Разделительное расстояние системы молниезащиты (IEC 62305-3) — почему молниеприёмник нельзя размещать вплотную к металлу

Руководство об оценке риска по IEC 62305-2 рассматривает предшествующий шаг: нужна ли, и при каком классе защиты (LPL), система молниезащиты (LPS). Эта статья рассматривает следующий, ориентированный на монтаж шаг из IEC 62305-3: какое расстояние должен выдерживать молниеприёмник или токоотвод этой LPS от токопроводящих частей здания или от самой установки, чтобы предотвратить опасное перекрытие.

Проблема: ток молнии может перекрыться на близлежащие металлические части

Когда токоотвод системы молниезащиты проводит часть тока молнии к земле, по длине этого токоотвода возникает значительная разность потенциалов — результат очень быстрого изменения тока (высокое di/dt) в сочетании с собственной индуктивностью токоотвода. Если поблизости находится токопроводящая часть, не включённая в LPS (например, водосточный жёлоб, вентиляционный канал или электрический кабель), эта разность потенциалов может вызвать опасное перекрытие (боковой пробой) с токоотвода на эту часть — с риском пожара или повреждения оборудования.

Формула разделительного расстояния

IEC 62305-3 §6.3 поэтому устанавливает минимальное разделительное расстояние (s) между внешней LPS и близлежащими токопроводящими частями:

s = ki × (kc / km) × l

• ki зависит от выбранного класса LPL (см. руководство об оценке риска): 0,08 для класса I, 0,06 для класса II и 0,04 для класса III/IV — чем выше класс защиты, тем больше требуемое разделительное расстояние при той же длине.
• km зависит от изоляционного материала между LPS и близлежащей токопроводящей частью: 1,0 для воздуха и 0,5 для твёрдых изоляционных материалов, таких как бетон или кирпичная кладка (воздух, таким образом, изолирует лучше, чем стена — меньшее значение km требует большего разделительного расстояния).
• kc зависит от распределения тока по числу токоотводов: при одном токоотводе он несёт весь ток молнии (kc ближе к 1), тогда как при нескольких взаимно соединённых токоотводах ток распределяется и kc оказывается ниже.
• l — длина, измеренная вдоль токоотвода, от точки, где рассматривается разделительное расстояние, до ближайшей точки уравнивания потенциалов (точки заземления или главной шины уравнивания потенциалов).

Обратите внимание: эта статья рассматривает принцип расчёта из IEC 62305-3 на основе независимо проверенных источников. Точные значения kc для конкретных конфигураций (число токоотводов, кольцевой проводник) приведены в таблицах полного текста стандарта — при конкретном проектировании всегда обращайтесь к полному тексту IEC 62305-3 за точными табличными значениями.

Что делать, если требуемое разделительное расстояние недостижимо?

Если рассчитанное разделительное расстояние на практике недостижимо — например, потому что кровельная конструкция с металлическим ограждением расположена слишком близко к молниеприёмнику — существуют два распространённых решения:

1. Прямое соединение близлежащей токопроводящей части с LPS (тогда она становится частью самой системы защиты, а не риском для неё);
2. Увеличение разделительного расстояния за счёт увеличения числа токоотводов (что снижает kc) или сокращения пути до точки уравнивания потенциалов (что снижает l).

Практическая значимость

При проектировании или оценке внешней системы молниезащиты проверку разделительного расстояния нельзя пропускать после того, как число и положение токоотводов уже определены: LPS, который на бумаге соответствует правильному классу LPL (см. руководство об оценке риска), всё равно может быть опасен, если токоотводы проходят слишком близко к металлическим элементам фасада, кровельным проходкам или электрическим кабелям без их присоединения к системе или увеличения расстояния.

Типичные ошибки

1. Пропуск расчёта разделительного расстояния из-за того, что оценка риска (IEC 62305-2) уже выполнена — это два отдельных шага: один определяет, нужна ли и при каком классе LPS, другой — как безопасно разместить внешнюю систему.
2. Предположение km = 1,0 (воздух), когда токоотвод проходит вдоль кирпичного фасада или сквозь бетонную стену — для твёрдых изоляционных материалов действует более низкое значение km = 0,5, что требует большего разделительного расстояния.
3. Отсутствие присоединения близлежащей токопроводящей части (водосточный жёлоб, ограждение, вентиляционный канал) и одновременно неувеличение разделительного расстояния — это оставляет риск перекрытия нерешённым.
4. Предположение, что больше токоотводов всегда лучше без использования снижения kc — именно увеличение числа взаимно соединённых токоотводов является одним из двух распространённых способов уменьшить требуемое разделительное расстояние.

Связанные материалы

• Молниезащита — оценка риска и класс LPL (IEC 62305-2)
• Молниезащита тепличных конструкций
• Защита от перенапряжений (SPD) — §443
• Основное уравнивание потенциалов со сторонними токопроводящими частями