С наближаването на пролетта идват и гръмотевичните бури. Те са съпроводени не само с проливен дъжд, но и с мълнии, които могат да нанесат огромни поражения на цялата електрическа инсталация, да повредят скъпо офис-оборудване, дори да причинят пожар. Затова мълниезащитата вече не е лукс или разточителство, а необходимо средство за гарантиране цялостната безопасност на сградата и живота на хората.
Какви средства са необходими за пълната защита на офиса или дома ви, когато се разрази гръмотевична буря? Малко хора са наясно, че монтирането само на един мълниеотвод на покрива не е гаранция за цялостна защита. По принцип България е страна с висока гръмотевична активност, като в отделни райони тя е доста висока.
Специалистите са категорични, че изграждането на пълна комплексна система за мълниезащита трябва задължително да включва както външна, така вътрешна инсталация, които могат да гарантират пълната защита на сградата или съоръжението. Можем да посочим три системи, които гарантират безопасност за нас и нашето имущество, когато навън започне да святка и гърми:
От физична гледна точка мълнията представлява електрически разряд с огромна мощност, съпроводен от образуване на електрическа дъга – светкавица и звуков ефект – гръмотевица. Причината за образуването на мълнии е разликата в потенциалите (до 1000kW) на атмосферата и земната повърхност. Процесът протича в тесен канал - въздухът в него се загрява и от изолатор се превръща в проводник. При това протича ток със сила до 200000А, при електрически потенциал от десетки мегаволта. Като цяло процесът се развива приблизително за 1/100 от секундата. Ширината на канала на мълнията е около 40-50 см, но електричеството протича основно по оста му, широка едва няколко сантиметра. В канала се развива много висока температура, понякога до 30000°С. Ето защо мълнията има ослепителен блясък, а оглушителният гръм, който я съпровожда, е резултат от внезапното разширяване на въздуха поради високата температура и последващото бързо свиване. Освен това каналът на мълнията става източник на радиовълни, които се проявяват като смущения в електронната апаратура. Исторически изобретателят на мълниеотвода (неправилно наричан “гръмоотвод” в разговорната реч) е създателят на американската конституция – Бенджамин Франклин. И ако в миналото на мълниезащитата не се е обръщало необходимото внимание, то днес, поради масовото навлизане на електрониката във всички сфери на индустрията и бита, пораженията от директен или индиректен удар на мълния могат да са катастрофални. Тази огромна разрушителна мощ, обаче, може да се избегне, ако се използват съвременни средства за защита.
Системата за външна защита предпазва сградата от директен удар на мълния, като отвежда електрическия разряд директно в земята. Тя има три основни елемента.
Предназначението на мълниеприемника е улавяне на мълнията и осигуряване на термична и механична защита на охранявания обект, предпазване от възникване на пожар и човешки жертви.
Според местоположението си на монтиране мълниеприемниците биват: изолирани и неизолирани.
Мълниеприемникът е изолиран, когато се монтира встрани от защитавания обект. Използва се в тези случаи, когато зданието има пожароопасни участъци, например леснозапалимо покривно покритие, складирани взривоопасни материали и т.н.
Неизолираните мълниеприемници са по-разпространени и използвани за защита на жилищни, промишлени и административни сгради. Те се монтират непосредствено върху покрива на защитавания обект, като мястото за инсталиране трябва да се подбере според действащите нормативи и стандарти.
И в двата случая мълниеприемникът трябва да защитава отделните части на обекта, които са изложени на опасност от удар на мълния – ъглите на покрива и сградата, комините, водосточните и вентилационните тръби и т.н.
Като мълниеприемник могат да се използват: двойка усукани проводници (мрежа), метален прът (единичен мълниеприемник), опънато въже (въжен мълниеприемник), а за постигане на оптимално технико-икономическо решение при проектиране специалистите препоръчват комбиниране на различните видове. Това се обуславя и от факта, че при новите и модерни сгради покривът може да е с нестандартна и разчупена форма.
В практиката се използват основно два типа различни мълниеприемници:
1. Конвенционален (наричан още традиционен или франклин мълниеприемник), който представлява метален прът, изработен от мед, алуминий или стомана, с дължина 1 - 1,5м и диаметър 15мм.
2. Активен - ESE (Early Streamer Emission) – йонизиращ мълниеприемник. Тук има изкуствено повишаване на йонизацията на острието на мълниеотвода. Това се постига с радиоактивен източник, източник с пулсиращо напрежение или чрез специална форма на мълниеотвода, изкуствено повишаваща йонизацията.
И двата типа имат своите поддръжници и противници сред специалистите в бранша. Засега обаче няма единно мнение по въпроса кой от двата типа е по-надежден при попадане на пряк удар от мълния.
Това е свързващото звено между мълниеприемника и заземителната система. Нейната задача е отвеждане на електрическия разряд на мълнията под земната повърхност. По принцип токоотвеждащата шина представлява проводник със сечение 6mm. Той трябва да се прокарва по възможно най-краткия път от мълниеприемника към заземителя, без излишни нагъвания или усуквания, като минималното количество токоотводи трябва да е равно на две. Във всички случаи обаче количеството на токоотводите трябва да е четно число. Препоръчва се токоотвеждащата шина да е откритa и да преминава в близост до ъглите на сградата, защото, ако инсталацията е скрита под външната мазилка или облицовка, при провеждане на тока от мълнията тя може да се повреди поради температурното разширение на проводниците.
На последно място, но не и по важност, в системата за външна защита е системата за заземяване и изравняване на потенциалите. Предназначението й е защитата на хора от високи контактни напрежения. Под система за заземяване се разбира съчетание от заземител и заземителни проводници (шина), съединени помежду си в единична затворена верига. Задачата им е сигурно отвеждане в земята на големия електрически разряд, който възниква при късо съединение и удар на мълния. Основно правило при заземяването е постоянна поддръжка на електрооборудването и електрическите системи с еталонен потенциал. Т.е. всички елементи, свързани със земята, трябва да имат нулев потенциал. Заземителят трябва да е вкопан на 1-2 метра под земята, като за целта може да се използва изработена от неръждаема стомана тръба (щанга). Съгласно VDE (Асоциация за електронни и информационни технологии в Германия), всички елементи на мълниезащитните инсталации трябва да отговарят и на съответните стандарти, т.е. – да ги достигат или превишават по отношение на напречното сечение, защита от корозия, електрическо свързване и здравина.
Вътрешната система се състои от шина за изравняване на потенциалите, към която са свързани всички метални конструкции и електрически проводници в сградата, и разрядници, чието предназначение е неутрализиране на импулса от пренапрежение. Като цяло задачата на системата е предпазване на електронното оборудване в сградата от импулсните атмосферни или комутационни пренапрежения.
Атмосферните пренапрежения възникват както от директен удар на мълния, така и от индиректното й влияние в район до около 1,5км от нейното попадане, или от атмосферни електромагнитни разтоварвания.
Комутационните пренапрежения се пораждат в мрежи високо и ниско напрежение. В мрежите високо напрежение опасността възниква при включване или изключване на ненатоварен електропровод или трансформатор, големи електрически товари, къси съединения. В мрежите ниско напрежение това се поражда от включване и изключване на различни индуктивности - трансформатори, бобини за защити и релета, превключване на домакински уреди, луминесцентни лампи и др.
Появата на импулсни пренапрежения в основното електрозахранване може да доведе до възникване на сериозни повреди в прецизните електронни устройства - компютърни конфигурации, интернет-мрежи, видео- и аудиотехника, сателитни и комуникационни апаратури.
Тези смущения могат да бъдат предизвикани както отвън, през електроснабдителните и информационни трасета, така и да се генерират от фактори вътре в самата сграда. Смущенията се разпространяват както по галваничен, така и по електромагнитен път.
По принцип в България защитата от импулсни пренапрежения с атмосферен произход е по-добре развита – повечето сгради са съоръжени с мълниеотводна система за защита, или т.н. външна защита, която описахме по-горе. Все още, обаче, се недооценява риска от повреда на електрическите устройства в сградите, причинени от атмосферни или комутационни пренапрежения – т.е. изграждането на вътрешна защита.
Пренапреженията могат да нарушат нормалния ход на работа на незащитените обекти –възникване на пожари, разрушаване на изолацията и електронното оборудване, аварийни ситуации при технологични процеси и производства, и т.н.
Съгласно изискванията на стандарт IEC 61643-1:1998-02 системите за защита от пренапрежения се изграждат на няколко нива:
Първо ниво: монтират се мощни разрядници (арестори) в главното разпределително табло или разпределителния трансформаторен пост. Устройствата са предназначени да “шунтират” първите и съответно най-мощни пренапреженови импулси с мощност, по-голяма от 40кА. Ниво на защита - 4kV.
Второ ниво: Използват се пренапреженови защити (варистори), монтирани в локалните електрически табла. Изискванията към тях са възможност за отвеждане на импулси с мощност, не по-малка от 20кА. Ниво на защита - 2,5kV.
Трето ниво (фина защита): реализира се посредством разклонители или отделни контакти с вградена защита от импулсни пренапрежения, посредством които индивидуално се захранват отделни електронни устройства. Предназначението им е да поемат и да не допускат до крайните устройства по-маломощни пренапреженови импулси, предизвикани от мълнии и от самоиндукция, възникваща при сработване на защитите от първо и второ ниво. Ниво на защита - 1,5kV.
Защитни апарати се произвеждат от редица чужди фирми – немски, френски и т.н. Тяхната работа е съобразена с мястото им в отделните нива на системата, нивото на очакваните пренапрежения и степенуването им, вида на защитаваното съоръжение, условията на работа, технически параметри и др. Производството им е съобразено с изискванията на международните стандарти. Съществен компонент в устройствата за защита от импулсни пренапрежения е съпротивлението, зависещо от напрежението (варистори, стабилизиращи диоди) и/или т.нар. искрова междина. Тези устройства служат за защита на други електрически уреди и инсталации от недопустимо високи пренапрежения и/или за изравняване на потенциала. Устройствата за защита от импулсни пренапрежения могат да се класифицират според различни критерии, но могат да се обособят в две основни групи.
Те трябва да отговарят на изискванията на следните стандарти и норми: IEC 61643-1, E DIN VDE 0675-6: 1989-11, -6/A1:1996-03, -6/A2:1996-10. Разделят се на четири класа: А, В, С и D, според специфичните изисквания за местоположението им на монтаж в мрежата и защитаваните съоръжения. Апарати клас А се монтират на въздушни линии, където няма контакт с хора, а апарати клас В, С и D осигуряват защита при допир, не дефектират и не са пожароопасни при излагане на допустимо натоварване. Те се монтират в главното, етажното или локалното табло – според потребителя. Само координирано изградена защитна система с участието на апарати клас В, С и D може да гарантира сигурност и нормална работа на потребителите.
Тази група защитни апарати трябва да отговаря на изискванията, поставени в международно утвърдените стандарти и норми: IEC SC 37A, E DIN VDE 0845-2:1993-10 (и съответно DIN VDE 0845). Тук се акцентира върху защитата на съоръженията за информационен обмен и обработка на данни, телекомуникации, измервателна, управляваща и регулираща техника срещу атмосферни комутационни пренапрежения, поява на статично електричество и пренапрежения от силнотоково влияние. Предназначението на защитните апарати е да ограничават опасните пренапрежения до ниво, безопасно за потребителите. В тази група се включват и специализирани апарати за кабелни, компютърни, телевизионни съоръжения, както и комбинирани апарати, обединяващи защитата откъм електрозахранване и информационно обслужване. Електронизацията е навлязла вече масово във всички сфери на индустрията. Пораженията, които е възможно да нанесе удар от мълния, вече далеч не се ограничават до физическо разрушаване на сгради и съоръжения. Атмосферните и комутационни пренапрежения могат да парализират работата на банки, информационни центрове, алармени инсталации и т.н., и така да нанесат финансови загуби за предприятия и производства, дори и загуба на ценна информация. Външната и вътрешна мълниезащита в сгради е необходима. Затова не отлагайте повече решението за инсталирането й!