浅谈矿井调度楼防雷接地改造设计

韩英杰

浅谈矿井调度楼防雷接地改造设计

韩英杰

结合大同煤矿集团公司某矿井现有调度楼防雷改造的工程设计，着重从电磁屏蔽、接地措施以及设置浪涌保护器3个方面，阐述了矿井调度楼采取的综合防护措施。

建筑物避雷；电磁屏蔽；防雷；接地；浪涌保护器

0 引言

由于雷电放电电压高、放电时间短，它的产生人类目前无法控制。它除了危及到人身安全外，还会对电气设备，特别是电子设备产生巨大的破坏作用。

大部分煤矿工业场地处在山区，更容易遭受雷击。并且山区地形、地质、气象、雷电活动复杂，各种房屋(包括平房)均存在遭受雷击危害的可能性。因此，矿井工业场地内的房屋，不论高矮，均有必要设置防雷接地设施。

雷电防护的对象主要有直接雷击、感应雷击、地电位反击、雷电电磁脉冲对建筑（构筑物）内部设备和人的危害。

传统的防雷系统设计只是利用避雷针、外部避雷线、屋顶接闪器、法拉弟笼及基础内接地网进行防雷接地，虽能对建筑物及建筑物内的人员起到保护作用，但对由于雷电感应、电磁脉冲、电路浪涌等引起的电子干扰，传统的防雷系统设计很难有效防范。

直击雷和感应雷产生的过电压冲击波，沿建筑物外的架空线及各类金属管道等可迅速侵入至建筑物内部。这种危害占雷电危害总数的50%以上，称为外部过电压损害。城市中开关设备关合而产生的浪涌电压（内部过电压）、建筑物内部用电设备(如空调、电梯、水泵等)的启停而产生的浪涌电压（内部过电压），称为内部过电压损害。以上内外部过电压是造成建筑物内弱电机房设备击穿损伤的主要因素。所以，建筑物弱电系统的防雷是一个系统工程，设计时必须全面考虑，将外部防雷及内部防雷作为一个整体来统一考虑。

1 矿井调度楼雷电防护的分析

随着煤矿电气自动化程度的不断提高，矿井机电装备逐步向大型化、自动化、信息化方向发展。由此大量电子设备应用到煤矿的生产调度系统。这些设备的可靠运行直接关系到矿井安全生产。矿井调度楼弱电机房设备易遭受过电压和过电流攻击的途径可分为直击雷、感应雷、侵入雷和操作过电压4种。因此，在矿井信息化实施过程中应重点考虑矿井调度楼弱电机房的防雷接地。

下面是某煤矿现有调度楼防雷接地改造的设计。前期对该矿调度楼实地考察，结合调度楼设备机房的分布特点及雷电攻击的途径类型，发现调度楼雷电防护存在以下安全问题：①调度楼的引下线、避雷针和接地网使用多年，已出现不同程度的腐蚀，很多都不符合国家标准和行业规范。②调度楼内的弱电机房屏蔽措施很不到位，室内系统的电源、信号回路存在严重的雷击隐患；机房内电子信息设备缺乏等电位接地端子板。③部分通信网络线与大量的电源电缆平行布设，在这些网络线上无任何防雷电侵入措施，当电源系统出线操作过电压或感应到感应雷电流，均会给设备以及人员带来很大安全隐患。

2 矿井调度楼防雷具体措施

为了保护建筑物及建筑物内部的各类设备不受雷电灾害的影响或使雷击损害降到最低程度，防雷设计时必须考虑综合防雷。综合防雷设计方案应包括两个方面：直接雷击的防护和感应雷击的防护。感应雷主要考虑电磁屏蔽、机房内等电位连接、设备接地网、合理布线、机房线路分级防浪涌保护等方面。对该机房进行综合防雷，设计时缺少任何一方面都会为以后的使用带来潜在危险。调度楼综合防雷系统模块设计如图1所示。

图1 综合防雷系统设计模块

2.1 外部防雷

为能更好地预防直击雷的侵害，采用Φ12的热镀锌圆钢作为引下线；当直击雷发生时，为能更好地将雷电流泄放至大地，采取对称双引下线安装[2]。

在防雷设施中接地地网尤其重要。如果没有一个良好的接地系统，可以说一切的防雷设施都是摆设，没任何防雷效果，甚至会给人员和设备带来更大的安全隐患，可见一个良好的接地系统的重要性。考虑到调度楼内电子设备、精密设备较多，为确保雷电灾害发生时雷电流更充分地释放至大地，使接地电阻值达到1Ω以下[2]，采用JLD-B550铜包钢和JLD-2000-22/2.5接地极并结合降阻剂材料制作地网，在焊接处采用热熔磨具无缝焊接，并做好防腐措施。

布菌侵犯血液系统时表现为白细胞减少、血小板降低和贫血。血小板减少症是布菌感染血液系统最常见的并发症。血小板减少症的原因尚不清楚，可能与脾功能亢进、血管炎、骨髓抑制、自身免疫性溶血和血小板破坏有关。Demir等[44]对48例布病血液异常患者骨髓活检结果分析，吞噬细胞的吞噬作用、骨髓中肉芽肿形成和脾功能亢进可能是导致布菌血液病的主要原因。

为了保证弱电机房设备的安全稳定运行，减少机房内零地电压，必须完善机房接地系统。根据电力系统机房技术要求及国家防雷设计规范要求，信息机房的接地电阻≤1Ω[3]，在调度楼外南侧的空地上新建一个垂直接地极与水平接地极组成的组合接地网。根据实地勘查，并结合矿方提供的相关资料，新地网建设如下：

在调度楼四周的花圃空地上新建一个环形地网，接地网垂直接地极采用JLD2000高效铜镀钢接地极，水平接地极采用JLD铜包钢接地绞线，焊接为无缝热熔焊接，并做好防腐蚀工作。将地网预留点直接接入建筑物，或通过BVR95 mm2接地线连接等电位连接排。地网制作和调度楼接地平面布置见图2和图3。

图2 地网制作示意

图3 调度楼接地平面布置

2.2内部防雷

从众多信息系统雷害事故调查统计可以看出：网络接口设备、计算机控制终端、CPU控制模块、数据采集板、通讯接口电路以及UPS电源等被雷击损坏的事故时有发生。这表明：计算机、控制终端及网络设备的接口是雷电浪涌侵入的薄弱环节。因此，在雷电浪涌易侵入的环节加装各类浪涌保护器[3]，浪涌保护器配置方案见图4。

图4 浪涌保护器配置方案

2.2.1 屏蔽、等电位制作

在较为重要的信息机房安装接地汇流排，如监控室、信息机房、调度机房等。室内等电位连接接地方式采用M型，用40 mm×3 mm紫铜排在离地面15 cm处沿弱电机房内墙面敷设接地汇流排，利用高强度绝缘子将铜排固定在墙面上。设备与等电位连接排的连接线采用不小于25 mm2黄绿线可靠电气连接，并在设备安装处安装等电位连接排，将所有的设备接地通过汇流排，然后经过均压环进入大地[4]。机房内部所有正常不带电的金属物体，如机柜外壳、金属门窗和进出机房的所有金属管道、室外的空调外壳等，都应利用BVR25 mm2的导线就近与接地汇流排可靠连接。接地汇流排与接地网总接地点通过2条以上的BVR95 mm2多股铜缆进行对称可靠连接，或采用40 mm×3 mm铜排与接地地网无缝焊接，并做好防腐工作。

弱电机房，将40 mm×3 mm紫铜排安装在静电地板的下方，并通过25 mm2的黄绿线由地板引出，通过汇流排将地网和设备可靠连接[4]。

2.2.2 布线

调度楼采用联合接地系统。若布线接地系统必须存在两个不同的接地体时，要求它们之间应具有较低的阻抗。避免在两个接地体之间产生电位差[5]。将综合布线线缆与其他线缆分开敷设，避免综合布线线缆与其他电缆、管线产生干扰。各种信号线的屏蔽管在进入设备或建筑物时作等电位处理，在进入主机房后再次将屏蔽管与汇流排作接地处理。户外光纤进入室内接入服务器时，光纤内的金属芯采用6 mm2接地线制作等电位带连接。

2.2.3 安装浪涌保护器（电源、信号）

（1）在地面6 kV变电所0.4 kV总进线柜安装JLSP-400/150/4P电源浪涌保护器，作为电源浪涌防护。

（2）引入调度楼的电源柜处安装JLSP-400/80/4P或JLSP-400/60/4P的电源浪涌保护器作为二级电源浪涌防护。

（3）在各信息室电源进线安装JLSP-400/20/4P或JLSP-400/20/2P作为三级电源浪涌防护。

（4）在空调接线处安装JLSP-400/20/4P或JLSP-400/20/2P作为设备端保护。

一些重要的电子设备端采用JLSP-Z3防雷插座。

（5）安装注意事项：①电涌保护器接至等电位连接的导线要尽可能短而直。②在同一电源系统中，当安装在电源装置起点处的SPD的保护电压水平小于等于末端被保护设备的耐压水平的50%时，可仅安装一级电涌保护器。③必须考虑退化或寿命终止后可能产生的过电流或接地故障对信息系统设备运行的影响，因此在SPD的电源侧应安装过电流保护装置（如熔断器或空气断路器），过电流保护器（设置于内部或外部）与SPD一起承担等于和大于安装处的预期最大短路电流。此外，制造厂商所规定的SPD的额定阻断蓄流值不应小于安装处的预期短路电流。配电线路浪涌保护器安装位置示意见第27页图5。

3 结语

图5 TN-S系统的配电线路浪涌保护器安装位置示意

矿井调度楼防雷接地的设计应结合实际情况进行，采取切实可行的防雷接地方案，选用质量可靠的电气设备和可靠性高的防雷设备；同时按照等电位原则，做好符合要求的共用接地网，综合考虑防雷与接地，只有这样电子设备才能避免遭受雷击的危害。

[1]中国中元国际工程公司.GB 50057-2010建筑防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010：8-93.

[2]中华人民共和国邮电部.GBJ 79-85工业企业通信接地设计规范[S].北京：中国计划出版社，1985：1-18.

[3]中国电子工程设计院.GB 50174-2008电子计算机机房设计规范[S].北京：中国计划出版社，2008：1-39.

[4]中国建筑标准设计研究院，四川中光高科产业集团.GB 50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012：1-85.

[5]中国电力企业联合会.GB 50169-92电气装置安装接地装置施工验收规范[S].北京：中国计划出版社，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

韩英杰，男，1974年11月出生，2013年7月毕业于长沙理工大学（电气工程及其自动化专业），现在大同煤矿集团设计研究有限责任公司工作，工程师。