С запрещением радиоактивных молниеотводов их место заняли активные молниеотводы с РСЭ (ранней стримерной эмиссией). Активные молниеотводы с РСЭ подразделяются на два типа: электростатические молниеотводы и молниеотводы на пьезокристаллах.
В обеих системах защита обеспечивается за счет активного молниеприемника с тонким заостренным концом, который устанавливается в самой высокой точке защищаемого здания. Связь молниеотводов с землей производится по кратчайшему маршруту. Обеспечиваемая ими зона молниезащиты варьируется в зависимости от точки установки и высоты этой точки по отношению к окружающим объектам. Дают возможность точного вычисления уровня защиты методом электро-геометрического моделирования на основе принципа защиты расстоянием.
Активные молниеотводы с ионными генераторами следуют тем же правилам, но у них несколько улучшена защита расстоянием (1,5-3 раза), так как уменьшена задержка дуги. Их преимущество в увеличении эффективности, когда речь идет, в частности, об ударах молнии низкой плотности, а также в уменьшенных размерах молниеотвода, что в некоторых сложных случаях значительно облегчает установку.
Расчет диаметра активных систем молниезащиты
Радиусы защиты головок активного молниеотвода в зависимости от уровней защиты вычисляются по следующей формуле.
Rз2 = h( 2D-h) + ΔL( 2D+ΔL) h≥5 м
В этой формуле:
h: высота активного молниеотвода (м)
Rз: радиус защиты (м)
D: шаг продвижения молнии или интервал ступеней на пути движения молнии.
Для защиты уровня I D=20 м
Для защиты уровня II D=45 м
Для защиты уровня III D=60 м
ΔL (м)= V(м/мкСм).ΔT(/мкСм),
где
V: скорость движения к молнии ионов, образующихся вокруг наконечника уловителя в условиях грозы, в стандартах V=1м/мкСм.
ΔT: время распознания молнии системами молниезащиты.
ΔL: Расстояние перехвата молнии за время ΔT (т.е. расстояние, пройденное ионами по направлению к молнии).
Этот параметр варьируется в системах молниезащиты различных производителей и определяется в ходе лабораторных испытаний в соответствии с формой производства и характеристиками продуктов.
Электростатические молниеотводы
Электростатические активные молниеотводы образуют эффективную зону защиты от молнии. Для изготовления таких молниеотводов используются различные методы, но все они обеспечивают эффективную защиту. Электростатические активные молниеотводы могут быть различных типов и форм. Их качество подтверждено множеством отчетов об испытаниях, стандартами (ISO и внутренние стандарты стран), как правило, срок гарантии от коррозии составляет 25 лет.
Принцип работы электростатических молниеотводов основан на изменении-увеличении плотности электромагнитного поля в воздухе перед разрядом молнии. Когда разница между электромагнитным полем воздуха и земли увеличивается, механизм внутри молниеотвода, используя эту разницу, задействует систему ионизации и начинает выброс ионов. Этот ответный ионный стример создает единый с молнией канал, по которому молния через молниеотвод уходит в землю.
Устройство молниезащиты выполняет свои функции как в случае положительных, так и отрицательных зарядов молний. Электростатические молниеотводы имеют активные и пассивные ионизационные электроды. Благодаря пассивным электродам молниеотводы воспринимают разность потенциалов между точкой их нахождения и землей и обеспечивают наиболее гарантированный способ ионизации воздуха. За счет добавления к такой дисперсии ионов внутренней системы генерации ионов выработка ионов достигает максимального уровня.
Активные молниеотводы с РСЭ на пьезоэлектрических кристаллах
Пьезоэлектрики - кристаллы, которые преобразуют электрическую энергию в механическую, а механическую энергию - в электрическую. Изготавливаются из очень твердого вещества цирконат-титанат свинца, края покрыты тонким слоем электродного никеля. Такие виды керамики, используемые в качестве генератора, только за счет повышения давления способны продуцировать электрический заряд (20.000-25.000 В), значительно превышающий заряд, нужный для получение необходимых ионов.
Пьезоэлектрическая стимуляция (обратимые процессы приложения эффективных напряжений) происходит, как правило, за счет сил, являющихся следствием строения самого молниеотвода при наличии колебательных эффектов в результате прямого резонанса, колебательных эффектов в результате приложения к стимулятору предварительного напряжения, а также малейшей турбулентности. При подключении к силовому преобразователю с электрическим напряжением рассеивающие наконечники подвергаются воздействию таких высоких напряжений и выбрасывают большое количество ионов (2,5 - 6.5 кВ х 7.65*1010). Эти ионы захватываются трубой Вентури, вокруг наконечника уловителя и его расширения формируется ионизированный воздушный поток.
Пьезоэлектрические кристаллы получают из определенных минералов, имеющихся в природе в естественном состоянии, поэтому разряды молнии на них не влияют. Они защищены от как положительного, так и отрицательного разряда молнии.
В таких молниеотводах импульсы высокого напряжения, генерируемые пьезоэлектрическим кристаллом в корпусе устройства в ответ на принимаемые им колебания, создают ионизацию. Благодаря механизму эмиссии ионов в виде трубы Вентури происходит ускоренный выброс ионов. Таким образом, создается единый с молнией канал, по которому молния через молниеотвод уходит в землю. Пьезоэлектрический кристалл расположен в нижней части корпуса. В верхней его части находятся система выброса ионов и защитная система. Различные модели имеют радиусы защиты в зависимости от различных уровней защиты с учетом высоты h. За счет работы на пьезокристаллах, являющихся устойчивым природным минералом, такие молниеотводы превосходят электростатические активные молниеотводы.
Сокращение времени предупреждения коронного разряда: Проведенные исследования показывают, что пьезоэлектрическая система ионизации, как правило, сокращает время предупреждения коронного разряда (Таунсендовского разряда). Последнее исследование, проведенное Н. Л. Алленом, Т. Э. Эллибоном и Д. Дьюрингом, показывает, что увеличение плотности ионизации (от 150 до 1100 ионов / см3) на 50% снижает время предупреждения, и при последующем увеличении ионной плотности эта задержка также продолжает снижаться. Другими словами, любое искусственное увеличение концентрации ионов в воздухе вокруг электрода приводит к падению напряжения ионизации. За счет этого эффекта обеспечивается расширение электрического поля, ионизация на конце молниеуловителя, формирование канала ионизированного воздуха внутри распознающего наконечника, и при срабатывании эффекта короны время задержки предупреждения сокращается, скорость тока коронного разряда увеличивается.
Радиус активной молниезащиты
Заземление играет большую роль в эффективной работе активной системы молниезащиты, поэтому его установка должна проводиться с особым вниманием. Стандарты NF C 17-100 и NF C 17-102 говорят, что для каждого спускающегося вниз проводника должно иметься отдельное/независимое заземление клеток и молниеотводов. С целью уравнивания потенциалов электрическое заземление или существующие пояса подсоединяются к этим проводникам. Наконец, необходимо держать заземление проводника как можно дальше (3-5 метров) от любых находящихся в земле металлических труб линий передачи электроэнергии, а также обеспечить, чтобы его значение в омах с низким волновым сопротивлением не превышало 10 Ом.
Элементы оборудования активных систем молниезащиты
Молниеприемник: деталь, улавливающая и отправляющая в землю атмосферные электрические разряды, формирующиеся над зоной молниезащиты.
Мачта молниеотвода: мачта, несущая молниеотвод.
Крюк мачты: обеспечивает крепление токоотвода на мачте.
Хомут крепления мачты молниеотвода: используется для крепления мачты молниеотвода.
Черепичный крюк: обеспечивает спуск токоотвода по черепице.
Токоотвод: проводник, соединяющий молниеотвод с заземлением.
Стенной крюк: обеспечивает спуск токоотвода по стене или бетону.
Контрольная (тестовая) клемма: элемент для измерения сопротивления заземления.
Защитный кожух: элемент для защиты от разрядов участка между контрольной клеммой и основанием здания.
Хомут крепления защитного кожуха: крюк, используемый для крепления защитного кожуха.
ПВХ-шланг: шланг внутри защитного кожуха, внутри которого располагаются токоотводы.
Стержень заземления: заглубляется в землю и используется для снижения сопротивления.
Термическая сварка/наконечник стержня заземления: для соединения токоотвода со стержнями.
Примечание: следует обратить внимание на этикетку на активном молниеотводе, а также обязательно убедиться, что фирма-производитель предоставляет гарантию на продукцию.
Ошибки при создании наружных систем молниезащиты
- «Боковые скачки», образующиеся при встрече в каком-либо месте токоотвода участка с высоким сопротивлением (удельным сопротивлением) с участком низкого сопротивления на близлежащей металлической поверхности,
- Потеря внешней системой молниезащиты своей эффективности в результате неправильного поперечного сечения токоотвода, неправильного промежутка крепления, формирования неправильных изгибов, вызванных ошибками при проектировании токоотводов,
- Пропуск сроков периодического технического обслуживания и проверок.
Меры предосторожности
Путем создания системы уравнивания потенциалов необходимо обеспечить приведение всех металлических поверхностей к одинаковым потенциальным значениям.
Токоотвод должен быть соединен с землей кратчайшим возможным путем, интервал между его креплениями должен составлять максимум 1 метр.
Проверка внешних систем молниезащиты на предмет наличия коррозии, ослабленных-сломанных соединений и отсутствующих-пропавших деталей должна проводиться профессиональными организациями, результаты должны документироваться.
Контроль молниеотводов и измерение заземления
В соответствии с приведенными ниже правилами и спецификациями такие установки молниезащиты, как радиоактивные молниеотводы, активные молниеотводы и клетки Фарадея, а также их электрические сети и заземление, должны проверяться не реже одного раза в год.
В Приложении П «Положения о заземлении электроустановок», подготовленного Министерством энергетики и природных ресурсов и вступившего в силу с момента опубликования 21.08.2001 г. в Официальном бюллетене № 24500, указана следующая рекомендуемая периодичность осмотров, измерений и проверок различных сооружений заземления в период эксплуатации:
Для объектов выработки, передачи и распределения электроэнергии (за исключением линий передачи и распределения электроэнергии): 2 года
Для линий передачи и распределения электроэнергии: 5 лет
Для промышленных предприятий и торговых центров: ...
Осмотр и измерение сопротивлений, связанных с заземлением: 1 год
Прочие осмотры, измерения и проверки, связанные с объектами заземления: 2 года
Для передвижных объектов: ...
Для фиксированных рабочих элементов: 1 год
Для передвижных рабочих элементов: 6 месяцев
Периодичность осмотров, измерений и проверок объектов заземления, которые попадают под действие правил о мерах предосторожности на предприятиях, работающих с огнеопасными, взрывчатыми, опасными и вредными веществами, и при работе с такими веществами, а также объектов заземления на предприятиях, где работы ведутся во влажной среде, не может быть реже одного раза в год.
В соответствии со статьей 2.11.2 стандарта TS622 «Правила молниезащиты зданий», опубликованного Турецким институтом стандартов 04.12.1990 г. и введенного в действие указом совета министров № 7/11204 от 04.01.1976 г., «Осмотры должны предпочтительно проводиться с фиксированными интервалами не более 12 месяцев. Для изменения времен года проведения осмотра полезно выбирать интервал, который будет несколько короче 12 месяцев».
В соответствии со статьей 47.15.1 документа «Общие технические условия, глава 7, Общие технические условия для проведения электротехнических работ в строительстве», опубликованного Министерством общественных работ и жилищного строительства ТР, «Техническое обслуживание всех типов установок молниезащиты должно регулярно осуществляться один раз в год». Кроме того, согласно «Правилам охраны труда и техники безопасности» Министерства труда и социальной защиты, техническое обслуживание систем молниеотводов и заземлений является обязательным.
Правила устройства заземления для объектов связи, находящихся вблизи объектов молниезащиты
Соседствующие заземлители: Если на расстоянии менее 2 м от заземлителей установок молниезащиты находятся другие заземлители, то все заземлители должны быть соединены друг с другом. Если расстояние между заземлителями составляет от 2 до 20 м, то рекомендуется соединить все заземлители друг с другом. В случаях, когда удельное сопротивление земли выше, чем 500 Ом·м, также рекомендуется все заземлители, расстояния между которыми более 20 м, соединить с заземлением системы молниезащиты.
Молниезащита зданий: Рекомендуется соединить оборудование заземления систем связи с системой молниезащиты здания. Для этого следует использовать те же сечения токоотводов и элементы, что и для установки молниезащиты. С этой целью кольцевые проводники заземления соединяются много раз, а шины заземления и клеммы заземления - только один раз.
Для предотвращения скачков в высотных зданиях с работающими внутри объектами связи, которые могут подвергнуться опасности ударов молнии (например, в сталебетонных башнях связи), вертикальные металлические секции должны быть опоясаны арматурными стержнями (St 37) достаточного сечения. Соединительный заземляющий проводник должен быть соединен с вертикальными металлическими секциями, опоясанными стержнями, по всей длине его выведения вверх для технического оборудования, а функциональное заземление и защитный (РЕ) проводник - на каждом этаже, но с интервалами не менее 10 м, а также в самой верхней и самой нижней точке здания (например, как железный скелет здания).
В этом случае в таких секциях должны иметься легко доступные точки соединения. Если установка молниезащиты находится отдельно от рабочего заземления главной подстанции, то установка заземления системы связи, соединенной с таким рабочим заземлением, может быть соединена с оборудованием системы молниезащиты только через разрядник.