Разъяснение системы молниезащиты: внешняя молниезащита, уравнивание потенциалов и SPD

A система молниезащиты (LPS) представляет собой скоординированный комплекс мер, решающий четыре различные задачи: определение места удара молнии, отвод тока молнии в землю, ограничение опасных разностей потенциалов, а также защита электрического и электронного оборудования от кондуктивных или наведенных перенапряжений.

Таким образом, молниеприемники, токоотводы, системы заземления, меры по уравниванию потенциалов и устройства защиты от перенапряжений (SPD) выполняют разные функции. Молниеприемник не является полноценной LPS. Заземлитель не является полноценной LPS. SPD также не является заменой конструктивной молниезащите.

Практический вопрос заключается не в том, “какое отдельное устройство останавливает молнию?”, а в следующем:

Для каждого пути от открытой конструкции до интерфейса оборудования назначена мера защиты и проведена проверка в соответствии с применимыми правилами проектирования?

Что такое система молниезащиты?

Международный электротехнический словарь определяет LPS как полную систему, используемую для защиты конструкции и ее содержимого от воздействия молнии. На практике эта полная система может включать конструктивные и внутренние меры, выбранные на основе оценки рисков для конкретного проекта.

IEC 62305-1:2024 устанавливает общие принципы защиты зданий, их инженерных систем и содержимого, а также людей. В нем разделяются меры по предотвращению физического ущерба и угрозы жизни и меры по предотвращению отказов электрических и электронных систем. Это различие важно, поскольку безопасный отвод тока прямого удара молнии вокруг здания не гарантирует защиту от переходных перенапряжений в панели управления, порте передачи данных или инверторе.

Функция защиты	Типовые меры	Основная решаемая проблема	Это не доказывает
Управление точкой удара молнии	Молниеприемные стержни, проводники, сетки или мачты, выбранные в соответствии с проектом системы молниезащиты (LPS)	Обеспечивает заданные точки приема удара молнии	Безопасный путь протекания тока, уравнивание потенциалов или защита оборудования
Отвод тока молнии	Токоотводы и их соединения	Обеспечивает прохождение тока молнии к системе заземления	Допустимые условия прикосновения/шагового напряжения или низкое напряжение оборудования
Заземлитель	Электроды и объединенные системы заземления	Рассеивает ток и обеспечивает общую опорную точку	О том, что все металлические коммуникации соединены системой уравнивания потенциалов или каждый кабель защищен от перенапряжений
Контроль разности потенциалов	Уравнивание потенциалов, разделение и соответствующие интерфейсы	Снижает риск опасного искрения и бокового разряда	Обеспечение надлежащего ограничения переходных процессов на входящих линиях питания и сигнальных линиях
Меры по защите от перенапряжений	Координированные SPD, экранирование, трассировка, заземление и проектирование защищенных зон	Снижает воздействие кондуктивных и наведенных помех на внутренние системы	Обеспечение защиты конструкции от физического воздействия прямого удара молнии

Пять рядов — это полезная инженерная схема, а не пять взаимозаменяемых продуктов или замена проектированию на основе стандартов.

Комплексная концепция защиты связывает путь внешнего разряда с уравниванием потенциалов и электрическими интерфейсами, входящими в защищаемые зоны.

Молниезащита работает через пять границ

Обзор на уровне здания становится более понятным, если разделить его на пять границ. Каждая граница имеет свой вид отказа, источник доказательств и ответственную дисциплину.

Граница	Проектный вопрос	Типовые доказательства	Условие остановки
1. Точка удара молнии	Где может произойти удар молнии и как предусмотренная система перехвата покроет конструкцию?	Геометрия здания, воздействие, оценка рисков, чертежи проекта молниезащиты	Отсутствие компетентного проекта внешней молниезащиты (LPS) для выявленного риска прямого удара молнии
2. Путь протекания тока молнии	Может ли ток проходить от системы молниеприемников к заземлению по непрерывным и подходящим путям?	Маршруты прокладки проводников, детали соединений, документация на компоненты, записи о проверках	Разорванный, поврежденный или не проверенный путь протекания тока
3. Уравнивание потенциалов и разделение	Может ли возникнуть опасная разность потенциалов между LPS и металлическими конструкциями или инженерными сетями?	План уравнивания потенциалов, оценка расстояния разделения, чертежи ввода инженерных сетей	Неустраненный риск бокового разряда или опасность шагового напряжения / напряжения прикосновения
4. Ввод питания	Может ли энергия импульсного перенапряжения проникнуть через линии питания, передачи данных, управления, антенные или другие проводящие линии?	Полная инвентаризация вводов, схема заземления, границы зон, план установки SPD	Один из путей проникновения через проводящие линии не учтен в концепции защиты
5. Интерфейс оборудования	Совместимо ли остаточное напряжение с подключенным оборудованием?	Информация о стойкости оборудования, данные о защите SPD, проложенные кабельные трассы, подтверждение координации	Уровень защиты или координация не могут быть продемонстрированы на клеммах оборудования

Эта пятиграничная модель позволяет избежать распространенной ошибки в определении объема работ. В проекте могут быть предусмотрены видимые молниеприемники на крыше, но отсутствовать защита сигнальных линий. В другом проекте может быть установлен мощный SPD на главном щите, но отсутствовать внешняя система молниезащиты (LPS), даже если оценка рисков требует ее наличия. В третьем случае могут присутствовать оба элемента, но некачественное уравнивание потенциалов или незащищенная токопроводящая коммуникация могут создать мост между двумя системами.

Система считается завершенной только тогда, когда для каждой границы определены меры защиты, ответственный за подтверждение и протокол проверки.

Внешняя система молниезащиты (LPS) и внутренняя защита выполняют разные задачи

Внешняя система молниезащиты (LPS): перехват и отвод тока

Внешняя система молниезащиты (LPS) обеспечивает защиту от физического воздействия молнии на конструкцию. Ее молниеприемная сеть располагается с использованием принятого метода проектирования, соответствующего геометрии здания и требуемому классу защиты. Токоотводы соединяют эту сеть перехвата с системой заземления по специально предусмотренным путям протекания тока.

IEC 62305-3:2024 охватывает защиту конструкций от физических повреждений с помощью системы молниезащиты (LPS), а также защиту людей от воздействия напряжения прикосновения и шагового напряжения вблизи LPS. Стандарт также определяет границы проектирования, монтажа, инспекции и технического обслуживания. Точная схема расположения молниеприемников, размеры проводников, интервалы, разделительное расстояние и конструкция системы заземления остаются инженерными задачами, специфичными для каждого проекта; их не следует брать из типовых схем в блогах.

Внутренняя молниезащита: контроль разности потенциалов

При протекании тока молнии различные части здания могут оказаться под разными потенциалами. Между системой молниезащиты (LPS) и элементами металлоконструкций, трубопроводами, кабельными лотками, электрическими сетями или другими токопроводящими системами может возникнуть опасное искрение.

Внутренняя молниезащита использует уравнивание потенциалов и, если это предусмотрено проектом, электрическое разделение или другие соответствующие интерфейсы. Заземление и уравнивание потенциалов взаимосвязаны, но не являются синонимами: один лишь заземлитель не гарантирует, что все соответствующие токопроводящие части останутся под надлежащим образом согласованными потенциалами во время импульса.

Меры защиты от перенапряжений: защита внутренних систем

Электрические и электронные системы могут подвергаться воздействию даже при правильной работе внешнего контура заземления. Электромагнитный импульс молнии (LEMP), кондуктивный ток во вводных сетях и электромагнитная связь могут вызывать переходные перенапряжения внутри конструкции.

IEC 62305-4:2024 охватывает меры защиты от перенапряжений для электрических и электронных систем внутри зданий. Эти меры могут включать согласованные SPD, уравнивание потенциалов, экранирование, трассировку линий и концепции зон защиты. Правильная комбинация зависит от оценки рисков, электромагнитной обстановки, монтажа и защищаемого оборудования.

Как воздействие молнии достигает электрооборудования

При анализе проекта следует разделять три пути:

1. Путь постоянного тока: молния попадает в конструкцию или внешнюю систему молниезащиты (LPS), и ток протекает по предусмотренным проводникам и системе заземления.
2. Путь кондуктивной помехи: переходный процесс проникает или выходит через силовые, телекоммуникационные, антенные, контрольные или другие металлические коммуникации.
3. Путь наведенной или связанной помехи: быстро изменяющееся электромагнитное поле создает напряжение в близлежащих контурах проводки, кабельных системах или интерфейсах оборудования.

Наличие подземного электроснабжения не устраняет автоматически все риски, связанные с молнией. Внешняя система молниезащиты (LPS) также не отменяет необходимость проверки входящих линий. И наоборот, SPD, подключенное к распределительному щиту, не может перехватить удар в крышу или заменить путь протекания тока по конструкциям здания.

Для более детального рассмотрения вопроса о том, что может и чего не может делать SPD, используйте руководство VIOX Защищают ли устройства защиты от перенапряжения от молний?.

Оценка рисков предшествует выбору компонентов

Не каждое здание требует одинаковых мер защиты или уровня молниезащиты. Решение зависит от конструкции, местоположения, назначения, инженерных систем, содержимого, последствий повреждений и применимых нормативных требований.

IEC 62305-2:2024 предоставляет процедуру оценки риска поражения молнией и выбора мер, снижающих оцененный риск до допустимого уровня или ниже. Общий перечень продукции не может заменить этот процесс.

Перед выбором компонентов соберите как минимум:

• планы здания, фасады, строительные материалы и оборудование на крыше;
• информацию о географическом и экологическом воздействии, используемую в соответствии с применимым методом;
• данные о назначении здания, безопасности жизнедеятельности, непрерывности процессов, пожарной безопасности и последствиях для имущества;
• все входящие и исходящие металлические коммуникации;
• существующие чертежи системы молниезащиты (LPS), заземления и уравнивания потенциалов;
• информация о напряжении электрической системы, схеме заземления и ожидаемом токе короткого замыкания;
• местоположение чувствительного оборудования и имеющаяся информация об импульсной прочности;
• применимые национальные стандарты, принятые на основе IEC 62305, NFPA 780, UL 96A или других местных правил;
• существующие записи об инспекциях, модификациях и техническом обслуживании.

Если эти исходные данные отсутствуют, выбор конфигурации молниеприемника или SPD только по каталожным значениям является преждевременным.

LPZ объясняет, где меняется задача защиты

Концепция зоны молниезащиты (LPZ) рассматривает здание как ряд электромагнитных сред, а не как единое защищенное пространство. Уровень воздействия меняется по мере того, как линия или объект перемещаются из внешней зоны в сторону все более защищенных внутренних зон.

На границе зон проектировщики задаются вопросами:

• Может ли прямой ток молнии или его часть пересечь эту границу?
• Какие линии питания, передачи данных, сигнальные, антенные или контрольные линии пересекают ее?
• Каким образом проводящие коммуникации уравниваются по потенциалу на границе?
• Какой импульсный ток и какое напряжение могут остаться?
• Какой уровень устойчивости требуется от оборудования в следующей зоне?

Затем выбирается SPD для задач, соответствующих данной границе, и координируется с вышестоящими и нижестоящими мерами защиты. Данная схема является концептуальной архитектурой, а не универсальной инструкцией о том, что каждый проект должен содержать ровно три устройства.

Необходимо учитывать каждый токопроводящий инженерный ввод, пересекающий границу защищаемой зоны; защита только силовых проводников может оставить открытым другой путь проникновения.

Руководство VIOX по УЗИП типа 1, типа 2 и типа 3 объясняет их различные испытательные нагрузки. Отдельное руководство по координации SPD объясняет, почему размещение нескольких типов последовательно само по себе не гарантирует координацию по напряжению, энергии, расстоянию или неисправности.

Где устанавливаются SPD, а где нет

SPD ограничивают переходное напряжение и отводят импульсный ток при заявленных условиях эксплуатации. В рамках IEC требования к продукции и методы испытаний SPD для низковольтных сетей AC охватываются IEC 61643-11:2025, пока IEC 61643-12:2020 рассматривает принципы выбора и применения, включая размещение и координацию.

Спецификация SPD должна соответствовать:

• применение в цепях AC, DC, фотоэлектрических системах или линиях передачи сигналов;
• напряжение системы и максимальные условия непрерывной эксплуатации;
• система заземления и требуемые режимы защиты;
• ожидаемая импульсная нагрузка на границе установки;
• целевой уровень защиты по напряжению на оборудовании;
• условия короткого замыкания и требуемая резервная защита;
• трассировка проводников и длина подключения;
• подтверждение координации вышестоящих/нижестоящих устройств;
• национальные нормы и точные инструкции производителя.

SPD не компенсируют отсутствие внешней системы молниезащиты, ненадлежащую систему уравнивания потенциалов, длительное перенапряжение, обычную перегрузку или короткое замыкание. Они также не гарантируют сохранность оборудования при любом ударе молнии.

Защиты только по питанию может быть недостаточно, если в то же самое оборудование входят линии передачи данных или управления. Данный руководство по выбору устройств защиты от импульсных перенапряжений для сигнальных линий охватывает интерфейсные, сигнальные, заземляющие и монтажные параметры для этих цепей.

Карта стандартов: системные правила и правила для продукции

Документация	Основная область применения в данном решении	Не используйте его в качестве
IEC 62305-1:2024	Общие принципы и общая структура молниезащиты	Сертификат соответствия продукции на компонент SPD или LPS
IEC 62305-2:2024	Управление риском молнии для конкретных конструкций	Универсальное утверждение о том, что для каждого здания требуется одинаковая система молниезащиты (LPS)
IEC 62305-3:2024	Физический ущерб, угроза жизни и конструктивные меры молниезащиты (LPS)	Стандарт испытаний низковольтных устройств защиты от перенапряжений (SPD)
IEC 62305-4:2024	Меры защиты от перенапряжений для внутренних электрических/электронных систем	Технический паспорт отдельного устройства защиты от перенапряжений (SPD) или универсальная схема размещения
IEC 61643-11:2025	Требования и методы испытаний для низковольтных устройств защиты от перенапряжений (SPD) переменного тока (AC)	Подтверждение того, что комплектная установленная система молниезащиты (LPS) спроектирована правильно
IEC 61643-12:2020	Принципы выбора и применения низковольтных AC SPD	Сертификация конкретной модели изделия
NFPA 780 / UL 96A	Североамериканские нормативные базы по установке систем молниезащиты (LPS), зависящие от принятых норм и контекста проекта	Замена применимых электротехнических норм или подтверждающих документов на изделие

Сайт Руководство по стандартам VIOX IEC 61643 предоставляет более глубокую карту соответствия изделий стандартам. При работе в Северной Америке необходимо подтвердить применимую редакцию, принятые нормы, требования к сертификации и полномочия контролирующего органа. Руководство по применению систем молниезащиты UL также делает акцент на проектировании всей электрической системы в целом, уравнивании потенциалов, применимых стандартах и инспекции, а не на рассмотрении отдельного компонента как законченной установки.

Контрольный список передачи проекта

Используйте этот контрольный список для четкого распределения обязанностей и фиксации подтверждающих документов.

Для проектировщика или специалиста по молниезащите (LPS)

• оценка рисков и требуемые меры защиты;
• зона покрытия молниеприемной сети и метод крепления к конструкции;
• пути отвода тока молнии и проект заземляющего устройства;
• оценка уравнивания потенциалов и безопасных расстояний;
• учет напряжений прикосновения, шагового напряжения и опасного искрения;
• координация с оборудованием на крыше и вводными устройствами;
• требования к осмотру и техническому обслуживанию согласно принятому стандарту.

Для инженера-электрика или сборщика электрощитового оборудования

• однолинейная схема и схема заземления;
• все вводы питания, данных, управления, антенн и связи;
• LPZ или эквивалентные границы защиты;
• целевые показатели стойкости оборудования;
• ожидаемые токи короткого замыкания в местах установки SPD.;
• проложенные кабельные трассы и ограничения по подключению;
• координация между цепями защиты питания и сигнальными цепями.

Для поставщика SPD

• тип системы и номинальное/максимальное длительное рабочее напряжение;
• требуемый класс испытаний или тип SPD и импульсная нагрузка;
• режимы защиты и схема заземления;
• требуемый уровень напряжения защиты или целевые показатели оборудования;
• заявленные значения тока разряда, необходимые для границы раздела;
• требования к защите от короткого замыкания и резервной защите;
• индикация состояния, дистанционная сигнализация, корпус и потребности в замене;
• точная документация, требуемая для целевого рынка.

VIOX поставляет компоненты SPD для систем молниезащиты и защиты от перенапряжений. Инженеры и технические специалисты по закупкам могут ознакомиться с Линейки УЗИП VIOX после того, как границы системы и необходимые подтверждающие документы были определены, или связаться с [email protected] используя указанные выше электрические параметры. Проектирование, монтаж и проверка системы внешней молниезащиты (LPS) должны выполняться компетентными специалистами в соответствии с применимыми проектными стандартами и местными нормами.

Источники

• IEC 62305-1:2024 — Общие принципы
• IEC 62305-2:2024 — Управление рисками
• IEC 62305-3:2024 — Физические повреждения конструкций и опасность для жизни
• IEC 62305-4:2024 — Электрические и электронные системы внутри зданий и сооружений
• IEC 61643-11:2025 — Требования и методы испытаний для AC низковольтных SPD
• IEC 61643-12:2020 — Принципы выбора и применения AC низковольтных SPD
• Руководство по применению систем молниезащиты UL