помощью 6101943-4780027
007
-233045-48069500токоотвода с металлическими штырями в грунте, обеспечивающими заземление (рис. 3, Приложение) [6].
Стержни (штыри) изготавливают из оцинкованной или омедненной стали высотой от полуметра до 5-7 метров. Диаметр зависит от высоты стержня и климатического района расположения. Омедненный стержень имеет лучшую электрическую проводимость по сравнению с оцинкованной сталью. В зависимости от конфигурации здания и его кровли на крыше устанавливаются несколько стержней. Они крепятся к коньку, фронтону, вентиляционным колодцам и прочим капитальным конструкциям.
Зона влияния молниезащиты представляет собой конус с вершиной на острие молниеотвода. Стержни располагают таким образом, чтобы зоны их действия перекрывали все здание. Для стержневых молниеприемников правило защитного конуса с 90-градусной вершиной справедливо для стержня высотой до 15 м. Чем выше молниеприемник, тем меньше угол вершины защитного конуса.
Сетевой молниеприемник представляет собой оцинкованный или омедненный провод диаметром 8-10 мм, покрывающий в виде сети всю крышу здания (рис. 4, Приложение). Сеть формируется за счет перпендикулярно расположенных относительно друг друга проводов с определенным шагом. При помощи держателей провода соединяются между собой и крепятся к кровле. Иногда, вместо провода используют стальную полосу. Провод или полоса соединяются с заземлением. Для соединения применяют сварку, а также используются специальные зажимы. Зажимы для соединения электродов заземления с проводниками часто идут в комплекте, если приобретать все детали в специализированном магазине.
Тросовые молниеприемники представляют собой стальной или алюминиевый трос, натянутый между двумя мачтами. Мачты соединены с токоотводами, которые соединяются с заземлением (рис. 5). Под натянутым тросом образуется пространство, в которое молния не попадает и, следовательно, не 6109258-4761238
008
попадает на крышу здания и внутрь. Токопроводы представляют собой -227965-48069500оцинкованные или омедненные стальные провода диаметром 10 мм; также часто применяют и стальные полосы сечением 40х4 мм, покрытые цинком или медью. Они соединяют молниеприемники с заземлителем.
-220980-493395006059170-4883159
009
2. ЗаземлениеЗаземление — это комплекс решений и устройств для защиты от поражения электрическим током и по обеспечению работы защитной аппаратуры [9]. При помощи заземления осуществляется защита от опасного действия электрического тока путем снижения напряжения прикосновения до безопасного для человека и животных значения. Это обеспечивается за счет устройства, заземлителя [11].
Заземление классифицируется на естественное и искусственное.
2.1. Естественное заземлениеВ качестве естественного заземления выступают те конструкции и их элементы, которые постоянно находятся в земле (например, железобетонный фундамент здания, рис. 6, Приложение) [1]. Недостаток — они не подходят для заземления электроустановок, поскольку заранее не рассчитаны для этой цели и могут разрушаться под действием тока. Преимущество — метод экономичный и не требует затрат на искусственную систему.
Все элементы естественного заземлителя должны быть объединены в общий контур и контактировать с землей для отвода токов непосредственно или через бетон. Также выбранный заземлитель должен удовлетворять требованиям Правил устройства электроустановок касательно величины площади поперечного сечения проводника [10]. Не допускаются в качестве заземлителя трубы канализации и центрального отопления, а также трубопроводы для горючих и взрывоопасных смесей. Трубы легко поддаются коррозии металла, разрывая при этом электрический контакт.
2.2. Искусственное заземлениеИскусственное заземление — это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.
-231775-48069500В отличие от естественного заземления, оно более 6049010-4786881000
001000
надежно, поскольку конструкция заземлителя заранее рассчитывается для целей заземления [15].
Заземляющее устройство (ЗУ) состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемую часть (точку) с заземлителем [16]. Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы. Устройство может иметь разную конструкцию (рис. 7, Приложение). При этом, для каждого типа ЗУ проводится особый расчет сопротивления и т. п. [5].
Качество заземления определяется значением сопротивления заземления сопротивления растеканию тока (чем ниже, тем лучше), которое можно снизить, увеличивая площадь заземляющих электродов и уменьшая удельное электрическое сопротивление грунта: увеличивая количество заземляющих электродов, или их глубину; повышая концентрацию солей в грунте, нагревая его, и т. д.
Таким образом, система заземления работает по следующим принципам:
Уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление.
Отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом. В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию защитных устройств (устройств защитного отключения — УЗО).
В системах с глухозаземленной нейтралью — инициирование срабатывания предохранителя при попадании фазного потенциала на заземленную поверхность [3].
6050915-48069511
0011
-233045-48552700ЗаключениеМолниезащита и заземление предназначены для обеспечения безопасности человека и живых существ, находящихся вблизи воздействия электрических сетей большой мощности (в том числе молний). Также заземление и молниезащита выполняют функцию защиты оборудования от повреждений. Как правило, порядок создание таких систем регламентируется государственными и международными нормативами, а устройство выполняются из корозийностойких материалов: омедненной стали, оцинкованной стали или из черных металлов. От правильного проектирования заземления также зависит качество работы энергетического оборудования и сетей.
6048375-47625012
0012
-233045-46101000

Список использованных источников: Белолипецкий С.А. Основы практической эксплуатации зданий : учебник / С.А. Белолипецкий : Проспект, 2017. - 117 c. - Текст : непосредственный.
Внешняя система молниезащиты. - Текст : электронный // МЗК Электро: официальный сайт. – 2020. – URL : https://www.mzke.ru/molniezashhita_zdanij_i_sooruzhenij.html (дата обращения: 22.06.2020)
Заземляющие устройства распределительных подстанций – назначение, конструктивные особенности, особенности эксплуатации. - Текст : электронный // Школа для электрика: официальный сайт. – 2020. – URL : http://electricalschool.info/grounding/1617-zazemljajushhie-ustrojjstva.html (дата обращения: 23.06.2020)
Кабышев А.В. Молниезащита электроустановок систем электроснабжения : учебное пособие / А.В. Кабышев. - Томск : Изд-во ТПУ, 2006. - 124 с. - Текст : непосредственный.
Колечицкий Е.С. Основы расчета заземляющих устройств : учебное пособие / Е.С. Колечицкий : Издательство МЭИ, 2001. - 48 с. - Текст : непосредственный.
Молниезащита. - Текст : электронный // Новый Эверест: официальный сайт. - 2020. - URL: https://new-everest.ru/services/molniezashchita (дата обращения: 23.06.2020)
Молниеприемник и токоотвод. [Электронный ресурс] – URL: http://dokamont.ru/index.php/derzhatel-provodnika-na-krovle
Moлниeoтвoды, мaчты и oпopы мoлниeзaщиты. - Текст : электронный // Новый Эверест: официальный сайт. - 2020. - URL: https://svetpro.ru/htm/informations/info_molnieotvody_machty_i_opory_molniezashhity.html (дата обращения: 23.06.2020)
6047105-48641013
0013
-233045-48450500Назаренко О.Б. Безопасность жизнедеятельности : учебное пособие / О.Б. Назаренко. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2010. -144 с. - Текст : непосредственный.
Правила устройства электроустановок. - Текст : электронный // Электротехнический интернет-портал: официальный сайт. - 2020. - URL: https://web.archive.org/web/20130126220844/http://www.elec.ru/library/direction/pue_7.pdf (дата обращения: 22.06.2020)
Ристхейн Э. Введение в энерготехнику / Э. Ристехейн. – Таллин : Изд-во Таллиннского технического университета, 2008. – 328 с. - Текст : непосредственный.
Системы молниезащиты. - Текст : электронный // МЗК Электро: официальный сайт. – 2020. – URL : https://www.mzke.ru/sistemy_molniezashhity.html (дата обращения: 23.05.2020)
Системы молниезащиты - Текст : электронный // ООО "Инженерный Центр "Элком".: официальный сайт. – 2020. – URL : http://elkomspec.ru/sistemy--molniezaschity (дата обращения: 23.05.2020)
Сухачев И.С. Разработка программного алгоритма эффективной молниезащиты / И.С. Сухачев, П.В. Чепур. - Текст : непосредственный // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 11 (часть 2). - 291-295 с.
Шалигин А.А. К вопросу о разработке глав ПУЭ седьмого издания / А.А. Шалигин. - Текст : непосредственный // Энергобезопасность и энергосбережение. - 2009. - №1 (25). URL: http://oaji.net/articles/2014/362-1409056480.pdf (дата обращения: 22.05.2020)
Электробезопасность. Защитные заземляющие устройства электроустановок: учебное пособие для самостоятельного изучения и к практическим занятиям для студентов / С.Г. Кашина, Д.К. Шарафутдинов. - Казань: Изд-во Казанского государственного архитектурно-строительного университета, 2012. - 137 с.
6051143-47571614
0014
-233045-48069500Приложение
Рисунок 1 — Внешняя система молниезащиты6057773-47866315
0015
-228600-47942500
Рисунок 2 — Внутренняя система молниезащиты
Рисунок 3 — Стержневой молниеотвод
-230505-490220006052794-48712116
0016
Рисунок 4 — Сетевой молниеприемник
Рисунок 5 — Тросовая молниезащита-228600-502920006057265-45402517
0017
Рисунок 6 — Естественное заземление
Рисунок 7 — Искусственное заземление