Министерство  образования и науки Российской Федерации

 Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования 

  «Пермский национальный исследовательский  политехнический  университет» 

Электротехнический  факультет

Кафедра Микропроцессорных средств автоматизации 
 
 
 
 
 
 
 

  РЕФЕРАТ 
по дисциплине «Электромагнитная совместимость» 
тема: «Методы и средства защиты объектов электроэнергетики от молний» 
 

Выполнил: 
студент группы ЭСз-07 Шилов О.В. 
Проверил: 
ст. преподаватель Калинин И.С. 
 
 
 
 

Пермь 
2012 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

СОДЕРЖАНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 3

ЗОНОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ ЗАЩИТЫ 5

ВЫБОР ТИПА ЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ 17

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 19

 

ВВЕДЕНИЕ

  В настоящее время строится и реконструируется большое число объектов с повышенными  требованиями к молниезащите: электростанции (ЭС), особенно атомные (АЭС), подстанции (ПС), объекты нефтегазовой отрасли, транспорта, связи и др.

    Функционирование многих объектов  сегодня обеспечивает микропроцессорная  (МП) аппаратура, чувствительная к  импульсным электромагнитным помехам  (возникающим в том числе при  молниевом разряде). МП аппаратура  выполняет всё более и более  важные функции. Поэтому понятие  «молниезащита» применительно к  современному положению расширилось.  Молниезащиту можно разделить  на две взаимосвязанные составляющие: защита от первичных и вторичных  проявлений молнии.

    К защите от первичных проявлений  относится только внешняя система  молниезащиты и заземления, обеспечивающая  собственно защиту объекта от  прямых разрядов (способных привести  к гибели людей, повреждению  основного оборудования, пожарам,  взрывам, и т.п.) и отвод основной  части тока молнии в заземлитель.  К защите от вторичных проявлений  молнии относятся средства, обеспечивающие  защиту чувствительной аппаратуры  и ее цепей от импульсных  разностей потенциалов между  «землями», возникающих при близком  молниевом разряде. К защите  от вторичных проявлений молнии  также относят средства экранирования  электромагнитных полей, воздействующих  на аппаратуру и ее цепи.

  Назначение  молниезащиты зданий и сооружений - обеспечение электромагнитной совместимости  основной среды обитания человека и  атмосферного электричества во всех его проявлениях, в том числе  и в виде грозы. Она включает комплекс мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений, возможных при воздействии молний.

  Обеспечение электромагнитной совместимости включает:

-  защиту  зданий и сооружений при ПУМ от каких бы то ни было повреждений (механических, термических, электротехнических) их частей; 
- исключение искрообразования, пожаров и взрывов во всех помещениях зданий и сооружений, включая помещения, содержащие взрывоопасный и пожароопасные зоны;

- обеспечение  электробезопасности как внутри  зданий и сооружений, так и  снаружи; 
- исключение выноса опасного потенциала;

- защиту  электроустановок и информационно-технологического  оборудования от электромагнитного  влияния молнии.

  По  степени защиты здания и сооружения подразделяются на три категории: здания и сооружения, отнесённые к I и II категории молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных проявлений молнии и заноса высокого потенциала через наземные, надземные и подземные металлические коммуникации; здания и сооружения, отнесённые к III категории молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные и подземные металлические коммуникации.

  Классификация объектов определяется по опасности  ударов молнии для самого объекта  и его окружения. Непосредственное опасное воздействие молнии - это  пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения  электрического и электронного оборудования. Удары молнии могут быть особо  опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения.

  Рассматриваемые объекты могут подразделяться на обычные и специальные. Обычные  объекты - жилые и административные строения, а также здания и сооружения высотой не более 60 м, предназначенные  для торговли, промышленного производства, сельского хозяйства.

  Специальные объекты: объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения; объекты, представляющие опасность для социальной и физической окружающей среды (объекты, которые при поражении молнией могут вызвать вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы); прочие объекты, для которых может предусматриваться специальная молниезащита, например строения высотой более 60 м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.

  При строительстве и реконструкции  для каждого класса объектов требуется  определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Например, для обычных объектов может быть предложено четыре уровня надежности защиты, указанных в таблице 1.

  Таблица 1

  Для специальных объектов минимально доступный  уровень надежности защиты от ПУМ  устанавливается в пределах 0,9 — 0,999 в зависимости от степени его  общественной значимости и тяжести  ожидаемых последствий от прямого  удара молнии.

 

ЗОНОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ  ЗАЩИТЫ

  Современное состояние молниезащиты зданий и  сооружений зависит от таких факторов, как наличие элементов молниезащиты, предназначенных для принятия электрического канала молнии, отвода и распределения  тока молнии в земле, правильность выполнения устройства молниезащиты, а также  ее эксплуатация  в соответствии с требованиями норм.

  В своей основе проблемы российской молниезащиты имеют нормативный характер. Действующие  на территории РФ нормы в области  молниезащиты не отражают, в полной мере, достижений современной науки  и техники.

  Эффективные методы и средства молниезащиты наиболее полно изложены в стандартах МЭК (Международная электротехническая комиссия) и подтверждены широким практическим применением в промышленно развитых странах.

  Сама  система молниезащиты состоит из нескольких составных частей, основные из которых, это внешняя и внутренняя молниезащита. Внешняя молниезащита – это защита от прямого удара  с устройством молниеприемной части, токоотводов и заземления. Внутренняя молниезащита – защита от наведенного  и занесенного грозового потенциала посредством уравнивания потенциалов  с применением ограничителей  перенапряжения.

  Требования, изложенные в данных стандартах, формируют  так называемую «Зоновую концепцию защиты», основными принципами которой являются:

  − применение строительных конструкций  с металлическими элементами (арматурой, каркасами, несущими элементами и т.п.), электрически связанными между собой  и системой заземления, и образующими  экранирующую среду для уменьшения воздействия внешних электромагнитных влияний внутри объекта («клетка  Фарадея»);

  − наличие правильно выполненной  системы заземления и выравнивания потенциалов;

  − деление объекта на условные защитные зоны и применение специальных устройств  защиты от перенапряжений (УЗИП);

  − соблюдение правил размещения защищаемого  оборудования и подключенных к нему проводников относительно другого  оборудования и проводников, способных  оказывать опасное воздействие  или вызвать наводки.

    Наиболее сложная схема системы  защиты должна выстраиваться  для объектов, которые находятся  на открытой местности и имеют  в своем составе высоко расположенные  элементы конструкции. К таким  объектам можно отнести промышленные  объекты с высокими трубами,  объекты связи с антенно-мачтовыми  сооружениями (АМС) и т.п., в которые с большой степенью вероятности может ударить молния, а также объекты, имеющие воздушные вводы электропитания.

  Токи  молний могут воздействовать на объект прямым способом при попадании молнии в его систему молниезащиты или  находящиеся в непосредственной близости сооружения, предметы или  деревья. Но наиболее частыми являются случаи вторичных воздействий при  ударе молнии в удаленные объекты (линии электропередач, подстанции и т.п.), связанные какими-либо коммуникациями с защищаемым объектом, или при  межоблачных разрядах, вызывающих возникновение  импульсных токов больших величин  в металлических элементах конструкций  и коммуникациях. Основные пути заноса перенапряжений для объектов различного типа показаны на рис. 1. 

  

  Рис. 1. Основные пути заноса перенапряжений объектов. 

  Защита  зданий от разрядов молнии осуществляется с помощью молниеотводов. Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, через которое ток молнии, минуя защищаемы объект, отводится в землю. Оно состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимающего на себя разряд молнии, токоотвода и заземлителя.

  Защитное  действие молниеотводов основано на свойстве молнии поражать прежде всего  более высокие, имеющие надежную связь с землей металлические  объекты. Во время лидерной стадии в  разряде молнии, на вершине молниеотвода (на молниеприемнике) скапливаются заряды, создающие наибольшие напряженности  электрического поля на пути между  развивающимся лидерным каналом  молнии и вершиной заземленного молниеотвода. По этому пути и развивается разряд. Возникновение и развитие с молниеотвода встречного ионизированного канала предопределяет разряд молнии в молниеотвод. Защищаемый объект, более низкий, чем  молниеотвод, будучи расположенным  поблизости от него или под ним, оказывается  заэкранированным молниеотводом и  встречным лидером и поэтому  практически не будет поражаться молнией.

  Пространство  вокруг молниеотвода, защищенное от попаданий  молнии, называется его зоной защиты. Защищаемы дом (постройка) должен полностью  входить в зону защиты молниеотвода. Вследствие того, что пути разрядов не постоянны, защищенность объектов обеспечивается лишь с определенной степенью надежности (не более 98 %).

  Отдельно  стоящие или закрепленные на доме молниеотводы по типам молниеприемников разделяются на стержневые и тросовые. Стержневые молниеотводы выполняются  в виде вертикально установленных  стержней (мачт) с установленными на них молниеприемниками, соединяемыми токоотводами с заземлителями, а  тросовые - в виде горизонтально  подвешенных тросов (проводов), являющихся молниеприемниками. По опорам, к которым  крепиться торс, прокладываются токоотводы, соединяющие молниеприемник с  заземлителем.  Тросовые молниеотводы применяются  для защиты длинных и узких  сооружений, а также в тех случаях, когда из-за каких-либо других причин нельзя установить необходимое число  стержневых молниеотводов. Для подавляющего большинства зданий защиты стержневыми  молниеотводами оказывается более  простой и удобной.

  Железобетонные  конструкции зданий, выполняющие  функцию естественного заземляющего устройства и имеющие электрическое  соединение с системой выравнивания потенциалов, достаточно хорошо экранируют находящуюся внутри технику от электромагнитных воздействий (клеть Фарадея), отводя большую опасную часть тока молнии при прямом попадании в объект на землю (см. рис.2).

  

  Рис 2. Структура здания (клеть Фарадея) и растекание токов по металлоконструкциям при прямом ударе молнии. 

  Зона 0А: Зона внешней среды объекта, все  точки которой могут подвергаться воздействию прямого удара молнии (иметь непосредственный контакт  с каналом молнии) и возникающего при этом электромагнитного поля.

  Зона 0В: Зона внешней среды объекта, точки  которой не подвергаются воздействию  прямого удара молнии (ПУМ), так  как находятся в пространстве, защищенном системой внешней молниезащиты. Однако в данной зоне имеется воздействие  неослабленного электромагнитного  поля.

  Зона 1: Внутренняя зона объекта, точки которой  не подвергаются воздействию прямого  удара молнии. В этой зоне токи во всех токопроводящих частях имеют значительно  меньшее значение по сравнению с  зонами 0А и 0В. Электромагнитное поле также снижено по сравнению с  зонами 0А и 0В за счет экранирующих свойств строительных конструкций.