Внешняя и внутренняя молниезащита

В статье рассказано об аспектах внешней и внутренней молниезащиты, а также об оборудовании EKF для систем молниезащиты: отдельностоящих и стеновых молниеприемниках, УЗИП. Представлена система молниезащиты и заземления «Купол».

скачать PDF

Молниезащита – это важный аспект безопасности зданий и сооружений, особенно в регионах, подверженных частым грозам. Она делится на две основные категории: внешняя и внутренняя. Каждая из них выполняет свою уникальную функцию и необходима для создания надежной системы защиты от ударов молнии. В статье мы подробно рассмотрим различные аспекты внешней и внутренней молниезащиты, включая устройства защиты от перенапряжений (УЗИП), стеновые и отдельностоящие молниеприемники.

Внешняя молниезащита

Внешняя молниезащита включает в се­бя устройства и конструкции, которые предназначены для предотвращения прямого удара молнии в здание. Основные элементы внешней молниезащиты – молниеприемники, заземляющие устройства и токоотводы.

Молниеприемники захватывают электрический разряд и направляют его в заземляющее устройство. Это позволяет безопасно рассеивать энергию молнии в земле, минимизируя риск повреждения конструкции. Заземляющие устройства могут быть выполнены в ви­де стержней, пластин или сеток, которые обеспечивают надежное соединение с землей.

Стеновой молниеприемник

В системе молниезащиты и заземления «Купол» представлены стеновые молниеприемники высотой до 25 м (рис. 1). Они предназначены для защиты зданий, где установка отдельностоящих конструкций может быть затруднена или нежелательна. Такие молниеприемники легко монтируются на фасад здания или сооружения и обеспечивают эффективное отведение электрического заряда в землю, предотвращая повреждения конструкции и оборудования внутри здания.

Рис. 1. Стеновой приемник в системе молниезащиты производственного здания, г. Александров

Основные особенности стенового молниеприемника:
- не требуется установка дополнительных элементов на крыше;
- устойчивость к атмосферным воздействиям – молниеприемник защищает стены от механических повреждений;
- легко монтируется во время строительства или ремонта.

Отдельностоящий молниеприемник

Отдельностоящие молниеотводы системы молниезащиты и заземления «Купол» подходят для защиты больших территорий, таких как промышленные комплексы, сельскохозяйственные угодья или открытые пространства, где необходимо обеспечить максимальную зо­ну покрытия. Эти конструкции устанавливаются на определенном расстоянии от защищаемого объекта и создают эффективный контур защиты, минимизируя риск попадания молнии в здание или оборудование (рис. 2).

Рис. 2. Молниезащита здания временного назначения, г. Владимир

Преимущества отдельностоящего молниеприемника:
- вариативность установки молниеотвода – можно установить в любом месте на территории объекта;
- высокая эффективность – способен защищать большую площадь благодаря своей высоте;
- легкость обслуживания – простой доступ для проверки состояния системы.

Расчет эффективности отдельностоящего молниеприемника

Для определения необходимого количества отдельностоящих мачт важно учитывать следующие факторы:
- высоту зданий на территории;
- плотность застройки;
- географические особенности местности.

Методы расчета зон защиты молниеприемных мачт

Основные подходы к расчету молниеприемников основаны на нормативных документах СО 153.21.122-2003 (далее – СО), РД 34.21.122-87 (далее – РД), IEC 62305.

Существует несколько методов расчета молниезащиты, которые помогают определить оптимальное расположение и конструкцию молниеприемников для защиты зданий и сооружений. Наиболее известные – это расчет по надежности защиты и метод катящей сферы.

Метод расчета по надежности защиты. Перед началом расчета зон защиты определяется взрывоопасность объекта. Так, согласно СО, расчет можно произвести по трем надежностям – 0,9, 0,99 или 0,999, а согласно РД, по зо­не А и зо­не Б.

Метод катящей сферы является более визуальным и интуитивным подходом к проектированию молниезащиты. Он предполагает использование воображаемой сферы определенного радиуса (обычно от 20 до 60 м в зависимости от уровня защиты), которая «катится» по поверхности земли и конструкции здания. Все части здания, которые касаются или пересекаются с этой сферой, считаются защищенными от прямого удара молнии. Основная задача заключается в том, чтобы определить такие положения молниеприемников, которые обеспечат контакт сферы только с молниеприемниками и исключат контакт с защищаемыми частями здания. Радиус сферы подбирается в зависимости от требуемого уровня защиты и характеристик молниезащиты.

Оба метода имеют свои преимущества и недостатки и могут использоваться в зависимости от конкретных условий и требований проекта. Метод катящей сферы более нагляден и прост в применении, тогда как метод расчета по надежности предоставляет более точные данные о вероятности удара молнии. В практике проектирования молниезащиты часто используется комбинация этих методов для достижения оптимального результата.

Внутренняя молниезащита

Внутренняя молниезащита направлена на защиту электрооборудования и людей внутри здания от индукционных токов и перенапряжений, вызванных ударами молний. Она включает в се­бя установку устройств защиты от перенапряжений (УЗИП) и правильную организацию электропроводки.

УЗИП защищают оборудование от скачков напряжения, которые могут возникнуть в результате удара молнии. Они могут быть установлены на входе в здание, а также на отдельных линиях, обеспечивая тем самым защиту для всех подключенных устройств. Важно, чтобы внутренняя молниезащита была правильно интегрирована с внешней, чтобы обеспечить максимальную эффективность.

Применение УЗИП в сетях электроснабжения

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) представляет собой электрический аппарат, предназначенный для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений.

Существуют три класса УЗИП. Они различаются по величине импульса, от которого защищают, и форме его волны (рис. 3).

Рис. 3. Величина и форма волны импульса

УЗИП I класса предназначены для защиты электрооборудования от импульсных перенапряжений, вызванных прямым ударом молнии в систему молниезащиты объекта или линию электропередачи.

УЗИП II класса предназначены для защиты электрооборудования от коммутационных перенапряжений (которые могут быть вызваны переключениями или авариями на подстанции), а также применяются как вторая ступень защиты при ударе молнии.

УЗИП III класса защищают потребителей от остаточных бросков напряжений и обеспечивают фильтрацию высокочастотных помех.

Для наибольшей эффективности защиты от импульсных перенапряжений необходима каскадная установка УЗИП (рис. 4). То есть на одном объекте должны быть устройства всех трех классов, ли­бо некоторые устройства могут совмещать в се­бе функции двух классов защиты.

Рис. 4. Каскадная установка УЗИП

Можно привести два примера, как это выглядит на примере реальных сетей электроснабжения.

- Каскадная установка УЗИП на примере жилищного комплекса выглядит следующим образом:
-- УЗИП I класса устанавливается в ГРЩ;
-- УЗИП II класса устанавливается в ВРУ;
-- УЗИП III класса устанавливается непосредственно у ответственного потребителя, например, в щит пожарной сигнализации или щит видеонаблюдения.

- Каскадная установка УЗИП на примере промышленного предприятия:
-- УЗИП I класса устанавливается в ГРЩ или ВРУ;
-- УЗИП II класса устанавливается в распределительный щит;
-- УЗИП III класса устанавливается непосредственно у ответственного потребителя, например, в щит питания конкретной электроустановки.

Принцип действия УЗИП

УЗИП подключаются параллельно питанию нагрузки и работают по принципу отвода избыточного напряжения на землю. Принцип работы основан на элементе с нелинейным сопротивлением (то есть при нормальном напряжении этот элемент имеет очень высокое сопротивление, а при высоком резко снижает его). Это позволяет при возникновении импульса напряжения отвести его на землю безопасным путем, не задев электрооборудования, подключенного к защищаемой сети.

Заключение

Молниезащита – это не просто дополнительная ме­ра безопасности, это необходимость для обеспечения целостности зданий и сохранения жизни людей при грозах и других природных явлениях с высоким риском поражения электрическим током. Как стеновые, так и отдельностоящие приемники играют важную роль в этой системе наряду с устройствами защит от перенапряжений внутри зданий.

Для достижения наилучших результатов необходимо использовать как внешнюю, так и внутреннюю молниезащиту в рамках единой системы. Это позволит не только предотвратить прямые удары молнии, но и защитить внутренние системы от последствий, связанных с индукционными токами и перенапряжениями.

Опубликовано_в журнале «ИСУП» № 1(115)_2025

В. О. Казикин, продакт-менеджер направления «Молниезащита и заземление»,
ООО «Электрорешения», г. Москва,
тел.: +7 (495) 788‑8815,
e-mail: info@ekf.su

Иллюстрации предоставлены компанией ООО «Электрорешения»