Система внутренней молниезащиты

Грозовые раскаты. Они и завораживают, и пугают, заставляя человека ощущать полную беспомощность. Причем уязвимы можем быть не только мы. Технике, которая сопровождает нас в повседневной жизни, тоже несдобровать при попадании в нее стрелы Зевса. И уповать лишь на внешнюю молниезащиту бессмысленно, поскольку она позволяет просто распределить разряд между громоотводом, электропроводами и линиями связи... 

Система внутренней молниезащиты

 

Грозовые раскаты. Они и завораживают, и пугают, заставляя человека ощущать полную беспомощность. Причем уязвимы можем быть не только мы. Технике, которая сопровождает нас в повседневной жизни, тоже несдобровать при попадании в нее стрелы Зевса. И уповать лишь на внешнюю молниезащиту бессмысленно, поскольку она позволяет просто распределить разряд между громоотводом, электропроводами и линиями связи...

Итак, помимо внешней системы молниезащиты, существует и внутренняя, служащая для того, чтобы природный разряд не нашел пути к проводам. Ведь в случае подобного контакта он либо сожжет их из-за многократного превышения рабочего напряжения, либо пройдет дальше и выведет из строя бытовую технику «на том конце». А если учесть, что современные загородные дома часто напичканы электроникой, ра­ботающей на слабых токах, ситуация становится особенно напряженной. Незавидная судьба будет уготована и компьютеру вместе со всеми храня­щимися на его жестком диске данными, и аудио- и видеотехнике на микропроцессорах, и сложным и дорогим комплексам климат контроля, и охраннопожарной сигнализации, и организации видеонаблюдения. Стоит ли говорить о чрезвычайно нежной системе «умного дома»?

И даже тот факт, что молния слегка промазала, не всегда приносит облегчение. Попади она в расположенную в пределах полутора-двух километров линию, подводящую к дому ток, — и из-за возникшего в сети даже не слишком заметного скачка напряжения («благодаря» наведенному в проводниках электромагнитному полю) проблем не оберешься. Уповать же исключительно на предохранители и устройства защитного отключения (УЗО), встроенные в большинство приборов, не стоит — они не всегда реагируют достаточно бы­стро. К тому же для слаботочных узлов, коими явля­ются, например, основные элементы построения интеллектуального здания — структурированные кабельные системы (СКС), просто-напросто не су­ществует экстренных отключателей как таковых.

Братство кольца

Конструкция внутренней молниезащиты во многом обусловлена решаемой ею задачей по нейтрализации импульсного перенапряжения, вызванного разрядом длительностью порядка 1 мс. Для этого служит так называемая шина выравнивания потенциалов. Она связывает все токопроводящие элементы здания в единую систему для равномерного распределения токов и подключения приборов вкупе с питающими их проводами к общему заземлению. Таким способом разность потенциалов доводят до номи­нальных значений, характерных для конкретной сети. Подсоединение производят с помощью соединительных клемм, хомутов и т.д.

Но полноценной оборону от вторичных поражающих факторов делают ограничители перенапряжения, подсоединяемые к электросети: варисторы, разрядники и их комбинации, в меньшей степени — трансформаторы и диоды. Функция всех подобных устройств заключается в сниже­нии подводимого к домашнему оборудованию тока до определенной величины. Тип, количество и мощность каждого ограничителя должен подбирать специалист. Мало знать, сколько техники находится в доме и какая она. Потребуется еще и изучение индивидуальных особенностей при­надлежащей вам недвижимости, включающее в себя энергетический расчет всей нагрузки, осмотр самого здания и пристроек к нему с осо­бым упором на конструкцию крыши и материал ее изготовления.

Так уж повелось, что оборудование, входящее в систему внутренней молниезащиты, делят на некие зоны ответственности, между которыми и монтируют ограничители перенапряжений. Первую составляют силовые вводы (иными словами — кабели), вторую — распределительные шкафы. Приборы (вместе с розетками и выклю­чателями) образуют третью группу. Чтобы макси­мально обезопасить жилище, следует установить (причем правильно, соблюдая технику безопасности, ведь иначе спокойно разговаривать по телефону, смотреть телевизор, пользоваться компьютером не получится) устройства на всех трех уровнях. Особенно в местностях, где скачки напряжения не редкость и в погожие дни.

Защита от импульсного перенапряжения

На входе в домашнюю сеть (220/380 В, 50 Гц) устанавливают силовые разделительные транс­форматоры, нехитрую конструкцию и принцип действия которых многие помнят еще со школы. Грубо говоря, это сердечник с двумя обмотками — первичной и вторичной, отделенными друг от дру­га с помощью разделения электрических цепей. Задача данного устройства — преобразовать энергию молнии, понизив потенциал входящего высоковольтного импульса. Но, несмотря на до­статочную эффективность и практически без­граничный ресурс в обычных условиях, прямое попадание перуновой стрелы агрегат вряд ли переживет. Вероятность поломки зависит от сте­пени целостности изоляции первичной обмотки трансформатора. Самым мощным образцам стопроцентное поражение цели не навредит, но они имеют свои недостатки: тяжелы, громоздки и, наконец, дороги. 

В распределительных щитах обычно монти­руют разрядники — одиночные и модульные (по несколько штук в ряд). Таков, пожалуй, наи­более распространенный способ ограничения перенапряжения. Возникающий между двумя токопроводящими пластинами дуговой разряд заставляет молнию уйти в землю.

В продаже есть два типа данных приборов: газонаполненные и воздушные (двух- и многоэлектродные). У первых дуговая камера (проме­жуток между пластинами) заполнена инертным газом низкого давления (обычно смесью аргона и неона), кроме того, они обладают очень боль­шим сопротивлением, поэтому вне зависимости от параметров окружающей среды способны бороться за жизнь даже самой капризной (высокочастотной) техники: микроволновых печей, модемов, аппаратуры связи, систем домашних кинотеатров и т.д.

Воздушные разрядники (вместо инертного газа в них закачан воздух) лучше не устанавливать в щитах, где много пластиковых деталей, поскольку при возникновении электроимпульса происходит выброс раскаленного ионизированного воздуха из дуговой камеры, что чревато расплавлением синтетического материала, не слишком термо­стойкого по сравнению с железом.

Длительность самого импульса зависит от величины возникающего тока: при малых значениях (от 1 до 20 кА) она составляет 8/20 мкс, а при максимальных (до 60 кА) — 10/350 мкс. Первое число показывает продолжительность нарастания, второе — соответственно убыва­ния. Напряжение, при котором появляется спа­сительный контр разряд, в результате действий умной техники снижается от 1,5 до 4 кВ, а время отклика — примерно до 100 не.

Более правильной сточки зрения обеспечения максимальной защиты домашнего электрооборудования является совместная установка рассмо­тренных выше приборов и варисторов. Принцип действия последних основан на резком пониже­нии сопротивления в случае скачка напряжения выше некоего пограничного значения. У данных устройств самое короткое время срабатывания (менее 25 не), и они обеспечивают минимальное количеством помех, однако в одиночку большие токи одолеть не в силах. В то же время разрядники способны сладить со значениями, превы­шающими возможности варистора практически в 100 раз. Однако ни те ни другие не могут по­хвастаться таким долгим сроком службы, какой демонстрируют трансформаторы.

Еще скорее срабатывают (менее чем через 1 не) защитные диоды. Правда, предел разряд­ного тока для них — 1 кА, поэтому подобные приспособления нашли применение лишь для предохранения аппаратов связи от вторичных последствий ударов молнии.

Пока не грянул гром…

Итак, при прямом попадании молнии одной из первоочередных задач является отсечение основной части токов и как следствие снижение нагрузки на сеть примерно до 4 кВ. Здесь, на границе, очерченной внешним контуром заземления и стенами здания, на входе в домашнюю электро­сеть трудятся мощные гибридные разрядники, собранные в модули, и иногда трансформато­ры. Затем в борьбу вступают так называемые ограничители второго класса, снижая остаточ­ный импульс и доводя значение напряжения до 2,5 кВ. В большинстве случаев подобной системы вполне достаточно для того, чтобы не опасаться за бытовую технику.

Но если дом упакован по полной: проведена компьютерная сеть, установлен домашний кинотеатр, а тем более если чуть ли не все системы жизнеобеспечения являются интеллектуальны­ми, придется озаботиться еще и подключением ограничителей третьего класса, уменьшающих разность потенциалов до вполне приемлемых 1,5 или даже 0,017 кВ. При монтаже соблюдают правило: минимальное расстояние между сосед­ними зонами должно быть 7-10 м (если считать по длине питающего кабеля), а лучше все 15м. Только так весь комплекс будет работать сла­женно и без обидных сбоев в течение 15-20 лет. В случае невозможности выстроить подобную схему молниезащиты на распределительном щите устанавливают дроссель.

Но, конечно, без эффективного заземления вся описанная выше структура, состоящая из ограничителей перенапряжения, бессмысленна. Мало снизить значение тока помехи, надо еще и уравнять потенциалы путем соединения всех проводящих элементов с отводящим комплексом через шину, о которой мы уже упоминали.

Оттого, сколько вы готовы выложить за свою безопасность, в конечном итоге зависит комплектация системы. И наоборот, после оценки вероятности попадания молнии в ваше жилище и выбора желаемой степени защищенности домашней электроники можно судить о финансовых затратах на проектирование, закупку необходимого оборудования и его монтаж. Раз­брос цен тут достаточно велик — от 50 до почти 200 тыс. руб.

Полезная информация

• Варисторы могут образовывать гибридные схемы не только с разрядниками. Часто их устанавливают на выходе трансформатора для нейтрализации высоковольтного импульса, самопроизвольно генерированного при отключении первичной сети.
• Если по каким-либо причинам у вас нет возможности установить ограничители перенапряжения, постарайтесь в непогоду максимально обезопасить свое жилище, обесточив все приборы и вытащив антенный ввод.