高原地区金属矿山企业通讯和视频监控防雷措施

滕龙鱼　李　芳

摘要：随着现代化矿山的建设，大量的电子产品在矿山上得到广泛应用，特别是电话、电视、视频监控等得到广泛普及。但电子设备在绝缘程度上抗过电压，过电流的能力十分脆弱，一旦遭遇雷击，设施整个系统将受到严重损坏。但通过多次的努力才使几度处于瘫痪状态的通讯和视频系统恢复正常工作。

关键词：高原地区金属矿山企业监控防雷措施

0 引言

我公司位于松潘甘孜地槽褶皱系的南部边缘，平均海拔高度3000米以上，受雅砻江及其支流海底沟、江郎沟强烈切割，形成深谷交错、地势陡峻、比高相当大的矿区环境。我公司主要生活区和大部份的工业场地就建在雅砻江西岸北侧的高山和深谷环绕的单面山坡或深谷较宽敞的地方。整个里伍穹地下埋有大量铜、锌、铁等导电矿藏，加上地表许多露天矿，地表采出没有处理的原矿，没有运走的精矿等到处分布，使这一区域的矿物土壤电阻非常低，加上高原电离层的特别影响，又加上这地方每年6-9月份的集中下雨，所以极有利于雷云与大地之间形成良好的放电通道，从而造成雷击事故。随着现代化矿山的建设，大量的电子产品在矿山上得到广泛应用，特别是电话、电视、视频监控等得到广泛普及。但电子设备在绝缘程度上抗过电压，过电流的能力十分脆弱，一旦遭遇雷击，设施整个系统将受到严重损坏。但人们的习惯中往往对强电系统的雷击防范较注意，又特别是对强电中的高压注意较多，低压防雷不注意，对弱电系统就更不注意了，甚至不重视。我公司在去年进行平安矿山建设的时候，对二区分部三个分厂进行通讯、电视、电话、视频监控的建设中遇到了从未遇到的雷电破坏难题，通过几次改造，都没有解决。最后通过电信部门，公司电力管理部多次的努力才使几度处于瘫痪状态的通讯和视频系统恢复正常工作。

1 人遭雷击的原因

经过认真的总结和分析归纳，我们总结了造成整个系统遭雷击不能正常运行的原因有以下几方面：

1.1 电源系统

1.1.1 高压供电线路 我公司送往二区三个分厂的电力是一条10KV的供电线路，线路总长33KM，单回路供电，沿途经过许多深谷和高山。由于此区域的特殊性，旱季高原早晚温差大，冷热变化无常，容易形成感应雷，架空线路由于雷云电场感应产生大量的正电荷，当雷云对地或对云间放电而线路正电荷失去束缚后，在电势的作用下沿线路产生大量的电流冲击；雨季潮湿多雨，加之温差变化无常，容易形成直击雷，架空线由于直击雷的作用直接击在导线上，雷电流倾刻间输入线路，使线路电流大增，形成线路电流冲击；由于是高原山区的雨季，在山区的输电线路，雷击会绕过避雷线直接打在导线上，突然在架空线中形成冲击电流，也就是说的绕击闪络。以上这些冲击电流的形成，虽通过避雷线、接地线、避雷器对地放电，但余量会通过输电线路传送到降压变压器，通过变压器传送到低压线，通过低压线路传到系统的室内、室外通讯、视频监控设备，使系统设备遭到破坏。

1.1.2 低压供电线路 低压供电线路是降压站低压端供电线路。由于是矿山，低压供电线路部份采用架空钢芯铝绞线，路径有些较长，遭雷击的可能性也较大，加之低压端没有安装良好的接地和设置低压端避雷设施，所以当雷击过电压侵入到变电所外部10KV线路时，虽安装的高压避雷器泄放一部份雷击电流，到了低压端的电流无处释放，只有侵入到系统的室内、室外设备上。当然，低压线路遭到雷击，那就直接作用于系统的室内、室外设备，使整个系统损坏。

2 通讯传输线路系统

2.1 光缆线路 通讯光缆线路总长40KM，途经高山深谷，经过许多供电高压线路，很容易形成雷击问题，在光缆中形成感应过电压，另外附挂钢绞线易被雷击，使光缆屏蔽金属外壳产生过电流传到室内接地线侵入室内设备。光缆与供电高压线平行运行段如果距离较近，当高压线遭雷击，使光缆屏蔽金属壳传输感应过电流，同时，也可能让附挂钢绞线传输过电流，最后侵入室内、室外、通讯系统设备。

2.2 信号线路系统 通讯和监控系统线路主要是通讯线、视频线、控制线、云台电源线。由于是矿山，采厂、选厂、生活区都不可能在一起，使用各种传输线路、信号设备的区域就较为分散，这样就使得摄像头的安置也较为分散。各种线路数量也较多，一些线路埋地，一些架空，一些沿墙敷设，所有的线路都没有人为金属屏蔽，在这些线路周围有雷电活动时，雷电所产生的巨大瞬变电磁场就会在这些线路中感应出雷电过电压，从而通过线路传输侵损到系统设备，使设备损害。电话交换机和主监控室的门窗，混凝土的钢筋等不可能和采厂、选厂、生活区的接地网等电位连接，许多独立的摄像头和云台没有屏蔽，雷击通过空间辐射，利用强大雷电、电磁冲击波给直击打坏设备。在高原上雷击程度较大，在雷击过电流通过接地线泄入大地瞬间，会引起地电位上升，这种地电位会通过设备接地线和信号接地线反击设备元器件和通讯元器件，造成设备损坏。

2 防雷措施

2.1 电源系统的防雷

2.1.1 对高压供电线路的防雷 我公司高压供电线路沿途经过许多高山深谷，多数是水泥塔杆，没有设置杆路接地，由于是10KV线路更没有避雷线的设置，在其间只设了一两组高压避雷器，通过我们分析的原因，高压线路受雷击，最后冲击通讯、监控系统的因素是较多的。所以我们通过多方考虑决定在高压供电线路上增设了以下防雷措施。①在经过高山的线段增设避雷线，并且所经过的杆塔一律有效接地，并且使接地电阻尽量的降低。安好避雷线后主要防止雷云直击导线；另外有分流作用，以减小杆塔被雷击的雷电流从一个地方入地，从而降低杆塔电位；避雷线通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。②安装线路避雷器：高原矿山一年四季都有雷击的可能，特别是高山顶部的供电线路更容易遭雷击。通过各方面的分析考虑和线路实际情况，我们设置了四处线路避雷器，全部采用YH5W-10金属氧化物避雷器。因为即使在全线段架设了避雷线，也不可能完全排除在导线上出现过电压的可能性，安装线路避雷器可以使由于雷击所产生的过电压超过一定的幅值时动作，给雷电流提供一个低阻抗的通路，使其泄放到大地，从而限制电压的升高，保障了线路、设备的安全。

2.1.2 低压供电线路的防护处理 在低压电源系统安装电源模块防雷器，采用“多级分流，逐级降压”的四级防护，使过电流逐级衰减入地。通过多方分析，型号ZGG160避雷器作为总配电器的防雷，如果遭雷击，大部份过电流从这里泄放；在各种分配电盘上安装ZGG80的防雷器作为二级防雷；在设备输入端口安装ZGG40的防雷器，作为三级防雷；最终接入设备用ZGJ的插座式避雷器作为四级防雷(见表一)

特别注意的是SPD的级位配合主要取决于被保护的电子设备的绝缘强度。一般第一级防雷选大容量的SPD，目的是将大部份的剩余雷电流在此泄掉。第三、第四级防雷主要是设备的终端保护，一般选择流通能力较小，保护电频能够满足电子设备绝缘耐压强度的SPD，同时还得考虑SPD的最大工作持续电压UC必须满足电源电压在运行稳定性中的影响，如果SPD的Uc选择不当，其Up就不能保护电子设备的安全。

另外SPD本身需要后备保护，为了防止SPD老化或损坏可能造成的电源系统故障，在一、二级防雷侧应安装保险管(熔断器)作为SPD的后备保护，一般一级保护用32A的熔断器，二级选用16A的熔断器，三级选用10A的熔断器，四级为插座式防雷器，自身就具有过负荷保护和漏电保护功能，不用设置熔断器(见图)。

2 传输线路，信号系统的防护

2.1 通讯光缆的防护 我公司二区三厂主通道光缆，全长40Km，全部在大山深谷中穿越，遭雷击是不可避免的，为了防雷，我们在杆路上实行每隔一根杆的密集接地，使雷击过电流快速泄放入地，同时在附挂钢绞线上，每隔5Km设置一处钢绞线直接接地，防止钢绞线被雷击后输入过电流、过电压到通讯终端设备，并通过接地线侵入到终端实施设备损坏；在设备终端前设置光缆进户避雷器，保证光缆屏蔽金属外壳传入的过电流，过电压不至于通过接地线反击终端设备。

2.2 信号系统的保护 二区三个厂，总共安装了19个摄像头，三个地面接收站，三台程控交换机，公用、私用电脑总计98台。还有几台图文传真设备。为了能使这些设备正常，我们在系统保护中设置许多防雷，防护措施：固定的摄像头9个安装WL-SKD-3Y三合一防雷器，以防止雷电过电压通过视频，电源和控制线路侵入设备内，对10台旋转摄像头，在设备前端安装WL-SD-2Y二合一防雷器，同轴电缆进入监控，交换机前端安装WLVD-50B视频、信号防雷器；控制信号线进入控制主机时安装WLKZ-485控制信号防雷器。闭路电视线路安装闭路信号防雷器。性能、指标、配置见表(二)。

3 必要的防雷辅助措施

3.1 系统的屏蔽 将各个分厂相对集中的办公室的框架内的钢筋，门窗金属和金属管网等进行等电位连接，形成一个接地完好的屏蔽体，保护室内设备不遭雷击电磁脉冲的直接冲击。对室外的独立云台和旋转摄像机要加装屏蔽护罩，并加装避雷针；对室内、室外的信号线路最好穿金属管埋地或沿墙穿金属管敷设，部份无法避免的架空屏蔽管的接地，至少不低于三处；电源电缆在进出建筑物暴露部份也要套上金属管才能屏蔽感应电磁脉冲。

3.2 系统的接地 把室内的监控机、交换机等设备的PE线，设备外壳及周围环境中的金属构件，管道等均和等电位联结干线串起来，使它们全部处于等电位状态或者基本接近等电位，以达到均压的目的；室内避雷器就近接地，接地线尽量用电阻小的铜芯线，接地线不能太长；摄像机外壳、交换机外壳、各种屏蔽罩的接地最好就近接地，同时与原地的接地体就近连接在一起，尽量采用焊接，以免不牢靠，电阻大。

3.3 注意由于这套防避雷接地与电子设备的防雷接地，电子设备的信号接地和保护接地共同用一个接地装置，接地电阻不能过大，接地电阻要求不大于1Ω。

4 结语

矿山通讯、监控系统的雷电防护是一个系统工程，不但要考虑强电的，还要考虑弱电的，更要考虑信号系统的，总之要全方位保护。目前只是通过泄流、均压、屏蔽及接地等措施，最终将雷害降低到最低极限，但不能保证100%的不遭雷击。我们公司通过各项防雷措施的制定和实施，通讯、监控系统在2008年5月份再次投入使用后，经过去年的高雷密集的雨季和今年的雨季雷击的检验，系统再没发生整体损坏的事故。同时去年改造的内部程控交换机、闭路电视、局域网等弱电系统防雷工程措施也起到了成效，现经过二个雨季高雷密集的检验，现运行都很好，达到了预期的效果。

参考资料：

[1]架空输电线路设计规程.

[2]陈先禄编.接地.重庆大学出版社.

[3]中光高科集团.《石化系统中和防雷》解决方案.

[4]电力设备过电压保护设计技术规程.