金屬礦山自動化系統的防雷設計

朱果（中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山 243000）

金屬礦山自動化系統的防雷設計

朱果
（中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山 243000）

隨著金屬礦山的現代化建設，自動化生產系統在礦山上得到廣泛應用。金屬礦山地表和地下都有大量的導電礦藏，極易遭到雷擊。但自動化系統的電子設備在絕緣程度上抗過電壓和過電流的能力十分脆弱，一旦遭遇雷擊，整個自動化系統將受到嚴重損壞，直接導致停產，給企業帶來重大損失。金屬礦山自動化系統的防雷設計就變得越來越重要，得到廣泛應用。

礦山 自動化 防雷

1 概述

隨著科技技術的發展，自動化生產系統已經在金屬礦山得到廣泛應用。由于金屬礦山地表和地下都有大量的導電礦藏，極易遭到雷擊，而自動化生產系統大量采用了高精度電子設備和儀表，其抗雷擊的能力十分脆弱。一旦遭到雷擊，電子設備和檢測儀表將損壞，整個自動化系統就癱瘓，直接影響礦山企業的正常生產。近年來，金屬礦山自動化系統的防雷設計備受關注，得到了廣泛應用。山東華聯礦業有限公司選礦廠全流程生產自動化系統采用了防雷設計，可以有效的防止了雷擊，提高了自動化系統的安全效率，取得了良好的效果。

一般工業廠房建設時都會安裝避雷針、避雷帶等防雷設備，一旦發生雷電時，可將擊中廠房的雷電吸引并通過引下線泄放入大地。當泄放雷擊電流會對廠房里面的自動化系統的電源、電氣線路、網絡通訊線路產生感應電動勢和感應電流，損壞自動化系統的PLC、檢測儀表、監控計算機、交換機等電子設備。因此，依靠傳統的避雷針并不能防止感應電流損壞電子設備，在自動化系統設計時必須增加防雷設計。

2 金屬礦山自動化系統的防雷設計

現代防雷理論體系是在Franklin雷電理論和Maxwell的電磁理論基礎上建立的由直接雷防護和電磁脈沖防護構成的整體雷電防護體系。山東華聯礦業公司選礦廠全流程生產自動化系統采用了電源防雷、網絡防雷、信號防雷的設計。金屬礦山自動化系統防雷設計需滿足以下原則：

（1）防雷保護裝置不影響自動化系統設備和通訊線路的正常工作；

（2）防雷保護裝置有較高的承受沖擊能量的能力，雷擊產生沖擊波時，所采用的防雷保護裝置具有低阻抗；

（3）防雷系統必須有規范的接地系統。

2.1 電源防雷

電源防雷采用的是三級防雷設計，這樣可以確保電源系統不受到雷擊破壞，能量逐級泄放。

電源第一級防雷模塊安裝于電源總配電柜，采用B級防雷模塊4個，在A、B、C、N線上各并聯一個防雷模塊與接地系統連接。該防雷模塊具有大雷電流泄放能力，采用溫控斷路技術，內置過流斷路器和熱感熔斷器，劣化時自動脫扣，并配置有劣化指示、遙信接口。第二級防雷模塊安裝在網絡機房的配電柜，第三級防雷模塊安裝在各終端設備的單相電源進線端。第三級防雷保護，用于保護重要設備的電源系統，安裝在重要設備的電源插座上。

電源防雷模塊工作原理是當發生雷擊時，電氣線路上會感應大量脈沖能量，防雷模塊在最短時間內把雷擊電流泄放到大地，從而保護電氣線路上的設備。

2.2 網絡防雷

計算機網絡防雷器適用于各種計算機網絡設備、交換機、路由器等敏感的通信網絡線路的防護，使其免受雷電感應過電壓、電源干擾、靜電放電等有害源所造成的損壞。

計算機網絡防雷器的接口形式一般為標準RJ11或RJ45接頭，提供多口集成式。防雷器采用兩級保護，前后兩級通過耦合作用，達到理想的防雷效果。因為網線上雷擊感應電流沿線路向兩端沖擊，而網絡防雷器具有方向性，所以不能只在網絡的一端安裝，網絡線路兩端的設備都要安裝網絡防雷器，這樣才能避免設備被雷擊損壞。

2.3 信號防雷

信號防雷模塊用于測量與控制線路保護，使其免受雷電感應過電壓、電源干擾、靜電放電等所造成的損壞。具有殘壓低、衰減小、安裝方便、通流容量大等特點。信號防雷模塊分為模擬量信號防雷模塊和視頻信號防雷模塊，對模擬量信號和視頻信號進行防雷。

模擬量信號防雷模塊一般采用兩級保護，第一級為粗保護，用于泄能；第二級為細保護，用于鉗位。前后兩級通過耦合，使防雷器真正起到理想的防雷效果。由于金屬礦山自動化系統需要保護的模擬量信號比較多，可以在自動化系統PLC柜內安裝多個標準信號防雷模塊，從而保護現場安裝的檢測儀表和控制器。

視頻信號防雷模塊采用組合式電涌保護器，采用多功能一體化設計，內置過流、過壓保護裝置，可以有效防止因電源、控制線路等電位差瞬時增大而造成監控系統遠端設備攝像機和視頻交換機的損壞。

2.4 接地系統設計

金屬礦山的接地主要有構筑物接地、供配電系統接地、儀器儀表系統接地。金屬礦山自動化系統一般使用獨立的接地系統，采用等電位處理和接地網設計。

（1）等電位處理。等電位處理就是將工作地、設備保護地和防雷保護地連接在一起，構成均壓電位體，使要保護的各電氣設備的電壓相等，避免電位差不等而引起感應電流。將自動化系統的電氣柜接地，所有的電纜屏蔽層接地，現場金屬管道上的檢測儀表屏蔽接地連接在一起，消除之間的電位差，保證設備不被雷擊而損壞。

（2）接地網設計。接地網一般設計在中央控制室建筑物旁，接地網挖溝深度為800mm，寬度為500mm。垂直接地體采用熱鍍鋅角鋼，水平接地體采用熱鍍鋅扁鋼，垂直接地體和水平接地體之間采用雙面焊接，焊接處采用瀝青油做防腐處理。接地網安裝完畢后，用接地電阻測量儀檢測接地電阻，測量時要保證接地線路和被保護設備斷開，保證測量值的準確性，測量值應小于4Ω。當測量值達不到要求，就要采取方法降低接地電阻，一般采用增加接地網面積或使用降阻劑。

3 結語

山東華聯礦業公司選礦廠全流程生產自動化系統采用了防雷設計，使系統具有穩定性好、抗雷擊強等特點。本系統投入使用后運行結果顯示：該防雷設計有效地避免了選礦廠自動化系統遭受雷擊，降低了由于雷擊造成生產損失，提高了礦山企業安全管理水平。

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朱果（1961—），男，工程師，研究方向：礦山自動化系統。