Protección contra rayos de cables
La tarea principal se puede formular. Esto es, en primer lugar, para proteger la red de tormentas eléctricas (principalmente descargas eléctricas atmosféricas), y en segundo lugar, para hacerlo sin dañar los cables eléctricos existentes (y los consumidores conectados a él). En este caso, a menudo es necesario resolver el problema "colateral" de normalizar los dispositivos de puesta a tierra y de compensación de potencial en una red de distribución real.
Conceptos básicos
Si hablamos de documentos, entonces la protección contra rayos debe cumplir con RD 34.21.122-87 "Instrucciones para el dispositivo de protección contra rayos de edificios y estructuras" y GOST R 50571.18-2000, GOST R 50571.19-2000, GOST R 50571.20-2000.
Aquí están las condiciones:
- Rayo directo: contacto directo del pararrayos con un edificio o estructura, acompañado por el flujo de un rayo a través de él.
- La manifestación secundaria del rayo es la inducción de potenciales en elementos estructurales metálicos, equipos, en circuitos metálicos abiertos provocados por descargas de rayos cercanas y creando riesgo de chispas en el objeto protegido.
- La deriva de alto potencial es la transferencia de potenciales eléctricos al edificio o estructura protegidos a lo largo de comunicaciones metálicas extendidas (tuberías subterráneas y terrestres, cables, etc.), que se producen durante la caída directa y cercana de rayos y crean un riesgo de chispas en el objeto protegido. .
Es difícil y costoso protegerse contra la caída directa de un rayo. No se puede colocar un pararrayos sobre cada cable (aunque puede cambiar completamente a fibra óptica con un cable de soporte no metálico). Solo podemos esperar la probabilidad insignificante de un evento tan desagradable. Y soportar la posibilidad de vaporización del cable y quemado completo del equipo terminal (junto con las protecciones).
Por otro lado, un sesgo de alto potencial no es demasiado peligroso, por supuesto, para un edificio residencial, no para un depósito de polvo. De hecho, la duración del pulso provocado por un rayo es mucho menor que un segundo (se suele tomar como prueba 60 milisegundos o 0,06 segundos). La sección transversal de los cables de par trenzado es de 0,4 mm. en consecuencia, se requerirá un voltaje muy grande para introducir alta energía. Desafortunadamente, esto sucede, al igual que es completamente posible que un rayo caiga directamente sobre el techo de una casa.
No es realista dañar una fuente de alimentación típica con un pico corto de alto voltaje. El transformador simplemente no lo deja salir del devanado primario. Y el convertidor de pulso tiene suficiente protección.
Un ejemplo es el cableado eléctrico en áreas rurales, donde los cables llegan al edificio por aire y, por supuesto, están sujetos a interrupciones significativas durante las tormentas eléctricas. Normalmente no se proporciona ninguna protección especial (aparte de fusibles o vías de chispas).Pero los casos de falla de los electrodomésticos no son muy comunes (aunque ocurren más a menudo que en la ciudad).
Sistema de nivelación potencial.
Así, el mayor peligro práctico son las manifestaciones secundarias de los rayos (en otras palabras, las captaciones). En este caso, los factores llamativos serán:
- la aparición de una gran diferencia de potencial entre las partes conductoras de la red;
- inducción de alto voltaje en alambres largos (cables)
La protección contra estos factores es respectivamente:
- ecualización de los potenciales de todas las partes conductoras (en el caso más simple, conexión en un punto) y baja resistencia del bucle de tierra;
- blindaje de cables blindados.
Comencemos con una descripción del sistema de nivelación potencial, a partir de esta base, sin la cual el uso de cualquier dispositivo de protección no dará un resultado positivo.
7.1.87. A la entrada del edificio se debe realizar un sistema de conexión equipotencial combinando las siguientes partes conductoras:
- principal (tronco) conductor de protección;
- cable de tierra principal (troncal) o abrazadera de tierra principal;
- tubos de acero de comunicaciones de edificios y entre edificios;
- partes metálicas de estructuras de edificios, protección contra rayos, calefacción central, sistemas de ventilación y aire acondicionado. Tales partes conductoras deben estar interconectadas en la entrada del edificio.
- Se recomienda repetir los sistemas de conexión equipotencial adicionales durante la transferencia de energía.
7.1.88.Todas las partes conductoras expuestas de las instalaciones eléctricas fijas, las partes conductoras de terceros y los conductores de protección neutros de todos los equipos eléctricos (incluidos los enchufes) deben conectarse al sistema de conexión equipotencial adicional...
Conexión a tierra esquemática del blindaje del cable, protección contra rayos y equipo activo según nueva edición de PUE debe hacerse de la siguiente manera:
Puesta a tierra de pantallas de cables, pararrayos y equipos activos según nueva edición PUE
Mientras que la edición anterior preveía el siguiente esquema:
Puesta a tierra de pantallas de cables, pararrayos y equipos activos en la antigua edición de PUE
Las diferencias, a pesar de su insignificancia externa, son bastante fundamentales. Por ejemplo, para una protección efectiva contra rayos de equipos activos, es deseable que todos los potenciales oscilen alrededor de una sola "tierra" (también, con baja resistencia de tierra).
Por desgracia, muy pocos edificios se construyen en Rusia de acuerdo con un PUE nuevo y más eficiente. Y podemos decir firmemente: no hay "tierra" en nuestras casas.
¿Qué hacer en este caso? Hay dos opciones: rediseñar toda la red eléctrica en el hogar (una opción poco realista) o usar lo que está razonablemente disponible (pero al mismo tiempo recordar a qué apuntar).
Puesta a tierra de cables y equipos.
La conexión a tierra del equipo activo suele ser fácil. Si se trata de una serie industrial, probablemente haya un terminal dedicado para eso. Es peor con los modelos de escritorio baratos: simplemente no tienen el concepto de "tierra" (y, por lo tanto, nada a tierra). Y el mayor riesgo de daño es totalmente compensado por el precio más bajo.
El tema de la infraestructura de cable es mucho más complejo.El único elemento del cable que se puede poner a tierra sin perder la señal útil es el blindaje. ¿Es recomendable utilizar tales cables para colocar «respiraderos»? En respuesta, me gustaría citar una cita larga:
En 1995, un laboratorio independiente realizó una serie de pruebas comparativas de sistemas de cables blindados y no blindados. Se llevaron a cabo pruebas similares en el otoño de 1997. Se tendió una sección controlada de cable de 10 metros de largo en una cámara de absorción de eco protegida de perturbaciones externas. Un extremo de la línea estaba conectado a un concentrador de red 100Base-T y el otro a un adaptador de red de PC. La parte de control del cable estuvo expuesta a interferencias con una intensidad de campo de 3 V/m y 10 V/m en el rango de frecuencia de 30 MHz a 200 MHz. Se obtuvieron dos resultados significativos.
En primer lugar, el nivel de interferencia en un cable sin blindaje de categoría 5 resulta ser de 5 a 10 veces mayor que en un cable blindado con una tensión de campo de RF de 3 V/m. En segundo lugar, en ausencia de tráfico de red, el concentrador de red realizado en cable sin blindaje muestra más del 80 % de carga de red en algunas frecuencias. La intensidad de la señal del protocolo 100Base-T por encima de 60 MHz es muy baja, pero muy importante para la recuperación de la forma de onda. Sin embargo, incluso con interferencias por encima de 100 MHz, el sistema sin blindaje no superó la prueba. Al mismo tiempo, se observó una disminución de dos órdenes de magnitud en la velocidad de transmisión de datos.
Los sistemas de cable blindado han pasado todas las pruebas, pero una conexión a tierra efectiva es esencial para su operación exitosa.
Cabe señalar aquí un punto importante.En el SCS tradicional, la conexión a tierra se realiza a lo largo de toda la línea, continuamente desde un puerto de equipo activo a otro (aunque en teoría, la conexión a tierra debe proporcionarse en un solo punto). Es extremadamente difícil conectar a tierra adecuadamente una gran red distribuida y la mayoría de los instaladores generalmente no usan cables blindados.
En las redes "domésticas", no se debe hablar de poner a tierra la red, sino de poner a tierra líneas individuales. Estos. Puede pensar en cada línea individual como un par trenzado sin blindaje colocado en un tubo de metal (después de todo, el propósito del blindaje es proteger la parte de "aire" de la línea).
Esto simplifica mucho las cosas. En consecuencia, el uso de cable apantallado es más que recomendable. Pero solo con una buena conexión a tierra al ingresar al edificio. Se recomienda hacer esto en ambos lados de acuerdo con la siguiente regla:
Puesta a tierra de la pantalla del cable
Por un lado, se realiza una puesta a tierra «muerta». Por otro lado, mediante aislamiento galvánico (vía de chispas, condensador, vía de chispas). En el caso de una puesta a tierra simple en ambos lados, en un circuito eléctrico cerrado entre edificios, pueden producirse corrientes de compensación no deseadas y/o pinzas parásitas.
Idealmente, es recomendable conectarlo a tierra con un conductor separado de una sección transversal decente al sótano de la casa y conectarlo directamente al bus equipotencial. En la práctica, sin embargo, es suficiente usar el cero de protección más cercano.Al mismo tiempo, la eficacia de la protección contra rayos de la red disminuye, pero no demasiado, solo ligeramente (más en teoría que en la práctica) aumenta la probabilidad de daño a los consumidores eléctricos en la casa debido al aumento del potencial.