礦區(qū)綜合防雷保護(hù)設(shè)計研究

姚國雄

（富源縣煤炭工業(yè)局竹園分局，云南 曲靖 655500）

1 雷電形成及規(guī)律

（1）雷云的形成和雷電發(fā)展。在日常生活中，人們常常把雷電這種自然現(xiàn)象稱為“閃電”，閃電根據(jù)其在天空中的出現(xiàn)形狀可以細(xì)分為線狀閃電、球狀閃電、片狀閃電和帶狀閃電這四類；在氣象學(xué)中，對于雷電類型的劃分還可以基于其空間對應(yīng)形式細(xì)化為雷云間、雷云對大地兩種類型，后者就是我們常說的落地雷，該類型的雷電是常常引起礦區(qū)建筑物破壞以及人員傷亡的主要雷擊災(zāi)害。

（2）雷電活動規(guī)律以及雷電流幅值概率。根據(jù)學(xué)者們研究分析，不同的地理環(huán)境的雷電活動主要表現(xiàn)于：山區(qū)、較熱且潮濕地區(qū)的雷暴概率大于平原、冷且干燥地區(qū)；內(nèi)陸地區(qū)出現(xiàn)雷暴的概率高于沿海地區(qū)；地下儲存金礦、高聳突出的建筑物最易遭受雷擊災(zāi)害。

2 礦區(qū)綜合防雷保護(hù)設(shè)計的措施

圖1 礦區(qū)總體防雷系統(tǒng)框架圖

目前而言，防雷技術(shù)手段可總結(jié)為“ABCDEGS”原則 ：“躲”（Avoid）、“等電位連接”（Bonding）、“傳導(dǎo)”（Conducting）、“分流”（Dividing）、“消雷”（Eliminating）、“接地”（Grounding）和“屏蔽”（Shielding）。防雷保護(hù)設(shè)計是一種綜合機(jī)制，要結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境以及礦區(qū)建筑物特點來決定采用何種防雷設(shè)計，并對各類設(shè)計方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選最終確定該區(qū)域的防雷設(shè)計。若想將雷擊對礦區(qū)建筑物的危害降至最小，則需要針對礦區(qū)特點將各種防雷設(shè)計有機(jī)結(jié)合起來。圖1為礦區(qū)總體防雷系統(tǒng)框架圖。

（1）攔截。攔截技術(shù)是攔截直擊雷的常用措施，該設(shè)計手段最為常見，即常用的避雷針（避雷帶、避雷網(wǎng)），該技術(shù)是最經(jīng)濟(jì)且最為有效的攔截直擊雷技術(shù)。

（2）屏蔽。屏蔽技術(shù)設(shè)計主要用來防止雷擊發(fā)生后產(chǎn)生的電磁干擾對礦區(qū)建筑物內(nèi)電氣設(shè)備、線路以及變、配電設(shè)備的威脅，屏蔽的主要目的在于該手段能夠有效地防止雷擊發(fā)生區(qū)域內(nèi)電磁波能量向外傳播，同時還能夠降低雷擊電磁波對被保護(hù)區(qū)域設(shè)備的影響。

（3）均壓。均壓技術(shù)手段也被稱為等電位連接，該技術(shù)手段防雷的原理是把礦區(qū)內(nèi)具有良好導(dǎo)電設(shè)備借助等電位連接，并接入接地系統(tǒng)內(nèi)，對于礦區(qū)內(nèi)的非帶電導(dǎo)體可直接通過導(dǎo)線連接，而將導(dǎo)電導(dǎo)體與建筑物內(nèi)設(shè)置的避雷器相連。

（4）分流。分流防雷技術(shù)防雷原理是把雷擊產(chǎn)生的能量經(jīng)過導(dǎo)線傳至大地中的措施，采取分流防雷設(shè)計時應(yīng)按照層次性原則，根據(jù)礦區(qū)所劃分的防雷保護(hù)區(qū)將雷擊能量進(jìn)行分級泄放。

（5）接地。接地防雷技術(shù)手段是礦區(qū)防直擊雷、雷擊電磁能量干擾的最有效手段，其也是電位均衡補償系統(tǒng)的基礎(chǔ)性措施。該防雷技術(shù)主要是把雷擊產(chǎn)生的強電流借助低阻接地系統(tǒng)泄放至大地，進(jìn)而確保礦區(qū)建筑物以及電氣設(shè)備的安全。

3 具體實施措施

3.1 對直擊雷的防護(hù)措施

如前文所述，對礦區(qū)內(nèi)直擊雷的預(yù)防主要通過在礦區(qū)建筑物上布設(shè)避雷針來實現(xiàn)。根據(jù)礦區(qū)建筑物的布局和設(shè)備分布來確定避雷針的位置，一般基于被保護(hù)建筑物高度以及面積來確定避雷針的布設(shè)數(shù)量下文將主要介紹不同數(shù)量避雷針對建筑物保護(hù)半徑的計算方法。

公式（1）中h：避雷針的高度；r：避雷針對建筑物的保護(hù)半徑。

式中hx：避雷針的設(shè)計高度；rx：避雷針?biāo)奖Ｗo(hù)半徑；p：建筑物的高度影響系數(shù)，（當(dāng)h≦30m，p=1；當(dāng)30m＜h≦120m，p=5.5h）

（2）兩支避雷針。當(dāng)建筑物設(shè)置兩支避雷針時，同樣可利用單個避雷針的保護(hù)范圍計算公式求得建筑物外側(cè)保護(hù)范圍，當(dāng)建筑物設(shè)置雙避雷針時需要對兩避雷針之間的保護(hù)范圍進(jìn)行求解，即公式（3）。

式中h0：兩避雷針間保護(hù)范圍上部邊緣最低高度；D：兩避雷針間距離。

（3）絕緣薄弱處設(shè)置避雷器。對礦區(qū)中絕緣相對薄弱的電桿，例如，礦區(qū)內(nèi)原有的木桿線路上的金屬等裝置應(yīng)增設(shè)管型避雷器和保護(hù)間隙。

（4）架空線路上設(shè)備的防雷措施。在架空線路上斷路器和負(fù)荷開關(guān)處布設(shè)閥型避雷器，對于那些礦區(qū)運行時經(jīng)常短路運行的柱上斷路器則在兩側(cè)增設(shè)避雷器，接地線與柱上電氣設(shè)備金屬外殼連接，且接地電阻小于10Ω。

3.2 對雷電波侵入的防護(hù)措施

（1）高壓進(jìn)線防雷電波侵入措施：在礦區(qū)綜合防雷保護(hù)設(shè)計中，為保護(hù)高壓線不受到雷擊產(chǎn)生的電磁波影響，一般在礦區(qū)配電網(wǎng)變壓器的進(jìn)線部分安設(shè)避雷器，以預(yù)防雷電波侵入，如果在礦區(qū)高壓線進(jìn)線處未布設(shè)避雷線防雷，那么通常要在變電所進(jìn)線端1.5km左右位置安裝避雷線裝置來預(yù)防雷電波威脅。

（2）變壓器防雷電波侵入措施：為防止變壓器受到雷擊電波侵入影響在變壓器附近線路上設(shè)置避雷器，避雷器的設(shè)置可以有效避免因雷電波侵入而損壞線路絕緣造成線路損壞，在設(shè)置避雷器時其和變壓器、其它電氣設(shè)備的距離應(yīng)小于最大允許距離，此外避雷器的引下線和變壓器的金屬外殼和低壓側(cè)的中性點連接，另外，在線路二次母線上設(shè)置金屬氧化物避雷器保護(hù)線路。

（3）直配電機(jī)防雷電波侵入措施：為對直配電機(jī)進(jìn)行防護(hù)在電機(jī)出現(xiàn)母線位置處應(yīng)設(shè)置一組磁吹避雷器，設(shè)置完成后可利用進(jìn)線端保護(hù)手段來使磁吹避雷器中的雷擊電流小于3A，此外，采用電機(jī)母線上設(shè)置電容器的方法同樣能夠限制雷電波陡度，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)直配電機(jī)匝間絕緣的目的。

4 結(jié)語

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子通信設(shè)備在礦區(qū)工程中的大范圍應(yīng)用使得雷擊產(chǎn)生的高強電壓、電流對礦區(qū)的電氣設(shè)備造成的威脅越來越大，因此，有必要采取措施將直擊雷、雷電波對礦區(qū)的危害減至最小，結(jié)合以往經(jīng)驗，采取單一的措施顯然不能滿足礦區(qū)綜合防雷，因此，在實際礦區(qū)工程中應(yīng)結(jié)合礦區(qū)特點進(jìn)行針對性的防雷設(shè)計，確保礦區(qū)安全運行。