ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕ - СОФИЯ

КАТЕДРА: ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Р Е Ф Е Р А Т

Дисциплина: Техника на високите напрежения

Тема: Мълния и мълниязащита

Изготвили: Никола Атанасов Шишманов гр. 13 фак.№: 031207077

Людмила Николова Костова гр. 12 фак. № 031207032

Дата: 17.12.2009 г. Проверил: ........................

/доц. Наков/

Съдържание

1. Въведение. Интересни факти за мълнията.

2. Видове мълнии

2.1 Тлееща (огньове на Елма)

2.2 Кълбовидна

2.3 Линеина

3. Линейна мълния. Как се създава.

4. Характеристики на мълниеностната дейност

4.1 Интензивност

4.2 Средна плътност на попаденията

5. Характеристика на тока на мълнията

6. Мълниезащитни средства

6.1 Мълниеотводи

6.1.1 Мълниеприемници

- Хоризонтални

- Вертикални

- Мрежи

6.1.2 Заземители

- Хоризонтални

- Вертикални

6.2 Mълниезащитни уредб

6.2.1 Конвенционалната мълниезащита

6.2.2 Изолирана мълниезащита

6.2.3 Вътрешна мълниезащита /аресторна защита/

7. Няколко примера от европеиската и българската норма за мълниезащита

7. 1 IEC 62305

7.2 Наредба №8

1. Въведение. Любопитни факти за мълниите

- Всяка секунда повече то 2000 силни гръмотевични бури връхлитат земята. Една трета от тях

достигат земята

- Средната дължина на мълнията е 5 км. Някои достигат до 20 км.

- Ширината на канала на мълнията е около 40-50 см, но почти цялото количество електричество

протича по оста му.

- В канала се развива много висока температура - понякога над 180000 С

- При мълния, напрежението между облака и земята може да достигне стойност от порядъка на 10

GV.

- Максималната стойност на тока е около 250 кА.

- Щетите от тези явления се оценяват на милиони левове.

- Повечето нещастни случаи се причиняват от невежество или от неправилно отношение към

гръмотевичната буря.

2. Видове мълнии

2.1 Линейна мълния

Линейната мълния е най-често срещана, най-добре изучена и представлява най-голям интересе за нас,

поради тези причини в останалата част от реферата ще разгледаме подробно създаването, разновидностите,

параметрите на линейната мълния също така и как да се защитим от нея.

2.2 Огньове на Свети Елмо

Наличието на гръмотевични облаци и електрични заряди в тях

предизвиква някои атмосферни електрични явления още преди да

се е разразила гръмотевичната буря. Между основата на облаците

и наелектризираната по индукция земна повърхност се създава

силно електрично поле, което предизвиква интензивно насочено

движение на свободните електрични заряди (йоните ) във въздуха

към острите предмети по земната повърхност. Около остриетата се

наблюдава така нареченото тлеещо електрично изпразване или

разряд във вид на ореоли или искри, наречени огньове на Свети

Елмо по името на църквата „Свети Елмо”, около купола на която явлението било наблюдавано още през

средновековието. Огньовете на Елма могат да се наблюдават преди буря около краищата на мачтите и други

издатини на корабите, около върховете на дърветата, край остри скали и т.н. Искри излизат дори от върховете

на пръстите при докосване до металните копчета на облеклото и др. Попаднал в центъра на това сравнително

рядко срещано явление, наблюдателят е поразен от привидната му нереалност, предизвикваща все пак доста

реални усещания – настръхване на косите от наелектризирането им, искренето им, чувство за силно опъване

на кожата на главата.

2.3 Кълбовидна мълния

Кълбовидната мълния представлява рядко наблюдаван и по-

продължителен от обикновената мълния електричен заряд най-често

със сферична форма. Появява се предимно в края на гръмотевична

буря. Неговото действие е по-слабо от това на линейната мълния. Има

диаметър 10-20 см. и неясни граници, понякога обкръжени със

синкава обвивка ( ореол ) . Понякога кълбовидната мълния издава

съскащ или бръмчащ звук, а след изчезването й остава газ с остра

миризма. Средното време на живот на този вид мълния е от 3 до 5

секунди.

Кълбовидните мълнии се появяват рядко и

абсолютно случайно. Това пречи да бъдат

заснети наблюдавани и изследвани. Затова

кълбовидните мълнии все още остават загадка

за науката. Има много недоказани теории от

различни учени.

Една от най-широко дискутираните теории за

произхода на кълбовидната мълния е на

съветския учен, лауреата на Нобелова награда

Пьотър Капица. Още през 1955 г. той публикува

изследванията си за природата на кълбовидната

мълния и се опитва да обясни съществуването й

с възникването на особени късовълнови електромагнитни колебания между буреносните облаци и земната

повърхност. Академикът обаче не успява точно да обясни природата на самите "късовълнови

електромагнитни колебания".

Идеите му се доразвиват по-късно от други учени и през 1975 г. Питър Хендел от университета в Сейнт Луис,

САЩ, изказва идеята си, че този вид мълнии се създават като производни на явлението "атмосферен мазер".

Мазерът е акроним (подобно на лазера) за дългата фраза Microwave Amplification by Stimulated Emission of

Radiation и в буквален превод означава "усилване на микровълновите колебания за сметка на стимулирано

излъчване". Ефектът се получава след мощни, но кратки електромагнитни импулси, възникващи по време на

електрически разряд - мълния. В мнозинството случаи обаче, когато наблюдаваме мълнии, те се разпростират

на големи разстояния и ефект на мазера не се наблюдава.

3. Линейна мълния

Тъй както вече споменахме Линейните мълнии са най-широко разпространени, за тях се знае най-много. Ето

защо в реферата изцяло се говори за линейната мълния.

3.1. Как се полува

ВЪПРЕКИ ЧЕ СВЕТКАВИЦИТЕ СЕ НАБЛЮДАВАТ В РАЗЛИЧНИ МЕТЕОРОЛОГИЧНИ УСЛОВИЯ.

Бурите са резултат главно от кълбесто-дъждовни облаци;

Този облак е с форма на наковалня при върха.

Основата му може да бъде на между 500 и 3000 метра от земята.

Върхът му може да достигне височина от 15 000 метра за по-малко от половин час.

Може да покрива площ от десетки квадратни километра.

ТЕЗИ ОГРОМНИ МАСИ СА ПЪЛНИ СЪС СТОТИЦИ ХИЛЯДИ ТОНОВЕ ВОДА.

Водните капки и ледените кристали са в силен сблъсък заради ефекта на силна турболенция, причинен от

изкачващите се струи въздух.

Частиците лед, сняг и вода се сблъскват в облака.

ТОВА ТРИЕНЕ ПРИЧИНЯВА ОТДЕЛЯНЕТО НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИТЕ ЗАРЯДИ.

Електроните от най-слабите частици (ледените кристали) са изтласкани, това променя заряда им, като стават

положителни.

По-тежките частици (водните капки) улавят откъсналите се електрони и получават отрицателен заряд

ЗАРАДИ ГРАВИТАЦИЯТА ТЕЖКИТЕ, ОТРИЦАТЕЛНИ ЧАСТИЦИ СЕ ДВИЖАТ КЪМ ОСНОВАТА НА ОБЛАКА.

Леките положителни частици остават във върха на облака чрез издигащите се въздушни струи. Силните сблъсъци

между тези частици водят до неравновесие между електрическите заряди в облака.

Между върха и основата на облака се образува разлика в потенциала от десетки милиони волта.

В СЪЩОТО ВРЕМЕ ЗЕМЯТА

Притежава електрически заряд, който се отцнява на около 6.105 C.

Полярността на електрическото поле на атмосферата се променя напълно на земята. Обикновено

електростатичното поле е около

* -150 волта/метър при добро време, може постепенно да достигне нива от 15 до 20 Kv/m.

* От 10 kV, диелектричните свойства на въздуха се променят. Може да се появят волтови дъги.

ПОД ВЛИЯНИЕТО НА ОТРИЦАТЕЛНИТЕ ЗАРЯДИ, РАЗПОЛОЖЕНИ В ОСНОВАТА НА ОБЛАКА.

При тази разлика в потенциала между облака и земята, електрическият разряд е неизбежен.

ПОД ВЪЗДЕЙСТВИЕТО НА РАЗЛИКАТА В ПОТЕНЦИАЛА

През въздуха между земята и основата на облака преминава елекртически поток.

В резултат, земята получава положителен заряд

КОГАТО ЕЛЕКТРОНИТЕ СЕ ИЗКАЧАТ ДО ВЪРХА

НА ОБЛАКА, НЕУТРАЛИЗИРАТ

ПОЛОЖИТЕЛНИТЕ ЗАРЯДИ

Така, между основата на облака и земята се

получава голяма разлика в потенциала от десетки

милиона волта.

За всяка дадена разлика в потенциала, може да се

наблюдава началото на волтова дъга, наречена

низходяща мълния.

Тя се движи на очевидно случаен принцип

СЛЕД ДОСТИГАНЕ НА ДОСТАТОЧНО ВИСОКА

НАПРЕГНАТОСТ НА ПОЛЕТО

в определено място на облака започва развитието на ударна йонизация, образуване на лавинен стример. По данни на наблюденията най-честата дължина на стримера е между 10 и 50m. Развитието на стримера зависи от условията на термойонизация в канала му. При достигане на критичната дължина от 10 – 50 m поради значителният спад на напрежението (1000 kV/m) в него йонизационните процеси в челото му се прекратяват и той спира удължаването си.

Според Шонланд максималната продължителност на паузата до по-нататъчното развитие на стримера е 100 µs. Електроните се движат със скорост 105 m/s и за това време изминават път 10m. Следователно достига се критичната плътност на електроните, а оттук и критичната температура за термойонизация само в началната част от стримера. Силното повишаване на проводимостта в преработвания от термойонизацията канал на

стримера в канал на лидера обуславя висока напрегнатост на полето във фронта на лидера, което създава условия за възникване на нови стримери, по един от който, след като се равие до критичната си дължина ще продължи да напрева лидерът. В канала на началния стример е възможно да се стичат отрицателни йони от облака, които благоприятствуват формирането му и по –нататушното развитие на лидера. Този процес на развитие на лидера от облака към земя се нарича стъпаловиден лидер. Средната скорост на стъпаловидният лидер е около 1,5.105 m/s. Пренесеният от него заряд

е около 5 С, съпроводен с ток около 100 А, като лидерът изминава път от облака до земята за 20 ms. Описаният механизъм на стъпаловиден лидер позволява зарядът да се развие на огромни разстояния. Путят на стъпаловидният лидер на от облака до земята силно се отличава от права линия. Причината за това са местните изменения на напрегнатостта на полето, силните въздушни течения, които обуславят статистическият характер в развитието на лидера. Приблицаването на стъпаловидният лидер към земята предизвиква натрупване в земята под мястото на на развитието му на заряди с противоположен поляритет. Ако в товя място има високи метални предмети, увеличаването на напрегнатостта на върка им понякога предизвиква развитие на насрещен лидер към облака. Ако проводимостта на почвата наблизо е значителна- рудни залежи, езеро, възможно е да се стигне до значително изкривяване на пътя на стъпаловидния лидер (избирателна способност на мълнията). Непосредствино доближаване на стъпаловидният лидер до земята предизвиква изклщчително силно увеличаване на напрегнатостта на полето между челото на лидера и земята. Това повишава извънреднно много скоростта на напредване на лидера и пространството практически мигновенно се пресича от канала му. По канала на стъпаловидният лидер се насочват заряди от земята, които започват да неутрализират обемните заряди, разположени около канала му. С това започва формирането на главния канал на мълнията със скорост 1,5(107 – 108) m/s т.е. (0.05-0.5)c, където c е скоростта на светлината. При това протича нарастващ ток с амплитуда, статистически разпределена от единици до стотици kA.

Достигнатата амплитуда на тока е свързана с неутрализацията на обемните заряди, създадени при развитието на лидера в про¬странството около канала му. В този процес проводимостта на ка¬нала съществено се намалява и се изравнява по дължината му, а потенциалната разлика между облака и земята намалява до око¬ло 1000 kV. Неутрализацията на зарядите в облака поддържа по-нататък тока до затихването му. Осцилограмата на тока е показана на фиг. 12.2. В това време от съседни заредени области на облака може да се получи разряд към началото на започналия да се дейонизира главен канал. По продължението му ще започне отново йонизация. Развитието на новия лидер не е стъпаловидно, а непрекъснато. Новият лидер се нарича стреловиден. Той формира повторен раз¬ряд на мълнията. Процесът може да се повтори п пъти. На фиг. 12.3 а е показано разпределението F (М) на интервалите от вре¬ме между два разряда. На фиг. 12.3 б е показано разпределението на броя п на разрядите в многократните мълнии и количеството електричество q (кулона), пренесено от тях в земята. Токът на по¬вторните разряди се отличава с по-стръмен фронт и по-малка ампли ту да.

Около 10-20% от мълниите от облак към земя са с положи¬телна полярност. Обикновено те са еднократни е големи ампли¬туди, но с малка стръмност на фронта на вълната на тока. На голяма височина от земята направлението на развитието на лидера е напълно случайно. С приближаването на земната

Фиг. 12.2. Осцилограма на тока на първата съставяща

на многократна отринателна мълния

по¬върхност лидерът проявява стремеж да се ориентира към точката с най-висока напрегнатост на полето с противоположна поляр¬ност. При това ориентацията е по-силна при мълнии с голяма стой¬ност на тока. Лидерът на такива мълнии носи на фронта си по-висок потенциал и индуктира също такъв висок потенциал, но с противоположен знак в точките от земната повърхност в областта под облака. Докато при ток около 15—20 кА височината на ориен¬тиране е около 20-^ЗОт, при ток към 200 кА височината на ориен¬тирането е около 200 т. Височината на ориентирането на лидера зависи още и от височината на разглежданата точка (обект) над земната повърхност. Каналът на лидера се характеризира с вълново съпротивление ZM, което зависи от активното съпротивление, индуктивността Е капацитета му. Последните зависят от плътността на плазмата и диаметъра на канала, които са различни за различната

интен¬зивност на тока. Въпросът за стойността на Z« е оща дискусионен. Различните автори предлагат стойности от 100 до 3000 Q. В изчи¬слителната практика досега массво се изтолзува стойността на Z„ =200 Q.

ОСВЕН ВЪЗХОДЯЩИТЕ И НИЗХОДЯЩИ СВЕТКАВИЦИ, ИМА ОЩЕ ЕДНА КЛАСИФИКАЦИЯ В ЗАВИСИМОСТ

ОТ ПОЛЯРНОСТТА НА ВЪЗЕЙСТВИЕТО НА СВЕТКАВИЦАТА

Класификация на въздействието на светкавицата от К. Бергер.

Има отрицателни мълнии, резултат от отрицателен заряд, идващ от облака и положиетелни мълнии, идващи от положителен заряд. Низходящите отрицателни мълнии са много по-често срещани (повече от 90% в Европа). Средният интензитет на мълнията е 35 000 ампера. Общата продължителност на светкавицата е от 0.2 до 1 секунда. Брой на разрядите: средно 4.

Фиг. 12.3. Статистическо разпределение на интервалите и брой на разрядите в многократни мълнии

а — разпределение на интервалите от време между два разря-да; 6 — разпределение на броя на разрядите (/) и на количе-иството

електричество (2)

Брой на неутрализираните заряди: от 5 до 200 кулона. Продължителност на гръмотевичните бури на местно ниво: максимум 2 часа. Скала на спектъра: настоящият спектър обхваща няколко MHz, този обхват понякога достига до няколко GHz.

4. Характеристики на мълниеностната дейност

Тези характеристики са изходна информация при анализа на мълниезащитата в EEC.

4.1 Интензивност на мълниеностна дейност — брой дни пА в годината, през които са били видяни

или чути мълнии в района на дадена метеостанция. Поради значителната субективност в пре-ценката

напоследък в редица страни се уточнява тази характе¬ристика с помощта на обективната регистрация

със специална апаратура, която отбелязва попадението на мълния на дадено раз¬стояние от мястото

на наблюдението. Освен това съветските специалисти предлагат по-прецизна характеристика — брой

часове nч в годината, през които са регистрирани мълнии. Смята се, че nч =(1,5-2)nд. Въз основа на

тази информация се съставят т. нар. изокеронни карти, които очертават областите с различно средно

годишно количество мълниеносни дни или часове. Интен¬зивността на мълниеносната дейност

зависи най-вече от географс¬ката ширина и релефа на района. Така например в крайния север )nд ≈ 0-

5,а на екватора nд ≈ 200-250 У нас, в равнинните райони пД =10-20 и в планинските пД =20-40. По

земното кълбо съ¬ществуват специфични райони с много високо пД.

4.2 Средна плътност на попаденията на мълнии върху единица площ от земната повърхност за

определено време пП, която зави¬ст от геоложката структура и от релефа на местността. Ще

дефи¬нираме следните две величини: метеорологична плътност — сре¬ден специфичен брой

попадения за един час мълниеносна дейност върху 1 km2 площ; за нашата страна е прието nП =(0,06

до 0,1)

енергетична плътност — среден брой попаде¬ния на мълнии на 100 km електропровод за 100 часа

мълниеносна дейност за период от една година.

Нееднородността в геоложката структура,релефът на местност¬та, водните пространства,

заземителните устройства в земята могат да

предизвикат избирателна поражаемост и съществени

отклонения в плътността на попаденията за даден

район от сред¬ната стойност nП.

5. Характеристики на тока на мълнията

Мълнията може да се охарактеризира със следните параметри: амплитуда на тока на мълнията IM кА, протичащ през поразения обект; средна стръмност на фронта на тока аM, kA/µs, дължина на фронта на тока τB, и дължина на вълната на тока тв. Тези параметри имат статистически характер и зависят от географското разположение, климатичния район, надморската височина, теренните условия и др. На фиг. 12.4 са показани функциите на

разпределение на параметрите на тока на мълнията

по *2+ (амплитуда IM , стръмност αм , дължина на

фронта τф и дължина на вълната тв). По абсцисната ос

са нанесени стойностите на съответната случайна

величина, а по ординатната — вероятността

случайната величина да има стойност,равна и no-голяма от съответната стойност по абсцисата. Функ-цията на разпределение на тока IM е построена по обобщени данни при пряко попадение на мълния в

1 Фиг. 12.4. Функция на разпределение на параметрите F (х) = Р ( Х ≥ х ) на мълнията

/м — амплитуда в кА; ан — стръмност на тока в kA/µs; τф — дължи-

на на фронта на тока в kA/µs, τB — дължина на вълната на тока в

kA/µs

стълбовете и мълниезащитните въжета на електропреносните линии. За планински райсни с надморска височина над 1000 m *36+ и над 2000 m *15,22+ очакваните стойности за амплитудата IM и стръмнсстта аM на тока на мълнията са около 2 пъти no-малки от тези за полеви райони с надморска височина до 1000 м. Амплитудата на тока на мълнията *36+ зависи ст съпротивлението на перажаемия сбект. От фиг. 12.4 с е вижда,че по-голяма част от регистрираните мълнии имат сравнително къс френт и малка дължина на вълната. Напоследък с помощта на киноклидонограф са регистрирани почти правоъгълни форми на тока на мълнията с амплитуда 5—15 кА върху високи заземени обекти с височина h. След време ∆t=2h/c , където с е скоростта на светлината, токът на мълнита нараства по бавно и се изменя във времето така, както показано на фиг. 12.3.

6. Мълниезащитни средства Прякото попадение на мълния върху обект води

до много високи потенциали в него и е практически недопустимо. Защитата се осъществява с т.нар. мълниеотводи. Мълниеотводът се състои от мълниеприемник, токоотвод и заземител. Първите два елемента най-често се различават конструктивно, но функционално се разглеждат съвместно при формулирането на характеристиките на мълниеприемника. 6.1 Мълниеотводи

Обикновенни или активни мълниеотводи ?

Търсенето на алтернативни защитни мероприятия за изграждане на външна мълниезащита датира от

преди около 200 години. Очертават се две основни направления:

увеличаване броя на остриетата на обикновените мълниеотводи и повишаване височината на закрепване;

допълнително изкуствено повишаване

йонизацията на острието на мълниеотвода. Това се прави: с радиоактивен източник, източник с пулсиращо напрежeние, специална форма на мълниеотвода изкуствено повишаваща

йонизацията. Тези мълниеотводи са известни в литературните изследвания обобщено с названията: ESE - мълниеотводи (от англ. Early Streamer Emission), мълниеотводи с изпреварващо действие, активни мълниеотводи, йонизиращи мълниеотводи и др.

Международни изследвания

1. Правени са обширни сравнителни измервания на корона емисионен ток при различно формирани мълниеостриета (щанги със закръглени или остри върхове, обикновен метален прът от мед, алуминий

или стомана, т.н. Франклин мълниеотвод, прост проводник, извит във V- форма проводник, "цепната" топка).

Установява се, че емисионният ток се увеличава с повишаване на електрическата сила на полето Е kV/m, обаче слабо се влияе от различния вид на остриетата. Същото се отнася и за емисионния ток на йонизиращ елипсоидно оформен мълниеотвод (с 350 mm), включен в указаните измервания. *1, 2+.

2. Повече от 10 год.различни фирми - производители се стремят да развият активните мълниеотводи и да докажат тяхното преимущество над обикновените. Изследванията се правят преди всичко в лабораторни условия. Резултатите *1, 3, 4+ показват, че времето на пробива настъпва по-рано с Т = 10 - 50 µs в йонизиращите в сравнение с обикновените мълниеотводи. Въз основа на това се изчислява 4 - 6 кратно

"виртуално" увеличение на височината на мълниеотводите с активно действие т.е. съответно подобряване на защитното действие, уголемяване на защитното пространство, възможно намаляване на броя на мълниеотводите.

3. Особено мащабни са лабораторните измервания проведени в Университета в Манчестер, Институт за наука и технология *5+. Уместно е да се дадат за тези, отличаващи се с безпристрастност, изследвания повече подробности.

Използват се закупени стандартни и патентовани в пазарни условия активни мълниеотводи:

Dynasphere 3000, GLT, Австралия Pulsar 60, HELITA, Франция Prevectron S6, INDELEC, Франция

и обикновеният Франклин - мълниеотвод, щанга 1 м. дълга, от масивна мед с 15 mm диаметър.

Буреносният облак е симулиран с алуминиев плот 3 x 3 м, с 250 mm дебела тръбна периферия, поставена на височина 2,5 м.

Изследванията са извършени според електрическите и геометрични условия поставени във Френския стандарт NFC 17 - 102 (приложение С).

Двата мълниеотвода (активен и обикновен) при опитите са на еднакво отстояние от средната точка на алуминиевия високонапреженов плот. Мълниеотводите са подложени на 35 "удара" или разряда на импулсния генератор. След това се разменят местата на мълниеотводите, с което се изключва всякакво предимство на позицията им и опитите се провеждат отново. Така описаната процедура се провежда и с останалите активни мълниеотводи.

В резултат на 12 тест - серии и 420 изпразвания (разтоварвания) 200 срещат обикновения мълниеотвод (47,6%), 165 - активния мълниеотвод (39,3%), при 55 (13,1%) - няма пробив.

Опитите показват случайния характер на мълниеотводния (пробивния) процес. Въпреки относително късото въздушно пробивно разстояние не се установява по-голяма честота на разряда през активните мълниеотводи.

Тези изследвания представят пълен естествен спектър от попадения върху обикновен (Франклин) и активни (ЕSE) мъниеотводи при идентични електрически и геометрически условия. Резултатите от тях не дават никакво предимство на един мълниеотвод спрямо друг. *5+.

4. В САЩ при дейността на NFPA по тема "ESE мълниеотводи" на 27.04.2000 г. на състоялата се Hearing in New York City при обсъждане на много становища се приема решение от Standards Council, че няма икономически и технически сигурни сведения за предимство в поведението на активните (ESE) пред нормалните мълниеотводи. Отхвърля се предложението за ESE - стандарт, а дейността в това направление е спряна. *6+.

5. На 25 - тата Международна мълниезащитна конференция в Родос - Гърция, *14+ е направено съобщение за практически действащи активни мълниеотводи, включени в Малайзия. От 90 - те години в столицата Куала - Лумпур са монтирани многобройни, с различни форми на изпълнение активни мълниеотводи. Куала - Лумпур се намира в зона с изключително висока атмосферна активност, с над 200 буреносни дни в годината и с това предлага добра възможност да се изследва действието на мълниезащитните устройства в естествени условия. Изходното състояние на над 25 сгради с монтирани активни мълниеотводи се фотографира, за да се документират повредите след попадения на мълнии. В продължение на няколко месеца до няколко години се наблюдават обектите. Има сгради улучвани и повреждани по няколко пъти за няколко месеца. Около 80% от сградите с над 60 м. височина са улучвани най-малко 1 път в продължение на 2,5 - 3 год. след инсталиране на ESE мълниеотвод. Документацията на повредите ясно показва, че те не са в състояние да предпазят сградите от директни попадения. Не само ъглите и ръбовете на сградата, а също покривното било и закръглени структури се оказват предпочитано място за попадение. Забележително е, че някои места на попадение са в близост до мълниеотвода, както и в защитената от него област. Установява се, че е

неоснователно да се приеме по-високо защитно действие на активните мълниеотводи. Експертите на Малайзия изискват мълниезащитата да не се прави с активни мълниеотводи.*7+.

Сведения за директни попадения на мълнии в защитните зони на активни мълниеотводи се съобщават и за: жилищна сграда в Полша *8+, Ватикана (Bernini - Kollonade) *9+ и др.

6. В Техническия Университет, Дармщад, Германия са правени изследвания с ESE мълниеотводи *8+. Използвани са импулсни вълни 1,2 / 50 µs и 250 / 2500 µs и пробивни разстояния от 0,1 - 4 м. Определя се разликата във времето за пробив при Франклин - и ESE - мълниеотводи. Указва се, че пробивът в обикновените мълниеотводи често се развива по-бързо отколкото при ESE мълниеотводите. Изводите от тези изследвания са, че ESE мълниеотводите са не само не ефективни, но и концепцията на която се базират е фалшива.

Отношение на Международните стандарти към въпроса

За страните - членки на Европейския Съюз важи следната директива: до октомври 2004г. всички страни, които имат национални норми трябва да въведат Европейските стандарти.

Интернационалните (IEC) и Европейски (EN) норми не приемат представените в различни изследвания аргументи за повишаване на защитното пространство от активните мълниеотводи. Дори във Френските норми NFC 17 - 102 е отбелязано: "Нито една IEC публикация, съгласувана с CENELEC не отговаря на този стандарт (No IEC publication par CENELEC harmoniced document correspond to this standard)". Също така, съгласно френския стандарт, по-ранния във времето измерен пробив при ESE мълниеотводите *1, 3, 4+ може да служи само за сравнение между тях, но не доказва, че са по-добри от конвенционалните *8, 10+.

Теоретичните, експериментални и натурни изследвания показват несъгласие с данните от NFC 17 - 102 и от производителите за едно по-добро мълниезащитно поведение на т.н. активни мълниеводи (ESE устройства).

В ЕС производството и употребата на радиоактивни мълниеводи е ограничено през последните години и бива забранено въз основа на строгите разпореждания за защита от излъчвания. Оттогава производителите търсят да намерят подходящ заместител.

Предвид изложеното интернационалните, европейските и повечето национални стандарти препоръчват употребата на фарадеевия кафез или на обикновения (Франклинов) мълниевод, като единствено сигурно мълниезащитно мероприятие при изграждане на мълниезащитни съоръжения.

Поради недостатъчното изследване на пробивните процеси и сложното им симулиране, остава спорно твърдението, че активните мълниеводни устройства притежават повишени защитни функции. Дори и отчасти не е било възможно до сега да се докажат предимствата им при реални условия на експлоатация.

Сравнителни тестове в лаборатории за високи напрежения, при условия близки до реалните, водят до извода, че активните мълниеводни устройства реагират като прости Франклин мълниеводи, взимайки под внимание стохастичния характер на пробивния процес.

Изводи

1. Европейските (EN) и интернационалните (IЕС) стандарти са обективно обоснованите норми за нашите специалисти по мълниезащитни съоръжения. Те стават и задължителни, предвид предстоящето присъединяване на България в ЕС.

2. Активните мълниеводи реагират като обикновени мълниеводи т.е. "виртуално" увеличеното защитно пространство (това извън реалното, осигурявано от обикновените мълниеводи), оставя сградите и съоръженията без външна мълниезащита.

6.1.1 Мълниеприемници

По своето конструктивно изпълнение мълниеприемниците биват отвесни мачти, поставени над и близо до защитявания обект-хоризонтални проводници, опънати над защитявания обект; мре жа от проводници с определен размер на клетката, поставена непосредствено над обекта и свързана с конструкцията му.

Първите два вида се характеризират със защитната си зона и височината на ориентиране на мълнията. Защитната зона ще бъде разгледана за случая на вертикалните мълниеприемници. Определените пространствени размери на зоните се отнасят

и за хоризонталните в равнина, която пресича перпендикулярно отвесната равнина през хоризонталния мълниеприемник, и равнината на земната повърхност.

Защитната зона на вертикалния мълниеприемник представлява шатрообразен обем с върха си във върха на мълниеприемника (фиг. 12.5). Образуващата се шатрообразна повърхност се описва с ридиус rx определен от уравнението:

където h е височината на мачтата;

hx—височината на защитявания обект (ординатата на точката от образуващата на конуса при радиус гх);

р — коефициент р=1 при А ≤ 30 m и p=5,5 √ℎ при h >30m; ha=h-hx —активната височина на мълниеотвода.

Тази зона е определена експериментално в лабораторни условия с надеждност на защитата до 0,999.

Защитната зона на две мълниеприемни мачти (фиг. 12.6) има значително по-големи размери в сравнение със

сумата от защитните зони на две самостоятелни мачти. Ако двата мълниеприемника се намират на

разстояние s=2 rx=7 ha, точката на височина h0 от повърхността лежаща по средата между мълниеотводите,

няма да бъде поразявана от мълнии.

Радиусът rх на защитната зона се определя по (12.5), а широчината bх в средата на двете линии — по кривите,

дадени на фиг. 12.7. Широчината bх=0 за s=7 hap, когато защитната зона е разположена на височина

h0=h*s/7*p и лежи на окръжност с радиус r=0,945s при h<30 m.

Фиг. 12.6. Защитна зона на два прътови мълниеприемника

Защитната зона на три и повече мълниеприемници се определя както за два мълниеприемника при

последователно решаване за всеки два съседни.

Фиг. 12.7. Зависимост на широчината на защитената зона bx отразстоянието между мълниеприемниците s в

относителни единици от ха ha за различни hх

Защитена зона на ниво hx при 3 и 4 прътови мълниеприемника

Защита на електропроводи

За защита на обекти с голяма дължина, например ВЕП, се

използуват хоризонтални мълниеприемници (мълниезащитни

въжета).Изпълняват се като стоманени проводници. Във ВЕП

мълни-защитното въже трябва да бъде оразмерено оше по

тока на земно съединение. Както беше споменато в равнина,

перпендикулярна на мълниеприемника, защитните зони имат

вид, както при вертикален мълниеприемник. При

хоризонталния мълниеприемник обаче за определяне на

защитната зона се използуват защитният ъгъл а (фиг. 12.9).

Вероятността за поразяване на обекта (фазовия проводник) се

дава с емпиричната формула:

Фиг. 12.9. Защитен ъгъл и защитна зона на две мълниезащитни въжета

𝑙𝑔𝑃𝛼 = (𝛼√ℎст

90− 4)

P𝛼= 𝑒0,025𝛼√ℎст

Когато мълниезащитните проводници са два, външната част на защитната зона се определя както при

единичен проводник със защитен ъгъл α, а вътрешната между двата проводника се определя с дъга от

окръжност с радиус r=(5/8) s (фиг. 12.9). Средата между двата мълниезащитни проводника е защитена до

височина h0=hCp — s/4, където

hcp=h —(2/3) f е средната височина на окачване на мълниезащитния проводник;

f — провесът в средата на междустълбието;

s — разстоянието между хоризонталните мълниезащитни проводници. При определяне на a и h трябва да се

отчете провесът и отклонението на проводниците при силен вятър и промяна на температурата.

Изложените представи за зоните напоследък се оспорват. С увеличаването на височината на обектите, а

заедно с тях на мълниеприемниците над земята се наблюдава в практиката провиране на мълниите през

зоните и повишаване на вероятността за поразяване на обекта. Освен това опитно е установено, че районът

на земната повърхност около мълниеотвода има повишена плът¬ност на попаденията от мълнии. Предполага

се, че за мълниите с по-малък ток (заряд) поради по-ниската способност за ориентация процесът на

привличане от мълниеотвода не завършва винаги vc-пешно.С увеличаване на hcт се повишава и вероятността

мълнията да не попадне върху мълниеприемника, а в близост до него, т. е. в защитяваната зона. Този

проблем е обект на усилено изучаване.

Използуват се и трети вид мълниеприемници във вид на мълниезащитни мрежи, поставени непосредствено

над обекта. За тези мълниеприемници не се отнася описанато разделяне на зони. Мълниезащитната мрежа е

основно средство за защита от директно попадение на мълнии върху сгради от различен вид. Мрежата е с

определен размер на отвора на клетката и се поставя непосред¬ствено върху защитявания обект. При сгради

със стоманобетонна конструкция за мълниеприемник може да се използува и метална¬та конструкция на

покривите, свързана с арматурата на колони, използувани за токоотводи.

Защитното действие на мрежата се определя от размера на отвора на клетката и височината на поставянето й

над защитявания обект. Провирането на мълния в клетката на мълниезащитна-та мрежа е много вероятно. За

целта е необходимо мрежата да е положена над обекта на височина h >0,5 а, където а е размерът на отвора

на клетката. Тези строги изисквания са оправдани само при пожаро- и взривоопасни обекти. За обекти с

нормална пожа-роопасност клетката на мрежата на покривната конструкция е с площ до 10m2.

6.1.2 Заземители

Заземителите отвеждат в земята тока на мълниите, попаднали върху мълниеприемника. Заземителите биват вертикални и хоризонтални. Могат да бъдат прости, когато са изпълнени от един вертикален или един хоризонтален заземител, и сложни, когато представляват сложна конфигурация от хоризонтални и вертикални елементи. Всеки заземител се характеризира с определено съпротивление, което оказва почвата около заземителя при разтичане на тока от заземителя. Съпротивлението бива стационарно и импулсно. Стационарното съпротивление Rст се дефинира при протичане през заземителя на бавно изменящия се във времето ток с променлива честота и относително ниска амплитуда. То зависи от специфичното съпротивление на почвата и от линейните размери ни зазекителя. Импулсното съпротивление Яи на заземителя се дефинира при изпращането в земята на тока на мълнията.

Отношението на импулсното съпротивление към стационарното определя импулсния

коефициент на заземителя αи .. Импулсният коефициент αи може да бъде по-нисък от 1 поради следните

причини. Почвата около заземителя е сложен конгломерат от полупроводими и слабо проводими частици,

както и електролит (вода с примеси от различни соли). С увеличаване на импулсния ток нараства

напрегнатостта на полето близо до заземителя, което намалява в значителна степен специфичното

съпротивление на почвата. При още по-голя.мо увеличение на импулсния ток вследствие на увеличение на

местната напрегнатост до 10—12 kV/cm започва забележимо искрене в почвата, което преминава в дъгов

разряд близо да заземителя, като градиентът в близост до заземителя намалява до 1,2 - 1,4 kV/cm.

В резултат на това импулсното съпротивление Rи намалява, а оттам и αи намалява. В зависимост от типа на

заземителя импулсният коефициент а и може да се окаже и по-голям от 1.Това е възможно при заземители с

голяма дължина и относително по-малък по стойност импулсен ток, при чието бързо изменение във времето

се получава значителен индуктивен спад на напрежение по дължината на заземителя, което затруднява

разтичането на тока от отдалечените части на заземителя.

От изложеното следва, че импулсният коефициент намалява с увеличаване на специфичното

съпротивление на почвата и увеличаване на протичащия от заземителя ток на мълнията.

При по-големи специфични съпротивления на почвата се налага да се използуват сложни заземители.

Отделните елементи на такъв заземител взаимно се екранират, което намалява високия преходен градиент от

заземителя в земята,а заедно с това и токо-отвеждането. С това ефективността на използуването на

заземителя се намалява.

Въпросът за характеристиките на заземителите не е достатъчно изяснен. Предложени са различни

емпирични формули за определянето на RCT и α, а оттам и на Rи. Те са получени чрез моделиране в

електролитна вана, а в последно време — аналитични модели, приспособени за ЕЦИМ. При моделиране се

допускат съществени опростявания. В крайна сметка RCT на реалния за земител подлежи на измерване, но

това не е възможно за Rи . По долу са приведени формули, предложени в *15+.

Стойността на съпротивлението RK за единичен заземител зависи от конструкцията му и съпротивлението на

почвата.За вертикален заземител, изпълнен от тръба или ъглова стомана, съпротивлението

(12.7)

където р е специфичното съпротивление на почвата, Q.m;

I - дължината на тръбата, m;

d — външният диаметър на тръбата m

h=t+l/2 - дълбочината на полагане на тръбата в земята до средата и

t — дълбочината на полагане на тръбата в земята, измерена от повърхността на земята до горния край на

тръбата, m. Когато вместо тръба се използува ъглова стомана, d=0,95 b, където b е страната на ъгловота

стомана.

Естественни заземители

За естествени заземители могат да се използуват стоманобетонни фундаменти, стоманени конструкции и

пилони, положени в земята, а така също и подземно положени водопроводни мрежи.

Заземителното съпротивление на стоманобетонните фундаменти зависи от съдържанието на влага в околната

почва, специфичното съпротивление на бетона и дебелината на бетонния слой над стоманената арматура:

𝑅ф = 𝜌ℵ𝛿

2𝜋𝑡. 𝑙𝑛

4𝑡

𝑏

където ρ е специфичното съпротивление на почвата, Q.m;

ϗϭ— коефициент, отчитащ съпротивлението на бетона, покриващ фундамента (ϗϭ =1,7);

t— разстоянието от долния край на фундамента до повърхността на земята, т.

Стойностите на статичните съпротивления R3 се регламентират в нормативни документи в зависимост от

характера на мълниезащитата.

6.2 Mълниезащитни уредби

Конвенционалната мълниезащита се изгражда от мълниеприемни пръти, въжета и комбинация от тях на

принципа на Фарадеевия кафез и Франклиновия прът. Това е най-старата позната на човечеството

мълниезащита, доказала се през времето и залегнала в основата на съвременните международни и

европейски стандарти за мълниезащита.

Изолирана мълниезащита

Изолираната мълниезащита е част от конвенционалната мълниезащита и служи за осигуряване на

необходимите изолационни отстояния спрямо защитаваните обекти. Тя представлява модулна система от

висококачествени диелектрични материали, монтажни диелектрични пръти, щанги и др., служещи за монтаж

на мълниеприемни пръти и въжета, монтирани изолирано до или върху защитавания обект.

Вътрешна мълниезащита /аресторна защита/

Вътрешната мълниезащита служи за предотвартяване внасянето на опасни пренапреженителни им- пулси в

обектите в резултат на пряко попадение или индиректно въздействие на мълнията. Тя се из- гражда на

каскаден принцип (нива на защита), което се постига чрез монтиране на подходящи аресто- ри в специфични

точки от захранването:

- Първо ниво: служи за предотвартяване на въздействието от пряко попадение на мълнии. Първо ниво се

реализира с монтажа на арестори клас I (B) в главното рапределително табло на защитавания обект.

- Второ ниво: служи за допълнително намаляване на ефекта на въздействие на мълнии (при монтирано

първо ниво), както и за елиминиране въздействието на вторични ефекти от мълнии, комутационни

пренапрежения и други бързи преходни процеси. Второ ниво се реализира с монтажа на арестори клас I I (С) в

подтаблата на защитавания обект. Оптимален вариант са комбинираните аресторни защити клас I+II (В+С),

характеризиращи се с високи стойности на номиналния импулсен ток.

- Трето ниво: служи за защита на конкретни крайни консуматори като например компютри, сървъри, системи

за видеонаблюдение, пожароизвестителни системи, телевизори и други отговорни електронни устройства за

индустрията и бита.

7. Няколко примера от европейските и българските стандарти и изисвкания към мълниезащитата

7.1. IEC 62305

...

5 . Щети, причинени от мълния

5.1. Щети ,причинени на дадена структура/постройка/ Светкавица, засягащи дадена постройка може да причини вреди на самата сграда,нейните обитатели и съдържание, включително и повреди на вътрешните системи. Тези щети и повреди могат да се разпространят и в околностите на сградата дори включвайки местната околна среда. Мащабът на това

разпространение зависи от особеностите на структурата и характеристиките на светкавицата. 5.1.1 Последици от мълния върху дадена постройка: Основните характеристики на сградите, що се отнася до ефекта на мълнията върху тях, включват:

- конструкция (напр. дървен материал, тухли, бетон, стоманобетон, конструкции от стоманени рамки);

- функция (жилищна сграда, офис, ферма, театър, хотел, училище, болница, музей, църква,затвор, универсален магазин, банка, фабрика, индустриален завод, спортна зала);

- обитатели и съдържание (хора или животни, наличие на лесно запалими или негорими материали, взривни или невзривни материали, електрически или електронни системи издържащи на ниско или съответно високо напрежение); 5.2.Щети , причинени на съоръжения/услуги/ Светкавица, засягаща дадена услуга може да причини щети на физическите си средства (верига или тръбопровод), използвани за осигуряването на самата услуга, както и за свързаното електрическо или електронно оборудване. ЗАБЕЛЕЖКА услугата, която ще се вземе предвид е физическата връзка между:

- сградата на телекомуникационното пренасочване и сградата на потребителя или две сгради за телекомуникационно пренасочване или две потребителски сгради;

- Сградата за телекомуникационно пренасочване или потребителската сграда и разпределителен възел или два разпределителни за възли за телекомуникациите линии;

- Електрическа подстанция за високо напрежение(ВН)И потребителската сграда за въздушните електропроводи, - Основната разпределителна станция и потребителската сграда, за тръби. Мащабът на това разширение зависи от характеристиките на услугата, от вида и разширението на електрическите и електронни системи и от характеристиките на светкавицата. 5.2.1 Последици от светкавици върху съоръженията/услугите/:

Основните характеристики на услугите, отнасящи се до последиците на светкавицата включват: - Строителство (вериги: режийни/надземни/, подземни, защитени, незащитени, оптични влакна; тръбопроводи: надземни ,скрити,метални,пластмасови); - Функция (телекомуникационна линия, ел. кабели, тръбопровод); - Захранване на обекта (конструкция, съдържание, размери, местоположение); - Съществуващи или предвидени мерки за защита (напр.: защитени кабели, SDP, разнообразни вериги маршрут, системи за съхранение на течности, агрегати/генератори/, системи за непрекъсваемо захранване).

Таблица 2 показва последиците от мълния върху различни видове съоръжения.

Телекомуникационни кабели Механични повреди на кабелите, разтопяване на покритие и проводник, повреди на изолацията на кабелите и оборудването,които водят до пълна загуба на услугата.

Вторични повреди на оптични кабели,водейки до щети върху самите кабели,но не и до пълна загуба на услугата.

Електрически кабели Повреди върху изолацията на надземни кабели за ниско напрежение, разпадане изолацията на оборудването и трансформаторите, от което произтича и загуба на услугата.

Водопроводни тръби Щети върху електрическите и електронни системи за контрол ,които могат да доведат

до частична загуба на услугата.

Газопроводни тръби Пробиви на крайните уплътнители,които могат да доведат до пожар и/или експлозии.

Тръби за гориво Щети върху електрическите и електронни системи за контрол ,които могат да доведат до частична загуба на услугата

5.2.2 Източници и видове на повредите върху дадено съоръжение: Токът произвеждан от една светкавица е източникът на вреди.Следните ситуации ще се вземат под внимание, в зависимост от позицията на точката на падане на удара по отношение на разглеждания съоръжения/услуги:

- S1: мълния,удряща захранващата сграда;

- S3: мълния,удряща съоръжението свързано със сградата;

- S4: мълния,падаща близо до съоръжението свързано със сградата. Светкавици падаща върху захранваната сграда може да причини: - Топене на метални кабели и на кабелни покрития,дължащи се на частичен светкавичен ток асти от мълния ток течащ в услугите (в резултат от съпротивителни отопление); - Повреда на изолацията на веригите и на свързаното към тях оборудване

- Пробиви в неметалните уплътнения на тръбопроводи както и в уплътненията на изолационните свръзки. ставите. ЗАБЕЛЕЖКА 1 Оптични кабели без метален проводник не биват засегнати от мълния падаща върху захранваната сграда/обект/.

Светкавици засягаща съоръжение, свързано със захранвания обект може да причини: - Незабавни механични повреди на метални кабели или тръбопроводи поради електродинамичен натиск или топлинни ефекти , предизвикани от светкавичния ток (чупене и / или топене на метални проводници, покрития или тръбопроводи), и също така поради топлината породена от волтовата дъга на светкавицата (пробиване на пластмасовото защитно покритие); - Незабавно електрически повреди на веригите (разрушаване на изолацията) и на свързаните към тях уреди; - Пробиви в тънки,надземни метални тръби и в неметални уплътнения ,където последствията могат да стигнат до пожар или експлозии в зависимост от естеството на превозваните течности. Мълния падаща близо до съоръжение свързано със захранвания обект може да причини: - Повреди на изолацията на веригите и на свързаните към тях уреди, поради индуцирани свръхнапрежения. ЗАБЕЛЕЖКА 2 Оптични кабели без метални проводници, не биват засегнати от мълнии удрящи земята. Като заключение,светкавицата може да причини два основни вида на щети: - D2: физически щети (пожар, експлозия, механично разрушаване, отделяне на химически съединения), дължащи се на термичните ефекти на тока , произведен от мълнията. - D3: повреди на електрическите и електронни системи, поради свръхнапрежения. 5.3 Видове загуба Всеки вид повреда, самостоятелно или в комбинация с други, може да предизвика различни консеквентни загуби в дадения обект. Видът на загубата, която може да се появи, зависи от характеристиките на самия обект. За целите на този стандарт , следните видове загуба са взети под внимание:

L1: загуба на човешки живот;

L2: загуба на обществена услуга;

L3: загуба на културно наследство;

L4: загуба на икономическа стойност (структурата/обектът/ и съдържанието му). Загуба от типа L1, L2 и L3 може да се счита като загуба на социални ценности, докато загуба от типа L4 могат да се разглеждат като чисто икономически загуби. Загубите, които могат да се появят в даден обект/структура/ са както следва:

L1: загуба на човешки живот;

L2: загуба на обществена услуга;

7 Предпазни мерки

Предпазните мерки могат да бъдат приети с цел да се намали риска в зависимост от вида на предполагаемите щети.

7.1 Предпазни мерки за намаляване риска от вреди върху живите същества, причинени от допирно и крачно напрежение.

Възможни мерки за защита включват:

- Подходяща изолация на застрашените проводими части;

- Равнопотенциализиране с помощта на заземителна система от затворена верига;

- Физически ограничения и предупредителни табели.

ЗАБЕЛЕЖКА 1 Равнопотенциализирането не е ефективно срещу допирно напрежение.

ЗАБЕЛЕЖКА 2 Увеличаване на повърхностното съпротивление на почвата вътре и извън постройката може да намали риска за живота (виж точка 8 от IEC 62305-3).

7.2 Предпазни мерки за намаляване на физически вреди

Възможни мерки за защита включват:

а) за постройки:

- Система за защита против мълнии (LPS)

ЗАБЕЛЕЖКА 1 Когато такава система е инсталирана, равнопотенциализирането е много важна мярка за намаляване опасността от пожари, експлозии и съответно намаляване опасността за живота. За повече подробности виж: IEC 62305-3.

ЗАБЕЛЕЖКА 2 Съоръжения за ограничаване развитието и разпространението на огъня, като противопожарни отделения,пожарогасители, пожарни кранове, противопожарни аларми и пожарогасителни инсталации могат да намалят риска от физически вреди.

ЗАБЕЛЕЖКА 3 Защитени аварийни изходи осигуряват сигурността на персонала.

б) за учреждения

- предпазни кабели

ЗАБЕЛЕЖКА 4 За скрити кабели , много ефективна защита предоставят специални метални тръби.

7.3 Предпазни мерки за намаляване повредите при електрически и електронни системи:

Възможни предпазни мерки включват: а) за постройки:

- LEMP система от предпазни мерки (LPMS), състояща се от следните мерки, които се използват самостоятелно или в комбинация:

заземяване и мерки за свързване;

магнитно екраниране;

определяне маршрута на веригата;

"координирана (SDP) защита".

б) за учреждения:

- Устройства против свръхнапрежение (SDPs) ,поставени на различни места по дължината на веригата и в нейния край. - Магнитни щитове на кабели.

ЗАБЕЛЕЖКА 1 За скрити кабели, много ефективна защита се осигурява чрез непрекъснато метално покритие с подходяща дебелина.

ЗАБЕЛЕЖКА 2 Многообразие на маршрути, допълнително оборудване, автономни генератори на енергия, непрекъсваеми енергийни системи, системи за съхранение на флуиди, както и автоматично откриване на неизправностите са ефективни предпазни мерки за намаляване загубата на ефективност на цялата система.

ЗАБЕЛЕЖКА 3 Повишената издръжливост и допълнително изолиране на оборудване и кабели е ефективна защитна мярка срещу повреди,дължащи се на свръхнапрежение/пренапрежение/.

7.4 Подбор на предпазните мерки Изборът на най-подходящите предпазни мерки се извършва от проектанта и от собственика в зависимост от вида и количеството на всеки вид повреда, и в зависимост от техническите и икономически аспекти на различните видове предпазни мерки. Критериите за оценка на риска и за избор на най-подходящите мерки за защита са дадени в IEC 62305-2. Предпазните мерки биват ефективни тогава,когато те отговарят на изискванията на съответните стандарти и са в състояние да издържат на натоварването,което се очаква там,където са инсталирани.

8 основни критерии за защита на постройки и учреждения

Идеално средство за защита на сгради и услуги би било да се обхване обекта и да бъде запазван от един заземен и идеално проводим непрекъснат щит с подходяща дебелина ,както и от сигуряване на адекватно свързване между входящата точка на този щит и всички услуги , свързани с цялостната структура. Това би предотвратило проникването на мълния и свързаното с нея електромагнитно поле в предпазвания обект и би предотвратило опасни топло- и електро-динамични обекта, за да бъдат защитени и да предотвратяват опасни топло- и електро-динамични ефекти на ел. ток,както и опасни електрически искри и свръхнапрежения върху вътрешните системи. На практика, често е нито възможно, нито рентабилно да се стига до такива крайности, за да осигури такава оптимална защита. Липсата на непрекъсваемост на щита/предпазителя/ и / или недостатъчната му дебелина позволява на тока ,произведен от мълнията да проникне в щита, причинявайки: - Физически вреди и опасност за живота - Повреди на вътрешните системи - Повреда на сървъра и свързаните с него системи. Предпазни мерки, приети за намаляване на такива щети и съответните произтичащи загуби,трябва да бъдат проектирани имайки се в предвид набора от параметри на тока,произвеждан от мълния(нива на защита от мълнии).

8.1 Нива на защита от мълнии (НЗМ) За целта на този стандарт, четири нива на защита от мълнии (1 до 4) са въведени. За всяко НЗМ е фиксиран определен набор от минимални и максимални параметри на светкавичен ток.

БЕЛЕЖКА 1 Защита против мълния, чиито максимални или минимални параметри надвишават тези, свързани с НЗМ 1 не се разглежда в този стандарт. Бележка 2 Вероятността от появяването на мълния с минимални или максимални токови параметри извън границите на стойностите, определени НЗМ 1 е по-малка от 2%. Вероятността ,максималните стойности на токовите параметри свързани с НЗМ 1 да не бъдат надвишени,е около 99%. Според приетите стойности за съотношение на полярност (виж. точка A.2), взети от светкавици с положителен заряд,то те ще имат вероятност под 10%, докато тези с отрицателни ще останат под 1% (виж точка A.3). Максималните стойности на токовите параметри ,причинени от светкавици, които се отнасят до НЗМ 1 са намалени до 75 % за НЗМ 2 и до 50% за НЗМ 3 и 4. Времевите параметри остават непроменени. Максималните стойности токовите параметри за различните нива защита от мълнии са представени в Таб. 5 и се използват за проектирането на различни компоненти за защита против светкавици (напр. напречно сечение на проводници, дебелина на метални листове, токопроводимостта на SDP, безопасно разстояние срещу опасни искри) и за да се дефинират тест параметрите на тези компоненти като се симулира ефекта на светкавицата върху тях.(виж Приложение Д). Минималните стойности светкавичните токовите амплитуди за различните НЗМ се използват за получаването на подвижния сферичен радиус (виж точка A.4 ), с цел да се определи мълние-защитната зона LPZ 0B . Минималните стойности на токовите параметри, заедно със свързания към тях подвижен сферичен радиус са представени в Таб. 6. Те се използват за позициониране на въздушните системи за определяне на мълние- предпазната зона LPZ 0B.

...

7.2 Наредба № 8

ОСНОВНИ ИЗИСКВАНИЯ И КЛАСИФИКАЦИЯ Чл. 4. С мълниезащитата се осигуряват безопасността на хората и на домашните животни и защитата на материални ценности срещу увреждания (щети), които могат да бъдат породени от опасни и вредни фактори в резултат на преки попадения или на вторични въздействия на мълнии. Чл. 5. (1) Чрез мълниезащитата се удовлетворяват следните основни изисквания: 1. безопасност съобразно определената категория на мълниезащита и типа на мълниезащитната зона или избраното ниво на мълниезащита; 2. надеждност при експлоатацията; 3. икономичност по отношение разхода на материали. (2) При проектирането и изграждането на мълниезащитни уредби се предвиждат начини за изпълнение (технологии), както и материали (в т. ч. вид, размери и др.) и градивни елементи, с които се удовлетворяват изискванията по ал. 1. (3) С инвестиционните проекти могат да се предвиждат начини за изпълнение или материали и градивни елементи, различни от определените в тази наредба, при условие че чрез тях се осигуряват изискванията за безопасност и надеждност при експлоатация. Чл. 6. Вредните и опасните фактори, свързани с мълнии, се класифицират, както следва: 1. основни фактори вследствие пряко попадение на мълния върху защитавания обект, в т.ч.: а) топлинни въздействия; б) механични въздействия; 2. допълнителни фактори: а) внасяне на опасни потенциали; б) индуктирани напрежения от електромагнитна индукция; в) индуктирани напрежения от електростатична индукция; г) крачни напрежения; д) допирни напрежения. Чл. 7. (1) Защитаваните обекти в зависимост от опасните последствия при пряко попадение на мълния се класифицират в следните категории на мълниезащита: 1. първа категория: сгради и външни съоръжения, в които има помещения с взривоопасни зони от клас В-I и В-II съгласно действащите норми за пожарна безопасност, като: а) към клас В-I се отнасят зоните в помещения, където се отделят горими газове и пари, които при нормален режим на работа могат да образуват с въздуха или с други окислители взривоопасни смеси; б) към клас В-II се отнасят зоните в помещения, където се отделят и преминават в аерозолно състояние горими прахове или влакна, които могат да образуват с въздуха или с други окислители взривоопасни смеси не само при аварии и неизправности, но и

при нормален режим на работа; 2. втора категория: сгради и външни съоръжения, в които има помещения с взривоопасни зони от клас В-Iа, В-Iб и В-IIa и външни уредби с взривоопасни зони от клас В-Iг съгласно действащите норми за пожарна безопасност, като в помещения с взривоопасни зони от клас В-Iа и В-Iб и външни уредби с взривоопасни зони от клас В-Iг може да се образуват взривоопасни смеси от горими газове с въздуха или с други окислители само в резултат на аварии или неизправности, а в помещения с взривоопасни зони от клас В-IIа - взривоопасни смеси от горими прахове или влакна с въздуха или с други окислители само в резултат на аварии или неизправности; 3. трета категория: всички останали сгради, външни съоръжения и открити пространства, при които прякото попадение на мълния може да предизвика пожар, механично разрушаване или поражение на хора или домашни животни. (2) Степените на пожароустойчивост (огнеустойчивост) на сградите и на външните съоръжения се определят съгласно действащите норми за пожарна безопасност. Чл. 8. (1) Сградите и външните съоръжения от първа и втора категория на мълниезащита се осигуряват със: 1. защита при преки попадения на мълнии; 2. защита от индуктирани напрежения от електростатична и електромагнитна индукция; 3. защита от внасяне на опасни потенциали посредством подземни и надземни комуникации. (2) Самостоятелно разположените външни съоръжения от втора категория на мълниезащита се осигуряват със: 1. защита при преки попадения на мълнии; 2. защита от индуктирани напрежения от електростатична индукция. (3) Сградите и външните съоръжения от трета категория на мълниезащита се осигуряват със: 1. защита при преки попадения на мълнии; 2. защита от внасяне на опасни потенциали посредством подземни и надземни комуникации. (4) Самостоятелно разположените външни съоръжения и откритите пространства от трета категория на мълниезащита се осигуряват със защита при преки попадения на мълнии. (5) Сградите с широчина, по-голяма от 100 m, се осигуряват и със защита от крачни и допирни напрежения чрез изравняване на потенциалите. Чл. 9. (1) Когато в един защитаван обект има помещения или технологични съоръжения от първа категория на мълниезащита, мълниезащитата на целия обект съответства на изискванията за първа категория. (2) В случаите по ал. 1 се допуска мълниезащитата на целия защитаван обект да съответства на изискванията за втора категория на мълниезащита, когато площта на помещенията или съоръженията, които се отнасят към първа категория, е до 30 на сто от: 1. общата площ - при едноетажни сгради; 2. площта на най-горния етаж - при сгради с два или повече етажи. Чл. 10. (1) Когато в един защитаван обект има помещения или съоръжения, които се отнасят към втора или към втора и трета категория, мълниезащитата на целия обект съответства на изискванията за втора категория. (2) В случаите по ал. 1 се допуска мълниезащитата на целия защитаван обект да съответства на изискванията за трета категория, когато площта на помещенията или съоръженията, които се отнасят към втора категория, е до 30 на сто от: 1. общата площ - при едноетажни сгради; 2. площта на най-горния етаж - при сгради с два или повече етажи. Чл. 11. Когато сградата (съоръжението) се вписва частично в защитената зона на съседни защитени обекти, на защита при преки попадения на мълнии подлежат само тези части, които остават извън защитената зона. В тези случаи защитата от индуктирани напрежения от електростатична и електромагнитна индукция и от внасяне на опасни потенциали се проектира изцяло в зависимост от категорията на мълниезащита на защитаваната сграда (външно съоръжение). Чл. 12. (1) Мълниезащитата на сгради и на външни съоръжения с проектна височина до 25 m се въвежда в действие преди окончателното завършване на строителните и монтажните работи. (2) При проектирането на сгради и на външни съоръжения с проектна височина, по-голяма от 25 m, освен постоянна мълниезащита се проектира и временна мълниезащита, която се въвежда в действие в процеса на изграждането на сградите и на външните съоръжения. Чл. 13. (1) Мълниезащитните зони на мълниезащитни уредби с конвенционални мълниеприемници се класифицират съобразно вероятността на защитата, която осигуряват, както следва: 1. тип А - мълниезащитна зона, за която вероятността да осигури защитата е 99,5 на сто и повече; 2. тип Б - мълниезащитна зона, за която вероятността да осигури защитата е 95 на сто и повече. (2) Типът на мълниезащитната зона се определя съгласно табл. 1, като се отчитат характеристиките на сградите и на външните съоръжения по пожарна и взривна опасност, интензивността на мълниеносната дейност в часове за година и вероятният брой на преките попадения на мълния за една година. Таблица 1

№

по ред

Категория на мълниезащита

Характеристика на сградите и на външните съоръжения по

взривоопасност, пожар- на опасност и степен на пожароустойчивост

Интензивност на

мълниеносната дейност в часове за година (М)

Вероятен брой на

преките попадения на мълния за една

година (N)

Тип на

мълниезащитната зона

1. I В-I и В-II - - А 2. II В-Iа, В-Iб и В-IIа М ? 10 N > 1 А N ? 1 Б 3. II В-Iг - - Б 4. III П-I, П-II и П-IIа, I и II степен М ? 20 N > 2 А на пожароустойчивост 0,1 ? N ? 2 Б 5. III П-I, П-II и П-IIа, III, IV и V М ? 20 N > 2 А степен на пожароустойчивост 0,2 ? N ? 2 Б 6. III П-III М ? 20 - Б 7. III III, IV и V степен на пожаро- М ? 20 N > 2 А

устойчивост и открити складове за твърди горими вещества,

отнасящи се към клас П-III 0,1 ? N ? 2 Б

8. III Сгради и съоръжения от III, IV и V степен на М ? 10 - Б

пожароустойчивост, предназначени за отглеждане на животни и

птици: за едър рогат добитък и свине-100 глави и повече; за

коне-40 и повече; за овце-500 и повече; за птици-1000 и повече

9. III Промишлени комини, водонапорни и силозни кули, вишки с

различно предназначение с височина 15 m и повече М ? 10 - Б

10. III Жилищни и обществени сгради, извисяващи се с повече 15 m

над средната височина от на околните сгради в радиус 400 m, и

отделно стоящи сгради с височина над 20 m, отстоящи на

повече от 400 m от други сгради М ? 20 - Б

11. III Обществени сгради от III, IV и V степен на пожароустойчивост

с площ над 150 m2 и височина над 7 m М ? 20 - Б

12. III Обекти, които са паметници на културата М ? 10 - Б 13. III Всички други сгради М ? 20 - Б

14. - Всички сгради, външни съоръжения и открити пространства, с

производства от категории “А” и “Б” на пожарна опасност - - -

Чл. 14. (1) За мълниезащитни уредби с мълниеприемници с изпреварващо действие в зависимост от тяхната ефективност се определят следните нива на защита: 1. ниво на мълниезащита I (ниво I) - при ефективност на мълниезащитната уредба над 0,98; 2. ниво на мълниезащита II (ниво II) - при ефективност на мълниезащитната уредба над 0,95 до 0,98; 3. ниво на мълниезащита III (ниво III) - при ефективност на мълниезащитната уредба над 0,80 до 0,95; 4. ниво на мълниезащита IV (ниво IV) - при ефективност на мълниезащитната уредба до 0,80. (2) Нивото на мълниезащита се определя в зависимост от: 1. опасностите при пряко попадение на мълния; 2. предназначението и значимостта на защитавания обект; 3. интензивността на мълниеносната дейност в местонахождението на защитавания обект; 4. габаритните размери и конфигурацията на защитавания обект; 5. наличието на подземни проводи. Чл. 15. При избора на вида на мълниеприемника - конвенционален или с изпреварващо действие, се отчитат и допълнителни фактори: икономически, естетически и др. Чл. 16. (1) Вероятният брой на преките попадения на мълнии за една година (N) върху сграда или външно съоръжение с височина до 60 m без мълниезащита се определя по формулата:

където: S е широчината на сградата (съоръжението), m; L - дължината на сградата (съоръжението), m; h - най-голямата височина на сградата (съоръжението), m; n - средногодишният брой на мълниите на 1 km2. (2) Когато защитаваният обект има сложна конфигурация, за негова широчина и дължина се приемат съответно широчината и дължината на най-малкия правоъгълник, в който може да се впише обектът. Чл. 17. (1) Средногодишният брой на мълниите в зависимост от интензивността на мълниеносната дейност се определя съгласно табл. 2. Таблица 2

Интензивност на мълниеносната дейност в Часове за година Над 10 до 20 Над 20 до 40 Над 40 до 60 Над 60 до 80 Над 80 Средногодишен брой на мълнии те на 1 km2 1,5 3 6 9 12

(2) Средногодишната интензивност на мълниеносната дейност за страната е 25 часа за година, а средногодишният брой на мълниите за страната - 5 броя на 1 km2 за година. Конкретните данни за станциите, които отчитат мълниеносната дейност в страната, са съгласно приложение № 1. (3) При прединвестиционните проучвания интензивността на мълниеносната дейност се определя съгласно табл. 1 и 2 на приложение № 1 и картата за райониране на територията на страната съгласно приложение № 2. При инвестиционното проектиране интензивността на мълниеносната дейност