安全監(jiān)控系統(tǒng)防雷的設(shè)計優(yōu)化

趙雨軍

摘要：文章介紹了雷電的成因及危害，分析了安全監(jiān)控系統(tǒng)方面防雷的關(guān)鍵所在，并提出了安全監(jiān)控系統(tǒng)防雷的優(yōu)化措施。

關(guān)健詞：安全監(jiān)控系統(tǒng)；感應(yīng)雷擊；避雷器；防雷設(shè)計

中圖分類號：TP273文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）05-0178-01

一、概述

潘三礦是一個年產(chǎn)300萬噸的大型礦井，每年夏季雷雨天氣時而會發(fā)生地面電纜被雷電擊中著火、損壞和其它電子設(shè)備儀器遭雷擊損壞的現(xiàn)象。其中監(jiān)控系統(tǒng)，包括井上計算機設(shè)備和井下監(jiān)控儀器及探頭設(shè)備，這些監(jiān)控設(shè)備都是不耐高壓的精密電子元件組成，易遭雷擊造成不同程度的損壞。為了避免安全監(jiān)控系統(tǒng)遭雷擊損壞，分析雷電成因及分析安全監(jiān)控系統(tǒng)防雷電的關(guān)鍵，采取切實可行的針對安全監(jiān)控系統(tǒng)的防雷措施，這也滿足了煤礦安全《規(guī)程》中第160條當(dāng)中監(jiān)控系統(tǒng)必須具有防雷電保護的要求。

二、雷電的成因及危害

通常所謂的雷擊是指一部分帶電的云層和另一部分帶異種電荷的云層或者是帶電的云層對大地之間迅猛的放電，這種迅猛的放電過程產(chǎn)生強烈的閃電，并伴隨巨大的聲音。當(dāng)然，云層之間的放電主要對飛行器有危害，對地面上的建筑物和人、畜牲沒有很大影響。然而，云層對大地的放電則對建筑物、電子儀器設(shè)備和人、畜危害甚大。

雷擊通常有三種形式：第一種是帶電的云層與大地的某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，叫“直擊雷”；第二種是帶電云層由于靜電感應(yīng)作用，使地面某一范圍帶上異種電荷，當(dāng)直擊雷發(fā)生后，云層所帶電荷迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大以致出現(xiàn)局部高電壓，或者是由于直擊雷放電過程中，強大云脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，叫“二次雷”或稱“感應(yīng)雷”；第三種是“球形雷”俗稱滾地雷，就是一個呈圓球形的閃電球。球狀閃電通常都在雷暴之下發(fā)生，它十分光亮，略呈圓球形，直徑大約是20cm～50cm。通常它只會維持數(shù)秒，但也有維持1～2分鐘的紀錄。由于球狀閃電出現(xiàn)的頻率極低，它雖然也曾造成人和動物的傷亡，但是沒有對電氣設(shè)備造成損傷的記錄，因此我們這里不考慮它的威脅。

三、雷電對監(jiān)控系統(tǒng)的破壞途徑以及防雷的有效方法

直擊雷，它是雷電直接放電于監(jiān)測設(shè)備上，強大的電流通過設(shè)備的電氣部分燒毀設(shè)備。這種雷擊破壞可能性小，絕大部分直擊雷被建筑物和樹木吸引過去。

感應(yīng)雷擊，它是雷電在雷云之間或雷云對地的放電時，由于雷電感應(yīng)有極大峰值和陡度，在它周圍出現(xiàn)瞬變電磁場均處在這瞬變電磁場的導(dǎo)體會感應(yīng)出較大的電動勢，而此瞬變電磁場則會在空間一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁作用，也可以是脈沖電磁波輻射。而這種空間雷電電磁脈沖是在三維空間范圍里對一切電氣設(shè)備發(fā)生作用，并在附近的戶外傳輸信號線路，設(shè)備間連接線產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備，使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害。

監(jiān)控系統(tǒng)主要會遭到的是來自感應(yīng)雷擊的破壞。雷電磁場切割垂直或斜井傳輸電纜和井口到機房的架空電纜兩部分產(chǎn)生的，落雷時可產(chǎn)生數(shù)萬伏電壓，使監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的電子器件遭到破壞。

基于對安全監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊破壞的分析提出以下有效防雷優(yōu)化方案：第一是井筒監(jiān)控電纜用鋼絲鎧裝型，從井底一直到機房不設(shè)接頭，并且分別將地面和井底的鎧裝鋼絲良好接地；第二是在機房與井底分別安裝法國EUROTECT公司的避雷器，并且做好避雷器的接地。

四、結(jié)語

我礦采取以上方法對安全監(jiān)控系統(tǒng)進行防雷優(yōu)化設(shè)計后，有效地保護了礦井的安全監(jiān)控設(shè)備和儀器儀表，避免了國家的財產(chǎn)遭受到雷擊的損壞，保障了礦井的安全生產(chǎn)。