金礦系統(tǒng)的防雷設(shè)計研究的論文

　　礦山防雷技術(shù)要求

　　礦山信息系統(tǒng)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(tǒng)的雷電波侵入通道和途徑著手，并采取相應的防護措施，將被保護的設(shè)備遭受雷擊損害的風險降到最低限度．外部防雷措施中的屏蔽，主要利用建筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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窗框架等，這些措施是內(nèi)部防雷措施中使雷擊產(chǎn)生的電磁場向內(nèi)遞減的第一道防線．建筑物外部防雷措施、內(nèi)部防雷措施構(gòu)成了礦山建筑物綜合防雷系統(tǒng)，其中內(nèi)部防雷措施包括對礦山信息系統(tǒng)設(shè)備中各種傳輸線路端口分別安裝與之適配的浪涌保護器(SurgeProtectiveDevice簡稱SPD)，其中電源SPD不僅具有抑制雷電過電壓的功能，同時還具有防止操作過電壓的作用［5］．

　　雷電感應過電壓入侵礦山電子信息系統(tǒng)的途徑及其影響

　　在配電線路上產(chǎn)生的雷電感應過電壓(電流)，直接通過配電線路感應到弱電設(shè)備，并將設(shè)備損壞，一般是將設(shè)備的電源部分擊壞．根據(jù)配電線路上雷電感應過電壓的成因及危害性可分為以下幾種情況:(1)在野外架設(shè)的礦山供電線路遭受閃擊，因線路較長，發(fā)生的概率較大，線路上的雷電感應過電壓相當大，會造成很大的損失．(2)在野外架設(shè)的礦山供電線路，附近發(fā)生閃擊時，雷電電磁場使得線路上感應到雷電過電壓．有較大的發(fā)生幾率，但雷電過電壓電流較�。�(3)樓內(nèi)配電線路受大樓引下線電磁場感應而產(chǎn)生雷電過電壓，雷電過電壓的大小與發(fā)生幾率與建筑物結(jié)構(gòu)及樓內(nèi)布線有關(guān)．垂直方向的線路沒有屏蔽而靠近引下線時，發(fā)生雷電感應過電壓幾率較大．(4)樓內(nèi)配電線路受大樓附近閃擊時，因電磁場感應而產(chǎn)生雷電過電壓，雷電過壓電的大小與建筑物的屏蔽、布線、閃擊位置、閃擊點電流等有關(guān)．當建筑物屏蔽較差、線路靠外墻、閃擊點靠樓較近、閃擊點電流大時，線路感應雷電過電壓較大．(5)樓內(nèi)線路相互感應．由于較多的線路交叉敷設(shè)(如電源線、地線等相互距離在10cm內(nèi))時，其中的一條上有感應過電壓，則其它線路上多會感應到過電壓，但感應電流不大．(6)樓內(nèi)大型設(shè)備操作過電壓，該過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(shè)備老化．該操作過電壓類似于閃擊過電壓，用同樣的方法能抑制．

　　招遠市金礦系統(tǒng)防雷設(shè)計

　　1雷害防護措施應依據(jù)國標和國家相關(guān)規(guī)則實施《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(GB50057—2010)對建筑物防直擊雷和感應雷己有明細規(guī)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路的防雷［3］．(1)雷擊主要是通過進出戶的電源線路進入的，對關(guān)鍵的系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)，又可以保護重要設(shè)備和弱電系統(tǒng)．(2)信號線路防雷是在信號系統(tǒng)的線路進口處安裝與之相適應的線路電涌保護器，它包括微機、電話、監(jiān)控等．通常的線路電涌保護器都采用一級以上過電壓和過電流保護，遇雷電壓時，立即與地導通，將雷電流分流引入大地，雷電過后又恢復正常而不影響系統(tǒng)的正常工作．(3)線路電涌保護器還可抗工業(yè)浪涌．大的浪涌也會損壞電源系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)，這對電源和計算機平常的保護也是不能少的．雷電“無孔不入”，因此防感應雷是個復雜的系統(tǒng)工程，必須依據(jù)雷擊災害風險綜合評估情況和有關(guān)設(shè)備的技術(shù)指標，進行全面、系統(tǒng)的雷電防護設(shè)計，從而保護設(shè)備免遭雷擊．

　　2直擊雷防護設(shè)計

　　根據(jù)GB50057—2010及GB50343—2004的規(guī)定，需做以下防護措施:(1)接閃器必須有獨立的接閃裝置，進行直接閃電的攔截;(2)引下線利用獨立接閃裝置的金屬支撐桿體作為引下線，進行雷電流的下泄入地的通道;(3)接地裝置根據(jù)規(guī)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線端安裝1級、2級SPD防護，對用電設(shè)備進行雷電脈沖防護;(5)信號避雷器在各設(shè)備信號輸出端、網(wǎng)絡信號輸出端安裝信號SPD防護，對通信及信號傳輸設(shè)備進行雷電脈沖防護．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，實質(zhì)作用是通過避雷針、帶、線、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(xiàn)場分析礦山地面建筑物只需在建(構(gòu))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(shè)，并應在整個屋面組成不大于20m×20m的網(wǎng)格．若女兒墻相對較寬，接閃帶應敷設(shè)在女兒墻的外側(cè)，防止雷擊時水泥塊落地傷人傷物．另外，所有不在接閃器保護范圍內(nèi)的金屬物應與接閃帶進行等電位連接或另樹立接閃桿進行保護，非金屬物應樹立接閃桿進行保護［3］．引下線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．引下線宜采用圓鋼或扁鋼，優(yōu)先采用圓鋼．引下線應沿建筑物外墻明敷，引下線沖擊接地電阻不大于30Ω，該地面建筑物引下線采用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時候，加大接地極的埋深應(不小于1m)或在上面敷設(shè)50～80mm厚的瀝青層(寬度應超過接地體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(tǒng)和等電位連接

　　(1)經(jīng)實地考察，礦區(qū)接地電阻≤4Ω，符合規(guī)范要求．(2)配電室(箱)、機房內(nèi)部各金屬設(shè)備、構(gòu)件之間應作等電位連接處理，防止電位差反擊．(3)將設(shè)備保護地、防雷地就近連接到機房地線上，各金屬設(shè)備外殼、金屬線槽、管道用金屬線纜連接．

　　4礦區(qū)防感應雷防護設(shè)計

　　礦區(qū)電子信息系統(tǒng)防雷防護等級計算。《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057—2010第3．0．1條規(guī)定“建筑物應根據(jù)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”。根據(jù)國家標準《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343—2004第四章第4．2節(jié)第4．2．3條的規(guī)定，將N和Nc進行比較，N=0．2321＞Nc=0．0175，確定招遠市礦區(qū)電子信息系統(tǒng)應安裝雷電防護裝置．根據(jù)國家標準《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343—2004第四章第4．2節(jié)第4．2．3條的規(guī)定E=1－Nc/N=1－0．0175/0．2321=0．9246，0．90＜E≤0．98，確定招遠市礦區(qū)電子信息系統(tǒng)雷電防護等級為B級，其電源系統(tǒng)安裝三級電源SPD進行保護［4］．電源系統(tǒng)包括電源主配電、UPS電源設(shè)備等．對于礦區(qū)機房的電源系統(tǒng)的雷電防護，采取以下的防雷保護方案:在礦區(qū)低壓主配電系統(tǒng)做兩級防雷保護(三相電源);其他礦區(qū)設(shè)備進出端采取第三級防雷防護．電源系統(tǒng)采用TN－S系統(tǒng)．其特點是N線(中線)和PE線(地線)在變壓器的低壓側(cè)合為一條PEN線．因此，需在相線和PEN線之間安裝防雷器．采用TN－S接地系統(tǒng)的電源防雷器的安裝如圖3所示．在礦區(qū)內(nèi)總配電屏中、二級配電屏中、在設(shè)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(qū)的總配電柜進線端安裝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，對通過線路傳輸?shù)闹睋衾缀透邚姸雀袘�雷實施瀉放保護，作為礦區(qū)建筑及用電設(shè)備的電源線路一級保護．(2)二級感應雷防護從高配進入低配后，再進入各個建筑及生產(chǎn)設(shè)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(shè)備電源線路的二級保護，對侵入的雷電壓進行細泄流保護．(3)三級感應雷防護在設(shè)備進線電源前采用ZGB151A(B)－20型單相電源避雷器，通流容量為20kA，作為設(shè)備的三級保護，確保礦區(qū)的供電安全及內(nèi)部設(shè)備的正常用電［8］．

　　結(jié)語

　　招遠市金礦通過實施以上綜合解決方案，很好地解決了礦區(qū)建筑及設(shè)備的防雷問題．運行至今，其建筑設(shè)施及用電設(shè)備等從未遭受雷擊損壞，說明上述的防雷措施對該礦區(qū)的弱電系統(tǒng)已經(jīng)有了一定的防雷效果，為系統(tǒng)的安全、可靠運行提供了有力的保障．隨著計算機網(wǎng)絡、通信設(shè)備的大規(guī)模使用，雷電以及操作瞬間過電壓造成的危害越來越多嚴重．以往的防護體系已經(jīng)不能滿足電子計算機通信網(wǎng)絡安全的要求，應從單純一維防護(避雷針引雷入地———無源防護)轉(zhuǎn)為三維防護(有源和無源防護)，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電壓影響等多方面作系統(tǒng)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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