Домашние антенны служат для приема, обработки и распределения телерадиосигналов. Обычные антенны чаще всего устанавливаются на крышах жилых зданий, спутниковые – на крышах, балконах и на наружных стенах. Открытое положение антенны делает ее наиболее вероятной целью грозовых разрядов, поэтому необходимы особые меры защиты людей и имущества. К ним относят заземление установки и комплексное уравнивание потенциалов с привлечением всех систем электроприемников. Эффективно защитить все подключенные воспроизводящие устройства удастся только в том случае, если к ним предварительно будут подключены высокочувствительные приборы защиты от перенапряжений.
Стандарты по молниезащите антенн
Для гарантии технически грамотной установки и правильной эксплуатации антенн Европейский комитет по электротехническим стандартам (CENELEC) издал европейский стандарт EN 50083-1. В данном документе изложены меры защиты людей и имущества, находящихся в непроизводственных зданиях с антенной, от воздействия молнии и от перенапряжений, возникающих в результате удара молнии. Норма EN 50083-1 действительна для стационарных и мобильных или временно установленных устройств (например, в кемпингах) и не распространяется на системы передатчиков и приемников (например, любительских радиостанций). Специалисты полагают, что в дальнейшем те части стандарта EN 50083-1, которые важны для молниезащиты, необходимо объединить в одном издании и проиллюстрировать примерами.
Заземление и уравнивание потенциалов
Наружные антенны, антенные мачты и фидеры, не полностью расположенные в зоне защиты, могут подвергнуться удару молнии. Соответственно необходимо предотвратить проникновение тока молнии от антенны в здание с помощью системы, между частями которой не могут возникнуть опасные перепады напряжения. Для этого требуется выполнить следующие мероприятия:
• заземление, т.е. металлическую антенную мачту соединить с заземляющей установкой с помощью провода заземления;
• уравнивание потенциалов, для чего наружные провода всего отходящего от антенны коаксиального кабеля соединить с заземленной мачтой проводом уравнивания потенциалов. У зданий с системой молниезащиты антенную мачту необходимо по максимально короткой и прямой трассе соединить с имеющейся системой молниезащиты. У зданий без системы молниезащиты необходимо сначала установить устройство заземления, а затем соединить его с антенной с помощью провода подключения, проложенного по максимально короткой и прямой трассе. Если провод приходится прокладывать в обход различных элементов постройки, необходимо учесть, что при сильных токах молнии вследствие индуктивности проводов даже на коротких участках возникает значительная разность потенциалов, которая может привести к искровым разрядам. Особенно важно избегать образования опасных сближений проводников.
Заземляющее устройство
Заземлители состоят из одного или нескольких проводящих элементов, которые имеют большую площадь соприкосновения с землей. В соответствии с техническими условиями подключения силовых установок до 1000 В для каждой новостройки должен быть проложен фундаментный заземлитель. Он состоит из полосовой стали, которая вводится в бетонный фундамент наружных стен и соединяется с арматурой.
Для заземления допускается использовать:
• стержень заземления длиной минимум 2,5 м – вертикальный или наклонный, который помещается в грунт на расстоянии около 1 м от фундаментного заземлителя;
• полосовой заземлитель, представляющий собой контур заземления вокруг здания, проложенный в грунте на глубине минимум 0,5 м и на расстоянии около 1 м от фундамента. Поперечное сечение заземлителя должно составлять минимум 50 мм2 (для меди) или 80 мм2 (для стали);
• естественный заземлитель, которым является соединенная по всей протяженности стальная арматура или иная металлоконструкция, внедренная в фундамент здания, если ее габариты соответствуют указанным выше величинам.
Заземляющий провод
Заземляющий провод должен безопасно отводить ток молнии к заземлителю. Для этих целей рекомендуется использовать цельный провод с минимальным поперечным сечением:
• 16 мм2 медный (изолированный или оголенный);
• 25 мм2 алюминиевый (изолированный);
• 50 мм2 стальной.
Предпочтение отдается цельному проводу, так как в многожильных проводах между жилами образуется настолько сильная электродинамическая энергия, что возможно разрушение и вырывание проводника из клемм и креплений. Еще более неудобны тонкожильные провода, так как они больше подвержены коррозии и не обеспечивают надлежащего замыкания контактов; более того, при высоких напряжениях возникает опасность разрыва. Рекомендуется снаружи здания проложить обособленный заземляющий провод, чтобы предотвратить пробои напряжения на установках и металлических элементах внутри здания.
Если из технических, строительных или архитектурных соображений прокладка обособленного заземляющего провода невозможна, то при определенных условиях в качестве провода заземления можно использовать элементы здания:
• металлические установки, такие как проходящая через всё здание водопроводная или отопительная система, при условии что местные стандарты (например, организаций электроснабжения) это допускают, выполнено прочное электропроводящее соединение отдельных элементов и их параметры соответствуют стандартным параметрам заземляющего провода;
• металлический корпус строительного сооружения (металлический каркас или несущие металлоконструкции);
• арматуру, непрерывно соединенную в бетоне;
• непрерывно соединенные фасады, ограждения и другие проводящие элементы конструкции, при условии что их параметры соответствуют требованиям, предъявляемым к отводам, и их толщина составляет не менее 0,5 мм, а также есть прочное электропроводящее соединение в вертикальном направлении (сварное, спаянное и др.). Важное условие – непрерывность и хорошая проводящая способность соединения данных систем с заземлителем. Особое внимание следует уделять проводникам в пластиковой оболочке. Заземляющие провода должны по возможности прокладываться прямо и вертикально, без образования обратных витков. Следует также проверить и измерить все соединения низкого электрического сопротивления.
Защита от перенапряжений
Даже при правильном выполнении заземления и уравнивания потенциалов в замкнутых контурах проводов нет защиты от перенапряжений, которые индуктирует магнитное поле, являющееся результатом тока молнии. Такие перенапряжения могут составлять более 100 кВ, если молния ударила не в саму установку, а рядом с ней. На рис. 1 изображен воспроизводящий прибор (телевизор) на открытых концах замкнутого индуктивного контура, образованного питающей линией антенны, линией сети и заземляющим проводом. Внутренняя конфигурация схемы прибора создается перекрытием участков приближения между питающей линией антенны и сетью. Здесь может возникнуть электрический пробой, способный разрушить прибор.
Нормативы и рекомендации по защите от таких перенапряжений еще обсуждаются и не отражены в стандарте EN 50083-1. Надежным методом защиты является также установка грозозащитного разрядника перед оконечным прибором (рис. 2). В момент возникновения перенапряжения защитный прибор устанавливает кратковременное соединение между питающей линией антенны и электрической сетью (провода L, N, PE). При этом посредством специальных элементов защиты от перенапряжений создается перекрытие места приближения перед прибором – объектом защиты. К молниезащите зданий с установленными на крыше антенными устройствами следует подходить с особой тщательностью, соблюдая все нормы и правила.
Сергей Соловьев,
к.т.н., главный менеджер
по работе с ключевыми клиентами
ООО «ОБО Беттерманн»