Критерии за проектиране на мълниезащитни уредби в съответствие с NF C 17-102:2011

Нови изисквания към мълниеприемниците с изпреварващо действие

Първият издаден европейски стандарт в подкрепа на употребата на мълниеприемници с изпреварващо действие е NF C 17-102:1995. През изминалата година група от френски и испански специалисти се зае с неговото преразглеждане и актуализиране в отговор на молба, отправена от CENELEC (Европейски електротехнически комитет). Новото издание на френския стандарт NF C 17-102:2011 бе одобрено както от Франция, така и от Испания, чрез версията UNE 21186:2011. В тази нова версия са публикувани много нови критерии, голяма част от които са заимствани от стандарт БДС EN 62305-3, издаден от Международен електротехнически комитет (IEC). Той разглежда стандартите за монтаж на мълниезащитни уредби и формулира изискванията към избора на компонентите и инсталацията на съоръженията. Френският стандарт NF C 17-102:1995 (както и във версията си от 2009 г.) определя характеристиките, параметрите и качествата на даден продукт.

Българската Наредба №4 от 22 декември 2010 г. за мълниезащита на сгради, външни съоръжения и открити пространства представлява съчетание от критериите, съдържащи се във френския стандарт NF C 17-102:1995, и БДС EN 62305. За съжаление, в нея фигурират редица остарели и невалидни критерии, заимствани от старата Наредба № 8 от 28 декември 2004 г. за мълниезащита на сгради, външни съоръжения и открити пространства, твърдят специалистите. Така новият български стандарт остава неактуализиран по отношение на промените, настъпили в новото издание на стандарт NF C 17-102:2011.

Актуални промени в новото издание на NF C 17-102:2011
На първо място се приема, че тестовете, на които се подлагат мълниеприемниците с изпреварващо действие, трябва да са по-задълбочени. Всеки мълниеприемник с изпреварващо действие съдържа електрически и електронни елементи, които се намират в близост до точката на попадение на мълнията. Ето защо е логично мълниеприемниците с изпреварващо действие да бъдат подлагани на също толкова сериозни тестове, на каквито се подлага всеки елемент, съдържащ система за мълниезащита. Изборът на мълниеприемник с изпреварващо действие трябва да се основава на анализ на риска от попадение на мълнии, извършен според методологията, установена в стандарт БДС EN 62305-2. Монтажът на мълниеприемника с изпреварващо действие трябва да отговаря на изискванията, установени в стандарт БДС ЕN 62305-3, и на техническия стандарт NF C 17-102:2011.

За максимална стойност на изпреварващото време се приема 60 ms, независимо каква е стойността, получена при лабораторни тестове. Мълниезащитната зона вече не е една обикновена полусфера, а сфера. Това означава, че сградите в България, проектирани и построени съгласно стандартите Наредба № 8 за мълниезащитата на сгради, външни съоръжения и открити пространства или Наредба № 4 от 22 декември 2010 г., не са ефикасно защитени най-вече, когато става дума за високи постройки.

Защитната зона се определя от повърхност, която на свой ред се определя от защитни радиуси, отговарящи на различни височини h, и чиято ос е равна на оста на мълниеприемника с изпреварващо действие. Това може да се види на фигура 1.

Радиусът на защита на един мълниеприемник с изпреварващо действие зависи от височината (h) по отношение на повърхността, която трябва да се защити, от времето за изпреварване и от избраното ниво на мълниезащита.

Rp = Ц(2rh-h2 + D(2r+D)) para h і 5 m
Rp = hRp (h = 5)/5 para 2 m і h і 5 m

където:
Rp (h) (m) е радиусът на защита на дадена височина h,
h (m) е височината от върха на мълниеприемника спрямо хоризонталата повърхност, която трябва да бъде защитена.
r (m):  20 м за ниво I
30 м за ниво II
45 м за ниво III
60 м за ниво IV

D(m) D = DT x 106

Практическият опит показва, че стойността на изпреварващото време D (в метри) е равна на ефективността, получена по време на тестове за оценка на мълниеприемници с изпреварващо действие (DT в микросекунди).

Защита на високи сгради
В новото издание на NF C 17-102: 2011 е включена и защитата на сгради по-високи от 60 м. При този тип сгради се предлага да се защитят последните 20% от височината на сградата (или каквато и да е точка по-висока от 120 м) чрез монтирането на мълниеприемници с изпреварващо действие или чрез конвенционални системи за мълниезащита. При сградите с голяма височина се изискват 4 токоотвода, свързани с един хоризонтален контур около сградата, като се изравняват потенциалите на 4-те токоотвода, ако това е необходимо. Тези токоотводи се разполагат по дължината на периметъра и ако е възможно в четирите ъгъла на сградата.

Мълниезащита за обекти с ниво на защита I+ и I++
Определяне на нивата на мълниезащита, по-големи от I ниво.
Ниво на защита I+. Това е мълниезащитна система с използването на един мълниеприемник с изпреварващо действие за ниво на мълниезащита I, като допълнително се свързва или с бетонна арматура на сградата, която може да служи като естествен токоотвод, което допълва стандартните токоотводи (тези, които се монтират с проводниците по фасадите на сградата, от покрива до земята), които са свързани с мълниеприемника. Свързването на споменатите естествени токоотводи трябва да се направи на нивото на покрива на сградата и в земята. Естествените токоотводи трябва да се свържат помежду си в земята чрез арматурата в основата на сградата или чрез допълнителен проводник за тази цел. Ако липсват естествени токоотводи или не може да се изпълни някое от гореизброените условия, не е възможно постигането на ниво I+.

Ниво на защита I++. В допълнение към ниво I+, покривът трябва да бъде защитен с един мълниеприемник с изпреварващо действие с радиус на защита, намален с 40% по отношение на стойностите, дадени в раздел Радиус на защита за достигане на по-ефикасна защита за съоръженията, монтирани върху покрива.

Брой на токоотводите
При неизолираните мълниезащитни уредби всеки мълниеприемник с изпреварващо действие трябва да бъде свързан с поне 2 токоотвода. За осигуряването на добро разпределение на тока двата пътя към земята трябва да са разположени, ако е възможно, на две различни страни на сградата. Друго изискване е поне един от токоотводите да е от самия мълниеприемник. Когато има n броя мълниеприемници с изпреварващо действие върху сграда с голям размер, могат да се използват едни и същи токоотводи, т. е. в един от монтираните токоотводи може да преминава токът на мълнията от два мълниеприемника. Така ако има n броя мълниеприемници с изпреварващо действие върху покрива, не е необходимо да съществуват 2n броя токоотводи, а само n брой собствени токоотводи. Възможно е да се използват по-малко от 2n броя токоотводи, само ако го позволяват защитните разстояния (S) за цялата система.

Броят на собствени токоотводи трябва да бъде най-малко равен на броя на мълниеприемниците върху сградата. Изпълняването на защитните разстояния (S) позволява да се определи както броя на необходимите токоотводи, така и възможността да се използват едни и същи токоотводи. Увеличаването броя на собствените токоотводи позволява да се намалят защитните разстояния (S).
В случай че мълниеприемникът с изпреварващо действие е монтиран по изолиран начин, се изисква поне един токоотвод за всеки мълниеприемник.

Заб. Методологията за изчисление на защитните разстояния (S) може да бъде видяна в Приложение № 5 от „Наредба № 4 за мълниезащита на сгради, външни съоръжения и открити пространства”.

Различни видове заземители
Размерите на заземителите зависят от специфичното съпротивление на почвата, в която се изграждат. Специфичното съпротивление се променя при различните видове терени - глина, скала, пясък и др. и в зависимост от температурата на почвата и съдържанието на вода в нея. За всеки токоотвод заземителят може да се състои от:
Вид А: разделен на:
А1. Проводници от същия вид и с характеристики като токоотводите, без алуминий, разположени във формата на птичи крак с големи размери и на поне 50 см дълбочина.
Пример: три проводника с дължина от 7 до 8 м, разположени хоризонтално и на поне 50 см дълбочина.
А2. Чрез съединяването на няколко вертикални заземителни колове, свързани паралелно, с минимална дължина 6 м и поне на 50 см дълбочина.
Заземителна конфигурация на заземителните колове в редица един зад друг или във форма триъгълник, като разстоянието между тях трябва да е най-малко една дължина на заземителния кол, но ако е възможно два пъти дължината на заземителния кол.

Вид В: Конфигурация във формата на контур
Това разпределение се състои както в един външен заземителен контур около защитаваната сграда, намиращ се в контакт със земята в поне 80% от дължината си, така и в един електрод на основата, състоящ се от проводник от поне 50 мм2. Най-ниската част на всеки токоотвод трябва да се свързва допълнително с поне един хоризонтален електрод с минимална дължина 4 м или с един вертикален електрод с минимална дължина 2 м.
Типовете решения на заземители за мълниезащита са илюстрирани във фигура 3.

Критерии към заземяването
Един от основните критерии е съпротивлението на заземителя, измервано чрез конвенционалните методи за измерване, да бъде по-ниско от 10 W, за да се осигури ефективното действие на мълниеприемниците с изпреварващо действие. Тази стойност трябва да се измерва със заземител, изключен от всички метални проводници и елементи, към които може да е свързан.
Също така трябва да се избягва изграждането на заземяване чрез един заземител с голяма дължина, хоризонтален или вертикален (> 20 м), за да се осигури възможно най-ниската стойност на импеданс и индуктивно съпротивление.

Използването на заземително огнище, състоящо се от един дълбок вертикален електрод, с цел откриването на по-влажен терен, може да даде резултат само, ако специфичното съпротивление на повърхността е частично увеличено и в по-дълбоките слоеве на почвата има по-ниско специфично съпротивление с повишена проводимост. Трябва да се отбележи обаче, че такива заземители на дълбочина дават увеличен импеданс, когато дълбочината е по-голяма от 20 м. В такъв случай трябва да се увеличи броят на хоризонталните и вертикалните електроди, които винаги трябва да са еквипотенциално свързани, препоръчват специалистите.

Допълнителни средства за изграждане на заземители за мълниезащита
Когато с обичайните средства не е възможно постигането на стойности на съпротивление на заземяването по-ниски от 10 W, могат да се приложат следните допълнителни мерки:
- Да се постави около заземителните проводници и заземителните колове подобрител за заземяване, който да подобри проводимостта, но без да предизвиква корозия, с PH не по-ниско от 7 и с ниско специфично съпротивление.
- Да се изгради заземител във формата на птичи крак.
- Да се увеличи броят на еквипотенциално свързаните заземители.

Ако след прилагането на изброените мерки не е възможно постигането на стойност на съпротивлението на заземяване по-ниска от 10 W, се приема, че заземителна конфигурация тип А може да осигури едно сигурно преминаване на тока на мълния, ако общата дължина на поставения в земята заземителен електрод е поне до 160 м за ниво на защита I и 100 м за нива на защита II, III, IV. При всички случаи вертикалният и хоризонталният елемент не могат да бъдат по-дълги от 20 м. Препоръчва се вместо един дълъг електрод, да се използват няколко по-къси, най-добре разположени хоризонтално.

Необходимата дължина може да се постигне чрез комбинация от хоризонтален проводник (натрупана дължина L1) и вертикални колове (натрупаната дължина L2) като 160 м (или 100 м) = L1 + L2.
При заземителите тип В (заземителен контур), когато не може да се достигне стойност по-ниска от 10 W, дължината на всеки допълнителен електрод трябва да е: от 4 м до 160 м за ниво на защита I за хоризонталните електроди (100 м за останалите нива на защита); от 2 м до 80 м за ниво на защита I за вертикалните електроди (50 м за останалите нива на защита) или комбинация, както е обяснено за заземителите тип А.

Ернесто Стефанов, Парадайс Електрик Консулт