矿区综合防雷保护设计研究

姚国雄

（富源县煤炭工业局竹园分局，云南 曲靖 655500）

1 雷电形成及规律

（1）雷云的形成和雷电发展。在日常生活中，人们常常把雷电这种自然现象称为“闪电”，闪电根据其在天空中的出现形状可以细分为线状闪电、球状闪电、片状闪电和带状闪电这四类；在气象学中，对于雷电类型的划分还可以基于其空间对应形式细化为雷云间、雷云对大地两种类型，后者就是我们常说的落地雷，该类型的雷电是常常引起矿区建筑物破坏以及人员伤亡的主要雷击灾害。

（2）雷电活动规律以及雷电流幅值概率。根据学者们研究分析，不同的地理环境的雷电活动主要表现于：山区、较热且潮湿地区的雷暴概率大于平原、冷且干燥地区；内陆地区出现雷暴的概率高于沿海地区；地下储存金矿、高耸突出的建筑物最易遭受雷击灾害。

2 矿区综合防雷保护设计的措施

图1 矿区总体防雷系统框架图

目前而言，防雷技术手段可总结为“ABCDEGS”原则 ：“躲”（Avoid）、“等电位连接”（Bonding）、“传导”（Conducting）、“分流”（Dividing）、“消雷”（Eliminating）、“接地”（Grounding）和“屏蔽”（Shielding）。防雷保护设计是一种综合机制，要结合当地环境以及矿区建筑物特点来决定采用何种防雷设计，并对各类设计方案进行经济比选最终确定该区域的防雷设计。若想将雷击对矿区建筑物的危害降至最小，则需要针对矿区特点将各种防雷设计有机结合起来。图1为矿区总体防雷系统框架图。

（1）拦截。拦截技术是拦截直击雷的常用措施，该设计手段最为常见，即常用的避雷针（避雷带、避雷网），该技术是最经济且最为有效的拦截直击雷技术。

（2）屏蔽。屏蔽技术设计主要用来防止雷击发生后产生的电磁干扰对矿区建筑物内电气设备、线路以及变、配电设备的威胁，屏蔽的主要目的在于该手段能够有效地防止雷击发生区域内电磁波能量向外传播，同时还能够降低雷击电磁波对被保护区域设备的影响。

（3）均压。均压技术手段也被称为等电位连接，该技术手段防雷的原理是把矿区内具有良好导电设备借助等电位连接，并接入接地系统内，对于矿区内的非带电导体可直接通过导线连接，而将导电导体与建筑物内设置的避雷器相连。

（4）分流。分流防雷技术防雷原理是把雷击产生的能量经过导线传至大地中的措施，采取分流防雷设计时应按照层次性原则，根据矿区所划分的防雷保护区将雷击能量进行分级泄放。

（5）接地。接地防雷技术手段是矿区防直击雷、雷击电磁能量干扰的最有效手段，其也是电位均衡补偿系统的基础性措施。该防雷技术主要是把雷击产生的强电流借助低阻接地系统泄放至大地，进而确保矿区建筑物以及电气设备的安全。

3 具体实施措施

3.1 对直击雷的防护措施

如前文所述，对矿区内直击雷的预防主要通过在矿区建筑物上布设避雷针来实现。根据矿区建筑物的布局和设备分布来确定避雷针的位置，一般基于被保护建筑物高度以及面积来确定避雷针的布设数量下文将主要介绍不同数量避雷针对建筑物保护半径的计算方法。

公式（1）中h：避雷针的高度；r：避雷针对建筑物的保护半径。

式中hx：避雷针的设计高度；rx：避雷针水平保护半径；p：建筑物的高度影响系数，（当h≦30m，p=1；当30m＜h≦120m，p=5.5h）

（2）两支避雷针。当建筑物设置两支避雷针时，同样可利用单个避雷针的保护范围计算公式求得建筑物外侧保护范围，当建筑物设置双避雷针时需要对两避雷针之间的保护范围进行求解，即公式（3）。

式中h0：两避雷针间保护范围上部边缘最低高度；D：两避雷针间距离。

（3）绝缘薄弱处设置避雷器。对矿区中绝缘相对薄弱的电杆，例如，矿区内原有的木杆线路上的金属等装置应增设管型避雷器和保护间隙。

（4）架空线路上设备的防雷措施。在架空线路上断路器和负荷开关处布设阀型避雷器，对于那些矿区运行时经常短路运行的柱上断路器则在两侧增设避雷器，接地线与柱上电气设备金属外壳连接，且接地电阻小于10Ω。

3.2 对雷电波侵入的防护措施

（1）高压进线防雷电波侵入措施：在矿区综合防雷保护设计中，为保护高压线不受到雷击产生的电磁波影响，一般在矿区配电网变压器的进线部分安设避雷器，以预防雷电波侵入，如果在矿区高压线进线处未布设避雷线防雷，那么通常要在变电所进线端1.5km左右位置安装避雷线装置来预防雷电波威胁。

（2）变压器防雷电波侵入措施：为防止变压器受到雷击电波侵入影响在变压器附近线路上设置避雷器，避雷器的设置可以有效避免因雷电波侵入而损坏线路绝缘造成线路损坏，在设置避雷器时其和变压器、其它电气设备的距离应小于最大允许距离，此外避雷器的引下线和变压器的金属外壳和低压侧的中性点连接，另外，在线路二次母线上设置金属氧化物避雷器保护线路。

（3）直配电机防雷电波侵入措施：为对直配电机进行防护在电机出现母线位置处应设置一组磁吹避雷器，设置完成后可利用进线端保护手段来使磁吹避雷器中的雷击电流小于3A，此外，采用电机母线上设置电容器的方法同样能够限制雷电波陡度，进而达到保护直配电机匝间绝缘的目的。

4 结语

计算机网络技术、电子通信设备在矿区工程中的大范围应用使得雷击产生的高强电压、电流对矿区的电气设备造成的威胁越来越大，因此，有必要采取措施将直击雷、雷电波对矿区的危害减至最小，结合以往经验，采取单一的措施显然不能满足矿区综合防雷，因此，在实际矿区工程中应结合矿区特点进行针对性的防雷设计，确保矿区安全运行。