金屬礦山自動化系統(tǒng)的防雷設(shè)計

朱果（中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山 243000）

金屬礦山自動化系統(tǒng)的防雷設(shè)計

朱果
（中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山 243000）

隨著金屬礦山的現(xiàn)代化建設(shè)，自動化生產(chǎn)系統(tǒng)在礦山上得到廣泛應(yīng)用。金屬礦山地表和地下都有大量的導(dǎo)電礦藏，極易遭到雷擊。但自動化系統(tǒng)的電子設(shè)備在絕緣程度上抗過電壓和過電流的能力十分脆弱，一旦遭遇雷擊，整個自動化系統(tǒng)將受到嚴(yán)重?fù)p壞，直接導(dǎo)致停產(chǎn)，給企業(yè)帶來重大損失。金屬礦山自動化系統(tǒng)的防雷設(shè)計就變得越來越重要，得到廣泛應(yīng)用。

礦山 自動化 防雷

1 概述

隨著科技技術(shù)的發(fā)展，自動化生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)在金屬礦山得到廣泛應(yīng)用。由于金屬礦山地表和地下都有大量的導(dǎo)電礦藏，極易遭到雷擊，而自動化生產(chǎn)系統(tǒng)大量采用了高精度電子設(shè)備和儀表，其抗雷擊的能力十分脆弱。一旦遭到雷擊，電子設(shè)備和檢測儀表將損壞，整個自動化系統(tǒng)就癱瘓，直接影響礦山企業(yè)的正常生產(chǎn)。近年來，金屬礦山自動化系統(tǒng)的防雷設(shè)計備受關(guān)注，得到了廣泛應(yīng)用。山東華聯(lián)礦業(yè)有限公司選礦廠全流程生產(chǎn)自動化系統(tǒng)采用了防雷設(shè)計，可以有效的防止了雷擊，提高了自動化系統(tǒng)的安全效率，取得了良好的效果。

一般工業(yè)廠房建設(shè)時都會安裝避雷針、避雷帶等防雷設(shè)備，一旦發(fā)生雷電時，可將擊中廠房的雷電吸引并通過引下線泄放入大地。當(dāng)泄放雷擊電流會對廠房里面的自動化系統(tǒng)的電源、電氣線路、網(wǎng)絡(luò)通訊線路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，損壞自動化系統(tǒng)的PLC、檢測儀表、監(jiān)控計算機、交換機等電子設(shè)備。因此，依靠傳統(tǒng)的避雷針并不能防止感應(yīng)電流損壞電子設(shè)備，在自動化系統(tǒng)設(shè)計時必須增加防雷設(shè)計。

2 金屬礦山自動化系統(tǒng)的防雷設(shè)計

現(xiàn)代防雷理論體系是在Franklin雷電理論和Maxwell的電磁理論基礎(chǔ)上建立的由直接雷防護(hù)和電磁脈沖防護(hù)構(gòu)成的整體雷電防護(hù)體系。山東華聯(lián)礦業(yè)公司選礦廠全流程生產(chǎn)自動化系統(tǒng)采用了電源防雷、網(wǎng)絡(luò)防雷、信號防雷的設(shè)計。金屬礦山自動化系統(tǒng)防雷設(shè)計需滿足以下原則：

（1）防雷保護(hù)裝置不影響自動化系統(tǒng)設(shè)備和通訊線路的正常工作；

（2）防雷保護(hù)裝置有較高的承受沖擊能量的能力，雷擊產(chǎn)生沖擊波時，所采用的防雷保護(hù)裝置具有低阻抗；

（3）防雷系統(tǒng)必須有規(guī)范的接地系統(tǒng)。

2.1 電源防雷

電源防雷采用的是三級防雷設(shè)計，這樣可以確保電源系統(tǒng)不受到雷擊破壞，能量逐級泄放。

電源第一級防雷模塊安裝于電源總配電柜，采用B級防雷模塊4個，在A、B、C、N線上各并聯(lián)一個防雷模塊與接地系統(tǒng)連接。該防雷模塊具有大雷電流泄放能力，采用溫控斷路技術(shù)，內(nèi)置過流斷路器和熱感熔斷器，劣化時自動脫扣，并配置有劣化指示、遙信接口。第二級防雷模塊安裝在網(wǎng)絡(luò)機房的配電柜，第三級防雷模塊安裝在各終端設(shè)備的單相電源進(jìn)線端。第三級防雷保護(hù)，用于保護(hù)重要設(shè)備的電源系統(tǒng)，安裝在重要設(shè)備的電源插座上。

電源防雷模塊工作原理是當(dāng)發(fā)生雷擊時，電氣線路上會感應(yīng)大量脈沖能量，防雷模塊在最短時間內(nèi)把雷擊電流泄放到大地，從而保護(hù)電氣線路上的設(shè)備。

2.2 網(wǎng)絡(luò)防雷

計算機網(wǎng)絡(luò)防雷器適用于各種計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、交換機、路由器等敏感的通信網(wǎng)絡(luò)線路的防護(hù)，使其免受雷電感應(yīng)過電壓、電源干擾、靜電放電等有害源所造成的損壞。

計算機網(wǎng)絡(luò)防雷器的接口形式一般為標(biāo)準(zhǔn)RJ11或RJ45接頭，提供多口集成式。防雷器采用兩級保護(hù)，前后兩級通過耦合作用，達(dá)到理想的防雷效果。因為網(wǎng)線上雷擊感應(yīng)電流沿線路向兩端沖擊，而網(wǎng)絡(luò)防雷器具有方向性，所以不能只在網(wǎng)絡(luò)的一端安裝，網(wǎng)絡(luò)線路兩端的設(shè)備都要安裝網(wǎng)絡(luò)防雷器，這樣才能避免設(shè)備被雷擊損壞。

2.3 信號防雷

信號防雷模塊用于測量與控制線路保護(hù)，使其免受雷電感應(yīng)過電壓、電源干擾、靜電放電等所造成的損壞。具有殘壓低、衰減小、安裝方便、通流容量大等特點。信號防雷模塊分為模擬量信號防雷模塊和視頻信號防雷模塊，對模擬量信號和視頻信號進(jìn)行防雷。

模擬量信號防雷模塊一般采用兩級保護(hù)，第一級為粗保護(hù)，用于泄能；第二級為細(xì)保護(hù)，用于鉗位。前后兩級通過耦合，使防雷器真正起到理想的防雷效果。由于金屬礦山自動化系統(tǒng)需要保護(hù)的模擬量信號比較多，可以在自動化系統(tǒng)PLC柜內(nèi)安裝多個標(biāo)準(zhǔn)信號防雷模塊，從而保護(hù)現(xiàn)場安裝的檢測儀表和控制器。

視頻信號防雷模塊采用組合式電涌保護(hù)器，采用多功能一體化設(shè)計，內(nèi)置過流、過壓保護(hù)裝置，可以有效防止因電源、控制線路等電位差瞬時增大而造成監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)端設(shè)備攝像機和視頻交換機的損壞。

2.4 接地系統(tǒng)設(shè)計

金屬礦山的接地主要有構(gòu)筑物接地、供配電系統(tǒng)接地、儀器儀表系統(tǒng)接地。金屬礦山自動化系統(tǒng)一般使用獨立的接地系統(tǒng)，采用等電位處理和接地網(wǎng)設(shè)計。

（1）等電位處理。等電位處理就是將工作地、設(shè)備保護(hù)地和防雷保護(hù)地連接在一起，構(gòu)成均壓電位體，使要保護(hù)的各電氣設(shè)備的電壓相等，避免電位差不等而引起感應(yīng)電流。將自動化系統(tǒng)的電氣柜接地，所有的電纜屏蔽層接地，現(xiàn)場金屬管道上的檢測儀表屏蔽接地連接在一起，消除之間的電位差，保證設(shè)備不被雷擊而損壞。

（2）接地網(wǎng)設(shè)計。接地網(wǎng)一般設(shè)計在中央控制室建筑物旁，接地網(wǎng)挖溝深度為800mm，寬度為500mm。垂直接地體采用熱鍍鋅角鋼，水平接地體采用熱鍍鋅扁鋼，垂直接地體和水平接地體之間采用雙面焊接，焊接處采用瀝青油做防腐處理。接地網(wǎng)安裝完畢后，用接地電阻測量儀檢測接地電阻，測量時要保證接地線路和被保護(hù)設(shè)備斷開，保證測量值的準(zhǔn)確性，測量值應(yīng)小于4Ω。當(dāng)測量值達(dá)不到要求，就要采取方法降低接地電阻，一般采用增加接地網(wǎng)面積或使用降阻劑。

3 結(jié)語

山東華聯(lián)礦業(yè)公司選礦廠全流程生產(chǎn)自動化系統(tǒng)采用了防雷設(shè)計，使系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、抗雷擊強等特點。本系統(tǒng)投入使用后運行結(jié)果顯示：該防雷設(shè)計有效地避免了選礦廠自動化系統(tǒng)遭受雷擊，降低了由于雷擊造成生產(chǎn)損失，提高了礦山企業(yè)安全管理水平。

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朱果（1961—），男，工程師，研究方向：礦山自動化系統(tǒng)。