Требования к элементам внешней молниезащиты. Часть I.

Механические и химические испытания

Компоненты, применяемые при монтаже системы внешней молниезащиты должны отвечать определенным механическим и электрическим требованиям. Компоненты молниезащиты поделены на категории в соответствии с их функциями, например, соединительные компоненты, проводники и заземляющие электроды.

Испытания традиционных компонентов молниезащиты

Металлические компоненты молниезащиты (клеммы, токоотводы, молниеприемники, заземляющие электроды), которые не защищены от атмосферных воздействий, должны быть подвергнуты искусственному старению созданием условий для тестирования, чтобы проверить их пригодность для применения по назначению. Металлические компоненты подвергаются искусственному старению и проверяются в два этапа.

Влияние естественных атмосферных условий и воздействие коррозии на компоненты молниезащиты




Этап 1: Воздействия соляным туманом

Это испытание предназначено для компонентов или устройств, которые разработаны с характеристиками устойчивости к воздействию соляной атмосферы. Испытательное оборудование состоит из камеры соляного тумана, где испытывают образцы по второму уровню жесткости в течение более 3-х дней. Уровень жесткости 2 включает три фазы распыления по 2 часа каждая, при этом используется 5% раствор поваренной соли (NaCl) при температуре между 15 и 35 градусов Цельсия, за этим поддерживается относительная влажность 93 +2-3% и температура 40 градусов Цельсия в течение 20-22 часов.

Этап 1: Обработка влажной сернистой атмосферой

Это испытание предназначено для оценки устойчивости материалов или объектов к конденсированной влажной атмосфере, содержащей диоксид серы. Испытательное оборудование состоит из тестовой камеры, где на образцы воздействует атмосфера с концентрацией диоксида серы 667 ppm (по объему) в течение семи циклов. Каждый цикл имеет продолжительность 24 часа и состоит из периода нагрева в течение 8 часов при температуре 40 градусов Цельсия во влажной насыщенной атмосфере, после которого следует перерыв на 16 часов. После этого влажная сернистая атмосфера заменяется. Искусственному старению подвергаются компоненты как для наружной установки, так и для установки в земле. Для компонентов, заглубляемых в землю, должны быть рассмотрены дополнительные требования и меры. Алюминиевые клеммы и проводники не допускается устанавливать в земле. Если в земле должны быть установлены элементы из нержавеющей стали, должна применяться только высоколегированная сталь, например марки V4A. Установка нержавеющей стали марки V2A не допустима.

Компоненты, предназначенные для установки внутри помещения, не требуется подвергать искусственному старению. Также это справедливо для компонентов, которые должны устанавливаться внутри бетона. поэтому эти компоненты часто выполняют из черно не гальванизированной стали.

Молниеприемные системы, молниеприемные стержни

В основном молниеприменые стержни используют как молниеприемные системы. Они доступны в различных вариантах исполнения, например, это может быть молниеприемник высотой 1 метр для установки на бетонном основании на плоских кровлях или телескопическая молниеприемная мачта высотой 25 метров для защиты резервуаров с топливом.




Определяются минимальные поперечные сечения и допустимые материалы с соответствующими электрическими и механическими свойствами для молниеприемных стержней.

Для молниеприемников большой высоты гарантия устойчивости к изгибу и устойчивость всей системы в целом (молниеприемника на треноге) должна быть обеспечена статистическими расчетами. Требования к поперечным сечениям и материалам должны основываться на этих вычислениях. Также в этих расчетах должна учитываться скорость ветра, которая соответствует определенной зоне ветровой нагрузки.

Соединительные компоненты

Соединительные компоненты, или как их часто называют клеммы, используются как компоненты молниезащиты для соединения проводников (молниеприемников, токоотводов, вводов в землю) друг с другом или для присоединения к элементам объекта. В зависимости от типа и материала клемм доступен большой выбор их комбинаций. Направление прокладки проводника и допустимые комбинации материалов будут определяющими факторами в этом отношении. Тип прокладки проводника показывает как клемма соединяется с проводником или соединяются проводники при параллельной прокладке или перпендикулярном пересечении. В случае протекания тока молнии клеммы подвергаются электродинамическому и термическому воздействию, которые сильно зависят от типа прокладки проводника и клеммного соединения. Ниже в таблице указаны материалы, которые можно соединять без образования коррозии в месте контакта.

	Сталь	Алюминий	Медь	Нерж.сталь	Титан	Олово
Сталь (St/tZn)	да	да	нет	да	да	да
Алюминий	да	да	нет	да	да	да
Медь	нет	нет	да	да	нет	да
Нерж.сталь	да	да	да	да	да	да
Титан	да	да	нет	да	да	да
Олово	да	да	да	да	да	да

При соединении разных материалов с их индивидуальной механической прочностью и теплопроводящими свойствами в случае воздействия тока молнии будут наблюдаться разные эффекты на соединительны компонентах. Это особенно очевидно для соединений из нержавеющей стали, где из-за низкой проводимости возникают высокие температуры при протекании тока молнии. Поэтому испытание током молнии должно быть проведено для всех клемм. Чтобы проверить худший случай, должны быть проверены не только разные комбинации проводников, но и комбинации материалов, определенные производителем.

Особенности испытаний на примере MV клеммы.

В начале определяется количество комбинаций для испытания. Рассматриваемая MV клемма выполнена из нержавеющей стали и, следовательно, может соединяться с проводниками из стали, алюминия, нерж.стали и меди, как указано в таблице выше. Кроме этого соединение может быть крестообразным и параллельным, что и должно быть испытано. Это означает, что есть восемь возможных комбинаций для используемой MV клеммы.






В соответствии с EN 50164 каждая из этих тестовых комбинаций должна быть испытана с тремя подходящими образцами-сборками для испытаний. Это означает, что 24 экземпляра этой MV клеммы должны быть испытаны, чтобы закрыть полный диапазон. Каждый образец монтируется с требуемым моментом затяжки и подвергается искусственному старению в солевом тумане и влажной сернистой атмосфере, как описано выше. Для последующего электрического теста образцы закрепляются на изолированной пластине.

На каждый образец подается три импульса тока тока молнии с формой волны 10/350 мкс с амплитудой тока 50 кА (Нормальный режим) и 100 кА (Тяжелый режим). После испытания током молнии образцы не должны иметь признаков повреждения. Переходное сопротивление (измеренное поверх клеммы) для клемм из нержавеющей стали не должно превышать 1 мОм в случае нормального режима и 2,5 мОм в случае тяжелого режима. При этом должен быть соблюден требуемый момент затяжки. Для каждой тестовой комбинации должен быть подготовлен заводской протокол испытаний, который обычно предоставляется по запросу или выкладывается в открытый доступ изготовителями.

Следовательно, установщики систем молниезащиты должны выбрать соединительные компоненты для режима эксплуатации H или N, который ожидается в месте установки. Например, зажим для тяжелого режима H (100 кА) должен применяться для молниеприемников (полный ток молнии), а зажим для нормального режима N (50 кА) для молниеприемной сетки или вводе в землю (ток молнии уже распределен).

Проводники

Устанавливаются специальные требования к проводникам, таким как молниеприемники и токкотводы или заземлители, например, кольцевые заземлители:

- механические свойства (минимальный предел прочности, минимальное растяжение)
- электрические свойства (максимальное удельное сопротивление)
- устойчивость к коррозии (искусственное старение)

Механические свойства должны испытываться и измеряться. Рис. показывает испытательную установку для определения предела прочности круглых проводников (например, алюминиевых). Важным является качество покрытия (гладкое, непрерывное), а также минимальная толщина и адгезия к основному материалу и должно быть проверено с особой тщательностью, если используется гальванизированная сталь (St/tZn).

Это описано в стандарте в описании теста на изгиб. С этой целью образец изгибают с радиусом эквивалентности 5-ти кратному превышению его диаметра на угол 90 градусов. При этом у образца не должно образоваться острых краев, произойти излом или отслаивание. Кроме того, для установки систем молниезащиты обработка материалов проводников должна быть легкой и простой. Круглые проводники или полосы (бухты) как предполагается должны легко выравниваться специальным приспособлением (роликовой машинкой для выравнивания) или путем скручивания. Также проводники должно быть легко устанавливать/сгибать при монтаже на объектах и в земле. Эти стандартные требования должны быть отражены в документации производителя.




Заземляющие электроды / заземляющие стержни

Составные стержни заземления DEHN сделаны из специальной стали и полностью обработаны методом горячего оцинкования или выполнены из высоколегированной стали (V4A). Соединительный узел, который обеспечивает соединение стержней без увеличения диаметра, является отличительной особенностью этих заземляющих стержней. Каждый стержень с одного конца имеет отверстие, а на другом штифт.

Определяются требования к электродам заземления, такие как материал изготовления, геометрические размеры, а также механические и электрические свойства. Соединительные узлы стыковки отдельных стержней являются слабым местом. Поэтому требуется, чтобы были выполнены дополнительные механические и электрические испытания, чтобы проверить качество этих соединительных узлов.

Для испытания стержень закрепляют в направляющем приспособлении с металлической пластиной, служащей зоной удара. Образец состоит из двух соединенных стержней длиной 500 мм каждый. Должны быть испытаны три образца каждого типа заземляющих стержней. На верхний конец образца воздействуют вибромолотом с подходящим ударным наконечником с темпом ударов 2000 +- 1000 1/мин и кинетической энергией 50 +- 10 Нм.

Если соединения прошли этот тест без видимых дефектов, они подвергаются искусственному старению солевым туманом и влажной сернистой атмосферой. Затем на соединения подаются три импульса тока молнии с формой волны 10/350 мкс по 50 кА и 100 кА. Переходное сопротивление (через соединение) стержней из нержавеющей стали не должно превышать 2,5 мОм. Для того, чтоб проверить достаточно ли прочно соединение после воздействия тока молнии, соединение испытывают в испытательной установке на предел прочности.

Внедрение функциональной системы молниезащиты требует применения компонентов и устройств испытанных согласно нормативам. Компоненты должны быть отобраны и должным образом применены проектировщиком системы молниезащиты в соответствии с требованиями на месте установки. В дополнение к механическим критериям рассматриваемым в первую очередь, всегда необходимо не забывать об электрических критериях, используемых при проектировании систем молниезащиты.