BG2467U1 - Система за мълниезащита - Google Patents

Abstract

Полезният модел се отнася до система за мълниезащита, предназначена да предпазва сгради, съоръжения и други обекти на човешка дейност от въздействие на мълнии. Системата е съставена от мълниеприемник (10), свързан с мълниеотвод (20), свързан със заземителна инсталация (30). Мълниеприемникът (10) е съставен от група улавящи елементи (1), разположени по изпъкнала нагоре полусферична повърхнина и от крайна кабелна муфа (5), разположена централно под групата от улавящи елементи (1), като крайната кабелна муфа (5) включва вертикална носеща тръба (7), разположена между горен фланец (4) и долен фланец (6). Всеки улавящ елемент (1) е закрепен към горния фланец (4) посредством шпилка (2), закрепена с единия си край към улавящия елемент (1), а с другия си край към горния фланец (4) на кабелната муфа (5). Във вертикалната носеща тръба (7) са поместени поне два паралелни силови кабели (8), обхванати общо от негорима изолация (9), като силовите кабели (8) имат кабелни жила (3), свързани с горния си край към шпилките (2) в горния фланец (4) на крайната кабелна муфа (5), а с долния си край кабелните жила (3) са свързани към заземителната инсталация (30).

Description

Полезният модел се отнася до система за мълниезащита, предназначена да предпазва сгради, съоръжения и други обекти на човешка дейност от въздействие на мълнии.

Предшестващо състояние на техниката

Мълнията, по-специално токът на мълнията, може да причини значителни щети на конструкцията на сградите и обектите, както и на хората и техниката, намиращи се в тях. Мълнията може да създаде опасност и за съседните сгради или обекти чрез комуналните линии.

Ефектът на мълнията, например върху сграда, зависи от строителната й конструкция, предназначението на сградата, начина на обитаване и вида на апаратурата в сградата, прокараните инсталации - електрозахранване, комуникационни линии, водопроводни и газови тръби, както и от степента на опасност - трудна евакуация, опасност за околната среда. Прякото попадение на мълния върху сграда може да причини механично разрушаване на конструкцията на сградата; пожар или експлозия, причинени от високата температура на плазмата на канала на мълнията или от загряването на проводници в конструкцията при протичане на тока на мълнията или от стопяване на метала в мястото на попадение на мълнията; поражение на хора от допирни или крачни напрежения в резултат на резистивни или индуктивни връзки с веригата на тока на мълнията.

Известни са различни системи за мълниезащита на сгради и други обекти, с които се цели улавяне на тока на мълнията и отвеждането му в земята.

В патент US 3,919,956 е описана система за мълниезащита, която е съставена от мълниеприемник, свързан с мълниеотвод, свързан със заземителна инсталация, като мълниеотводът е снабден с електрически екраниращ слой, свързан със заземителната инсталация.

При тази известна система, мълниеприемникът е метален прът, закрепен на горната част на защитаваната конструкция, като металният прът е свързан към заземителната инсталация посредством мълниеотвод. Мълниеотводът представлява силов кабел имащ кабелно жило, свързано с металния прът и със заземителната инсталация, като кабелното жило е обхванато от изолация, обхваната от електрически екраниращ слой, който от своя страна е обхванат от външна изолационна обшивка. Електрическият екраниращ слой премахва риска от протичане на част от тока на мълнията извън мълниеотвода.

Мълниеприемникът от описаната система създава много остър конус на мълниезащити а зона, която е с малък обхват на действие. Това налага поставяне на голям брой мълниеприемници или създаване на мълниеприемна мрежа върху горната част на защитавания обект. Освен това, този тип мълниеприемник създава неравномерно електрическо поле и не се постига изпреварващо действие - намалява се времето за развитие на насрещния лидер от мълниеприемника към стъпаловидния лидер на мълнията.

Техническа същност на полезния модел

Цел на полезния модел е да създаде система за мълниезащита, която да осигури разширена зона на защита от пряко попадение на мълния върху защитавания обект и да намали големината на пренапреженията и вторичното действие на тока на мълнията.

Друга цел на полезния модел е надеждно да защити обекта от индуцирани напрежения, което е от особена важност за сгради с опасност от запалване и взрив.

Поставените цели са постигнати със система за мълниезащита, съставена от мълниеприемник, свързан с мълниеотвод, свързан със заземителна инсталация, като мълниеотводът е снабден с електрически екраниращ слой, свързан със заземителната инсталация.

Съгласно полезният модел, мълниеприемникът е съставен от група улавящи елементи, разположени по изпъкнала нагоре полусферична повърхнина и от крайна кабелна муфа, разположена централно под групата от улавящи елементи, като крайната кабелна муфа включва вертикална носеща тръба, разположена между горен фланец и долен фланец. Всеки улавящ елемент е закрепен към горния фланец на крайната кабелна муфа посредством шпилка, закрепена с единия си край към улавящия елемент, а с другия си край към горния фланец. В носещата тръба са поместени поне два паралелни силови кабели, които са обхванати общо от негорима изолация. Силовите кабели имат кабелни жила, свързани с

2467 UI шпилките в горния фланец на крайната кабелна муфа.

Мълниеотводът включва простираща се между мълниеприемника и заземителната инсталация изолационна тръба, в която са поместени поне двата паралелни силови кабели, обхванати общо от негоримата изолация, като електрическият екраниращ слой е разположен между негоримата изолация и изолационната тръба и е обхванат от електрическа изолация, при което горният край на електрическия екраниращ слой е свързан с долния фланец на кабелната муфа, а долният край на електрическия екраниращ слой е свързан със заземителната инсталация, към която са свързани с долния си край и кабелните жила на поне двата паралелни кабели.

При едно предпочитано изпълнение на полезния модел, всеки улавящ елемент на мълниеприемника е куха метална полусфера, като шпилката е закрепена централно към плоската страна на металната полусфера, обърната към крайната кабелна муфа.

За предпочитане, носещата тръба на крайната кабелна муфа е изготвена от изолационен материал и е покрита с външен слой от силиконов каучук.

За предпочитане, горният фланец на крайната кабелна муфа е плътна метална сфера, като в горната й страна са направени отвори за закрепване на шпилките, а в долната й страна е направен централен отвор за закрепване на горния край на носещата тръба.

Също така, за предпочитане, долният фланец е профилиран метален пръстен със заоблени ръбове, като долният край на носещата изолационна тръба е закрепен в отвора на пръстена.

При едно предпочитано изпълнение на полезния модел, електрическият екраниращ слой на мълниеотвода е изпълнен от медни проводници, но е възможно да бъде изпълнен и от медни ленти.

За предпочитане, заземителната инсталация, съгласно полезния модел, включва поне два заземителя, разположени хоризонтално и/или вертикално, имащи преходно съпротивление към земя равно на вълновото съпротивление на мълниеотвода.

Конструкцията на мълниеприемника, съгласно полезният модел, разширява значително зоната на защита от пряко попадение на мълния върху защитавания обект.

Разположението на улавящите елементи на мълниеприемника по полусферична повърхнина създава равномерно електрическо поле, като се постига изпреварващо действие - намалява се времето за развитие на насрещния лидер от мълниеприемника към стъпаловидния низходящ лидер на мълнията.

Чрез избор на подходящ диаметър на полусферичната повърхнина се обезпечава голяма надеждност на защита на обекта дори и за мълнии с малък заряд.

Създадена е възможност за съгласуване на вълновото съпротивление на силовите кабели с импулсното преходно съпротивление на заземителите чрез избор на броя на силовите кабели (поне два, за предпочитане три и повече).

Наличието на електрически екраниращ слой, обхващащ силовите кабели, ограничава вълновия процес на разпространение на електромагнитната вълна само във вътрешната изолирана зона на мълниеотвода 20, което премахва риска от протичане на част от тока на мълнията по конструкцията на обекта и генерирането на опасни потенциали по стените. Практически рискът от разряди по стените е премахнат. Това е от изключително значение за сгради с голяма опасност от образуване на взривоопасни смеси или материали.

Значително по-малкото вълново съпротивление на улавящите елементи намалява амплитудата на напрежението на мълниеприемника при попадение на мълния. Поради импулсния си характер това напрежение има по-малка електрическа индукция (по-малко влияние) към антените на комуникационните устройства и останалата електроника в близост до мълниеприемника.

При осигуряване на мълниезащита на сгради, заземителите се монтират на дълбочина по-голяма от дълбочината на основата на сградата, което води до по-добър ефект на защита от допирни и крачни напрежения, създавани от протичане на тока на мълнията. Разполагането на заземителите на разстояние по-голямо от 10 m от подземни комуникации намалява съществено риска от внасяне на опасни потенциали в сградата или съседни обекти. Прилага се принципа на създаване на еквипотенциална повърхност чрез полагане на заземители в различни точки около сградата на разстояния не по-големи от

2467 Ul

m. Това разположение намалява значително опасността за хора и стока.

Пояснение на приложените фигури

Полезният модел е описан по-подробно с позоваване на приложените чертежи, илюстриращи само едно негово примерно изпълнение, от които:

фигура 1 представлява схематично изображение на системата за мълниезащита, съгласно полезния модел, приложена върху сграда;

фигура 2 представлява изглед на мълниеприемника с частичен разрез;

фигура 3 представлява разрез през мълниеотвода и заземителната инсталация;

фигура 4 представлява изглед на един от улавящите елементи на мълниеприемника;

фигура 5 представлява поглед отгоре на мълниеприемника;

фигура 6 представлява напречен разрез по линия А-А от фигура 2;

фигура 7 представлява напречен разрез по линия В-В от фигура 3.

Пример за изпълнение на полезния модел

Системата за мълниезащита, съгласно полезния модел, е изобразена схематично на фиг. 1 и е предназначена за защита на сграда от въздействието на мълния.

Системата е съставена от мълниеприемник 10, монтиран върху покрива на сградата, който е свързан в зоната на подпокривното пространство с мълниеотвод 20. Мълниеотводът 20 е прикрепен към външна стена на сградата, но може да преминава и вътре в сградата, на подходящо за целта трасе. Мълниеотводът 20 се простира между мълниеприемника 10 и заземителна инсталация 30, която е разположена в земята около сградата.

Конструкцията на мълниеприемника 10, при това примерно изпълнение, е изяснена на фигури 2, 4, 5 и 6.

Както се вижда на фиг. 2 и 5, мълниеприемникът 10 е съставен от група улавящи елементи 1, разположени по изпъкнала нагоре полусферична повърхнина и от крайна кабелна муфа 5, разположена централно под групата от улавящи елементи 1. Крайната кабелна муфа 5 включва вертикална носеща тръба 7, изпълнена от изолационен материал, която е закрепена неподвижно в горния и долния си край, съответно, към горен фланец 4 и долен фланец 6. Всеки улавящ елемент 1 е закрепен към горния фланец 4 посредством шпилка 2, която е закрепена с единия си край към улавящия елемент 1, а с другия си край към горния фланец 4 на крайната кабелна муфа 5. Мълниеприемникът 10 е закрепен неподвижно към покривната конструкция на сградата посредством долния фланец 6 на крайната кабелна муфа 5.

В носещата тръба 7 са поместени три паралелни силови кабели 8, които са обхванати общо от негорима изолация 9 (фиг. 6). Кабелните жила 3 на трите паралелни силови кабели 8 са свързани с шпилките 2 в горния фланец 4 на крайната кабелна муфа 5.

Един от улавящите елементи 1 заедно с шпилката 2 е показан самостоятелно на фиг. 4. При това примерно изпълнение, улавящият елемент 1 представлява куха метална полусфера, обърната с плоската си страна към крайната кабелна муфа 5, като шпилката 2 е закрепена централно към плоската страна на полусферата.

Възможно е, улавящият елемент 1 да има и друга подходяща заоблена форма, например кръгъл метален диск със завит към крайната кабелна муфа 5 ръб.

Носещата тръба 7 на крайната кабелна муфа 5 е изготвена от изолационен материал, например от стъклотекстолит и е покрита външно със силиконов каучук за намаляване на влиянието на влагата върху електрическата якост на крайната кабелна муфа 5.

Горният фланец 4 на крайната кабелна муфа 5 (фиг. 2) представлява плътна метална сфера, като шпилките 2 са закрепени с прилежащия им край към горната страна на сферата в направени за целта отвори. В долната страна на плътната метална сфера на горния фланец 4 е направен централен отвор, в който е закрепен неподвижно го горния край на носещата тръба 7. Кабелните жила 3 на трите паралелни силови кабели 8 са свързани с шпилките 2 във вътрешността на горния фланец 4 чрез болтово съединение.

Долният фланец 6 на крайната кабелна муфа 5 (фиг. 2) е оформен като профилиран метален пръстен със заоблени ръбове, като долният край на носещата тръба 7 е закрепен в отвора на пръстена. Заоблената форма на горния фланец 4 и на долния фланец 6 спомага за оптималното разпределение на електрическото поле.

Материалите, които са подходящи за изра

2467 UI ботка на улавящите елементи 1, шпилките 2, горния фланец 4 и долния фланец 6 са метали с по-голяма устойчивост на разтопяване.

Както е показано на фигури 3 и 7, мълниеотводът 20 включва изолационна тръба 23, която се простира между мълниеприемника 10 и заземителната инсталация 30. В изолационната тръба 23 са поместени трите паралелни силови кабели 8 от мълниеприемника 10, обхванати общо от негоримата изолация 9. Електрическият екраниращ слой 21 е разположен между негоримата изолация 9 и изолационната тръба 23 и е обхванат от електрическа изолация 22. Горният край на електрическия екраниращ слой 21 е свързан с долния фланец 6 на кабелната муфа 5 чрез болтово съединение, а долният край на електрическия екраниращ слой 21 е свързан със заземителната инсталация 30.

Електрическият екраниращ слой 21 на мълниеотвода 20 е изпълнен от медни проводници, но може да бъде изпълнен и от медни ленти.

При това примерно изпълнение, заземителната инсталация 30 включва, както хоризонтално разположени заземители 31, така и вертикално разположени заземители 31 с преходно съпротивление към земя равно на вълновото съпротивление на мълниеотвода 20.

Връзката на кабелните жила 3 на трите паралелни силови кабели 8, както и на електрическия екраниращ слой 21 със заземителите 31 се осъществява в ревизионна шахта (фиг. 3), разположена на разстояние не по-малко от 5 т, за предпочитане на 10 т, от заземените части на сградата или подземни комуникации. Заземителите 31 се разполагат хоризонтално и вертикално в зависимост от терена и специфичното съпротивление на почвата така, че да образуват заземителен контур, с който да се постигне изравняване на вълновото съпротивление на трите силови кабели 8 със съпротивлението на заземителния контур.

Claims (7)

1. Претенции

   1. Система за мълниезащита, съставена от мълниеприемник, свързан с мълниеотвод, свързан със заземителна инсталация, като мълниеотводът е снабден с електрически екраниращ слой, свързан със заземителната инсталация, характеризираща се с това, че мълниеприемникът (10) е съставен от група улавящи елементи (1), разположени по изпъкнала нагоре полусферична повърхнина и от крайна кабелна муфа (5), разположена централно под групата от улавящи елементи (1), като крайната кабелна муфа (5) включва вертикална носеща тръба (7), разположена между горен фланец (4) и долен фланец (6), като всеки улавящ елемент (1) е закрепен към горния фланец (4) посредством шпилка (2), закрепена с единия си край към улавящия елемент (1), а с другия си край към горния фланец (4) на крайната кабелна муфа (5), при което във вертикалната носеща тръба (7) са поместени поне два паралелни силови кабели (8), обхванати общо от негорима изолация (9), като силовите кабели (8) имат кабелни жила (3), свързани с шпилките (2) в горния фланец (4) на крайната кабелна муфа (5), а мълниеотводът (20) включва, простираща се между мълниеприемника (10) и заземителната инсталация (30) изолационна тръба (23), в която са поместени поне двата паралелни силови кабели (8), обхванати общо от негоримата изолация (9), като електрическият екраниращ слой (21) е разположен между негоримата изолация (9) и изолационната тръба (23) и е обхванат от електрическа изолация (22), при което горният край на електрическия екраниращ слой (21) е свързан с долния фланец (6) на кабелната муфа (5), а долният край на електрическия екраниращ слой (21) е свързан със заземителната инсталация (30), към която са свързани с долния си край и кабелните жила (3) на поне двата паралелни кабела (8).
2. 2. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че всеки улавящ елемент (1) на мълниеприемника (10) е куха метална полусфера, като шпилката (2) е закрепена централно към плоската страна на металната полусфера, обърната към крайната кабелна муфа (5).
3. 3. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че носещата тръба (7) на крайната кабелна муфа (5) е изготвена от изолационен материал и е покрита с външен слой от силиконов каучук.
4. 4. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че горният фланец (4) на кабелната муфа (5) е плътна метална сфера, като в горната й страна са направени отвори за закрепване на шпилките (2), а в долната й страна е направен централен отвор за закрепване на горния край на носещата тръба (7).

   2467 UI
5. 5. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че долният фланец (6) е профилиран метален пръстен със заоблени ръбове, като долният край на носещата изолационна тръба (7) е закрепен в отвора на пръстена.
6. 6. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че електрическият екраниращ слой (21) на мълниеотвода (20) е изпълнен от медни проводници или от медни ленти.
7. 7. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че заземителната инсталация (30) включва поне два заземителя (31), разположени хоризонтално и/или вертикално, имащи преходно съпротивление към земя равно на вълновото съпротивление на мълниеотвода.