礦區綜合防雷保護設計研究

姚國雄

（富源縣煤炭工業局竹園分局，云南 曲靖 655500）

1 雷電形成及規律

（1）雷云的形成和雷電發展。在日常生活中，人們常常把雷電這種自然現象稱為“閃電”，閃電根據其在天空中的出現形狀可以細分為線狀閃電、球狀閃電、片狀閃電和帶狀閃電這四類；在氣象學中，對于雷電類型的劃分還可以基于其空間對應形式細化為雷云間、雷云對大地兩種類型，后者就是我們常說的落地雷，該類型的雷電是常常引起礦區建筑物破壞以及人員傷亡的主要雷擊災害。

（2）雷電活動規律以及雷電流幅值概率。根據學者們研究分析，不同的地理環境的雷電活動主要表現于：山區、較熱且潮濕地區的雷暴概率大于平原、冷且干燥地區；內陸地區出現雷暴的概率高于沿海地區；地下儲存金礦、高聳突出的建筑物最易遭受雷擊災害。

2 礦區綜合防雷保護設計的措施

圖1 礦區總體防雷系統框架圖

目前而言，防雷技術手段可總結為“ABCDEGS”原則 ：“躲”（Avoid）、“等電位連接”（Bonding）、“傳導”（Conducting）、“分流”（Dividing）、“消雷”（Eliminating）、“接地”（Grounding）和“屏蔽”（Shielding）。防雷保護設計是一種綜合機制，要結合當地環境以及礦區建筑物特點來決定采用何種防雷設計，并對各類設計方案進行經濟比選最終確定該區域的防雷設計。若想將雷擊對礦區建筑物的危害降至最小，則需要針對礦區特點將各種防雷設計有機結合起來。圖1為礦區總體防雷系統框架圖。

（1）攔截。攔截技術是攔截直擊雷的常用措施，該設計手段最為常見，即常用的避雷針（避雷帶、避雷網），該技術是最經濟且最為有效的攔截直擊雷技術。

（2）屏蔽。屏蔽技術設計主要用來防止雷擊發生后產生的電磁干擾對礦區建筑物內電氣設備、線路以及變、配電設備的威脅，屏蔽的主要目的在于該手段能夠有效地防止雷擊發生區域內電磁波能量向外傳播，同時還能夠降低雷擊電磁波對被保護區域設備的影響。

（3）均壓。均壓技術手段也被稱為等電位連接，該技術手段防雷的原理是把礦區內具有良好導電設備借助等電位連接，并接入接地系統內，對于礦區內的非帶電導體可直接通過導線連接，而將導電導體與建筑物內設置的避雷器相連。

（4）分流。分流防雷技術防雷原理是把雷擊產生的能量經過導線傳至大地中的措施，采取分流防雷設計時應按照層次性原則，根據礦區所劃分的防雷保護區將雷擊能量進行分級泄放。

（5）接地。接地防雷技術手段是礦區防直擊雷、雷擊電磁能量干擾的最有效手段，其也是電位均衡補償系統的基礎性措施。該防雷技術主要是把雷擊產生的強電流借助低阻接地系統泄放至大地，進而確保礦區建筑物以及電氣設備的安全。

3 具體實施措施

3.1 對直擊雷的防護措施

如前文所述，對礦區內直擊雷的預防主要通過在礦區建筑物上布設避雷針來實現。根據礦區建筑物的布局和設備分布來確定避雷針的位置，一般基于被保護建筑物高度以及面積來確定避雷針的布設數量下文將主要介紹不同數量避雷針對建筑物保護半徑的計算方法。

公式（1）中h：避雷針的高度；r：避雷針對建筑物的保護半徑。

式中hx：避雷針的設計高度；rx：避雷針水平保護半徑；p：建筑物的高度影響系數，（當h≦30m，p=1；當30m＜h≦120m，p=5.5h）

（2）兩支避雷針。當建筑物設置兩支避雷針時，同樣可利用單個避雷針的保護范圍計算公式求得建筑物外側保護范圍，當建筑物設置雙避雷針時需要對兩避雷針之間的保護范圍進行求解，即公式（3）。

式中h0：兩避雷針間保護范圍上部邊緣最低高度；D：兩避雷針間距離。

（3）絕緣薄弱處設置避雷器。對礦區中絕緣相對薄弱的電桿，例如，礦區內原有的木桿線路上的金屬等裝置應增設管型避雷器和保護間隙。

（4）架空線路上設備的防雷措施。在架空線路上斷路器和負荷開關處布設閥型避雷器，對于那些礦區運行時經常短路運行的柱上斷路器則在兩側增設避雷器，接地線與柱上電氣設備金屬外殼連接，且接地電阻小于10Ω。

3.2 對雷電波侵入的防護措施

（1）高壓進線防雷電波侵入措施：在礦區綜合防雷保護設計中，為保護高壓線不受到雷擊產生的電磁波影響，一般在礦區配電網變壓器的進線部分安設避雷器，以預防雷電波侵入，如果在礦區高壓線進線處未布設避雷線防雷，那么通常要在變電所進線端1.5km左右位置安裝避雷線裝置來預防雷電波威脅。

（2）變壓器防雷電波侵入措施：為防止變壓器受到雷擊電波侵入影響在變壓器附近線路上設置避雷器，避雷器的設置可以有效避免因雷電波侵入而損壞線路絕緣造成線路損壞，在設置避雷器時其和變壓器、其它電氣設備的距離應小于最大允許距離，此外避雷器的引下線和變壓器的金屬外殼和低壓側的中性點連接，另外，在線路二次母線上設置金屬氧化物避雷器保護線路。

（3）直配電機防雷電波侵入措施：為對直配電機進行防護在電機出現母線位置處應設置一組磁吹避雷器，設置完成后可利用進線端保護手段來使磁吹避雷器中的雷擊電流小于3A，此外，采用電機母線上設置電容器的方法同樣能夠限制雷電波陡度，進而達到保護直配電機匝間絕緣的目的。

4 結語

計算機網絡技術、電子通信設備在礦區工程中的大范圍應用使得雷擊產生的高強電壓、電流對礦區的電氣設備造成的威脅越來越大，因此，有必要采取措施將直擊雷、雷電波對礦區的危害減至最小，結合以往經驗，采取單一的措施顯然不能滿足礦區綜合防雷，因此，在實際礦區工程中應結合礦區特點進行針對性的防雷設計，確保礦區安全運行。