淺談礦井調(diào)度中心站電子設(shè)備電源的過電壓保護(hù)

摘要：文章針對(duì)一些礦井改造后調(diào)度信息中心站的電子設(shè)備電源對(duì)雷電電磁脈沖十分敏感，根據(jù)符合“六大保護(hù)”對(duì)過壓保護(hù)要求，結(jié)合礦山常見TN-C低壓系統(tǒng)的實(shí)際情況，介紹了機(jī)房通過安裝入戶屏蔽電纜、分級(jí)電涌保護(hù)器（以下簡(jiǎn)稱SPD）、等電位等常規(guī)措施，使電子設(shè)備得到較完善的過電壓保護(hù)，減少潛在的安全隱患。

關(guān)鍵詞：煤礦；礦井改造；調(diào)度信息中心站；電子設(shè)備電源；過電壓保護(hù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM921 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

近年來，隨著國(guó)家對(duì)煤礦行業(yè)安全監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)提高，礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人員定位、通信聯(lián)絡(luò)等三大避險(xiǎn)系統(tǒng)重要敏感信息技術(shù)設(shè)備常常集中設(shè)置在井口附近的調(diào)度中心站，該機(jī)房通常配置不間斷電源（UPS）、穩(wěn)壓、濾波、雙回路等措施保障設(shè)備的電源安全可靠，有些礦井在改造中忽視了對(duì)電子設(shè)備電源的過電壓保護(hù)，電子設(shè)備一旦出現(xiàn)過電壓時(shí)，將考驗(yàn)對(duì)這些敏感的電子設(shè)備自身保護(hù)功能。目前，雷電感應(yīng)及電磁脈沖對(duì)微電子設(shè)備的損害呈逐年上升的趨勢(shì)。因此，適時(shí)地采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，對(duì)減少?zèng)_擊過電壓或遭受雷流電磁脈沖的損壞和干擾十分必要的作用。

1 礦井重要電子設(shè)備電源的過壓保護(hù)現(xiàn)狀

早期煤礦地面供電通常使用的是TN-C系統(tǒng)方式，這種供電方式在進(jìn)行安裝施工時(shí)比較方便，并且這種供電方式能夠有效的節(jié)約材料，提高供電的經(jīng)濟(jì)效益，在總柜后端既能提供380V動(dòng)力電源又能提供220V照明電源（如圖1所示）。

圖1

由于升級(jí)后電子信息設(shè)備往往都設(shè)置在配電線路的末端，再加上對(duì)過壓方面忽視，這種供電方式中可能會(huì)出現(xiàn)以下問題：供電線路無重復(fù)接地、機(jī)房沒有等電位連接、單相插座PE保護(hù)未接地、避雷插座沒有接地泄放通道或通道達(dá)不到要求、設(shè)備自身對(duì)過壓保護(hù)能力不強(qiáng)、接地電阻偏高等等，這些問題都很有可能導(dǎo)致供電不能正常地進(jìn)行，甚至?xí)C(jī)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，為了及時(shí)地降低該供電方式中以上問題的發(fā)生概率，必須對(duì)電子設(shè)備電源的過電壓保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的改造。

2 礦井調(diào)度電子設(shè)備電源的防過壓保護(hù)防范措施

2.1 機(jī)房局部TN-S供電方式改造

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50057-2010）》中的相關(guān)規(guī)定：當(dāng)電源采用TN系統(tǒng)時(shí)，從建筑物總配電箱起供電給建筑物內(nèi)的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統(tǒng)。

當(dāng)?shù)V山井口電源采用TN-C系統(tǒng)時(shí)，在進(jìn)入機(jī)房建筑物之前應(yīng)該增加或者利用現(xiàn)有的防雷接地保護(hù)系統(tǒng)，將三相四線制改為三相五線制（即將N線分為PE線和N線），供電方式改造成局部TN-S系統(tǒng)（如圖2所示），PE線和N線分開后，PE線與N線不能再進(jìn)行合并，需要注意的是：PE線可以多處接地，但是N線不能再接地。利用就近接地系統(tǒng)可為PE線提供最近泄放通道。

圖2

相關(guān)注意事項(xiàng)：

TN-C系統(tǒng)進(jìn)入機(jī)房之前用大于15m屏蔽電纜，并嚴(yán)格分為N線和PE線，PE線必須再進(jìn)行一次接地，電纜屏蔽層兩端必須保證有效接地，并嚴(yán)禁將線纜固定在附近的避雷針或者避雷帶引下線上。如有專用配變低壓電纜出線應(yīng)盡可能改用直埋敷設(shè)的方式，并且電纜一樣要將屏蔽層兩端接地。

2.2 過電壓防護(hù)裝置的分級(jí)配合

根據(jù)IEC 61312標(biāo)準(zhǔn)分區(qū)防雷、多級(jí)保護(hù)的理論可知，雷擊保護(hù)應(yīng)該采用逐級(jí)分流方法，并按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50057）》規(guī)定，建議采用3級(jí)（4級(jí)）SPD保護(hù)，其配置如圖2所示。

第一級(jí) 防過壓保護(hù)：對(duì)應(yīng)LPZ0A～LPZ1防雷保護(hù)區(qū)，應(yīng)選擇開關(guān)型SPD（I級(jí)試驗(yàn)SPD）開關(guān)型，主要泄放開關(guān)型SPD（10/350μs）波形直接雷電流，保護(hù)耐沖擊過電壓類型IV類及以下電源系統(tǒng)，安裝在總開關(guān)位置，電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平值應(yīng)選用Up≤2.5kV，在無法確定沖擊電流時(shí)應(yīng)該選擇Iimp≥12.5kA。其中，典型的SPD參數(shù)如下：3極、B級(jí)保護(hù)、最大放電電流40/60/80kA、其連線銅導(dǎo)線最小截面為6mm2。

第二級(jí) 防過壓保護(hù)：對(duì)應(yīng)LPZ1～LPZ2防雷保護(hù)區(qū)，應(yīng)該選限壓型SPD（II級(jí)試驗(yàn)SPD），主要泄放SPD（8/20μs）波形雷電流，在進(jìn)入機(jī)房用屏蔽電纜后，該SPD安裝在終端箱內(nèi)（此時(shí)PE線、N線已經(jīng)分開）。典型的SPD型號(hào)參數(shù)如下：4極、C級(jí)保護(hù)、最大放電電流15/20/30kA、其連線銅導(dǎo)線最小截面為4mm2。

第三級(jí) 防過壓保護(hù)：處于LPZ2或者更高區(qū)，安裝在機(jī)房?jī)?nèi)單相空開或選擇插座位置，適宜選用II級(jí)或者III級(jí)試驗(yàn)SPD。典型的SPD參數(shù)如下：2極、D級(jí)保護(hù)、最大放電電流為10/20kA、其連線銅導(dǎo)線的最小截面為1.5mm2。

第四級(jí) 防過壓保護(hù)：對(duì)應(yīng)的保護(hù)耐沖擊過電壓類型為I類電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)τ谠谖C(jī)保護(hù)裝置或信號(hào)設(shè)備（LPZ2區(qū)和更高區(qū)的界面處）進(jìn)行精細(xì)的保護(hù)措施，對(duì)電子系統(tǒng)應(yīng)該按照具體情況確定其放電電流，當(dāng)無法確定放電電流時(shí)時(shí)應(yīng)選用1.5kA，或者簡(jiǎn)單的選擇末端專用保護(hù)防雷插座、其連線銅導(dǎo)線最小截面為1.2mm2。

2.3 機(jī)房?jī)?nèi)等電位連接

機(jī)房?jī)?nèi)的電子設(shè)備應(yīng)進(jìn)行等電位連接，即：將各類電子設(shè)備的外殼、PE線、金屬管路、建筑物鋼筋、其他屏蔽構(gòu)件等統(tǒng)一連接到PE機(jī)房?jī)?nèi)的等電位連接帶上，并進(jìn)行多點(diǎn)連接，并且電子系統(tǒng)不應(yīng)該再設(shè)置獨(dú)立的接地裝置。連接應(yīng)采用的形式包含以下三種：S型星形結(jié)構(gòu)、M型網(wǎng)形結(jié)構(gòu)或SM混合型結(jié)構(gòu)，根據(jù)電子信息設(shè)備易受干擾的頻率及電子信息系統(tǒng)機(jī)房的等級(jí)和規(guī)模，確定等電位的連接方式。值得注意的是：防雷等電位連接的材料和最小截面積必須要達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)范的要求，這樣才能有效地降低潛在的安全隱患。

2.4 信號(hào)電纜屏蔽及接地

為防止感應(yīng)雷電壓影響，應(yīng)做各入口、出口全部采用屏蔽信號(hào)電線，將兩端的屏蔽層可靠接地，并宜埋地敷設(shè)。建筑物接地電阻值應(yīng)達(dá)到規(guī)定要求。

2.5 保護(hù)電子設(shè)備的建筑物防直接雷

電子設(shè)備機(jī)房屋頂需要安裝避雷針或者避雷帶，這樣才能確保防止直接雷。在電子設(shè)備機(jī)房屋頂安裝避雷針或者避雷帶時(shí)，應(yīng)該根據(jù)第二類防雷建筑物進(jìn)行精密的計(jì)算，對(duì)安裝中會(huì)使用到的閃接器的材料要進(jìn)行合理的選擇，對(duì)避雷針或者避雷帶的安裝高度以及引下線截面等應(yīng)該嚴(yán)格規(guī)范的按照LPZ0A和LPZ0B的相關(guān)要求執(zhí)行。

3 結(jié)語

綜上所述，本文通過分析當(dāng)今礦井的實(shí)際情況，指出了當(dāng)今礦井調(diào)度中心站電子設(shè)備電源的過電壓保護(hù)中存在的問題，并結(jié)合礦井的實(shí)際情況，提出了相關(guān)的解決方案，應(yīng)用野外通訊基站、氣象站等施工實(shí)踐，經(jīng)過電纜屏蔽、TN-C-S局部改造、分流、SPD分級(jí)保護(hù)和等電位連接等可執(zhí)行的措施，能夠有效的降低過電壓的相關(guān)危害，進(jìn)而達(dá)到“防雷減災(zāi)”的作用，確保礦井機(jī)房中重要的且易遭受雷擊電子設(shè)備電源的安全，促進(jìn)我國(guó)礦產(chǎn)事業(yè)持續(xù)、安全、穩(wěn)定的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：潘培慶（1978-），男，漳平煤業(yè)供電公司生產(chǎn)辦主任，機(jī)電工程師。

（責(zé)任編輯：王 波）