Приложение В (справочное). Реализация мер защиты SPM существующих зданий

Приложение В
(справочное)

Реализация мер защиты SPM существующих зданий

В.1 Общие положения

Для оборудования внутри существующих зданий не всегда возможно применить меры защиты SPM, предусмотренные данным стандартом.

Данное приложение указывает основные вопросы, на которые следует обращать внимание, и содержит рекомендации для выбора мер защиты, которые не являются обязательными, но могут улучшить имеющуюся защиту в целом.

В.2 Перечни контрольных вопросов

В существующих зданиях при выборе соответствующих мер защиты необходимо принимать во внимание существующую конструкцию, особенности здания и существующие электрические и электронные системы.

Комплект контрольных вопросов помогает проанализировать риск и произвести выбор наиболее подходящих мер защиты.

Для существующих зданий особенно необходима разработка системного плана для принятия концепции определения зон защиты от молнии, для заземления, уравнивания потенциалов, выбора трасс прокладки кабелей и для экранирования.

Перечни контрольных вопросов, приведенные в таблицах В.1-В.4, следует использовать для сбора необходимых данных о существующем здании и о его установках. На основе этих данных должна быть выполнена оценка риска в соответствии с МЭК 62305-2 для определения необходимости защиты и, если эта защита необходима, для определения наиболее экономически эффективных мер защиты, которые должны быть применены.

Примечание 1 - Дополнительную информацию о защите от электромагнитных помех (EMI) в установках зданий см. в [1].

Данные, полученные с помощью перечней контрольных вопросов, являются также полезными в процессе проектирования.

Таблица В.1 - Характеристики конструкции и прилегающей территории

Позиция	Вопросa
1	Каменная кладка, кирпичи, древесина, армированный бетон, здания со стальным каркасом, металлический фасад?
2	Отдельно стоящее здание или взаимно связанные блоки с температурными швами?
3	Плоское и низкое здание или высотное здание? (размеры здания)
4	Стержни арматуры электрически соединены по всему зданию?
5	Вид, тип и качество металлического материала крыши?
6	Металлические фасады соединены для уравнивания потенциалов?
7	Металлические рамы окон соединены для уравнивания потенциалов?
8	Размер окон?
9	Здание оборудовано внешней системой защиты от молнии LPS?
10	Тип и качество внешней системы защиты от молнии LPS?
11	Материал грунта (скала, почва)?
12	Высота, расстояние и заземление соседних зданий?
а Более детальную информацию см. в МЭК 62305-2.

Таблица В.2 - Характеристики установки

Позиция	Вопроса
1	Способ прокладки входящих коммуникаций (проложенные в земле или воздушные)?
2	Тип выступающих внешних устройств (антенны или другие внешние устройства)?
3	Плоское и низкое здание или высотное здание? (размеры здания)
4	Стержни арматуры электрически соединены по всему зданию?
5	Вид, тип и качество металлического материала крыши?
б	Металлические фасады соединены для уравнивания потенциалов?
7	Металлические рамы окон соединены для уравнивания потенциалов?
а Более детальную информацию см. в МЭК 62305-2.

Таблица В.3 - Характеристики оборудования

Позиция	Вопроса, b
1	Тип взаимных соединений внутренних систем (экранированные или неэкранированные многожильные кабели, коаксиальные кабели, аналоговые и/или дискретные, сбалансированные или несбалансированные, оптоволоконные кабели)?
2	Уровень стойкости к перенапряжениям установленных электронных систем?а, b
а Более детальную информацию см. в МЭК 62305-2. b Более детальную информацию см. в [4], IEC 61000-4-5, IEC 61000-4-9 и IEC 61000-4-10.

Таблица В.4 - Другие вопросы, которые должны быть учтены при определении концепции защиты

Позиция	Вопроса
1	Тип заземления электроустановки здания - TN (TN-S, TN-C или TN-C-S), ТТ или IT?
2	Расположение оборудования?а
3	Соединение проводников функционального заземления внутренней системы с сетью уравнивания потенциалов?
а Более детальную информацию см. в приложении А.

В.3 Проектирование мер защиты SPM для существующих зданий

Первым этапом в процессе проектирования мер защиты SPM является анализ перечня контрольных вопросов в соответствии с В.2 и выполнение оценки риска.

Если этот анализ показывает, что меры защиты SPM требуются, должны быть выполнены следующие этапы, показанные на рисунке В.1.

Следует выбрать соответствующие зоны защиты от молнии LPZ для всех помещений, где расположено оборудование, требующее защиты (см. 4.3).

Основными мерами защиты SPM должны быть внутреннее экранирование и сеть уравнивания потенциалов. Эта сеть должна иметь ячейки, не превышающие 5 м в любом направлении. Если планировка здания не позволяет выполнить экранирование и сеть уравнивания потенциалов, то, по меньшей мере, на каждом этаже должен быть установлен кольцевой проводник с внутренней стороны внешней стены здания. Этот кольцевой проводник должен быть соединен для уравнивания потенциалов с каждым токоотводом внешней системы защиты от молнии LPS.

Примечание - Модернизация средств экранирования существующего здания часто бывает затруднена практически и не экономична. В таких случаях эффективную альтернативу обеспечивает применение устройств защиты SPD.

В.4 Проектирование основных мер защиты для зон защиты от молнии LPZ

В.4.1 Проектирование основных мер защиты для зоны защиты от молнии LPZ 1

Основой мер защиты должны быть внутреннее экранирование и выполнение сети уравнивания потенциалов либо прокладка кольцевого проводника с внутренней стороны наружной стены, которая, как правило, является границей зоны защиты от молнии LPZ 1. Если наружная стена не является границей зоны LPZ 1, а внутреннее экранирование и выполнение сети уравнивания потенциалов невозможны, то на границе зоны LPZ 1 должен быть установлен кольцевой проводник. Кольцевой проводник должен быть соединен с кольцевым проводником наружной стены, по меньшей мере, в двух местах, расположенных как можно дальше друг от друга.

В.4.2 Проектирование основных мер защиты для зоны защиты от молнии LPZ 2

Основой мер защиты являются внутреннее экранирование и выполнение сети уравнивания потенциалов либо прокладка кольцевого проводника с внутренней стороны наружной стены. Если внутреннее экранирование и выполнение сети уравнивания потенциалов невозможно, на границе каждой зоны LPZ 2 должен быть установлен кольцевой проводник. Если размеры зоны LPZ 2 превышают 5 м  5 м, должно быть выполнено дополнительное деление, чтобы ячейки сетки не превышали размер 5 м  5 м. Кольцевой проводник должен быть соединен с кольцевым проводником, окружающим зону LPZ 1, по меньшей мере, в двух местах, расположенных как можно дальше друг от друга.

В.4.3 Проектирование основных мер защиты для зоны защиты от молнии LPZ 3

Основой мер защиты являются внутреннее экранирование и выполнение сети уравнивания потенциалов либо кольцевого проводника внутри зоны LPZ 2. Если внутреннее экранирование и выполнение сети уравнивания потенциалов невозможно, то на границе каждой зоны LPZ 3 должен быть установлен кольцевой проводник. Если размеры зоны LPZ 3 превышают 5 м  5 м, должно быть выполнено дополнительное деление, чтобы ячейки сетки не превышали размер 5 м  5 м. Кольцевой проводник должен быть соединен с кольцевым проводником, окружающим зону LPZ 2, по меньшей мере, в двух местах, расположенных как можно дальше друг от друга.

В.5 Установка системы согласованных устройств защиты SPD

При проектировании системы согласованных устройств защиты от перенапряжений должна быть предусмотрена защита кабелей, пересекающих границы различных зон LPZ.

Защиту, которая обеспечивается системой уравнивания потенциалов и системой согласованных устройств защиты SPD, существенно улучшит применение дополнительных мер.

При применении кабельных лотков, кабельных лестниц и тому подобного должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие их использование в качестве соответствующих экранов для кабелей, прокладываемых в них и/или по ним.

По возможности, должны быть рассмотрены дополнительные меры, такие как экранирование стен, полов, потолков и т.п., для обеспечения защиты дополнительно к уже имеющейся (см. раздел 6).

Меры, которые следует предусматривать при проектировании для улучшения взаимной связи между проектируемым зданием и другими зданиями, см. в В.11.

В случае если в здании, которое уже оснащено мерами защиты, устанавливаются новые внутренние системы, процесс проектирования должен быть выполнен повторно для расположения этих внутренних систем.

Полный процесс проектирования проиллюстрирован на блок-схеме (см. рисунок В.1).

Рисунок В.1 - Этапы проектирования мер защиты SPM для существующего здания

В.6 Модернизация существующей системы защиты от молнии LPS за счет применения пространственного экранирования зоны защиты от молнии LPZ 1

Существующая система защиты от молнии LPS (в соответствии с МЭК 62305-3) вокруг зоны защиты от молнии LPZ 1 может быть улучшена:

- за счет объединения существующих металлических фасадов и металлических крыш во внешнюю систему защиты от молнии LPS,

- за счет использования строительных арматурных стержней, обеспечивающих непрерывность электрической цепи от верха крыши до заземляющего устройства,

- за счет уменьшения интервала между токоотводами и уменьшения размера ячейки сетки молниеприемника до размеров менее 5 м,

- за счет установки гибких проводников уравнивания потенциалов параллельно компенсационному соединению между структурно разделенными соседними армированными блоками.

В.7 Создание зон защиты LPZ для электрических и электронных систем

Соответствующие зоны защиты от молнии LPZ устанавливаются в зависимости от числа, типа и чувствительности электрических и электронных систем, начиная с небольших локальных зон (оболочка отдельного электронного оборудования) и заканчивая большими объединенными зонами (объем всего здания).

На рисунке В.2 показаны типовые компоновки зон LPZ для защиты внутренних систем, предусматривающие различные решения, подходящие для существующих зданий, в частности:

На рисунке В.2а показана установка одной зоны LPZ 1, создающей защищенный объем внутри всего здания, например для повышения уровней стойкости к перенапряжениям внутренних систем:

- Эта зона LPZ 1 может быть создана путем применения системы защиты от молнии в соответствии с МЭК 62305-3, состоящей из системы внешней защиты от молнии LPS (молниеприемник, токоотвод и заземляющее устройство) и системы внутренней защиты от молнии LPS (уравнивание потенциалов, выполняемое в целях защиты от молнии, и соответствующие разделяющие расстояния).

- Система внешней защиты от молнии LPS защищает зону LPZ 1 от ударов молнии в здание, но магнитное поле внутри зоны LPZ 1 остается почти не ослабленным. Это происходит из-за того, что проводники молниеприемника и токоотводы имеют ширину ячейки сетки и стандартные расстояния более 5 м, поэтому эффект пространственного экранирования незначителен, как пояснено выше.

- Система внутренней защиты от молнии LPS требует выполнения соединений для уравнивания потенциалов всех коммуникаций, входящих в здание на границе зоны LPZ 1, включая установку устройств защиты SPD для всех электрических и сигнальных кабельных линий. Это гарантирует ограничение устройствами защиты SPD наведенных перенапряжений на входящих линиях при вводе их в здание.

Примечание - Для исключения низкочастотных помех внутри зоны LPZ 1 могут быть полезны разделительные интерфейсы.

Обозначения:

Е - силовые кабельные линии;

S - сигнальные кабельные линии.

Рисунок В.2а - Неэкранированная зона LPZ 1 с применением системы защиты от молнии LPS и устройств защиты SPD на вводе кабельных линий в здание (например, для повышения уровня стойкости систем к перенапряжениям или для небольших контуров внутри здания)

Обозначения:

E - силовые кабельные линии;

S - сигнальные кабельные линии.

Рисунок В.2b - Неэкранированная зона защиты LPZ 1 новых внутренних систем с применением экранирования для сигнальных кабельных линий и согласованных устройств защиты SPD для силовых кабельных линий

Обозначения:

Е - силовые кабельные линии;

S - сигнальные кабельные линии.

Рисунок В.2с - Неэкранированная зона LPZ 1 и большая экранированная зона LPZ 2 для новых внутренних систем

Обозначения:

Е - силовые кабельные линии;

S - сигнальные кабельные линии.

Рисунок В.2d - Неэкранированная зона LPZ 1 и две локальные зоны LPZ 2 для новых внутренних систем

Рисунок В.2 - Возможные варианты создания зон LPZ в существующих зданиях

На рисунке В.2b показано, что в неэкранированной зоне LPZ 1 новое оборудование также нуждается в защите от перенапряжений, передаваемых проводным путем. Например, сигнальные цепи могут быть защищены за счет применения экранированных кабелей, а силовые цепи - за счет применения системы согласованных устройств защиты SPD. Это может потребовать применения дополнительных устройств защиты SPD, испытанных током I_N, и устройств защиты SPD, испытанных волной комбинированной формы, установленных вблизи оборудования и согласованных с устройствами защиты SPD, установленными на вводе кабельных линий в здание. Это может потребовать применения дополнительной изоляции оборудования с двойной изоляцией (класс II).

На рисунке В.2с показано создание большой общей зоны LPZ 2 внутри зоны LPZ 1 для размещения новых внутренних систем. Пространственный экран зоны LPZ 2, выполненный в виде сетки, обеспечивает значительное ослабление магнитного поля молнии. Устройства защиты SPD, установленные на границе зоны LPZ 1 (переход 0/1) и далее на границе зоны LPZ 2 (переход 1/2), показанные с левой стороны рисунка, должны быть согласованы в соответствии с МЭК 61643-12. Устройства защиты SPD, установленные на границе зоны LPZ 1, показанные с правой стороны рисунка, должны быть выбраны для прямого перехода между зонами 0/2 (см. С.3.5).

На рисунке В.2d показано создание двух небольших зон LPZ 2 внутри зоны LPZ 1. Как для силовых линий, так и для сигнальных линий на границе каждой зоны LPZ 2 должны быть установлены дополнительные устройства защиты SPD. Эти устройства защиты SPD должны быть согласованы с устройствами защиты SPD на границе с зоной LPZ 1 в соответствии с МЭК 51643-12.

В.8 Защита при помощи уравнивания потенциалов

Существующие системы заземления, выполненные для частоты питающей сети, могут не обеспечить удовлетворительное уравнивание потенциалов для токов молнии с частотами до нескольких МГц из-за их высокого импеданса на этих частотах.

Даже система защиты от молнии LPS, выполненная в соответствии с МЭК 62305-3, который обычно допускает ширину ячейки сетки более 5 м и предусматривает уравнивание потенциалов как обязательную часть системы внутренней защиты от молнии, может быть не удовлетворительной для чувствительных внутренних систем. Это объясняется тем, что импеданс этой системы уравнивания потенциалов может быть все еще слишком высоким для данного случая применения.

Система уравнивания потенциалов с низким импедансом и с типовым размером ячейки сетки 5 м и менее является строго рекомендуемой.

Как правило, сеть уравнивания потенциалов не должна использоваться в качестве цепи обратного тока ни в силовых, ни в сигнальных цепях. Поэтому защитный проводник РЕ должен быть присоединен к сети уравнивания потенциалов, а PEN-проводник не должен подключаться к сети уравнивания потенциалов напрямую.

Допускается присоединение функционального заземляющего проводника (например, "чистая земля" специально для электронных систем) к сети уравнивания потенциалов с низким импедансом, так как в этом случае воздействие помех на электрические или сигнальные цепи будет очень низким. Для исключения воздействия помех промышленной частоты на электронные системы прямое присоединение к системе уравнивания потенциалов PEN-проводника или других соединенных с ним металлических частей не допускается.

В.9 Защита при помощи устройств защиты от перенапряжений

Для ограничения перенапряжений, наведенных молнией в электрических цепях, устройства защиты SPD должны быть установлены на вводе в любую внутреннюю зону LPZ (см. рисунок В.2 и рисунок В.8, позиция 3).

В зданиях с несогласованными устройствами защиты SPD может произойти повреждение внутренней системы, если устройство защиты SPD, расположенное ниже, или устройство защиты SPD, имеющееся внутри оборудования, препятствует надлежащей работе устройства защиты от перенапряжений, установленного на вводе кабельных линий.

Для обеспечения эффективности принятых защитных мер расположение всех установленных устройств защиты SPD должно быть задокументировано.

В.10 Защита при помощи разделительных интерфейсов

Протекание токов, создаваемых помехами частоты питающей сети, по оборудованию и по подключенным к нему сигнальным цепям может быть вызвано большой площадью контуров или недостаточно низким импедансом сети уравнивания потенциалов. Для исключения таких помех (главным образом в установках с системой TN-C) может быть достигнуто соответствующее разделение между существующими и новыми установками при помощи разделительных интерфейсов, таких как:

- оборудование с изоляцией класса II (двойная изоляция без защитного проводника РЕ),

- разделительные трансформаторы,

- оптоволоконные кабели, не содержащие металл,

- оптические соединители.

Примечание - Должно быть уделено внимание тому, чтобы металлические оболочки оборудования не имели непреднамеренной гальванической связи с сетью уравнивания потенциалов или с другими металлическими частями, но были от них изолированы. Эта ситуация в большинстве случаев возникает из-за того, что электронное оборудование, установленное в жилых помещениях или офисах, связано с эталонной землей только кабелями.

В.11 Защита при помощи выбора трасс прокладки и экранирования кабельных линий

Соответствующая трассировка и экранирование кабельных линий являются эффективными мерами для уменьшения наведенных перенапряжений. Эти меры особенно важны, если эффективность пространственного экранирования зоны LPZ 1 очень мала. В этом случае улучшенную защиту обеспечивают следующие правила:

- уменьшение площади индуктивного контура;

- исключение питания нового оборудования от существующих магистралей во избежание создания замкнутых индуктивных контуров большой площади, значительно увеличивающих риск повреждения. Избежать создания замкнутых индуктивных контуров большой площади можно также за счет прокладки электрических и сигнальных линий в непосредственной близости одна к другой (см. рисунок В.8, позиция 8);

- применение экранированных кабелей. Экраны этих сигнальных кабелей должны быть присоединены к сети уравнивания потенциалов, по меньшей мере, на каждом конце;

- применение металлических кабельных коробов или присоединенных к сети уравнивания потенциалов металлических полос. Отдельные секции должны быть надежно соединены электрически между собой и присоединены к сети уравнивания потенциалов на каждом конце общей длины. Соединения должны быть болтовыми, выполненными внахлест или при помощи соединительных проводников. Для обеспечения низкого импеданса кабельного короба по его периметру должны быть установлены многократные болтовые соединения или полосы (см. [6]).

Примеры правильной прокладки кабелей и способы экранирования приведены на рисунках В.3 и В.4.

Примечание - Если расстояние между сигнальными линиями и электронным оборудованием в пределах общих помещений (которые не предназначены специально для электронных систем) превышает 10 м, рекомендуется использовать сбалансированные сигнальные линии с соответствующими гальваническими развязками, например оптическими соединителями, разделительными трансформаторами или разделительными усилителями. Кроме того, полезным может быть применение триаксиальных кабелей.

Обозначения:

1 - защитный проводник РЕ, если используется оборудование класса I;

2 - экран каждого кабеля должен быть присоединен к сети уравнивания потенциалов на обоих концах;

3 - металлическая полоса как дополнительный экран (см. рисунок В.4);

4 - малая площадь контура.

Примечание - Благодаря малой площади контура наведенное напряжение между экраном кабеля и металлической полосой мало.

Рисунок В.3 - Уменьшение площади контура за счет прокладки экранированных кабелей вблизи металлической полосы

Обозначения:

1 - крепление кабелей с эквипотенциальным присоединением или без эквипотенциального присоединения экранов кабелей к полосе;

2 - на краях магнитное поле выше, чем в середине полосы;

Е - электрические кабели;

S - сигнальные кабели.

Рисунок В.4 - Пример применения металлической полосы для дополнительного экранирования

В.12 Меры защиты внешнего оборудования

В.12.1 Общие положения

Примерами внешнего оборудования являются: датчики любого вида, включая антенны; метеорологические датчики; телевизионные камеры видеонаблюдения; датчики наружной установки промышленных предприятий (давления, температуры, скорости потока, положения клапана и т.п.) и любое другое электрическое, электронное или радиотехническое оборудование, расположенное снаружи, на сооружении, включая мачты и технологические резервуары.

В.12.2 Защита внешнего оборудования

По возможности, оборудование должно быть размещено в зоне защиты LPZ 0_В с применением, например локального молниеприемника для защиты оборудования от прямых ударов молнии (см. рисунок В.5).

Для определения вероятности прямого удара молнии в оборудование, установленное наверху или на наружных стенах здания, должен быть применен метод катящейся сферы (см. МЭК 62305-3). Если это будет иметь место, то должны быть установлены дополнительные молниеприемники. Во многих случаях перила, лестницы, трубы и т.п. могут удовлетворительно выполнять функцию молниеприемника. Все оборудование, за исключением некоторых типов антенн, может быть защищено таким способом. В некоторых случаях антенны должны быть размещены на открытых площадках для исключения влияния на их работу расположенных вблизи проводников молниеотводов. Некоторые типы антенн оборудованы внутренней самозащитой, так как только надежно заземленные проводящие элементы подвергаются ударам молнии. Другие типы антенн могут потребовать установки устройств защиты SPD на их питающих кабелях для предотвращения передачи по кабелям чрезмерных переходных перенапряжений к приемнику или передатчику. При наличии внешней системы защиты от молнии LPS опоры антенн должны быть присоединены к ней.

Обозначения:

1 - стержень молниеприемника;

2 - стальная мачта с антенной;

3 - перила;

4 - взаимосвязанная арматура;

5 - кабельная линия, выходящая из зоны LPZ 0_В, требует установки устройства защиты (SPD) на вводе в оборудование;

6 - кабельная линия, выходящая