Приложение Е (справочное). Скачки напряжения, вызванные молнией в различных точках крепления компонентов

Приложение Е
(справочное)

Скачки напряжения, вызванные молнией в различных точках крепления компонентов

Е.1 Краткий обзор

При установлении параметров проводников устройств защиты от импульсных перенапряжений и соответствующего оборудования должны быть определены воздействия скачков напряжения в различных точках размещения этих компонентов. Скачки напряжения могут возникнуть в результате тока молнии и под воздействием индукции в петлях. Воздействие скачков напряжения должно быть ниже уровня защиты компонентов (определенного при испытаниях по мере необходимости).

Е.2 Скачки напряжения при ударе молнии в здание (сооружение) (источник повреждения S1)

Е.2.1 Скачки напряжения в открытых токопроводящих частях и линиях коммуникаций, подведенных к зданию (сооружению)

При уходе в землю ток молнии делится между наземной системой заземления, открытыми токопроводящими частями и линиями коммуникаций непосредственно или через устройства защиты от импульсных перенапряжений, связанных со зданием (сооружением).

Так, =

(E.1)

является частью тока молнии, соответствующего каждой внешней проводящей части или коммуникации. Коэффициент зависит от:

- количества параллельных путей тока молнии;

- условного импеданса заземления для подземных частей или их надземного сопротивления, если надземные части соединены с подземными;

- условного импеданса системы заземления.

Для подземных инженерных сетей ;

(Е.2)

для воздушных инженерных сетей ,

(E.3)

где Z - условный импеданс системы заземления;

- условный импеданс внешних частей или коммуникаций (таблица Е.1), проходящих под землей;

- сопротивление заземления для надземных установок, соединенных воздушными коммуникациями с землей. Если сопротивление заземления в точках заземления неизвестно, то может быть использовано значение , приведенное в таблице Е.1 (где удельное сопротивление соответствует точке заземления).

Примечание 1 - В вышеупомянутой формуле предполагается, что значение одинаково во всех точках заземления. Если это не так, следует использовать более сложные выражения;

- общее количество внешних частей или коммуникаций, проходящих под землей;

- общее количество внешних частей или коммуникаций, проходящих над землей;

I - ток молнии, соответствующий рассматриваемому классу LPS.

Если в первом приближении половина тока молнии протекает в системе заземления и = , значение может быть вычислено для внешних токопроводящих частей или коммуникаций:

.

(Е.4)

Если входящие коммуникации (например, электрический и телекоммуникационные линии) не экранированы или не размещены в металлическом трубопроводе, каждый из проводников коммуникаций несет равную долю тока молнии

,

(Е.5)

где - общее количество проводников.

Для экранированных коммуникаций, соединенные в точке ввода, значения тока для каждого из проводников экранированных коммуникаций следующее:

,

(Е.6)

где - омическое сопротивление на единицу длины экрана;

- омическое сопротивление на единицу длины внутреннего проводника.

Примечание 2 - При использовании этой формулы можно недооценить роль экрана в отклонении тока молнии из-за взаимной индуктивности между сердечником и экраном.

Таблица Е.1 - Значения условного импеданса заземления Z и в соответствии с удельным сопротивлением грунта

	(а) Ом	Условный импеданс заземления, соответствующий классу LPS(b), Z, Ом
		I	II	III - IV
100	8	4	4	4
200	11	6	6	6
500	16	10	10	10
1000	22	10	15	20
2000	28	10	15	40
3000	35	10	15	60
Примечание 1 - Значения, приведенные в данной таблице, соответствуют условному импедансу заземления подземных проводников при условии импульса (10/350 мкс). (а) Значения, связанные с внешними частями длиной более 100 м. Для внешних частей с длиной менее 100 м, с высоким удельным сопротивлением земли (> 500 ), значение может быть удвоено. (b) Система заземления должна соответствовать требованиям пункта 5.4 МЭК 62305-3.

Е.2.2 Факторы, влияющие на перераспределение тока молнии в линиях электропередачи

При вычислениях следует учитывать несколько факторов, влияющих на амплитуду и форму скачков напряжения:

- длина кабеля влияет на характеристики распределения и форму скачка тока в соответствии с соотношением L/R;

- различный импеданс нулевых и фазовых проводников влияет на распределение тока между проводниками.

Примечание - Например, если нулевой (N) проводник имеет множественное заземление, более низкий импеданс N по сравнению с импедансом фазовых проводников , , и , это может привести к тому, что через проводник N будет идти 50% тока, а оставшиеся 50% распределятся между тремя другими проводниками (по 17% в каждом). Если N, , и имеют одинаковый импеданс, то через каждый проводник пройдет приблизительно по 25% тока;

- на распределение тока влияет импеданс трансформатора [это воздействие незначительно, если трансформатор защищен устройством защиты от импульсных перенапряжений (шунтирующий импеданс)];

- соотношение между полным сопротивлением заземления трансформатора и элементами нагрузки может воздействовать на распределение тока (чем ниже импеданс трансформатора, тем выше скачки тока в системе низкого напряжения);

- параллельное подключение потребителей снижает эффективность импеданса системы низкого напряжения, что может частично повысить в ней ток молнии.

Е.3 Скачки напряжения в линиях коммуникаций, подведенных к зданию (сооружению)

Е.3.1 Скачки напряжения, вызванные ударом молнии в линии коммуникаций (источник повреждения S3)

При анализе удара молнии в коммуникации необходимо учитывать воздействие тока молнии непосредственно на коммуникации и на их изоляцию.

Выбор значения может быть основан на использовании значений, приведенных в таблице Е.2 и Е.3 для низковольтных систем, и в таблице Е.3 для телекоммуникационных систем, где рекомендуемые значения соответствуют уровню защиты от молнии (LPL).

Таблица Е.2 - Ожидаемый ток перегрузки в низковольтных системах, вызванных скачком напряжения при ударе молнии

LPL	Низковольтная система
	Удар молнии в линии электропередачи или вблизи от них		Удар молнии вблизи здания (сооружения)(c)	Удар молнии, в здание (сооружение)(c)
	Источник повреждения S3 (прямой удар молнии в линию электропередачи)(a)	Источник повреждения S4 (удар молнии вблизи линии электропередачи)(b)	Источник повреждения S2 (наведенный ток)	Источник повреждения S1 (наведенный ток)
	Скачок тока 10/350 мкс, кА	Скачок тока 8/20 мкс, кА	Скачок тока(d) 8/20 мкс, кА	Скачок тока(d) 8/20 мкс, кА
III - IV	5	2,5	0,1	5
II	7,5	3,75	0,15	7,5
I	10	5	0,2	10
Примечания - Все значения соответствуют одной линии коммуникаций. (а) Значения относятся к случаю удара молнии в последний столб линии электропередачи вблизи многожильного провода (три фазы и ноль) коммуникаций. (b) Значения соответствуют воздушным линиям коммуникаций. Для подземных коммуникаций значение следует разделить на два. (с) Форма петли и расстояние от источника индукции влияют на значения ожидаемого тока перегрузки. Значения в таблице Е.2 относятся к короткому замыканию в контуре неэкранированной петли различной формы в больших зданиях (зона петли около 50 , ширина 5 м), при этом от стены здания (сооружения) должно быть расстояние 1 м, LPS находится в неэкранированном или строящемся здании (сооружении) ( = 0,5). Для другой петли и характеристик здания (сооружения) значения должны быть умножены на коэффициенты , , (см. МЭК 62305-2, пункт В.4). (d) Индуктивность и сопротивление петли влияют на скачок наведенного тока. Если сопротивление петли незначительно, скачок тока должен быть принят в размере 10/350 мкс. Это случай, когда устройство защиты от импульсных перенапряжений коммутирующего типа установлено в индуцируемом контуре.

Таблица Е.3 - Ожидаемый ток перегрузки в телекоммуникационных системах, вызванный скачками при ударе молнии

LPL	Телекоммуникационные системы
	Удар молнии в телекоммуникационные линии или вблизи от них		Удар молнии вблизи здания (сооружения)(c)	Удар молнии, в здание (сооружение)(c)
	Источник повреждения S3 (прямой удар молнии в телекоммуникационные линии)(a)	Источник повреждения S4 (удар молнии вблизи телекоммуникационных линий)(b)	Источник повреждения S2 (индукционный ток)	Источник повреждения S1 (индукционный ток)
	Скачок тока 10/350 мкс, кА	Скачок тока 8/20 мкс, кА	Скачок тока(d) 8/20 мкс, кА	Скачок тока(d) 8/20 мкс, кА
III - IV	1	0,015	0,1	5
II	1,5	0,025	0,15	7,5
I	2	0,035	0,2	10
Примечания - Все значения соответствуют одной линии коммуникаций. (a) Значения относятся к неэкранированным линиям коммуникаций с большим количеством двужильных проводников. Для неэкранированного провода применимые значения могут быть в 5 раз выше. (b) Значения соответствуют воздушным неэкранированным линиям коммуникаций. Для подземных коммуникаций значения следует разделить на два. (с) Форма петли и расстояние от источника индукции влияют на значения ожидаемого тока перегрузки. Значения в таблице Е.3 относятся к короткому замыканию в контуре неэкранированной петли различной формы маршрутом в больших зданиях (зона петли порядка 50 , ширина 5 м), при этом от стены здания (сооружения) должно быть расстояние 1 м, LPS находится в неэкранированном или строящемся здании (сооружении) ( = 0,5). Для другой петли и характеристик здания (сооружения) значения должны быть умножены на коэффициенты , , (см. МЭК 62305-2, пункт В.4). (d) Дополнительную информацию можно получить в [6].

Для экранированных линий коммуникаций значения тока перегрузки, приведенные в таблице Е.2, могут быть умножены на коэффициент 0,5.

Примечание - Предполагается, что сопротивление экрана приблизительно равно сопротивлению всех параллельных линий проводников.

Е.3.2 Скачки напряжения, вызванные ударом молнии вблизи линий коммуникаций (источник повреждения S4)

Скачки напряжения, вызванные ударом молнии вблизи линий коммуникаций, имеют намного меньше энергии, чем скачки, вызванные ударом молнии в линии коммуникаций (источник повреждения S3).

Ожидаемые токи перегрузки, соответствующие определенному уровню защиты от молнии (LPL), приведены в таблице Е.2.

Для экранированных линий коммуникаций значения тока перегрузки, приведенные в таблице Е.2, могут быть уменьшены на коэффициент 0,5.

Е.4 Скачки напряжения, вызванные воздействием индукции (источники повреждения S1 или S2)

Е.4.1 Общие положения

Скачки напряжения, вызванные воздействием индукции, возникающей в магнитном поле при ударе молнии (источник S2) или при движении тока молнии во внешних LPS или в пространственном экране LPZ 1 (источник S1), имеют обычно скачок тока 8/20 мкс. Такие скачки следует рассматривать либо в системе LPZ 1, либо в системе LPZ 1/2.

Е.4.2 Скачки напряжения в неэкранированной LPZ1

В неэкранированной зоне LPZ 1 (например, защищены только внешние LPS согласно МЭК 62305-3 с шириной петли более 5 м) следует ожидать относительно высоких скачков напряжения, вызванных индукцией под воздействием магнитного поля.

Ожидаемые токи перегрузки, соответствующие определенному уровню защиты от молнии (LPL), приведены в таблицах Е.2 и Е.З.

Е.4.3 Скачки напряжения внутри экранированной LPZ

В LPZ с эффективным пространственным экранированием (требуемая ширина петли менее 5 м в соответствии с приложением А МЭК 62305-4) условия для возникновения скачков напряжения под воздействием индукции в магнитном поле менее благоприятны. В таком случае скачки напряжения намного ниже, чем приведенные в Е.4.2.

Внутри LPZ 1 воздействие индукции ниже вследствие демпфирования этих воздействий пространственным экраном.

Внутри LPZ 2 скачки напряжения еще более снижены вследствие каскадного воздействия пространственных экранов LPZ 1 и LPZ 2.

Е.5 Общая информация об устройствах защиты от импульсных перенапряжений

Использование устройств защиты от импульсных перенапряжений зависит от их способности выдерживать напряжение в соответствии с классификацией МЭК 61643-1 [7] для электрических систем и в соответствии с МЭК 61643-21 [8] для телекоммуникационных систем.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений, используемые в соответствии с их установкой, применяют в следующих случаях:

a) На вводе линий коммуникаций в здание (сооружение) (в границе LPZ 1, например, в основных границах распределения MB):

- устройства защиты от импульсных перенапряжений, проверенные для (типичный скачок тока 10/350), например защитные устройства класса I;

- устройства защиты от импульсных перенапряжений, проверенные для (типичный скачок тока 8/20), например защитные устройства класса II.

b) В непосредственной близости от защищаемой аппаратуры и оборудования (в границе LPZ 2 и шире, например во вторичных границах распределения SB или для выходного гнезда SA):

- устройства защиты от импульсных перенапряжений, проверенные для (типичный скачок тока 10/350), например защитное устройство класса I электрических защитных устройств;

- устройства защиты от импульсных перенапряжений, проверенные для (типичный скачок тока 8/20), например защитное устройство класса II;

- устройства защиты от импульсных перенапряжений, проверенные при воздействии сочетания различных скачков тока (типичный скачок тока 8/20), например защитное устройство класса III.