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