金礦系統的防雷設計研究的論文

　　礦山防雷技術(shù)要求

　　礦山信息系統的雷電防護工作要堅持預防為主、安全第一的原則，主要是從影響到礦山電子信息系統的雷電波侵入通道和途徑著(zhù)手，并采取相應的防護措施，將被保護的設備遭受雷擊損害的風(fēng)險降到最低限度．外部防雷措施中的屏蔽，主要利用建筑物鋼筋混凝土結構金屬框架組成的屏蔽籠(即法拉第籠)、屋頂金屬表面、立面金屬表面和金屬門(mén)窗框架等，這些措施是內部防雷措施中使雷擊產(chǎn)生的電磁場(chǎng)向內遞減的第一道防線(xiàn)．建筑物外部防雷措施、內部防雷措施構成了礦山建筑物綜合防雷系統，其中內部防雷措施包括對礦山信息系統設備中各種傳輸線(xiàn)路端口分別安裝與之適配的浪涌保護器(SurgeProtectiveDevice簡(jiǎn)稱(chēng)SPD)，其中電源SPD不僅具有抑制雷電過(guò)電壓的功能，同時(shí)還具有防止操作過(guò)電壓的作用［5］．

　　雷電感應過(guò)電壓入侵礦山電子信息系統的途徑及其影響

　　在配電線(xiàn)路上產(chǎn)生的雷電感應過(guò)電壓(電流)，直接通過(guò)配電線(xiàn)路感應到弱電設備，并將設備損壞，一般是將設備的電源部分擊壞．根據配電線(xiàn)路上雷電感應過(guò)電壓的成因及危害性可分為以下幾種情況:(1)在野外架設的礦山供電線(xiàn)路遭受閃擊，因線(xiàn)路較長(cháng)，發(fā)生的概率較大，線(xiàn)路上的雷電感應過(guò)電壓相當大，會(huì )造成很大的損失．(2)在野外架設的礦山供電線(xiàn)路，附近發(fā)生閃擊時(shí)，雷電電磁場(chǎng)使得線(xiàn)路上感應到雷電過(guò)電壓．有較大的發(fā)生幾率，但雷電過(guò)電壓電流較�。�(3)樓內配電線(xiàn)路受大樓引下線(xiàn)電磁場(chǎng)感應而產(chǎn)生雷電過(guò)電壓，雷電過(guò)電壓的大小與發(fā)生幾率與建筑物結構及樓內布線(xiàn)有關(guān)．垂直方向的線(xiàn)路沒(méi)有屏蔽而靠近引下線(xiàn)時(shí)，發(fā)生雷電感應過(guò)電壓幾率較大．(4)樓內配電線(xiàn)路受大樓附近閃擊時(shí)，因電磁場(chǎng)感應而產(chǎn)生雷電過(guò)電壓，雷電過(guò)壓電的大小與建筑物的屏蔽、布線(xiàn)、閃擊位置、閃擊點(diǎn)電流等有關(guān)．當建筑物屏蔽較差、線(xiàn)路靠外墻、閃擊點(diǎn)靠樓較近、閃擊點(diǎn)電流大時(shí)，線(xiàn)路感應雷電過(guò)電壓較大．(5)樓內線(xiàn)路相互感應．由于較多的線(xiàn)路交叉敷設(如電源線(xiàn)、地線(xiàn)等相互距離在10cm內)時(shí)，其中的一條上有感應過(guò)電壓，則其它線(xiàn)路上多會(huì )感應到過(guò)電壓，但感應電流不大．(6)樓內大型設備操作過(guò)電壓，該過(guò)電壓不是閃擊引起但其危害不低于閃擊，主要是加速電子設備老化．該操作過(guò)電壓類(lèi)似于閃擊過(guò)電壓，用同樣的方法能抑制．

　　招遠市金礦系統防雷設計

　　1雷害防護措施應依據國標和國家相關(guān)規則實(shí)施《建筑物防雷設計規范》(GB50057—2010)對建筑物防直擊雷和感應雷己有明細規定．對于防感應雷僅靠避雷針己遠遠不夠，必須做好電源和信號線(xiàn)路的防雷［3］．(1)雷擊主要是通過(guò)進(jìn)出戶(hù)的電源線(xiàn)路進(jìn)入的，對關(guān)鍵的系統設備，要在其電源上加裝電源電涌保護器，這樣既可以保護電源系統，又可以保護重要設備和弱電系統．(2)信號線(xiàn)路防雷是在信號系統的線(xiàn)路進(jìn)口處安裝與之相適應的線(xiàn)路電涌保護器，它包括微機、電話(huà)、監控等．通常的線(xiàn)路電涌保護器都采用一級以上過(guò)電壓和過(guò)電流保護，遇雷電壓時(shí)，立即與地導通，將雷電流分流引入大地，雷電過(guò)后又恢復正常而不影響系統的正常工作．(3)線(xiàn)路電涌保護器還可抗工業(yè)浪涌．大的浪涌也會(huì )損壞電源系統和計算機系統，這對電源和計算機平常的保護也是不能少的．雷電“無(wú)孔不入”，因此防感應雷是個(gè)復雜的系統工程，必須依據雷擊災害風(fēng)險綜合評估情況和有關(guān)設備的技術(shù)指標，進(jìn)行全面、系統的雷電防護設計，從而保護設備免遭雷擊．

　　2直擊雷防護設計

　　根據GB50057—2010及GB50343—2004的規定，需做以下防護措施:(1)接閃器必須有獨立的接閃裝置，進(jìn)行直接閃電的攔截;(2)引下線(xiàn)利用獨立接閃裝置的金屬支撐桿體作為引下線(xiàn)，進(jìn)行雷電流的下泄入地的通道;(3)接地裝置根據規范要求，必須制作沖擊接地電阻不大于10Ω的人工地網(wǎng)，作為下泄的雷電流入地的通道;(4)電源避雷器在電源進(jìn)線(xiàn)端安裝1級、2級SPD防護，對用電設備進(jìn)行雷電脈沖防護;(5)信號避雷器在各設備信號輸出端、網(wǎng)絡(luò )信號輸出端安裝信號SPD防護，對通信及信號傳輸設備進(jìn)行雷電脈沖防護．以上5項措施，將形成完善的直擊雷以及雷電脈沖防護，使被保護對象受到保護［4］．接閃器作為引雷裝置，實(shí)質(zhì)作用是通過(guò)避雷針、帶、線(xiàn)、網(wǎng)吸收雷電(即引雷)，把閃電的強大電流傳導到大地中并消耗掉，經(jīng)現場(chǎng)分析礦山地面建筑物只需在建(構)筑物天面安裝避雷帶，其材料采用直徑為φ12mm的熱鍍鋅圓鋼，支撐間距為1．0m，拐角處為0．5m．接閃帶沿女兒墻、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設，并應在整個(gè)屋面組成不大于20m×20m的網(wǎng)格．若女兒墻相對較寬，接閃帶應敷設在女兒墻的外側，防止雷擊時(shí)水泥塊落地傷人傷物．另外，所有不在接閃器保護范圍內的金屬物應與接閃帶進(jìn)行等電位連接或另樹(shù)立接閃桿進(jìn)行保護，非金屬物應樹(shù)立接閃桿進(jìn)行保護［3］．引下線(xiàn)為連接接閃器與接地裝置的金屬導體，作用為分流且把閃電電流傳導至接地極泄放到大地．引下線(xiàn)宜采用圓鋼或扁鋼，優(yōu)先采用圓鋼．引下線(xiàn)應沿建筑物外墻明敷，引下線(xiàn)沖擊接地電阻不大于30Ω，該地面建筑物引下線(xiàn)采用Ф8mm圓鋼．如圖1所示在易受機械損壞和防人身接觸的地方，地面上1．7m至地面下0．3m的一段接地線(xiàn)應采用暗敷或鍍鋅角鋼、改性塑料管或橡膠管等保護措施［3］．接地裝置為接地體和接地線(xiàn)的總和，是雷電流泄放到大地中的重要步驟．該建筑物人工垂直接地體采用50mm×5mm角鋼，水平接地體采用截面100mm2、厚度為4mm的扁鋼，接地體埋深不應小于0．5m．防直接雷人工接地體距建筑出入口或人行道不應小于3m，當小于3m時(shí)候，加大接地極的埋深應(不小于1m)或在上面敷設50～80mm厚的瀝青層(寬度應超過(guò)接地體2m)．埋入土壤的接地裝置，其連接應采用焊接，并在焊接處做防腐處理［3］．

　　3接地系統和等電位連接

　　(1)經(jīng)實(shí)地考察，礦區接地電阻≤4Ω，符合規范要求．(2)配電室(箱)、機房?jì)炔扛鹘饘僭O備、構件之間應作等電位連接處理，防止電位差反擊．(3)將設備保護地、防雷地就近連接到機房地線(xiàn)上，各金屬設備外殼、金屬線(xiàn)槽、管道用金屬線(xiàn)纜連接．

　　4礦區防感應雷防護設計

　　礦區電子信息系統防雷防護等級計算�！督ㄖ�物防雷設計規范》GB50057—2010第3．0．1條規定“建筑物應根據建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為3類(lèi)”。根據國家標準《建筑物電子信息系統防雷技術(shù)規范》GB50343—2004第四章第4．2節第4．2．3條的規定，將N和Nc進(jìn)行比較，N=0．2321＞Nc=0．0175，確定招遠市礦區電子信息系統應安裝雷電防護裝置．根據國家標準《建筑物電子信息系統防雷技術(shù)規范》GB50343—2004第四章第4．2節第4．2．3條的規定E=1－Nc/N=1－0．0175/0．2321=0．9246，0．90＜E≤0．98，確定招遠市礦區電子信息系統雷電防護等級為B級，其電源系統安裝三級電源SPD進(jìn)行保護［4］．電源系統包括電源主配電、UPS電源設備等．對于礦區機房的電源系統的雷電防護，采取以下的防雷保護方案:在礦區低壓主配電系統做兩級防雷保護(三相電源);其他礦區設備進(jìn)出端采取第三級防雷防護．電源系統采用TN－S系統．其特點(diǎn)是N線(xiàn)(中線(xiàn))和PE線(xiàn)(地線(xiàn))在變壓器的低壓側合為一條PEN線(xiàn)．因此，需在相線(xiàn)和PEN線(xiàn)之間安裝防雷器．采用TN－S接地系統的電源防雷器的安裝如圖3所示．在礦區內總配電屏中、二級配電屏中、在設備前端分別安裝一級、二級、三級防雷保護［7］．(1)一級感應雷防護在礦區的總配電柜進(jìn)線(xiàn)端安裝GB153B100—100型三相電源避雷器，雷電通流量為100kA．利用其通流量大，予以先導分流，對通過(guò)線(xiàn)路傳輸的直擊雷和高強度感應雷實(shí)施瀉放保護，作為礦區建筑及用電設備的電源線(xiàn)路一級保護．(2)二級感應雷防護從高配進(jìn)入低配后，再進(jìn)入各個(gè)建筑及生產(chǎn)設備．對這一路低配做二級防雷處理．安裝ZGB153B(A)－60型三相電源避雷器，通流容量為40kA，作為各建筑及設備電源線(xiàn)路的二級保護，對侵入的雷電壓進(jìn)行細泄流保護．(3)三級感應雷防護在設備進(jìn)線(xiàn)電源前采用ZGB151A(B)－20型單相電源避雷器，通流容量為20kA，作為設備的三級保護，確保礦區的供電安全及內部設備的正常用電［8］．

　　結語(yǔ)

　　招遠市金礦通過(guò)實(shí)施以上綜合解決方案，很好地解決了礦區建筑及設備的防雷問(wèn)題．運行至今，其建筑設施及用電設備等從未遭受雷擊損壞，說(shuō)明上述的防雷措施對該礦區的弱電系統已經(jīng)有了一定的防雷效果，為系統的安全、可靠運行提供了有力的保障．隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )、通信設備的大規模使用，雷電以及操作瞬間過(guò)電壓造成的危害越來(lái)越多嚴重．以往的防護體系已經(jīng)不能滿(mǎn)足電子計算機通信網(wǎng)絡(luò )安全的要求，應從單純一維防護(避雷針引雷入地———無(wú)源防護)轉為三維防護(有源和無(wú)源防護)，包括:防直擊雷，防感應雷電波侵入，防雷電電磁感應，防地電位反擊以及操作瞬間過(guò)電壓影響等多方面作系統綜合考慮．采用任何一種單一的防雷器件都難以保證其安全，必須采取綜合防護的措施，對癥下藥將各類(lèi)可能引起雷害的因素排除，才能將雷害減少至最低限．

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