淺談礦井調(diào)度樓防雷接地改造設(shè)計(jì)

韓英杰

淺談礦井調(diào)度樓防雷接地改造設(shè)計(jì)

韓英杰

結(jié)合大同煤礦集團(tuán)公司某礦井現(xiàn)有調(diào)度樓防雷改造的工程設(shè)計(jì)，著重從電磁屏蔽、接地措施以及設(shè)置浪涌保護(hù)器3個(gè)方面，闡述了礦井調(diào)度樓采取的綜合防護(hù)措施。

建筑物避雷；電磁屏蔽；防雷；接地；浪涌保護(hù)器

0 引言

由于雷電放電電壓高、放電時(shí)間短，它的產(chǎn)生人類目前無法控制。它除了危及到人身安全外，還會(huì)對(duì)電氣設(shè)備，特別是電子設(shè)備產(chǎn)生巨大的破壞作用。

大部分煤礦工業(yè)場地處在山區(qū)，更容易遭受雷擊。并且山區(qū)地形、地質(zhì)、氣象、雷電活動(dòng)復(fù)雜，各種房屋(包括平房)均存在遭受雷擊危害的可能性。因此，礦井工業(yè)場地內(nèi)的房屋，不論高矮，均有必要設(shè)置防雷接地設(shè)施。

雷電防護(hù)的對(duì)象主要有直接雷擊、感應(yīng)雷擊、地電位反擊、雷電電磁脈沖對(duì)建筑（構(gòu)筑物）內(nèi)部設(shè)備和人的危害。

傳統(tǒng)的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)只是利用避雷針、外部避雷線、屋頂接閃器、法拉弟籠及基礎(chǔ)內(nèi)接地網(wǎng)進(jìn)行防雷接地，雖能對(duì)建筑物及建筑物內(nèi)的人員起到保護(hù)作用，但對(duì)由于雷電感應(yīng)、電磁脈沖、電路浪涌等引起的電子干擾，傳統(tǒng)的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)很難有效防范。

直擊雷和感應(yīng)雷產(chǎn)生的過電壓沖擊波，沿建筑物外的架空線及各類金屬管道等可迅速侵入至建筑物內(nèi)部。這種危害占雷電危害總數(shù)的50%以上，稱為外部過電壓損害。城市中開關(guān)設(shè)備關(guān)合而產(chǎn)生的浪涌電壓（內(nèi)部過電壓）、建筑物內(nèi)部用電設(shè)備(如空調(diào)、電梯、水泵等)的啟停而產(chǎn)生的浪涌電壓（內(nèi)部過電壓），稱為內(nèi)部過電壓損害。以上內(nèi)外部過電壓是造成建筑物內(nèi)弱電機(jī)房設(shè)備擊穿損傷的主要因素。所以，建筑物弱電系統(tǒng)的防雷是一個(gè)系統(tǒng)工程，設(shè)計(jì)時(shí)必須全面考慮，將外部防雷及內(nèi)部防雷作為一個(gè)整體來統(tǒng)一考慮。

1 礦井調(diào)度樓雷電防護(hù)的分析

隨著煤礦電氣自動(dòng)化程度的不斷提高，礦井機(jī)電裝備逐步向大型化、自動(dòng)化、信息化方向發(fā)展。由此大量電子設(shè)備應(yīng)用到煤礦的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。這些設(shè)備的可靠運(yùn)行直接關(guān)系到礦井安全生產(chǎn)。礦井調(diào)度樓弱電機(jī)房設(shè)備易遭受過電壓和過電流攻擊的途徑可分為直擊雷、感應(yīng)雷、侵入雷和操作過電壓4種。因此，在礦井信息化實(shí)施過程中應(yīng)重點(diǎn)考慮礦井調(diào)度樓弱電機(jī)房的防雷接地。

下面是某煤礦現(xiàn)有調(diào)度樓防雷接地改造的設(shè)計(jì)。前期對(duì)該礦調(diào)度樓實(shí)地考察，結(jié)合調(diào)度樓設(shè)備機(jī)房的分布特點(diǎn)及雷電攻擊的途徑類型，發(fā)現(xiàn)調(diào)度樓雷電防護(hù)存在以下安全問題：①調(diào)度樓的引下線、避雷針和接地網(wǎng)使用多年，已出現(xiàn)不同程度的腐蝕，很多都不符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范。②調(diào)度樓內(nèi)的弱電機(jī)房屏蔽措施很不到位，室內(nèi)系統(tǒng)的電源、信號(hào)回路存在嚴(yán)重的雷擊隱患；機(jī)房內(nèi)電子信息設(shè)備缺乏等電位接地端子板。③部分通信網(wǎng)絡(luò)線與大量的電源電纜平行布設(shè)，在這些網(wǎng)絡(luò)線上無任何防雷電侵入措施，當(dāng)電源系統(tǒng)出線操作過電壓或感應(yīng)到感應(yīng)雷電流，均會(huì)給設(shè)備以及人員帶來很大安全隱患。

2 礦井調(diào)度樓防雷具體措施

為了保護(hù)建筑物及建筑物內(nèi)部的各類設(shè)備不受雷電災(zāi)害的影響或使雷擊損害降到最低程度，防雷設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮綜合防雷。綜合防雷設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括兩個(gè)方面：直接雷擊的防護(hù)和感應(yīng)雷擊的防護(hù)。感應(yīng)雷主要考慮電磁屏蔽、機(jī)房內(nèi)等電位連接、設(shè)備接地網(wǎng)、合理布線、機(jī)房線路分級(jí)防浪涌保護(hù)等方面。對(duì)該機(jī)房進(jìn)行綜合防雷，設(shè)計(jì)時(shí)缺少任何一方面都會(huì)為以后的使用帶來潛在危險(xiǎn)。調(diào)度樓綜合防雷系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 綜合防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊

2.1 外部防雷

為能更好地預(yù)防直擊雷的侵害，采用Φ12的熱鍍鋅圓鋼作為引下線；當(dāng)直擊雷發(fā)生時(shí)，為能更好地將雷電流泄放至大地，采取對(duì)稱雙引下線安裝[2]。

在防雷設(shè)施中接地地網(wǎng)尤其重要。如果沒有一個(gè)良好的接地系統(tǒng)，可以說一切的防雷設(shè)施都是擺設(shè)，沒任何防雷效果，甚至?xí)o人員和設(shè)備帶來更大的安全隱患，可見一個(gè)良好的接地系統(tǒng)的重要性。考慮到調(diào)度樓內(nèi)電子設(shè)備、精密設(shè)備較多，為確保雷電災(zāi)害發(fā)生時(shí)雷電流更充分地釋放至大地，使接地電阻值達(dá)到1Ω以下[2]，采用JLD-B550銅包鋼和JLD-2000-22/2.5接地極并結(jié)合降阻劑材料制作地網(wǎng)，在焊接處采用熱熔磨具無縫焊接，并做好防腐措施。

布菌侵犯血液系統(tǒng)時(shí)表現(xiàn)為白細(xì)胞減少、血小板降低和貧血。血小板減少癥是布菌感染血液系統(tǒng)最常見的并發(fā)癥。血小板減少癥的原因尚不清楚，可能與脾功能亢進(jìn)、血管炎、骨髓抑制、自身免疫性溶血和血小板破壞有關(guān)。Demir等[44]對(duì)48例布病血液異常患者骨髓活檢結(jié)果分析，吞噬細(xì)胞的吞噬作用、骨髓中肉芽腫形成和脾功能亢進(jìn)可能是導(dǎo)致布菌血液病的主要原因。

為了保證弱電機(jī)房設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少機(jī)房內(nèi)零地電壓，必須完善機(jī)房接地系統(tǒng)。根據(jù)電力系統(tǒng)機(jī)房技術(shù)要求及國家防雷設(shè)計(jì)規(guī)范要求，信息機(jī)房的接地電阻≤1Ω[3]，在調(diào)度樓外南側(cè)的空地上新建一個(gè)垂直接地極與水平接地極組成的組合接地網(wǎng)。根據(jù)實(shí)地勘查，并結(jié)合礦方提供的相關(guān)資料，新地網(wǎng)建設(shè)如下：

在調(diào)度樓四周的花圃空地上新建一個(gè)環(huán)形地網(wǎng)，接地網(wǎng)垂直接地極采用JLD2000高效銅鍍鋼接地極，水平接地極采用JLD銅包鋼接地絞線，焊接為無縫熱熔焊接，并做好防腐蝕工作。將地網(wǎng)預(yù)留點(diǎn)直接接入建筑物，或通過BVR95 mm2接地線連接等電位連接排。地網(wǎng)制作和調(diào)度樓接地平面布置見圖2和圖3。

圖2 地網(wǎng)制作示意

圖3 調(diào)度樓接地平面布置

2.2內(nèi)部防雷

從眾多信息系統(tǒng)雷害事故調(diào)查統(tǒng)計(jì)可以看出：網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制終端、CPU控制模塊、數(shù)據(jù)采集板、通訊接口電路以及UPS電源等被雷擊損壞的事故時(shí)有發(fā)生。這表明：計(jì)算機(jī)、控制終端及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口是雷電浪涌侵入的薄弱環(huán)節(jié)。因此，在雷電浪涌易侵入的環(huán)節(jié)加裝各類浪涌保護(hù)器[3]，浪涌保護(hù)器配置方案見圖4。

圖4 浪涌保護(hù)器配置方案

2.2.1 屏蔽、等電位制作

在較為重要的信息機(jī)房安裝接地匯流排，如監(jiān)控室、信息機(jī)房、調(diào)度機(jī)房等。室內(nèi)等電位連接接地方式采用M型，用40 mm×3 mm紫銅排在離地面15 cm處沿弱電機(jī)房內(nèi)墻面敷設(shè)接地匯流排，利用高強(qiáng)度絕緣子將銅排固定在墻面上。設(shè)備與等電位連接排的連接線采用不小于25 mm2黃綠線可靠電氣連接，并在設(shè)備安裝處安裝等電位連接排，將所有的設(shè)備接地通過匯流排，然后經(jīng)過均壓環(huán)進(jìn)入大地[4]。機(jī)房內(nèi)部所有正常不帶電的金屬物體，如機(jī)柜外殼、金屬門窗和進(jìn)出機(jī)房的所有金屬管道、室外的空調(diào)外殼等，都應(yīng)利用BVR25 mm2的導(dǎo)線就近與接地匯流排可靠連接。接地匯流排與接地網(wǎng)總接地點(diǎn)通過2條以上的BVR95 mm2多股銅纜進(jìn)行對(duì)稱可靠連接，或采用40 mm×3 mm銅排與接地地網(wǎng)無縫焊接，并做好防腐工作。

弱電機(jī)房，將40 mm×3 mm紫銅排安裝在靜電地板的下方，并通過25 mm2的黃綠線由地板引出，通過匯流排將地網(wǎng)和設(shè)備可靠連接[4]。

2.2.2 布線

調(diào)度樓采用聯(lián)合接地系統(tǒng)。若布線接地系統(tǒng)必須存在兩個(gè)不同的接地體時(shí)，要求它們之間應(yīng)具有較低的阻抗。避免在兩個(gè)接地體之間產(chǎn)生電位差[5]。將綜合布線線纜與其他線纜分開敷設(shè)，避免綜合布線線纜與其他電纜、管線產(chǎn)生干擾。各種信號(hào)線的屏蔽管在進(jìn)入設(shè)備或建筑物時(shí)作等電位處理，在進(jìn)入主機(jī)房后再次將屏蔽管與匯流排作接地處理。戶外光纖進(jìn)入室內(nèi)接入服務(wù)器時(shí)，光纖內(nèi)的金屬芯采用6 mm2接地線制作等電位帶連接。

2.2.3 安裝浪涌保護(hù)器（電源、信號(hào)）

（1）在地面6 kV變電所0.4 kV總進(jìn)線柜安裝JLSP-400/150/4P電源浪涌保護(hù)器，作為電源浪涌防護(hù)。

（2）引入調(diào)度樓的電源柜處安裝JLSP-400/80/4P或JLSP-400/60/4P的電源浪涌保護(hù)器作為二級(jí)電源浪涌防護(hù)。

（3）在各信息室電源進(jìn)線安裝JLSP-400/20/4P或JLSP-400/20/2P作為三級(jí)電源浪涌防護(hù)。

（4）在空調(diào)接線處安裝JLSP-400/20/4P或JLSP-400/20/2P作為設(shè)備端保護(hù)。

一些重要的電子設(shè)備端采用JLSP-Z3防雷插座。

（5）安裝注意事項(xiàng)：①電涌保護(hù)器接至等電位連接的導(dǎo)線要盡可能短而直。②在同一電源系統(tǒng)中，當(dāng)安裝在電源裝置起點(diǎn)處的SPD的保護(hù)電壓水平小于等于末端被保護(hù)設(shè)備的耐壓水平的50%時(shí)，可僅安裝一級(jí)電涌保護(hù)器。③必須考慮退化或壽命終止后可能產(chǎn)生的過電流或接地故障對(duì)信息系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的影響，因此在SPD的電源側(cè)應(yīng)安裝過電流保護(hù)裝置（如熔斷器或空氣斷路器），過電流保護(hù)器（設(shè)置于內(nèi)部或外部）與SPD一起承擔(dān)等于和大于安裝處的預(yù)期最大短路電流。此外，制造廠商所規(guī)定的SPD的額定阻斷蓄流值不應(yīng)小于安裝處的預(yù)期短路電流。配電線路浪涌保護(hù)器安裝位置示意見第27頁圖5。

3 結(jié)語

圖5 TN-S系統(tǒng)的配電線路浪涌保護(hù)器安裝位置示意

礦井調(diào)度樓防雷接地的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行，采取切實(shí)可行的防雷接地方案，選用質(zhì)量可靠的電氣設(shè)備和可靠性高的防雷設(shè)備；同時(shí)按照等電位原則，做好符合要求的共用接地網(wǎng)，綜合考慮防雷與接地，只有這樣電子設(shè)備才能避免遭受雷擊的危害。

[1]中國中元國際工程公司.GB 50057-2010建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2010：8-93.

[2]中華人民共和國郵電部.GBJ 79-85工業(yè)企業(yè)通信接地設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，1985：1-18.

[3]中國電子工程設(shè)計(jì)院.GB 50174-2008電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2008：1-39.

[4]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，四川中光高科產(chǎn)業(yè)集團(tuán).GB 50343-2012建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012：1-85.

[5]中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB 50169-92電氣裝置安裝接地裝置施工驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，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

韓英杰，男，1974年11月出生，2013年7月畢業(yè)于長沙理工大學(xué)（電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)），現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司工作，工程師。