allgosts.ru01. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ТЕРМИНОЛОГИЯ. СТАНДАРТИЗАЦИЯ. ДОКУМЕНТАЦИЯ01.110. Техническая документация на продукцию

ГОСТ Р 58232-2018 Объекты железнодорожной инфраструктуры. Комплексная защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Общие требования

Обозначение:
ГОСТ Р 58232-2018
Наименование:
Объекты железнодорожной инфраструктуры. Комплексная защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Общие требования
Статус:
Действует
Дата введения:
01/15/2019
Дата отмены:
-
Заменен на:
-
Код ОКС:
01.110, 03.220.30, 45.020

Текст ГОСТ Р 58232-2018 Объекты железнодорожной инфраструктуры. Комплексная защита от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Общие требования

ГОСТ Р 58232-2018

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Объекты железнодорожной инфраструктуры

КОМПЛЕКСНАЯ ЗАЩИТА ОТ АТМОСФЕРНЫХ И КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Общие требования

Railway infrastructure objects. Complex protection against lightning and transient surges. General requirements

ОКС 01.110

03.220.30

45.020

ОКПД 2

29.31.22.190

Дата введения 2019-01-15

Предисловие

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН закрытым акционерным обществом "ФОРАТЕК АТ" (ЗАО "ФОРАТЕК AT")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 45 "Железнодорожный транспорт"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 5 октября 2018 г. N 722-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии не несет ответственности за патентную чистоту настоящего стандарта. Патентообладатель может заявить о своих правах и направить в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии аргументированное предложение о внесении в настоящий стандарт поправки для указания информации о наличии в стандарте объектов патентного права и патентообладателе

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на проектируемые и реконструируемые объекты инфраструктуры железнодорожного транспорта, в том числе, на участках высокоскоростного движения.

Настоящий стандарт устанавливает общие технические требования к защите объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта от атмосферных и коммутационных перенапряжений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 12.1.030-81 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление

ГОСТ 12.1.038 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов

ГОСТ 10434 Соединения контактные электрические. Классификация. Общие технические требования

ГОСТ 14312 Контакты электрические. Термины и определения

ГОСТ 21130-75 Изделия электротехнические. Зажимы заземляющие и знаки заземления. Конструкция и размеры

ГОСТ 26522 Короткие замыкания в электроустановках. Термины и определения

ГОСТ 30030 (МЭК 742) Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы. Технические требования

ГОСТ 30331.1 (IEC 60364-1) Электроустановки низковольтные. Часть 1. Основные положения, оценка общих характеристик, термины и определения

ГОСТ 30804.4.4 (IEC 61000-4-4) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам. Требования и методы испытаний

ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

ГОСТ 32895 Электрификация и электроснабжение железных дорог. Термины и определения

ГОСТ 33433 Безопасность функциональная. Управление рисками на железнодорожном транспорте

ГОСТ IEC 61000-4-12 Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 4-12. Методы испытаний и измерений. Испытание на устойчивость к звенящей волне

ГОСТ IEC 61643-11 Устройства защиты от перенапряжений низковольтные. Часть 11. Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к низковольтным системам распределения электроэнергии. Требования и методы испытаний

ГОСТ Р 12.1.009 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Термины и определения

ГОСТ Р 12.1.019-2009 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ Р 12.4.026 Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытаний

ГОСТ Р 50397 (МЭК 60050-161) Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения

ГОСТ Р 50571-4-44-2011 (МЭК 60364-4-44:2007) Электроустановки низковольтные. Часть 4-44. Требования по обеспечению безопасности. Защита от отклонений напряжения и электромагнитных помех

ГОСТ Р 50571.5.54 (МЭК 60364-5-54) Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Выбор и монтаж электрооборудования. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов

ГОСТ Р 50649 (МЭК 1000-4-9) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к импульсному магнитному полю. Технические требования и методы испытаний

ГОСТ Р 51317.4.5 (МЭК 61000-4-5) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. Требования и методы испытаний

ГОСТ Р 51992 (МЭК 61643-1) Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 1. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Технические требования и методы испытаний

ГОСТ Р 53431 Автоматика и телемеханика железнодорожная. Термины и определения

ГОСТ Р 55056 Транспорт железнодорожный. Основные понятия. Термины и определения

ГОСТ Р 55602 Аппараты коммутационные для цепи заземления тяговой сети и тяговых подстанций железных дорог. Общие технические условия

ГОСТ Р МЭК 60050-195 Заземление и защита от поражения электрическим током. Термины и определения

ГОСТ Р МЭК 60949 Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева

ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011 Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 12. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Принципы выбора и применения

ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы

ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2. Оценка риска

ГОСТ Р МЭК 62561.1 Компоненты системы молниезащиты. Часть 1. Требования к соединительным компонентам

ГОСТ Р МЭК 62561.2 Компоненты системы молниезащиты. Часть 2. Требования к проводникам и заземляющим электродам

СП 234.1326000.2015 Свод правил. Железнодорожная автоматика и телемеханика. Правила строительства и монтажа

СП 244.1326000.2015 Свод правил. Кабельные линии объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и сводов правил в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 14312, ГОСТ 26522, ГОСТ 30331.1, ГОСТ 32895, ГОСТ Р 12.1.009, ГОСТ Р 50397, ГОСТ Р 53431, ГОСТ Р 55056 и ГОСТ Р МЭК 60050-195, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 вероятность прорыва молнии: Вероятность удара молнии в объект, защищаемый молниеотводами.

3.2 зона защиты от прямых ударов молнии: Область пространства, отличающаяся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в объеме этой области, не превышает заданной величины.

Примечание - Зона защиты от прямых ударов молнии, как правило, совпадает с зоной молниезащиты .

3.3 молниеотвод: Совокупность соединенных вместе молниеприемников и токоотводов, предназначенная для перехвата молний и отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

3.4 искусственный молниеотвод: Молниеотвод, специально установленный для защиты от прямого удара молнии.

3.5 естественный молниеотвод: Конструкция, элемент или объект, созданный для целей, не связанных с защитой от прямых ударов молнии, но способный, в силу своих характеристик, принимать на себя и отводить прямые удары молнии.

Примечание - Естественными молниеотводами могут являться опоры контактной сети, контактная сеть и т.п.

3.6 молниеприемник: Часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.

3.7 объект инфраструктуры железнодорожного транспорта: Составная часть подсистем инфраструктуры железнодорожного транспорта или совокупность составных частей ее подсистем.

Примечание - Объектом железнодорожной инфраструктуры может являться станция как включая, так и исключая элементы, расположенные на перегонах.

3.8 периметральный заземлитель (периметральный контур заземления): Замкнутый горизонтальный заземлитель, прокладываемый по периметру заземляемого оборудования или охватывающий площадь, занятую заземляемым оборудованием.

3.9

техническое средство: Любое электротехническое, электронное и радиоэлектронное изделие, а также любое изделие, содержащее электрические и (или) электронные составные части.

Примечание - Техническое средство может быть устройством, оборудованием, системой или установкой.

[ГОСТ Р 50397-2011 (МЭК 60050-161:1990), Приложение ДБ, статья 1]

3.10 токоотвод: Часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

3.11 шина уравнивания потенциалов; ШУП: Проводник, прокладываемый между различными заземляющими устройствами или элементами заземляющего устройства для уравнивания потенциалов.

3.12 внешняя система молниезащиты: Часть системы молниезащиты, состоящая из системы молниеприемников, системы токоотводов и системы заземления.

3.13 внутренняя система молниезащиты: Часть системы молниезащиты, состоящая из системы уравнивания потенциалов и средств электрической изоляции внешней системы молниезащиты.

3.14 система защиты от перенапряжений: Совокупность технических и организационных мероприятий, обеспечивающих защиту от перенапряжений.

3.15 временное перенапряжение сети; ВПН: Перенапряжение промышленной частоты относительно большой продолжительности, возникающее в определенном месте сети. ВПН могут быть вызваны повреждениями внутри низковольтной системы, либо внутри высоковольтной системы.

3.16

импульсное перенапряжение: Волна напряжения переходного процесса, распространяющаяся вдоль линии или цепи и характеризующаяся быстрым нарастанием и медленным снижением напряжения.

[ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-4-30:2008), статья А.4.2.2]

3.17

система защиты от импульсных перенапряжений (coordinated SPD system): Набор устройств защиты от импульсных перенапряжений, должным образом подобранных, согласованных и установленных, формирующий систему защиты, обеспечивающую снижение количества отказов электрических и электронных систем.

[ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010, статья 3.54]

3.18 атмосферные перенапряжения: Перенапряжения, вызванные ударами молнии.

3.19 коммутационные перенапряжения: Перенапряжения, вызванные переходными процессами, возникающими в электрических сетях при изменениях режима работы и аварийных режимах работы электрических сетей.

4 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ВПН - временное перенапряжение;

ГЗШ - главная заземляющая шина;

ЖАТ - железнодорожная автоматика и телемеханика;

ИМП - импульсное магнитное поле;

КЗ - короткое замыкание;

КЗД - коэффициент защитного действия;

МПЦ - микропроцессорная централизация;

СЦБ - сигнализация, централизация и блокировка;

СУП - система уравнивания потенциалов;

УЗИП - устройство защиты от импульсных перенапряжений;

ШУП - шина уравнивания потенциалов;

LPZ - (lightning protection zone) зона молниезащиты.

5 Комплексная защита

5.1 Общие положения

5.1.1 К общим принципам комплексной защиты объектов железнодорожной инфраструктуры от атмосферных и коммутационных перенапряжений относят:

- использование на объектах железнодорожной инфраструктуры технических средств, прошедших испытания на устойчивость к помехам, возникающим при воздействии атмосферных и коммутационных перенапряжений, по ГОСТ 30804.4.4, ГОСТ Р 50649, ГОСТ Р 51317.4.5 и ГОСТ IEC 61000-4-12;

- использование УЗИП, прошедших испытания по ГОСТ Р 51992 и ГОСТ IEC 61643-11;

- создание системы комплексной защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений, снижающей уровень помех до значений, не превышающих уровни помехоустойчивости технических средств железнодорожной инфраструктуры;

- первичный (после завершения строительства или реконструкции) и периодический контроль состояния системы комплексной системы защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений и ее отдельных элементов в процессе эксплуатации.

5.1.2 В результате реализации основных требований должен обеспечиваться необходимый уровень защиты при минимальных затратах.

5.1.3 Система защиты объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта от атмосферных и коммутационных перенапряжений должна реализовать:

- принцип необходимости и достаточности согласно 5.1.4;

- иерархический принцип согласно 5.1.5;

- принцип комплексного подхода согласно 5.1.6.

Требования к каждому из изложенных принципов приведены в 5.1.4-5.1.6.

5.1.4 Принцип необходимости и достаточности систем защиты объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта от атмосферных и коммутационных перенапряжений состоит в недопустимости превышения стоимости жизненного цикла таких систем над величиной, минимально необходимой, определенной исходя из:

- максимально допустимой частоты нежелательных событий, определяемых по 5.2.1;

- уровней ожидаемых воздействий атмосферных и коммутационных перенапряжений.

Уровни ожидаемых воздействий оценивают:

- для атмосферных перенапряжений - по 5.2;

- для коммутационных перенапряжений - по 5.3.

5.1.5 Иерархический принцип построения систем защиты объектов железнодорожной инфраструктуры от атмосферных и коммутационных перенапряжений реализует подход, основывающийся на совокупности:

- внешней системы молниезащиты;

- внутренней системы молниезащиты.

Внешняя система молниезащиты должна обеспечивать защиту от прямого удара молнии, а также частичное снижение импульсных перенапряжений. Составными частями внешней системы молниезащиты являются: молниеприемники, токоотводы и заземлители. Порядок выбора параметров внешней системы молниезащиты определяют по разделу 6.

Внутренняя система молниезащиты должна обеспечивать снижение импульсных перенапряжений, уравнивание потенциалов и ослабление электромагнитных помех, которыми сопровождаются молниевые разряды.

Основными составными частями внутренней системы защиты являются: СУП; проводящие оболочки кабелей; проводящие элементы кабельной канализации (ШУП, металлические коробы и каналы); УЗИП; экраны зданий/помещений. Порядок выбора параметров внутренней системы молниезащиты определяют по разделам 7, 8 и 9.

5.1.6 Комплексный подход к построению систем защиты объектов железнодорожной инфраструктуры от атмосферных и коммутационных перенапряжений включает:

- проектирование системы защиты применительно к каждому конкретному объекту инфраструктуры железнодорожного транспорта в целом, не разделяя этот объект по принципу принадлежности к какой-либо одной или нескольким функциональным подсистемам инфраструктуры железнодорожного транспорта;

- выбор параметров систем защиты с учетом возможного воздействия на объект как атмосферных, так и коммутационных перенапряжений;

Примечание - Рассматривать защиту от атмосферных перенапряжений отдельно от защиты от коммутационных перенапряжений, а также защиту от коммутационных перенапряжений отдельно от защиты от атмосферных перенапряжений, недопустимо.

- выбор параметров систем защиты с учетом технических требований, непосредственно не связанных с защитой от атмосферных или коммутационных перенапряжений, но направленных, например, на обеспечение электробезопасности и электромагнитной совместимости между различными подсистемами железнодорожной инфраструктуры.

Примечание - Комплексный подход - это подход, учитывающий входящие в структуру рассматриваемой системы защиты взаимосвязанные факторы.

5.2 Уровни ожидаемых параметров молнии

5.2.1 При ударах молнии ожидаемые уровни токов молнии определяют для рассматриваемого объекта в зависимости от допустимой частоты наступления нежелательного события. Нежелательными событиями при ударах молнии являются либо прорыв молнии через внешнюю систему молниезащиты, либо молниевый разряд во внешнюю систему молниезащиты с током, превышающим ток, на который рассчитана данная внутренняя система молниезащиты.

Поскольку различные объекты железнодорожной инфраструктуры могут отличаться по допустимым уровням вероятности прорыва молниевого разряда (например, железнодорожные нефтеналивные пункты), а также по допустимым уровням вероятности повреждения вторичными проявлениями молниевых разрядов (например, здания МПЦ), то выбор допустимой частоты обоих типов нежелательных событий следует проводить для каждого объекта отдельно, на основе анализа рисков по ГОСТ 33433 и ГОСТ Р МЭК 62305-2.

Допустимую частоту нежелательных событий в год , 1/год, определяют по формуле

, (1)

где - время между двумя нежелательными событиями, год.

Допустимую частоту прорыва молнии в объект в год (частоту ударов молнии в незащищенный объект в год) , 1/год, определяют по формуле

, (2)

где - время между двумя прорывами молнии через систему молниезащиты или между ударами в незащищенный объект, год.

Допустимую частоту ударов молнии в объект в год с током, превышающим защитные свойства внутренней системы молниезащиты , 1/год, определяют по формуле

, (3)

где - время между двумя ударами молнии с током, превышающим защитные свойства внутренней системы молниезащиты, год.

5.2.2 Суммарная максимально допустимая частота нежелательных событий не должна быть выше, чем один раз за срок службы основного защищаемого оборудования объекта. Суммарная максимально допустимая частота нежелательных событий равна сумме частот каждого из нежелательных событий.

Пример - Пусть срок службы основного защищаемого оборудования составляет 20 лет. Тогда максимальная суммарная частота нежелательных событий составляет 1/20=0,05 1/год. Пусть эта частота и определена как максимально допустимая для рассматриваемого объекта. Пусть также частота прорыва молнии и частота повреждения объекта атмосферными перенапряжениями принимаются равными, тогда частота каждого из этих нежелательных событий по отдельности будет равна 0,025=0,05/2 или одно событие в 40 лет.

5.2.3 Для объектов инфраструктуры высокоскоростных железнодорожных магистралей следует принимать суммарную максимально допустимую частоту нежелательных событий, равной одному разу в 50 лет (или 0,02 события в год). При этом частота прорывов молнии не должна превышать одного раза в 100 лет (или 0,01 событие в год). Частота ударов молнии с токами, превышающими максимально допустимые для внутренней системы молниезащиты также не должна превышать одного раза в 100 лет (или 0,01 события в год).

5.2.4 Определение диапазона ожидаемых токов молнии проводят по следующей методике. Вначале определяют ожидаемое количество ударов молнии в объект в год согласно 5.2.5. Затем определяют необходимую надежность внешней системы молниезащиты согласно 5.2.6 и необходимую надежность внутренней системы молниезащиты согласно 5.2.7. Используя полученные значения надежности, определяют минимальный ток молнии согласно 5.2.8 и максимальный ток молнии согласно 5.2.9. Прорыв через внешнюю систему молниезащиты может произойти только в случае, если ток молнии будет меньше чем . Повреждение защищаемой аппаратуры вследствие вторичных проявлений молниевых разрядов (от перенапряжений, импульсных магнитных полей) может произойти только в случае, если ток молнии будет превышать . Систему молниезащиты следует проектировать в расчете на ток молнии, лежащий в диапазоне от до - такая система молниезащиты будет обеспечивать надежность системы молниезащиты согласно 5.2.10.

5.2.5 Ожидаемое количество ударов молнии в год в объект , 1/год, определяют по формуле

, (4)

где - плотность ударов молнии в землю, 1/(км·год);

- площадь сбора молниевых разрядов, определяемая по ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010 (приложение А), м;

- коэффициент местоположения, учитывающий влияние других объектов.

Плотность ударов молнии в землю определяют по данным метеорологических наблюдений в месте размещения объекта. В случае если таких данных нет, то плотность ударов молнии в землю определяют по формуле

, (5)

где - средняя продолжительность гроз в год, час.

Среднюю продолжительность гроз в год в этом случае определяют по региональным картам интенсивности грозовой деятельности, либо по средним многолетним (не менее 10 лет) данным метеостанции, самой близкой к месту расположения объекта.

Коэффициент местоположения определяется местоположением объекта относительно окружающих его объектов согласно таблице 1.

Таблица 1 - Коэффициент местоположения

Относительное местоположение

Коэффициент местоположения

Объект окружен более высокими объектами, и их площадь сбора разрядов полностью закрывает площадь сбора разрядов рассматриваемого объекта, но при этом окружающие объекты не обеспечивают защиту объекта от ударов молнии с заданной надежностью

0,25

Объект окружен другими объектами сравнимой высоты, и их площадь сбора разрядов закрывает не менее половины площади сбора разрядов рассматриваемого объекта

0,5

Объект окружен другими объектами значительно меньшей высоты (рассматриваемый объект более чем в пять раз выше окружающих объектов) либо в площади сбора разрядов рассматриваемого объекта отсутствуют другие объекты

1

Объект находится на возвышенности и в площади сбора разрядов рассматриваемого объекта отсутствуют другие объекты

2

5.2.6 Надежность внешней системы молниезащиты - это вероятность того, что за заданное время количество прорывов молнии в защищаемый объект не превысит одного (или вероятность того, что ток молнии будет больше значения, при котором уже возможен перехват молнии внешней системой молниезащиты). Определение необходимой надежности внешней системы молниезащиты проводят по формуле

, (6)

где - вероятность того, что ток молнии будет меньше значения (при котором уже возможен перехват молнии), определяемая по формуле

. (7)

5.2.7 Надежность внутренней системы молниезащиты - это вероятность того, что за заданное время количество ударов в защищаемый объект молнии с током, превышающим защитную способность внутренней системы молниезащиты, не превысит одного. Определение необходимой надежности внутренней системы молниезащиты проводят по формуле

, (8)

где - вероятность того, что ток молнии будет превышать значение (при котором может произойти повреждение защищаемой аппаратуры вследствие вторичных проявлений молниевых разрядов), определяемая по формуле

. (9)

5.2.8 Определение минимального тока молнии , при превышении которого будет обеспечена надежность внешней системы молниезащиты от прямого удара молнии, проводят следующим путем: используя формулу (10) определяют такое значение тока молнии , при котором вероятность превысить это значение . Значение тока при указанном равенстве будет соответствовать .

Вероятность того, что ток не превысит заданного наперед значения , определяют по формуле

, (10)

где - плотность вероятности тока молнии отрицательной полярности, определяемая по (11);

- плотность вероятности тока молнии положительной полярности, определяемая по (11);

- доля молний отрицательной полярности в общем количестве разрядов.

В случае если не известно соотношение молний положительной и отрицательной полярностей, в соответствии с ГОСТ Р МЭК 62305-1, следует принимать следующее отношение: 10% положительных и 90% отрицательных разрядов молнии, т.е. =0,9.

Точное значение вероятности того, что амплитуда тока молнии не превысит заданное значение, устанавливают по формуле (10). Приближенные значения могут быть получены из ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 (таблица А.3), где использовалось значение =0,9.

В соответствии с ГОСТ Р МЭК 62305-1, плотность вероятности тока молнии определяют по формуле

, (11)

где - ток молнии, кА;

- среднее значение, определяемое по таблице 2;

- дисперсия, определяемая по таблице 2.

Таблица 2 - Значения коэффициентов в формуле (11)

Условие выбора значения

Для молнии отрицательной полярности и при токе молнии менее 20 кА

61,1

0,576

Для молнии отрицательной полярности при токе молнии более 20 кА

33,3

0,263

Для молнии положительной полярности

33,9

0,527

Надежность защиты от прямого удара молнии является вероятностью того, что ток молнии будет иметь значение больше чем . При значениях тока меньше будут происходить прорывы молнии через внешнюю систему молниезащиты.

5.2.9 Определение максимального тока молнии , при отсутствии превышения которого будет обеспечена надежность внутренней системы молниезащиты , проводят следующим путем: используя формулу (10) определяют такое значение тока , при котором . Значение тока при указанном равенстве будет соответствовать .

Надежность внутренней системы молниезащиты (системы защиты от вторичных проявлений молниевых разрядов) является вероятностью того, что ток молнии будет иметь значение меньше чем . При значениях тока больше, чем могут происходить выходы из строя элементов внутренней системы молниезащиты и поражения защищаемых объектов.

5.2.10 Общую надежность внутренней и внешней систем молниезащиты определяют по формуле

, (12)

где , - количество ударов молнии в год (1/год), определяемое по формуле (4).

5.2.11 При определении надежности внешней системы молниезащиты определяют общую площадь сбора молниевых разрядов для всех элементов рассматриваемого объекта, за исключением элементов, находящихся вне пределов станции или за пределами тяговой подстанции, а также за исключением воздушных линий. При этом трассы прокладки кабелей в площади сбора не учитывают.

При определении площади сбора молниевых разрядов для участков железной дороги с электрической тягой учитывают все элементы рассматриваемого объекта, кроме напольного оборудования, находящегося в зоне защиты контактной сети (определяемой в приложении А с надежностью, равной 0,9), а также кроме элементов контактной сети, включая опоры и порталы, на которых нет электроустановок напряжением ниже 1 кВ. Для участков железной дороги с автономной тягой, при определении площади сбора молниевых разрядов , учитывают также и напольное оборудование в пределах станции. Для подстанций учитывают всю территорию подстанции, не включая заходящие на подстанцию воздушные или кабельные линии.

При определении общей площади сбора молниевых разрядов для напольного оборудования на участках с электрической тягой учитывают только те естественные молниеотводы или их фрагменты, которые непосредственно обеспечивают защиту напольного оборудования от прямого удара молнии.

Пример - Привод стрелки, находящийся в 7 м от проекции на землю контактного провода, защищен от прямого удара молнии контактным проводом. Следует принять, что непосредственную защиту обеспечивает фрагмент контактного провода пренебрежимо малой длины, находящийся на кратчайшем расстоянии от защищаемого привода стрелки. Поэтому в расчете площади следует учитывать защитный элемент, аналогичный уединенной матче* с высотой, равной высоте контактного провода.

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - .

Для напольного оборудования, расположенного на перегонах, необходимую надежность защиты от прямого удара молнии принимают равной 0,9. Защиту от прямого удара молнии воздушных линий до 1 кВ не осуществляют. Защиту мачтовых светофоров от прямого удара молнии не осуществляют.

5.2.12 При определении надежности внутренней системы молниезащиты площадь сбора молниевых разрядов определяют суммарно для всех элементов рассматриваемого объекта, за исключением элементов, находящихся вне пределов станции.

Пример - Для станции при определении надежности внутренней системы молниезащиты определяют площадь сбора молниевых разрядов для всех зданий, строений и устройств, соединенных проводными кабелями, включая все элементы контактной сети (опоры, порталы, тросы, провода контактной сети и т.п.), находящиеся в пределах станции. Удар молнии в любой из этих элементов приведет к перераспределению тока молнии по всем проводящим элементам, включая рельсы, напольное оборудование и т.п.

Для напольного оборудования, расположенного вне пределов станции, максимальный ток молнии принимают равным 100 кА.

5.2.13 На этапе определения необходимости создания внешней системы молниезащиты определение площади сбора молниевых разрядов проводят для объектов с учетом только существующих искусственных и естественных молниеотводов, при этом молниеотводы, решение по установке которых может быть принято по результатам расчетов, не учитывают.

При определении надежности внешней молниезащиты, определение площади сбора молниевых разрядов проводят с учетом всех молниеотводов, включая те, которые будут установлены для обеспечения защиты с выбранной надежностью. В этом случае применяют метод последовательных приближений.

5.2.14 В расчетах, определяющих последствия ударов молнии, используют временные характеристики тока первого импульса молнии согласно ГОСТ Р МЭК 62305-1 (импульс с временем фронта 10 мкс и временем полуспада 350 мкс).

При необходимости расчета наведенного током молнии напряжения, нагрева проводников и т.п. применяют параметры молнии по ГОСТ Р МЭК 62305-1.

Допускается использовать расчетные параметры молнии, полученные исходя из ожидаемой вероятности событий, по методике аналогичной приведенной в 5.2.8 с коэффициентами и , принятыми для соответствующих параметров по ГОСТ Р МЭК 62305-1.

5.3 Ожидаемые уровни коммутационных перенапряжений

5.3.1 Величины ожидаемых коммутационных перенапряжений и вероятности их превышения непосредственно в тех сетях, в которых происходят коммутации, следует принимать по ГОСТ 32144-2013 (таблица Б.2). Для всех сетей напряжением ниже 0,38 кВ принимают такие же значения, как и для сети 0,38 кВ.

5.3.2 Частотные характеристики коммутационных перенапряжений зависят от напряжения сети, структуры сети, в которой происходит коммутация, и некоторых других параметров. Частоты коммутационных перенапряжений лежат в области от десятков кГц до единиц МГц.

5.4 Системы защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений

5.4.1 Внешняя система молниезащиты должна обеспечить максимально возможное снижение уровней перенапряжений, возникающих при ударах молнии, при минимальных затратах на создание системы. К основным мероприятиям, реализация которых позволяет снизить уровни перенапряжений, относят:

- увеличение количества токоотводов от молниеприемников, особенно от молниеприемных сеток на крышах зданий;

- уменьшение импульсного сопротивления заземляющих устройств внешней системы молниезащиты;

- расположение токоотводов молниеприемных сеток симметрично, относительно защищаемого здания или сооружения;

- соединение заземляющих устройств близко расположенных объектов, между которыми проходят металлические кабели;

- увеличение, при возможности, расстояний между элементами внешней системы молниезащиты и защищаемыми объектами.

Примечание - Применение конкретных мер защиты должно быть согласовано с владельцем железнодорожной инфраструктуры.

5.4.2 Внутренние системы молниезащиты должны обеспечивать снижение уровней электромагнитных помех, возникающих при ударах молнии, до уровней, не представляющих опасность для защищаемой аппаратуры. К основным мероприятиям, реализация которых позволит ослаблять уровни помех, возникающих при ударах молнии, относят:

- уравнивание потенциалов всех токопроводящих конструкций и их элементов внутри здания, помещения или сооружения;

- уменьшение импульсного сопротивления и сопротивления на высокой частоте системы уравнивания потенциалов помещений, зданий и сооружений;

- применение экранированных кабелей с заземлением экранов с двух сторон в пределах одного здания;

- применение кабелей с низким значением КЗД;

- применение проводящих кабельных конструкций или их элементов, заземленных с двух сторон;

- использование УЗИП и искровых промежутков;

- использование экранов зданий, помещений, аппаратуры для защиты от импульсного магнитного поля, возникающего при ударах молнии, способного индуцировать в цепях защищаемой аппаратуры дополнительные импульсные перенапряжения;

- использование усиленной изоляции и изолирующих промежутков.

Примечание - Применение конкретных мер защиты должно быть согласовано с владельцем железнодорожной инфраструктуры.

5.4.3 Основные технические решения по защите от коммутационных перенапряжений не отличаются от решений по защите от вторичных проявлений молниевых разрядов. Поэтому защита от коммутационных перенапряжений осуществляется элементами внутренней системы молниезащиты, в соответствии с разделом 7, совместно с заземляющим устройством.

В случае если по условиям защиты от коммутационных перенапряжений внутреннюю систему молниезащиты необходимо дополнить УЗИП на основе варисторов, то указанные УЗИП должны быть энергетически скоординированы с УЗИП, установленными по условиям защиты от атмосферных перенапряжений, согласно рекомендациям ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011 (раздел 6.2.6 и приложение F).

6 Внешняя система молниезащиты

6.1 Выбор основных параметров

6.1.1 Внешняя система молниезащиты должна обеспечивать защиту объекта от прямого удара молнии или уменьшение частоты прямых ударов молнии в объект (прорывов через зону внешней молниезащиты). Проектирование внешней системы молниезащиты следует начинать с определения необходимости защиты от прямого удара молнии и, если эта защита необходима, с определения необходимой надежности защиты.

6.1.2 Максимальную допустимую частоту такого нежелательного события, как прорыв молнии через внешнюю систему молниезащиты (или удар молнии непосредственно в объект, если для него не предусмотрена внешняя система молниезащиты) определяют по 5.2.

Для определения необходимости создания внешней системы молниезащиты проводят сравнение с , определяемом по 5.2.5.

В случае если , то объект необходимо защитить от прямых ударов молнии с помощью внешней системы молниезащиты.

Пример - Проводят комплексную реконструкцию станции, включающую замену аппаратуры инфраструктуры железнодорожного транспорта, в том числе и напольного оборудования, на участке с электрической тягой. Пусть допустимая частота прорывов молнии определена и равна 0,01. Здание МПЦ имеет размеры 1520 м и высоту 3 м. Здание железнодорожной связи, к которому подходят кабели от здания МПЦ, имеет размеры 53 м и высоту 3 м. Напольное оборудование размещено в пределах зоны А. Кроме того, имеются три трансформатора, обеспечивающие электроснабжение зданий МПЦ и связи, 6/0,4 кВ и 10/0,4 кВ, высотой 3 м и размером не более 11 м. В этом случае площадь сбора разрядов здания МПЦ составит 1184 м, здания связи - 413 м, а всех трансформаторов - около 873 м. Тогда, учитывая, что коэффициент местоположения для всех указанных объектов равен 1, количество грозовых часов - 80 ч/год, общее количество ударов молнии в незащищенные объекты в год составит 0,0132. Поскольку , то в данном случае защита от прямых ударов молнии необходима. Для определения расчет количества ударов проводят уже после выбора элементов системы молниезащиты с учетом площади сбора разрядов проектируемыми молниеотводами.