Основные принципы разработки молниезащиты на примере офисного центра
Рассмотрим принцип проектирования молниезащиты на примере современного бизнес-центра (условный пример применения ДСТУ EN 62305-1:2012). БЦ — это многоэтажное офисное здание с большим количеством людей, серверными помещениями, системами электропитания, пожарной сигнализации, контроля доступа, видеонаблюдения, вентиляции, диспетчеризации и телекоммуникационными сетями.
Для такого объекта молниезащиту нельзя рассматривать только как установку молниеприемников на крыше здания. Инженер должен оценить весь комплекс рисков: опасность для людей, возможные физические повреждения здания, пожар, отказ внутренних электрических и электронных систем, остановку офисной инфраструктуры и экономические потери для арендаторов.
Определение источников угроз
На первом этапе инженер анализирует, какие источники повреждений могут быть актуальными для бизнес-центра. Для такого объекта могут рассматриваться:
-
S1 — прямой удар молнии в здание, например в кровлю, металлические конструкции, антенные мачты или другие выступающие элементы;
-
S2 — удар молнии рядом со зданием, который может создать электромагнитное воздействие на внутренние системы;
-
S3 — удар молнии в линию, подключенную к зданию, например во внешнюю линию электропитания или инженерный ввод;
-
S4 — удар молнии рядом с подключенными линиями, что может вызвать наведенные перенапряжения.
Для бизнес-центра особенно важны не только прямые удары молнии, но и импульсные перенапряжения, которые могут попасть в здание через электрические, телекоммуникационные или другие инженерные линии.
Оценка возможных повреждений
После определения источников угроз инженер анализирует типы повреждений, которые могут возникнуть на объекте.
Для бизнес-центра наиболее актуальны такие типы повреждений:
-
D1 — поражение людей электрическим током из-за напряжения прикосновения или шагового напряжения;
-
D2 — физическое повреждение здания, пожар, искрение или повреждение конструкций;
-
D3 — отказ внутренних электрических и электронных систем из-за электромагнитного импульса молнии LEMP.
Например, прямой удар в кровлю без надлежащей системы перехвата и отвода тока может создать риск повреждения конструкций или пожара. В то же время даже удар молнии рядом со зданием может вызвать перенапряжение в сетях питания, системах сигнализации, видеонаблюдения, контроля доступа, серверном оборудовании или системах автоматизации.
Определение типов потерь
Для бизнес-центра стандартный подход предусматривает оценку не только самого факта повреждения, но и возможных последствий.
В таком объекте могут учитываться:
-
L1 — риск для жизни и здоровья людей, находящихся в здании;
-
L4 — экономические потери, связанные с повреждением оборудования, простоем арендаторов, остановкой серверов, систем доступа, связи или инженерной автоматики;
-
L2 — может учитываться в случаях, когда в бизнес-центре размещены службы или системы, отказ которых влияет на предоставление важных услуг.
Если в здании нет объектов культурного наследия, тип потерь L3 обычно не является ключевым для такого примера.
Выбор уровня защиты LPL
ДСТУ EN 62305-1:2012 вводит понятие уровней защиты от молнии LPL I, LPL II, LPL III и LPL IV. Сам уровень защиты для конкретного объекта должен определяться не произвольно, а по результатам оценки риска в соответствии с ДСТУ EN 62305-2.
В нашем условном примере после оценки рисков для бизнес-центра принят уровень защиты LPL II. Это означает, что дальнейшие технические решения по системе молниезащиты должны согласовываться с параметрами, характерными для этого уровня.
В частности, для LPL II в стандарте приведен максимальный пиковый ток первого положительного импульса 150 кА. Это значение учитывается при выборе и проектировании элементов системы молниезащиты, в частности системы перехвата, токоотводов, заземления, разделительных расстояний и устройств защиты от импульсных перенапряжений.
Разделение здания на зоны LPZ
После определения уровня защиты инженер применяет зонный подход LPZ. Он нужен для того, чтобы разделить пространство бизнес-центра по уровню воздействия молнии и электромагнитной среды.
Для бизнес-центра это может выглядеть так:
-
LPZ 0A — открытые участки кровли, фасадные выступы, металлические конструкции, антенны и другие элементы, где возможен прямой удар молнии;
-
LPZ 0B — части здания, защищенные от прямого удара системой перехвата, но все еще находящиеся под воздействием полного электромагнитного поля молнии;
-
LPZ 1 — внутренние помещения здания после основных мер защиты, где импульсный ток уже ограничивается распределением тока, эквипотенциальными соединениями, изолирующими интерфейсами или SPD;
-
LPZ 2 — серверные, диспетчерские, помещения с оборудованием пожарной сигнализации, системами контроля доступа, видеонаблюдения, BMS или другой чувствительной электроникой.
Такое разделение помогает правильно определить, где нужна внешняя молниезащита, где необходимы эквипотенциальные соединения, а где следует предусмотреть дополнительную каскадную защиту от импульсных перенапряжений.
Построение системы LPS
Для защиты бизнес-центра от физических повреждений применяется LPS. Она включает внешнюю и внутреннюю части.
Внешняя LPS на таком объекте может предусматривать:
-
систему перехвата на кровле;
-
молниеприемники или сетчатую систему на кровельных конструкциях;
-
токоотводы для безопасного отвода тока молнии;
-
систему заземляющего устройства для рассеивания тока в земле.
Внутренняя LPS должна уменьшить риск опасного искрения внутри здания. Для этого предусматриваются эквипотенциальные соединения металлических частей, инженерных вводов, кабельных трасс, заземляющих проводников и других токопроводящих элементов. Также учитываются разделительные расстояния между элементами внешней системы молниезащиты и внутренними металлическими или электрическими системами.
Защита электрических и электронных систем
Для бизнес-центра этот этап имеет особое значение, поскольку здание содержит много чувствительного оборудования. Даже если внешняя LPS правильно перехватит и отведет ток молнии, внутренние системы могут пострадать от перенапряжений или электромагнитного воздействия.
Поэтому инженер предусматривает меры SPM для защиты внутренних электрических и электронных систем. К ним могут относиться:
-
эквипотенциальные соединения на границах зон LPZ;
-
координированная система SPD;
-
защита на вводе электропитания;
-
дополнительные устройства защиты для распределительных щитов;
-
отдельная защита для серверной, систем пожарной сигнализации, автоматики, видеонаблюдения и контроля доступа;
-
правильная прокладка кабельных трасс для уменьшения площади индукционных петель;
-
использование изолирующих интерфейсов там, где это технически целесообразно.
Например, на границе перехода из LPZ 0 в LPZ 1 устанавливается основной уровень защиты от импульсных перенапряжений. На следующих уровнях, ближе к чувствительному оборудованию в LPZ 2, могут применяться дополнительные ступени SPD. Такой каскадный подход помогает снизить перенапряжение до уровня, безопасного для конкретных внутренних систем.
Практический результат для бизнес-центра
В результате применения принципов ДСТУ EN 62305-1:2012 бизнес-центр получает не набор отдельных элементов, а комплексную систему молниезащиты.
Она позволяет:
-
уменьшить риск поражения людей электрическим током;
-
снизить вероятность пожара или физического повреждения здания;
-
безопасно перехватить и отвести ток молнии;
-
уменьшить риск опасного искрения внутри здания;
-
защитить серверное, офисное и инженерное оборудование от импульсных перенапряжений;
-
обеспечить более стабильную работу систем пожарной сигнализации, контроля доступа, видеонаблюдения, диспетчеризации и связи;
-
минимизировать риск простоя арендаторов и экономических потерь.
Таким образом, в примере с бизнес-центром ДСТУ EN 62305-1:2012 используется как базовый документ для формирования общей концепции защиты. Он помогает определить источники угроз, типы возможных повреждений, уровень защиты LPL, зонирование LPZ, структуру LPS и потребность в мерах SPM и SPD. Именно такой подход позволяет проектировать молниезащиту как целостную инженерную систему, а не как отдельный элемент на кровле.
Ссылки по тематике статьи
