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 (сооружен