淺談礦井調度中心站電子設備電源的過電壓保護

摘要：文章針對一些礦井改造后調度信息中心站的電子設備電源對雷電電磁脈沖十分敏感，根據符合“六大保護”對過壓保護要求，結合礦山常見TN-C低壓系統的實際情況，介紹了機房通過安裝入戶屏蔽電纜、分級電涌保護器（以下簡稱SPD）、等電位等常規措施，使電子設備得到較完善的過電壓保護，減少潛在的安全隱患。

關鍵詞：煤礦；礦井改造；調度信息中心站；電子設備電源；過電壓保護 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM921 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

近年來，隨著國家對煤礦行業安全監管標準提高，礦井監測監控、人員定位、通信聯絡等三大避險系統重要敏感信息技術設備常常集中設置在井口附近的調度中心站，該機房通常配置不間斷電源（UPS）、穩壓、濾波、雙回路等措施保障設備的電源安全可靠，有些礦井在改造中忽視了對電子設備電源的過電壓保護，電子設備一旦出現過電壓時，將考驗對這些敏感的電子設備自身保護功能。目前，雷電感應及電磁脈沖對微電子設備的損害呈逐年上升的趨勢。因此，適時地采取適當的保護措施，對減少沖擊過電壓或遭受雷流電磁脈沖的損壞和干擾十分必要的作用。

1 礦井重要電子設備電源的過壓保護現狀

早期煤礦地面供電通常使用的是TN-C系統方式，這種供電方式在進行安裝施工時比較方便，并且這種供電方式能夠有效的節約材料，提高供電的經濟效益，在總柜后端既能提供380V動力電源又能提供220V照明電源（如圖1所示）。

圖1

由于升級后電子信息設備往往都設置在配電線路的末端，再加上對過壓方面忽視，這種供電方式中可能會出現以下問題：供電線路無重復接地、機房沒有等電位連接、單相插座PE保護未接地、避雷插座沒有接地泄放通道或通道達不到要求、設備自身對過壓保護能力不強、接地電阻偏高等等，這些問題都很有可能導致供電不能正常地進行，甚至會危機人們的生命財產安全。因此，為了及時地降低該供電方式中以上問題的發生概率，必須對電子設備電源的過電壓保護系統進行進一步的改造。

2 礦井調度電子設備電源的防過壓保護防范措施

2.1 機房局部TN-S供電方式改造

根據《建筑物防雷設計規范（GB 50057-2010）》中的相關規定：當電源采用TN系統時，從建筑物總配電箱起供電給建筑物內的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統。

當礦山井口電源采用TN-C系統時，在進入機房建筑物之前應該增加或者利用現有的防雷接地保護系統，將三相四線制改為三相五線制（即將N線分為PE線和N線），供電方式改造成局部TN-S系統（如圖2所示），PE線和N線分開后，PE線與N線不能再進行合并，需要注意的是：PE線可以多處接地，但是N線不能再接地。利用就近接地系統可為PE線提供最近泄放通道。

圖2

相關注意事項：

TN-C系統進入機房之前用大于15m屏蔽電纜，并嚴格分為N線和PE線，PE線必須再進行一次接地，電纜屏蔽層兩端必須保證有效接地，并嚴禁將線纜固定在附近的避雷針或者避雷帶引下線上。如有專用配變低壓電纜出線應盡可能改用直埋敷設的方式，并且電纜一樣要將屏蔽層兩端接地。

2.2 過電壓防護裝置的分級配合

根據IEC 61312標準分區防雷、多級保護的理論可知，雷擊保護應該采用逐級分流方法，并按照《建筑物防雷設計規范（GB 50057）》規定，建議采用3級（4級）SPD保護，其配置如圖2所示。

第一級 防過壓保護：對應LPZ0A～LPZ1防雷保護區，應選擇開關型SPD（I級試驗SPD）開關型，主要泄放開關型SPD（10/350μs）波形直接雷電流，保護耐沖擊過電壓類型IV類及以下電源系統，安裝在總開關位置，電涌保護器的電壓保護水平值應選用Up≤2.5kV，在無法確定沖擊電流時應該選擇Iimp≥12.5kA。其中，典型的SPD參數如下：3極、B級保護、最大放電電流40/60/80kA、其連線銅導線最小截面為6mm2。

第二級 防過壓保護：對應LPZ1～LPZ2防雷保護區，應該選限壓型SPD（II級試驗SPD），主要泄放SPD（8/20μs）波形雷電流，在進入機房用屏蔽電纜后，該SPD安裝在終端箱內（此時PE線、N線已經分開）。典型的SPD型號參數如下：4極、C級保護、最大放電電流15/20/30kA、其連線銅導線最小截面為4mm2。

第三級 防過壓保護：處于LPZ2或者更高區，安裝在機房內單相空開或選擇插座位置，適宜選用II級或者III級試驗SPD。典型的SPD參數如下：2極、D級保護、最大放電電流為10/20kA、其連線銅導線的最小截面為1.5mm2。

第四級 防過壓保護：對應的保護耐沖擊過電壓類型為I類電源系統，該系統能夠對于在微機保護裝置或信號設備（LPZ2區和更高區的界面處）進行精細的保護措施，對電子系統應該按照具體情況確定其放電電流，當無法確定放電電流時時應選用1.5kA，或者簡單的選擇末端專用保護防雷插座、其連線銅導線最小截面為1.2mm2。

2.3 機房內等電位連接

機房內的電子設備應進行等電位連接，即：將各類電子設備的外殼、PE線、金屬管路、建筑物鋼筋、其他屏蔽構件等統一連接到PE機房內的等電位連接帶上，并進行多點連接，并且電子系統不應該再設置獨立的接地裝置。連接應采用的形式包含以下三種：S型星形結構、M型網形結構或SM混合型結構，根據電子信息設備易受干擾的頻率及電子信息系統機房的等級和規模，確定等電位的連接方式。值得注意的是：防雷等電位連接的材料和最小截面積必須要達到國標規范的要求，這樣才能有效地降低潛在的安全隱患。

2.4 信號電纜屏蔽及接地

為防止感應雷電壓影響，應做各入口、出口全部采用屏蔽信號電線，將兩端的屏蔽層可靠接地，并宜埋地敷設。建筑物接地電阻值應達到規定要求。

2.5 保護電子設備的建筑物防直接雷

電子設備機房屋頂需要安裝避雷針或者避雷帶，這樣才能確保防止直接雷。在電子設備機房屋頂安裝避雷針或者避雷帶時，應該根據第二類防雷建筑物進行精密的計算，對安裝中會使用到的閃接器的材料要進行合理的選擇，對避雷針或者避雷帶的安裝高度以及引下線截面等應該嚴格規范的按照LPZ0A和LPZ0B的相關要求執行。

3 結語

綜上所述，本文通過分析當今礦井的實際情況，指出了當今礦井調度中心站電子設備電源的過電壓保護中存在的問題，并結合礦井的實際情況，提出了相關的解決方案，應用野外通訊基站、氣象站等施工實踐，經過電纜屏蔽、TN-C-S局部改造、分流、SPD分級保護和等電位連接等可執行的措施，能夠有效的降低過電壓的相關危害，進而達到“防雷減災”的作用，確保礦井機房中重要的且易遭受雷擊電子設備電源的安全，促進我國礦產事業持續、安全、穩定的發展。

參考文獻

[1] 建筑物防雷設計規范（GB50057-2010）[S].

[2] 建筑物電子信息系統防雷技術規范（GB50343-2012）[S].

[3] 王萍.電涌保護器的設置和選用[J].電世界，2004，（7）.

作者簡介：潘培慶（1978-），男，漳平煤業供電公司生產辦主任，機電工程師。

（責任編輯：王 波）