淺談礦井調度樓防雷接地改造設計

韓英杰

淺談礦井調度樓防雷接地改造設計

韓英杰

結合大同煤礦集團公司某礦井現有調度樓防雷改造的工程設計，著重從電磁屏蔽、接地措施以及設置浪涌保護器3個方面，闡述了礦井調度樓采取的綜合防護措施。

建筑物避雷；電磁屏蔽；防雷；接地；浪涌保護器

0 引言

由于雷電放電電壓高、放電時間短，它的產生人類目前無法控制。它除了危及到人身安全外，還會對電氣設備，特別是電子設備產生巨大的破壞作用。

大部分煤礦工業場地處在山區，更容易遭受雷擊。并且山區地形、地質、氣象、雷電活動復雜，各種房屋(包括平房)均存在遭受雷擊危害的可能性。因此，礦井工業場地內的房屋，不論高矮，均有必要設置防雷接地設施。

雷電防護的對象主要有直接雷擊、感應雷擊、地電位反擊、雷電電磁脈沖對建筑（構筑物）內部設備和人的危害。

傳統的防雷系統設計只是利用避雷針、外部避雷線、屋頂接閃器、法拉弟籠及基礎內接地網進行防雷接地，雖能對建筑物及建筑物內的人員起到保護作用，但對由于雷電感應、電磁脈沖、電路浪涌等引起的電子干擾，傳統的防雷系統設計很難有效防范。

直擊雷和感應雷產生的過電壓沖擊波，沿建筑物外的架空線及各類金屬管道等可迅速侵入至建筑物內部。這種危害占雷電危害總數的50%以上，稱為外部過電壓損害。城市中開關設備關合而產生的浪涌電壓（內部過電壓）、建筑物內部用電設備(如空調、電梯、水泵等)的啟停而產生的浪涌電壓（內部過電壓），稱為內部過電壓損害。以上內外部過電壓是造成建筑物內弱電機房設備擊穿損傷的主要因素。所以，建筑物弱電系統的防雷是一個系統工程，設計時必須全面考慮，將外部防雷及內部防雷作為一個整體來統一考慮。

1 礦井調度樓雷電防護的分析

隨著煤礦電氣自動化程度的不斷提高，礦井機電裝備逐步向大型化、自動化、信息化方向發展。由此大量電子設備應用到煤礦的生產調度系統。這些設備的可靠運行直接關系到礦井安全生產。礦井調度樓弱電機房設備易遭受過電壓和過電流攻擊的途徑可分為直擊雷、感應雷、侵入雷和操作過電壓4種。因此，在礦井信息化實施過程中應重點考慮礦井調度樓弱電機房的防雷接地。

下面是某煤礦現有調度樓防雷接地改造的設計。前期對該礦調度樓實地考察，結合調度樓設備機房的分布特點及雷電攻擊的途徑類型，發現調度樓雷電防護存在以下安全問題：①調度樓的引下線、避雷針和接地網使用多年，已出現不同程度的腐蝕，很多都不符合國家標準和行業規范。②調度樓內的弱電機房屏蔽措施很不到位，室內系統的電源、信號回路存在嚴重的雷擊隱患；機房內電子信息設備缺乏等電位接地端子板。③部分通信網絡線與大量的電源電纜平行布設，在這些網絡線上無任何防雷電侵入措施，當電源系統出線操作過電壓或感應到感應雷電流，均會給設備以及人員帶來很大安全隱患。

2 礦井調度樓防雷具體措施

為了保護建筑物及建筑物內部的各類設備不受雷電災害的影響或使雷擊損害降到最低程度，防雷設計時必須考慮綜合防雷。綜合防雷設計方案應包括兩個方面：直接雷擊的防護和感應雷擊的防護。感應雷主要考慮電磁屏蔽、機房內等電位連接、設備接地網、合理布線、機房線路分級防浪涌保護等方面。對該機房進行綜合防雷，設計時缺少任何一方面都會為以后的使用帶來潛在危險。調度樓綜合防雷系統模塊設計如圖1所示。

圖1 綜合防雷系統設計模塊

2.1 外部防雷

為能更好地預防直擊雷的侵害，采用Φ12的熱鍍鋅圓鋼作為引下線；當直擊雷發生時，為能更好地將雷電流泄放至大地，采取對稱雙引下線安裝[2]。

在防雷設施中接地地網尤其重要。如果沒有一個良好的接地系統，可以說一切的防雷設施都是擺設，沒任何防雷效果，甚至會給人員和設備帶來更大的安全隱患，可見一個良好的接地系統的重要性。考慮到調度樓內電子設備、精密設備較多，為確保雷電災害發生時雷電流更充分地釋放至大地，使接地電阻值達到1Ω以下[2]，采用JLD-B550銅包鋼和JLD-2000-22/2.5接地極并結合降阻劑材料制作地網，在焊接處采用熱熔磨具無縫焊接，并做好防腐措施。

布菌侵犯血液系統時表現為白細胞減少、血小板降低和貧血。血小板減少癥是布菌感染血液系統最常見的并發癥。血小板減少癥的原因尚不清楚，可能與脾功能亢進、血管炎、骨髓抑制、自身免疫性溶血和血小板破壞有關。Demir等[44]對48例布病血液異常患者骨髓活檢結果分析，吞噬細胞的吞噬作用、骨髓中肉芽腫形成和脾功能亢進可能是導致布菌血液病的主要原因。

為了保證弱電機房設備的安全穩定運行，減少機房內零地電壓，必須完善機房接地系統。根據電力系統機房技術要求及國家防雷設計規范要求，信息機房的接地電阻≤1Ω[3]，在調度樓外南側的空地上新建一個垂直接地極與水平接地極組成的組合接地網。根據實地勘查，并結合礦方提供的相關資料，新地網建設如下：

在調度樓四周的花圃空地上新建一個環形地網，接地網垂直接地極采用JLD2000高效銅鍍鋼接地極，水平接地極采用JLD銅包鋼接地絞線，焊接為無縫熱熔焊接，并做好防腐蝕工作。將地網預留點直接接入建筑物，或通過BVR95 mm2接地線連接等電位連接排。地網制作和調度樓接地平面布置見圖2和圖3。

圖2 地網制作示意

圖3 調度樓接地平面布置

2.2內部防雷

從眾多信息系統雷害事故調查統計可以看出：網絡接口設備、計算機控制終端、CPU控制模塊、數據采集板、通訊接口電路以及UPS電源等被雷擊損壞的事故時有發生。這表明：計算機、控制終端及網絡設備的接口是雷電浪涌侵入的薄弱環節。因此，在雷電浪涌易侵入的環節加裝各類浪涌保護器[3]，浪涌保護器配置方案見圖4。

圖4 浪涌保護器配置方案

2.2.1 屏蔽、等電位制作

在較為重要的信息機房安裝接地匯流排，如監控室、信息機房、調度機房等。室內等電位連接接地方式采用M型，用40 mm×3 mm紫銅排在離地面15 cm處沿弱電機房內墻面敷設接地匯流排，利用高強度絕緣子將銅排固定在墻面上。設備與等電位連接排的連接線采用不小于25 mm2黃綠線可靠電氣連接，并在設備安裝處安裝等電位連接排，將所有的設備接地通過匯流排，然后經過均壓環進入大地[4]。機房內部所有正常不帶電的金屬物體，如機柜外殼、金屬門窗和進出機房的所有金屬管道、室外的空調外殼等，都應利用BVR25 mm2的導線就近與接地匯流排可靠連接。接地匯流排與接地網總接地點通過2條以上的BVR95 mm2多股銅纜進行對稱可靠連接，或采用40 mm×3 mm銅排與接地地網無縫焊接，并做好防腐工作。

弱電機房，將40 mm×3 mm紫銅排安裝在靜電地板的下方，并通過25 mm2的黃綠線由地板引出，通過匯流排將地網和設備可靠連接[4]。

2.2.2 布線

調度樓采用聯合接地系統。若布線接地系統必須存在兩個不同的接地體時，要求它們之間應具有較低的阻抗。避免在兩個接地體之間產生電位差[5]。將綜合布線線纜與其他線纜分開敷設，避免綜合布線線纜與其他電纜、管線產生干擾。各種信號線的屏蔽管在進入設備或建筑物時作等電位處理，在進入主機房后再次將屏蔽管與匯流排作接地處理。戶外光纖進入室內接入服務器時，光纖內的金屬芯采用6 mm2接地線制作等電位帶連接。

2.2.3 安裝浪涌保護器（電源、信號）

（1）在地面6 kV變電所0.4 kV總進線柜安裝JLSP-400/150/4P電源浪涌保護器，作為電源浪涌防護。

（2）引入調度樓的電源柜處安裝JLSP-400/80/4P或JLSP-400/60/4P的電源浪涌保護器作為二級電源浪涌防護。

（3）在各信息室電源進線安裝JLSP-400/20/4P或JLSP-400/20/2P作為三級電源浪涌防護。

（4）在空調接線處安裝JLSP-400/20/4P或JLSP-400/20/2P作為設備端保護。

一些重要的電子設備端采用JLSP-Z3防雷插座。

（5）安裝注意事項：①電涌保護器接至等電位連接的導線要盡可能短而直。②在同一電源系統中，當安裝在電源裝置起點處的SPD的保護電壓水平小于等于末端被保護設備的耐壓水平的50%時，可僅安裝一級電涌保護器。③必須考慮退化或壽命終止后可能產生的過電流或接地故障對信息系統設備運行的影響，因此在SPD的電源側應安裝過電流保護裝置（如熔斷器或空氣斷路器），過電流保護器（設置于內部或外部）與SPD一起承擔等于和大于安裝處的預期最大短路電流。此外，制造廠商所規定的SPD的額定阻斷蓄流值不應小于安裝處的預期短路電流。配電線路浪涌保護器安裝位置示意見第27頁圖5。

3 結語

圖5 TN-S系統的配電線路浪涌保護器安裝位置示意

礦井調度樓防雷接地的設計應結合實際情況進行，采取切實可行的防雷接地方案，選用質量可靠的電氣設備和可靠性高的防雷設備；同時按照等電位原則，做好符合要求的共用接地網，綜合考慮防雷與接地，只有這樣電子設備才能避免遭受雷擊的危害。

[1]中國中元國際工程公司.GB 50057-2010建筑防雷設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2010：8-93.

[2]中華人民共和國郵電部.GBJ 79-85工業企業通信接地設計規范[S].北京：中國計劃出版社，1985：1-18.

[3]中國電子工程設計院.GB 50174-2008電子計算機機房設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2008：1-39.

[4]中國建筑標準設計研究院，四川中光高科產業集團.GB 50343-2012建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012：1-85.

[5]中國電力企業聯合會.GB 50169-92電氣裝置安裝接地裝置施工驗收規范[S].北京：中國計劃出版社，2006：1-25.

Simple Discussion on Lightning Protection and Grounding Improvement Design of Mine Dispatching Building

Han Yingjie

Combined with lightning protection and grounding engineering design of a mine's existing dispatching building in Datong Coal Mine Group,the paper introduces the comprehensive protection measures that taken on mine dispatching building from electromagnetic shielding,groundingmeasures and surge protector.

lightening arresters on buildings;electromagnetic shielding;lightning protection；grounding;surge protector

TM865

B

1000-4866（2015）01-0024-04

2014－10－10

韓英杰，男，1974年11月出生，2013年7月畢業于長沙理工大學（電氣工程及其自動化專業），現在大同煤礦集團設計研究有限責任公司工作，工程師。