Молниезащита объектов связи
В последнее время на всей планете наблюдается заметное увеличение грозовой активности. Наряду с усложнением конструкции и повышением степени интеграции оборудования связи и электропитания это приводит к необходимости решения целого ряда вопросов, которые связаны прежде всего с проблемой защиты от импульсных токов и перенапряжений.
В предыдущем номере журнала были представлены основные технические мероприятия в области защиты от импульсных перенапряжений, возникающих между различными элементами и составными частями изделия или объекта в целом при прямом или близком ударе молнии. Публикуем продолжение.
Требования по размещению и монтажу защитных устройств
При применении защитных устройств в электропитающей установке объекта связи контейнерного типа, где решающим критерием являются габаритные характеристики, рекомендуется:
1. Устройства защиты класса I (разрядники или варисторные комбинированные УЗИП) размещать во вводном щитке после вводного автомата, но желательно перед счетчиком учета электроэнергии (для его защиты).
2. Устройства защиты класса II размещать в том же щитке перед групповыми автоматами (рис. 1). При необходимости они могут быть размещены на DIN-рейке выпрямителя (рис. 2). Второй вариант может быть предпочтительнее в том случае, когда эксплуатирующая организация приобретает выпрямитель, в котором производителем уже установлены защитные устройства II класса в виде дополнительной опции.
3. В случае объекта контейнерного типа во вводном щитке необходимо установить импульсные разделительные дроссели с индуктивностью 15 мкГн, так как габаритные размеры объекта не позволят обеспечить разнесение устройств защиты I и II ступеней на 10 м по длине кабеля. При применении дросселей необходимо предусмотреть на вводе в электроустановку или в той линии, где они установлены, устройства защиты от сверхтоков (автоматические выключатели или предохранители), которые смогут защитить дроссели и проводники электроустановки от токов перегрузки и короткого замыкания. На рисунках 1 и 2 в качестве примера приведены дроссели и, соответственно, автоматические выключатели с номинальным током 32 А.
4. При использовании комбинированных варисторных устройств защиты требования по их установке аналогичны тем, которые предъявляются к разрядникам. Но при этом отпадает необходимость применения разделительных дросселей и варисторных УЗИП II класса защиты.
При использовании УЗИП в электроустановке объекта, когда габаритные характеристики не являются решающим критерием и в то же время электроустановка находится в процессе эксплуатации и изменение в ее монтажной схеме нежелательны, рекомендуется: устанавливать дополнительные щиты защиты от импульсных перенапряжений ЩЗИП различных типов (в зависимости от особенностей объекта) — так, как это показано на рисунке 3.
Также необходимо обеспечить защиту электроустановки от аварийных режимов короткого замыкания в УЗИП при помощи включения последовательно с ними предохранителей с номиналом, предложенным в технических условиях изготовителя данных устройств. Предохранители можно не устанавливать при очевидном более низком номинальном значении устройства защиты от сверхтоков (автоматического выключателя или предохранителя), установленного перед точкой включения УЗИП по ходу электроэнергии.
Защита линейных сооружений связи
Защита кабельных линий от импульсных перенапряжений требует больших материальных и временных затрат. Простои линии связи, вызванные неисправностями в кабельном хозяйстве, обходятся значительно дороже, чем простои из-за поломки оконечного оборудования (требуется выезд ремонтной бригады на место повреждения, доставка техники, кабеля, муфт, а также рабочих для вскрытия и закрытия кабельной трассы). По самым скромным подсчетам, простои линии связи при повреждении кабеля измеряются сутками, а при распутице это время многократно увеличивается.
Повреждение кабелей происходит как при ударе молнии непосредственно в кабель, так и при ударах в землю, деревья, опоры линий электропередачи или связи, антенно-мачтовые сооружения и т. д., находящиеся рядом с проложенным кабелем. Обычно повреждения возникают на расстоянии до 10–15 м. Однако наблюдались отдельные случаи, когда повреждение кабеля происходило при ударе молнии в АМС, находящееся в 70 м от кабеля.
При ударе молнии в землю в зоне прокладки кабеля возникают пробои земли от точки удара до металлического покрова кабеля. Это тоже может привести к его повреждению. В точке входа тока молнии повреждения могут нести такие последствия: образование вмятин на свинцовой или алюминиевой оболочкекабеля, расплавление оболочки кабеля, разрыв кабельной брони, обугливание изоляции.
Повреждения, обусловленные появлением высокой разности потенциалов между жилами кабеля и его оболочкой:
- пробои изоляции между жилами, расплавление,
- обрыв или короткое замыкание жил кабеля,
- оплавление оболочки с внутренней стороны.
Подобные повреждения наиболее многочисленны и могут появляться на расстоянии до 10 км от места удара молнии. Повреждения аналогичного характера может вызвать и молния между двумя облаками. Высотный разряд вызывает появление индукционных токов в оболочках и жилах кабелей.
Количество и объем повреждений, возникающих на подземном кабеле, зависят от ряда факторов:
- интенсивности грозы в данном районе,
- конструкции кабеля и его грозостойкости,
- удельного сопротивления и геологического строения грунта,
- рельефа местности и наличия высоких предметов вблизи трассы кабеля.
Интенсивность грозы определяется по удельной плотности ударов молнии в грунт. Ширина эквивалентной полосы, удары в которую вызывают повреждение кабеля, в среднем равна 30 м с кабелем посередине.
Степень грозостойкости кабеля определяется его добротностью: отношением максимального импульсного напряжения на жиле кабеля к омическому сопротивлению металлического покрова на длинне 1 км. Размерность определяется в кА/км.
Поражаемость кабеля в различных грунтах не одинакова. Наиболее неблагоприятны в этом отношении грунты с большим удельным сопротивлением, слоистые и много лет немерзлые грунты (вечная мерзлота). С точки зрения геологического строения неблагоприятны для прокладки кабеля районы тектонических разломов и контакты различных геологических пород. В таких районах наблюдается наибольшая плотность наземных разрядов.
Защитные мероприятия
Снизить вероятность поражения подземных металлических кабелей связи от ударов молнии можно следующим образом:
- путем прокладки специальных грозостойких кабелей с повышенной проводимостью оболочки,
- с помощью проложенных в земле параллельно кабелю медных, биметаллических или стальных оцинкованных проводов, шин, тросов,
- с помощью действующей воздушной линии связи, проходящей параллельно кабелю и оборудованной искровыми разрядниками с выносными заземлениями,
- с помощью разрядников, включенных между жилами и оболочкой в муфтах.
Защита оборудования линейного тракта систем передачи от опасных электромагнитных воздействий
Проблема повреждения регенераторов грозовыми разрядами и наводками при коммутации в сетях ЛЭП стоит перед многими операторами связи. Повреждения влекут за собой материальные и трудовые затраты, а также перерыв в передаваемом трафике. Все это приводит к значительным финансовым потерям.
Для повышения устойчивости регенераторов к воздействию перенапряжений необходимо провести ряд мероприятий, включающий в себя: установку специальных защитных устройств, правильное проведение монтажа внутри защищаемого объекта, грамотное заземление. Иными словами, необходимо выполнить требования зоновой концепции защиты, о которой говорилось в начале статьи.
Что касается схем защитных устройств, то здесь существуют как однокаскадные, так и многокаскадные схемы защиты. Первый каскад традиционно собирается на трехэлектродном металлокерамическом газонаполненном разряднике. Второй и последующие каскады собираются на варисторах или полупровод-никовых элементах, таких, как стабилитроны, супрессорные диоды и т. п.
Как показала практика, для надежной защиты отечественных регенераторов при условии выполнения рекомендаций по установке устройств защиты вполне достаточно однокаскадной схемы, так как стойкость к электромагнитным воздействиям самого оборудования зачастую превышает стойкость элементов второго каскада. Поэтому двухкаскадные схемы защиты рекомендуется использовать только для высокочувствительной к импульсным воздействиям аппаратуры.
Защита оборудования АТС
Эффективная защита оборудования объекта связи от перенапряжений и опасных токов возможна только при комплексном подходе к данной проблеме. Рассмотрим более подробно построение защиты различных частей данного оборудования.
Защита оборудования АТС со стороны абонентских линий.
Защита оборудования АТС, в основном абонентских комплектов, производится при помощи установки на кроссе специальных защитных устройств. Кроссовые защитные устройства подразделяются в зависимости от назначения на три вида:
- защита по напряжению — применяется для абонентских линий, подверженных по условиям прокладки влиянию удаленных разрядов молнии и влиянию ЛЭП (по условиям прокладки, на эти линии не возможно попадание сетевого напряжения);
- защита по току — применяется для абонентских линий, на которые возможно попадание сетевого напряжения (пересечения, совместная прокладка с сетевыми кабелями и т. п.); по условиям прокладки (кабельная канализация в городской застройке) эти линии слабо подвержены влиянию удаленных разрядов молнии и ЛЭП;
- комплексная защита — применяется для абонентских линий, подверженных влиянию как по току, так и по напряжению.
Конкретная конструкция кроссовой защиты определяется типом плинтов или рамок кросса. Элементная база определяется условиями прокладки абонентской линии — воздушная ЛС (ВЛС) или кабельная ЛС (КЛС), типом АТС (электромеханическая, электронная). В любом случае при заказе кроссовой защиты АТС необходимо проконсультироваться у специалистов.
Отдельно следует сказать о варианте выноса части защиты за пределы кросса. Это следует делать при наличии воздушных (ВЛС) и смешанных абонентских линий. На последней опоре ВЛС монтируется УКС (устройство кабельное соединительное), которое предназначено для соединения ВЛС и КЛС. Кроме того, в УКС размещаются устройства защиты, которые также предназначены для предотвращения пробоев в кабельной части смешанной абонентской линии и предотвращения повреждений в распределительных шкафах при приходе с ВЛС мощного импульса перенапряжения.
Применение абонентских защитных устройств (АЗУ).
Распространенное мнение о том, что АЗУ предназначено только для защиты аппаратуры абонента, совершенно ошибочно. Прежде всего, с точки зрения персонала АТС, АЗУ препятствует попаданию сетевого напряжения из квартиры абонента (при наличии у него сложной аппаратуры, питаемой из сети) в абонентскую линию и далее в оборудование АТС.
Защита уплотненных цифровых линий рассмотрена в пункте «Защита оборудования линейного тракта»
Вопросы защиты ЭПУ со стороны электропитающего ввода 0,4 кВ подробно рассмотрены в пункте «Защита оборудования электропитания».
Защита оборудования АТС по вторичному питанию осуществляется установкой защитных устройств с рабочими напряжениями 48 или 60 В. Места установки и количество устройств защиты выбираются с учетом типа оборудования, условий прокладки шин, вторичного питания по объекту. Последовательно с УЗИП включается предохранитель с номиналом 63 А, характеристикой gG для защиты выхода DC выпрямителя от режима короткого замыкания в варисторе при его аварии.
В заключение считаем необходимым отметить, что некоторые вопросы рассматривалась в данной статье недостаточно глубоко, что обусловлено ее рамками. Но актуальность проблемы не вызывает сомнений. Сейчас на смену устаревшим приходят новые нормативные документы, детально раскрывающие вопросы защиты систем связи от воздействия опасных токов и напряжений различной природы. Выполнение этих требований и рекомендаций, безусловно, приведет к повышению степени надежности работы и уровня защищенности всех типов оборудования связи, электропитания и обработки информации.
Литература:
1. Базелян Э. М., Райзер Ю. П. «Физика молнии и молниезащиты». — М.: Физматлит, 2001.
2. Кужекин И. П., Ларионов В. П., Прохоров Е. Н. «Молния и молниезащита». — М.: Знак, 2003.
3. Стандарты МЭК серии IEC-62305.
4. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. СО 153-34.21.122-2003
5. ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98) «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах». Часть 1 «Требования к работоспособности и методы испытаний».
6. ГОСТ Р 50571.26-2002 «Электроустановки зданий». Часть 5 «Выбор и монтаж электрооборудования». Раздел 534 «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений».
7. Молниезащита радиообъектов. ВСН-1-93.
| Автор: А. Л. Зоричев, В. Г. Лещинский Дата: 05.06.2007 Журнал Стройпрофиль 4-07 Рубрика: электротехническое оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |
| Молниезащита проект и монтаж. Заказать проект молниезащиты Молниезащита проект и монтаж. Заказать проект молниезащиты. tmelectro.ru |