ГОСТ Р 55630-2013/IEC/TR 62066:2002 Перенапряжения импульсные и защита от перенапряжений в низковольтных системах переменного тока. Общие положения

     5.7 Перенапряжения, при ударе молнии в здание или в непосредственной близости

5.7.1 Распределение тока разряда молнии среди параллельных установок

Когда молния ударяет в здание, которое является одним из нескольких параллельно запитанных приемников от системы электроснабжения НН, ток молнии в землю делится среди нескольких возможных путей. Они включают локальную землю (заземлитель здания), так же как и внешние заземлители и все металлические связи, прежде всего кабель электропитания.

________________

Путь тока молнии, поскольку он делится среди возможных путей, часто представляется, как возникающий из облака и текущий в землю. Нужно отметить, однако, что для отрицательного разряда от облака к земле (рис.3), молния представляет "обратный разряд" от земли - "в землю" - с нейтрализацией положительных зарядов отрицательными зарядами в канале молнии (содержащим ответвления) и облаке.

Чтобы определить количественно это распределение дисперсии, были смоделированы два примера с использованием программ, приведенных в приложении А, а результаты представлены на рисунке 12, где изображены два здания, запитанные от подстанции, здание 1 поражается молнией как определено в МЭК 62305-4.

 
Рисунок 12 - Модель для вычисления распределения тока молнии между параллельных зданий на примере системы TN-C

Для здания 1 на рисунке 12 ток разряда молнии от молниеприемника стекает вниз по токоотводу к системе заземления.

В этой точке ток молнии делится на две составляющих: ток - стекает на локальный заземлитель здания, ток - течет по кабелю электропитания к удаленной земле. Эти два тока делятся обратно пропорционально отношению импедансов.

В начальной фазе импульсного тока, текущее разделение определяется отношением индуктивностей. В хвосте, где уровень изменения тока незначителен, разделение определяется отношением сопротивлений как в (6):

.                          (6)

Для нескольких электрически соединенных зданий эффективное значение сопротивления уменьшается согласно (6) за счет того, что часть тока молнии, который стекает с пораженного здания в систему НН, увеличится за счет того, что большое число зданий соединено параллельно.

Для примера на рисунке 12 в таблице 4 приведены амплитуды токов для возможных путей на заземлитель (после прохождения основной индуктивности), определенных путем цифрового моделирования, подробно рассмотренного в приложении А. Для этих вычислений не было найдено никаких доказательств наличия колебаний, вызванных отражениями, из-за значений импедансов заземления ниже 10 Ом и отсутствия емкости, приведенной в модели. Другие примеры распределения токов даются в приложении А.

В разных странах используются различные способы заземления нейтрали, так что возможны некоторые отличия в распределении тока разряда молнии по возможным путям, но общий принцип, проиллюстрированный примером, остается применимым. Поскольку в системе TN-C-S никакое УЗИП не включается в нейтраль, а нейтраль заземляется у каждого здания, обеспечивается некоторое облегчение для других УЗИПов связанных с линейными проводниками. Разработчики системы должны принять эти различия во внимание.

В качестве общего заключения можно констатировать, что чем выше плотность зданий в зоне, тем большая часть тока разряда молнии, стекает на заземлитель через питающий кабель системы НН. Это заключение относится и к поражаемому зданию и к смежным зданиям.

Таблица 4 - Распределение токов по возможным путям растекания для примера рис.12 (10/350 мкс, 100 кА)

5.7.2 Перенапряжения, связанные с распределением токов

Распределение токов по возможным путям вызывает перенапряжения, прежде всего между проводниками и локальной землей. В зависимости от конфигурации установки НН и наличия или отсутствия УЗИПов, эти перенапряжения могут быть большими или умеренными. Некоторые примеры, полученные при моделировании и описанные выше, более подробно рассмотрены в приложении А.5, где описываются два примера перенапряжений, являющихся следствием импульсных токов на вводе установки. В этих примерах, импульсный ток был введен на ввод конкретных зданий и были измерены перенапряжения, возникающие в выбранных точках в здании.

Следует отметить, что наземное повышение потенциала, при прямом ударе молнии в здание или конструкцию обычно превышает допустимый уровень изоляции низковольтной установки и следовательно приводит к пробою и перенапряжениям, которые распространяются к смежным зданиям (установкам), соединенных с той же самой низковольтной распределительной сетью.

Следовательно, даже при прокладке кабелей в земле, в здании, не пораженном ударом молнии, может возникнуть перенапряжение. Число зданий (установок), которые включаются в этот процесс распространения, увеличивается с увеличением удельного сопротивления грунта. Кроме того, для данной плотности ударов молнии, присутствие высокого здания, хотя и уменьшает вероятность прямых ударов в меньшие здания находящиеся вблизи, увеличивает вероятность индуцированных перенапряжений.

Перенапряжения между проводниками и локальной землей повреждают изоляцию соединенного оборудования, которое обычно имеет достаточный уровень согласно указаниям МЭК 60664-1, в то время как рабочие компоненты энергетического оборудования повреждаются перенапряжениями, возникающими между проводниками. На первый взгляд может показаться, что наиболее опасная ситуация связана с перенапряжениями на энергетическом оборудовании. Однако перенапряжения на заземлителе могут стать проблемой не столько для изоляции энергетического оборудования, а как результат перехода потенциала на нижний уровень между системой питания и коммуникационной системой, которая может быть соединена с оборудованием. Эта потенциальная проблема обсуждается более подробно в разделе 8 и в приложении D.

Как рассматривалось выше различия, существующие в способах заземления нейтрали и установке УЗИПов, если таковые вообще имеются, мешают давать числовые результаты широкого применения, и должны быть приняты меры предосторожности от ошибочного обобщения рассмотренных примеров.