Установленная на здании система внешней молниезащиты при квалифицированном расчете и правильном монтаже с успехом справляется с обязанностями по защите строения от разрушения и пожара, а пребывающих внутри людей – от поражения электрическим током. Но вот защитить расположенную внутри дома «умную» электронику от вызванного разрядом молнии электромагнитного воздействия она уже не в состоянии. Человеком подобного рода влияние не воспринимается, а для современных электроприборов, напичканных блоками с интегральными схемами управления, вторичные проявления разряда молнии могут стать смертельным. Этими агентами небесной «аль-каиды» являются занос высокого потенциала и наведенное напряжение, а их основное оружие – импульсное перенапряжение.

Занос высокого потенциала «проникает» в строение по протяженным токопроводящим коммуникациям (подземным, наземным и надземным трубопроводам (канализация, газ, водопровод), кабелям (воздушным линиям электропередачи, сетям телефона, радио, сигнализации и т.д.), воздухопроводам вентиляции и климатических установок и т.п.). Обусловлено это тем, что попавший в землю разряд не может моментально пропасть в одной точке, а начинает растекаться по направлениям с наименьшим сопротивлением и, повстречав на своем пути ведущие в дом токопроводящие коммуникации, заносится по ним внутрь строения. Слабым местом в этом отношении оказывается даже внешняя молниезащита, которая закорачивает токи разряда молнии (в 90 % разрядов сила тока около 20000А, но для 10% ударов она превышает 200000 А) на землю, что существенно повышает потенциал земли вблизи здания. Эффект наведенное напряжение обусловлено законом электромагнитной индукции – протекающий в момент разряда по каналу молнии ток в десятки килоампер индуцирует ток в токопроводящих контурах внутри здания. Радиус действия данных вторичных проявлений разряда молнии составляет порядка 2 км, а при определенных условиях и 5 км. Для защиты от вредоносного воздействия этих факторов применяются система уравнивания потенциалов и устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Задача УЗИП – ограничить возникающие в сети перенапряжения до приемлемых для электрооборудования значений. Причем сюда входят и коммутационные перенапряжения, возникающие при включении/выключении сварочного оборудования, электродвигателей, трансформаторов, освещения и т.п., обрыв нулевого проводника на питающей подстанции. Для создания системы адекватных защитных устройств применяется двухимпульсная модель перенапряжений, вызванных разрядом молнии. Прямое попадание молнии в систему внешней молниезащиты или в воздушную линию электропередач (в месте удара и на удалении десятков метров от него) моделируется импульсом тока с длительностью фронта 10 мкс и длительностью спада на полувысоте 350 мкс (сокращенно 10/350 мкс). Расчетная амплитуда импульса при прямом попадании во внешнюю молниезащиту – 200 кА, а в линию электропередач – 100 кА.


Непрямой затухающий удар молнии и коммутационные перенапряжения моделируются импульсом амплитудой 10кА, длительностью фронта 8 мкс, и длительностью спада на полувысоте 20 мкс (сокращенно 8/20 мкс).



При выборе УЗИП для линий электропитания, считается, что эти оставшиеся 50% проходят исключительно по электросетям. Наиболее эффективной на сегодня признанна зонная концепция защиты от импульсных перенапряжений, суть которой состоит в каскадном снижении перенапряжения на пути до защищаемого электрооборудования. Для этого электросеть здания разделяется на зоны молниезащиты LPZ (Lightning Protection Zone) и на переходе между ними устанавливается соответствующее УЗИП, которые в зависимости от места установки и рабочих параметров согласно стандарту IEC-61643-12 (2002) делятся на классы I, II и III. В немецком стандарте E DIN VDE 0675-6 (1989-11) этим классам соответствуют B, C, D, но сегодня ведущие производители УЗИП практически не применяют буквенных обозначений. Применяемые УЗИП должны обеспечивать снижение амплитуды импульса перенапряжения до величины, которую в состоянии выдержать электрооборудование. Так для малочувствительных устройств (телевизор, магнитофон, DVD-плеер и т.п.) она составляет 1,5 – 1,8 кВ, для чувствительных, таких как компьютер, - 1,0 – 1,5 кВ, для сверхчувствительного управляющего и коммуникационного оборудования – 0,5 – 1,0 кВ.

УЗИП класса I (типа 1) по принципу действия являются коммутирующими (в отсутствие импульса перенапряжения сохраняют высокое полное сопротивление, которое в ответ на скачок напряжения изменяется на низкое за время порядка 25 нс) и называются разрядниками. Эти устройства, предназначенные для защиты от импульса 10/350 мкс, устанавливаются на переходе зон LPZ 0 (А) – LPZ 1 (В), то есть на вводе в здание в главном распределительном щите, рассчитаны на максимальный импульсный ток 40 – 65 кА. Они обеспечивают уровень защитного напряжения от 4,0 до 0,9 кВ. Дальнейшее снижение уровня пропускаемого напряжения, то есть переход зон LPZ 1 (В) – LPZ 2 (С), обеспечивается УЗИП класса II (типа 2), которые предназначены для защиты от импульса 8/20 мкс и представляют собой варисторные разрядники (сопротивление резко падает при превышении определенного напряжения), рассчитанные на максимальный импульсный ток 2 – 40 кА и обеспечивают уровень защитного напряжения от 2,5 кВ до 450 В. Устанавливаются эти УЗИП в силовые щиты (как правило, на 20 кА) и этажные щиты (как правило, на 10 кА) и согласовываются с разрядниками класса I. Существует еще и зона защиты LPZ 3 (D), на переходе в которую устанавливают УЗИП класса III (типа 3), предназначенные для защиты высокочувствительного оборудования от импульсов остаточных перенапряжений типа 1,2/50 мкс. Это довольно дорогое «удовольствие» и в частных домах в нем необходимости практически никогда не возникает.