Зоны молниезащиты (LPZ) — почему расположение УЗИП определяется делением на зоны, а не только самой установкой

Руководство о разделительном расстоянии и внешней системе молниезащиты рассматривает внешнюю молниезащиту (молниеприёмник, токоотводы, заземление). Руководство об энергетической координации УЗИП рассматривает, как согласуются между собой устройства защиты от перенапряжений типа 1 и типа 2. Эта статья рассматривает лежащую в основе концепцию, связывающую оба руководства: зоны молниезащиты (LPZ) согласно IEC 62305-4, которые определяют, где в установке какая защита нужна.

Концепция: электромагнитный грозовой климат снижается по зонам

IEC 62305-4 описывает защиту электрических и электронных систем от электромагнитного импульса молнии (LEMP) через деление здания и его окружения на последовательные зоны, где каждая следующая зона имеет значительно более низкий уровень угрозы, чем предыдущая — как для прямого тока удара молнии, так и для электромагнитного поля и индуцируемых им перенапряжений:

• LPZ 0A: незащищённая наружная область, непосредственно подверженная возможному прямому удару молнии и полному, незатухшему электромагнитному полю удара молнии.
• LPZ 0B: также наружная область, но защищённая от прямого удара молниеприёмником внешней системы молниезащиты (LPS) — см. связанное руководство — при этом полное электромагнитное поле здесь всё ещё присутствует.
• LPZ 1: как правило, внутреннее пространство здания, где строительная оболочка и целенаправленное, непрерывное уравнивание потенциалов всех металлических частей и проводников, пересекающих границу зоны (см. ниже), уже существенно снижают как токовую составляющую, так и электромагнитное поле.
• LPZ 2 и выше: зоны, расположенные ещё глубже внутри (например, кабелированный металлический шкаф или специально экранированное помещение), где дополнительное экранирование, уравнивание потенциалов и УЗИП ещё больше снижают уровень — предназначены для наиболее чувствительного электронного оборудования.

Почему каждая граница зоны — это точка уравнивания потенциалов и/или УЗИП

Основной принцип деления LPZ состоит в том, что каждый проводник, переходящий из зоны с более высокой угрозой в зону с более низкой угрозой — кабель питания, кабель данных, металлическая труба — образует потенциальный путь, по которому ток молнии или индуцированное перенапряжение из более высокой зоны всё ещё может проникнуть в более низкую, лучше защищённую зону, если только на этой границе зоны не применяется уравнивание потенциалов (прямое соединение металлических нетоковедущих частей) и, для токоведущих проводников, УЗИП. Это в точности та логика, что лежит в основе координации типов УЗИП, рассмотренной в руководстве об энергетической координации УЗИП: УЗИП типа 1 должен находиться на переходе от LPZ 0 к LPZ 1 (например, главный распределительный щит при вводе кабеля питания, где всё ещё может возникнуть часть прямого тока молнии), УЗИП типа 2 — на следующей границе зоны (например, LPZ 1 к LPZ 2, например, групповой щит дальше в установке), а при необходимости УЗИП типа 3 — ещё ближе к чувствительному конечному оборудованию.

Почему это больше, чем просто размещение УЗИП

Хотя координация УЗИП является наиболее заметным применением концепции LPZ, зонный подход IEC 62305-4 явно включает также меры, не связанные с УЗИП: экранирующий эффект самой строительной конструкции (например, железобетон или металлический фасад), трассировку кабелей (предпочтительно не вплотную вдоль внешней оболочки более высокой зоны), а также уравнивание потенциалов всех металлических труб и кабельных лотков, пересекающих границу зоны — не только токоведущих проводников. Установка, в которой размещены только УЗИП без упорядоченного уравнивания потенциалов на остальной границе зоны, не достигает полной степени защиты, предполагаемой концепцией LPZ.

Внимание: точное число зон, расположение границ зон и требуемые меры УЗИП и уравнивания потенциалов для каждой границы вытекают из оценки риска конкретной установки (см. также руководство об анализе риска молниезащиты) и системного проекта согласно IEC 62305-4; эта статья рассматривает лежащую в основе концепцию зон, а не готовый проект зон для каждой установки.

Практическая значимость

При оценке защиты от перенапряжений установки полезно сначала определить границы LPZ здания — где кабель переходит снаружи (LPZ 0) внутрь (LPZ 1), и есть ли дальше в установке дополнительные зонные переходы к чувствительному оборудованию (LPZ 2)? — прежде чем определять УЗИП. УЗИП, размещённый на неправильной границе зоны, или граница зоны, на которой УЗИП присутствует, но последовательное уравнивание потенциалов остальных металлических частей отсутствует, не обеспечивает защиту, предполагаемую делением на зоны.

Частые ошибки

1. Определение УЗИП без предварительного выявления границ зон LPZ установки — правильный тип и расположение УЗИП вытекают из защищаемого зонного перехода, а не из фиксированного эмпирического правила.
2. Уравнивание потенциалов или установка УЗИП только на токоведущих проводниках на границе зоны, забывая о металлических трубах/кабельных лотках, пересекающих ту же границу — они образуют столь же реальный путь для кондуктивного перенапряжения или связанного поля.
3. Путаница LPZ 0B с полностью защищённой зоной — молниеприёмник защищает от прямого удара, но электромагнитное поле удара молнии в другом месте в LPZ 0B всё ещё полностью присутствует.
4. Предположение, что одного размещения УЗИП достаточно, без применения остальных, не связанных с УЗИП мер концепции LPZ (экранирование, трассировка кабелей, уравнивание потенциалов).

Связанные материалы

• Молниезащита — разделительное расстояние и внешняя система молниезащиты (LPS)
• Энергетическая координация УЗИП — тип 1 и тип 2 (IEC 61643)
• Молниезащита — анализ риска согласно IEC 62305
• Молниезащита теплиц