煤矿的雷电综合防护工程设计方案

随着经济的发展，煤矿高度集成化的计算机信息技术被广泛应用到国民生产的各个环节，煤矿的管理、监控、数据采集等系统也大量运用。 但是，由于采用微电子技术开发的产品目前多属敏感*件，绝缘强度低，过电压耐受能力差，雷电产生的瞬间电磁脉冲对微电子器件会造成严重的破坏，使系统设备损坏、通讯中断。这些系统一旦被雷击造成事故，将带来人员伤亡和财产损失。为了煤矿的安全生产，煤矿防雷必不可少。 

煤矿雷电综合防护措施

防雷的基本原则是切断雷电可能进入受保护对象的通道，以最短的距离将雷电泄放入地。煤矿井上、井下必须装设防雷电装置，并遵守下列规定：

（1）经由地面架空线路引入井下的供电线路和电机车架线，必须在入井处装设防雷电装置。

（2）由地面直接入井的轨道及露天架空引入（出）的管路，必须在井口附近将金属体进行不少于2处良好的集中接地。

（3）通信线路必须在入井处安装设熔断器和防雷装置。

因此，针对煤矿系统的防雷，关键所在应该是雷电隔离在井口以外，做好井口以上部分的综合防雷工程，在远离设备和人员的区域将雷电泄放入地。井下设备的保护接地，如采区变电所、高压电气设备等的保护措施，由设备安装工程公司，电力公司等负责整体完成。

煤矿防雷采取综合防雷措施，进行有效、全面、系统的防雷保护，具体可分为以下几个方面：

接地装置

设备防雷接地一般分为工作接地、安全保护接地（如防雷接地等），这些接地按规范要求，可设置为*接地或共用接地，并结合现场实际因地制宜的设置，以满足煤矿防雷系统接地的要求。由于煤矿多位于山区，现场环境比较负责，完全采取*接地的条件无法满足，而且造价高，所以，采取*接地与公用接地相结合的方式更为经济合理。

接地装置通常设置在呗保护设备或建筑物附近，如机房接地装置设置在机房外最近的空地上，避雷针的防雷接地装置设置在避雷针附近。

接地装置的制作材料和方式很多，但有一点是相同的，就是将接地体埋设在土壤电阻率更低的地下，以满足设备接地电阻的要求。煤矿的共用接地电阻应不大于4欧姆。接地体深埋地下，与导电性更高的土壤接触时，泄放电流的效果更好，接地体埋得越深，土壤湿度和温度的变化越小，接地电阻也就越稳定。然而，接地的长度不是越大越好，当大于60m后，由于电感的作用，阻碍了雷电流流向较远距离的接地体，使雷电流不能沿接地体全长均匀扩散。接地体埋设的深度越大，施工难度也越大，工程造价也越高。所以，接地装置的埋设深度一般不小于0.5-0.8m，该深度既能避免接地装置遭受机械损伤，同时也减小气候对接地电阻的影响。接地装置的材料总体上可以分为以下两种：

第一种：常规接地材料。

规范GB50057-94(2000年版）对接地装置要求，埋于土壤的人工垂直接地体采用热镀锌扁钢或圆钢，同时规定，圆钢直径不小于10mm，扁钢截面积不得小于100mm2，厚度不得小于4mm，角钢厚度不得小于4mm，钢管壁厚不得小于3.5mm。由于采用上述材料制作接地装置施工简单，易于操作，而且经济，所以应用较多，最为常见。但是，采用上述材料制作的接地装置于土壤直接接触时的腐蚀率较高，所以使用年限很短，同时，接地电阻会随接地装置敷设的时间越久而逐渐变大。

第二种：新型接地材料。

规范GB50343-2004里指出，在高土壤电阻率地区，适宜采用换土法、降阻剂或其它新技术、新材料降低接地装置材料的基础上，结合多年工程实际中的不同情况，为更有效降低机诶的电阻，采用新工艺、新配方、新理念，专业开发制造的接地产品。如非金属接地模块、铜包钢接地体、等效离子接地极等，同时还开发了对地下水质、土壤等无污染的降阻剂。新型接地材料由于降阻效果明显、安装方便、连接可靠以及耐腐蚀能力强等优点，逐渐被通信、民航、铁路、电力、化工等行业广泛应用。因此，煤矿在进行接地装置的设计、施工中，也可以将新型接地材料应用其中，达到降低接地电阻的目的。

降低接地电阻是实现设备防雷保护的重要措施，但可以追求多滴的接地电阻并没有实际的意义。为此，机诶的装置的接地材料应根据具体环境、气候、土壤等因素综合考虑选用，并根据计算确定接地材料的数量。

直击雷防护

煤矿多位于山区地带，煤矿的机房、办公楼、住宅楼等遭受直击雷概率大，应采取必要的直击雷防护措施，因地制宜的采用避雷针、避雷带（网）或几种结合的方式进行防护。

避雷带（网）设置

避雷带（网）是作为建筑物直击雷防护的一种最基本的防雷保护措施，与建筑物主体钢筋多点连通后形成法拉第笼结构，具有很好的防直击雷、电磁屏蔽等效果。如煤矿的机房、办公楼、住宅楼等，均可采取避雷带（网）的方法进行直击雷防护。

在建筑物屋顶设置避雷带进行直击雷防护时，避雷带应采用φ10mm的热镀锌圆钢制作，并沿屋顶屋脊和女儿墙边缘明装。避雷带支撑柱采用φ12mm的热镀锌圆钢制作，距离墙体高度150mm，两固定支撑柱的间距为≤1m。在屋顶，将屋顶面的金属凸起物或管道与避雷带连接。避雷网应按照GB-50057-94（2000年版）建筑物的防雷措施要求和现场具体情况进行区别设置，网格尺寸不得大于规范要求。避雷带或网的引下线采用φ12mm的热镀锌圆钢或40×4的热镀锌扁钢制作，就近与接地装置电气连接。接闪器和引下线沿建筑轮廓的弯曲，不得成直角或锐角。避雷带尽可能与建筑屋顶原有的金属构件做等电位连接。

避雷针设置

避雷针主要针对*被保护物的直击雷防护而设置的，煤矿有很多*设置的室外装置，如室外天线、监控探头、小型机房及变配电房、*材料库、瓦斯抽放站、汽油库等*建筑物等，通常避雷针设置在呗保护物旁边或建筑屋顶。根据被保护物雷电防护等级的分类情况，采用滚球法计算避雷针高度。

计算避雷针的高度时，应考虑工程中所需要留有的余量。避雷针的选型应在规范的前提下，优先选择应用广泛、技术先进、外形美观、价格合理的避雷针。

避雷针的接地应可靠，采用2根对称布置的40mm×4mm热镀锌扁钢作为避雷针引下线，将避雷针金属底座就近与接地装置电气连接。如果避雷针架设在屋顶，则应就近与屋顶避雷带电气连接。

雷电电磁脉冲防护

煤矿井上的瓦斯监控、场面监控、人员定位、产量监控等电子信息系统最容易遭受雷电电磁脉冲损坏，从而影响煤矿安全生产。因此，以上系统的雷电电磁脉冲防护很关键，防护措施主要是井上的电源、信号等金属导电线路和设备端口加装必要的防雷电电磁脉冲装置防雷器。当雷电电磁脉冲感应到电源线路、信号线路上时，通过电源、信号防雷器将雷电电磁脉冲泄放入地，从而达到设备的防雷保护。煤矿的雷电电磁脉冲防护，主要从以下两点考虑：

（1）电源线路防雷

煤矿井下采用的是IT供电系统，按规范要求，必须做好电气设备的安全接地。井上的供电通常采用专门变压器供电，引入机房或大楼的电缆均应穿金属管埋地敷设。煤矿供电系统的防雷应采取多级保护措施。为降低雷电电磁脉冲对设备的影响，电线系统的防雷应采取四级防护，将残压降低到设备能承受的状态。

选择电源防雷器时，应注意设备的耐压水平，选择低残压的电源防雷器，设备耐冲击过电压及防雷器的安装位置。

煤矿总配电室作为煤矿的供电核心，总配电室的雷电电磁脉冲防护应首先考虑，在总配电室设计安装第一级电源防雷器。

在各栋楼的总配电箱、各*供电设施的*配电箱等处，设计安装第二级电源防雷器。

在楼层、机房、*供电设施的配电箱设计安装第三级电源防雷器。

在重要、关键设备前端设计安装第四级电源防雷插座。

对于一些专用设备采用直流电源供电，应选配合适的直流电源防雷器保护设备供电端。在井口的防雷珊地面侧，增加末级电源防雷器。

防雷器作为雷电流的泄放装置，在每一根线上都应安装。电源防雷器应安装在空开之后。电源防雷器的选用除满足上述要求外，还应根据煤矿生产中灰尘多、多震动的特点，视具体环境和安装要求，选取箱体或模块结构的防雷器。对于有防尘、防潮、防爆灯要求的场所，还应考虑将避雷针设置在防水或防爆箱内。同时，在选择电源防雷器时，还要注意能量配合的问题，电源开关型防雷器和限压型防雷器之间的线路长度不小于10m、限压型防雷器与限压型防雷器直接的线路长度不小于5m时，否则增加退怄气满足防雷器的能量配合。因此，在设计中，如不能满足上述要求，则应首先选择具有能量自动配合功能的电源防雷器。

信号线路防雷

煤矿的信号线路系统把地面机房与井下分站连接，交换数据，从而实现远程监控。

上述通信网络系统的防雷保护，应充分考虑设备的安全性和重要性，对每一条与设备连接的线缆均做必要的防雷安全评估，采取接地、等电位连接、设置信号防雷器等措施进行综合防雷保护。

应根据设备接口、工作电压、工作频率等特性参数要求，选择合适的信号防雷器。

另外，根据各个煤矿的具体情况不同，设施也不完全一样，对于大型煤矿，还可能安装有无线通信、卫星天线等系统，这些设备均应对馈线采取加装馈线信号防雷器的防雷保护措施，并根据实际情况进行防雷设备选型。

等电位连接设计

正常情况下，在做好井口以上的防雷措施之后，雷电就不可能对井下的设备和人员造成威胁。井下应该防护的是操作过电压、过电流等电影浪涌对设备的损坏或线路短路打火。所以，要求井下电气设备做好必要的保护接地，实现设备的等电位连接。

煤矿井上与井下的信号传输一般采用光缆传输，所以进入井下的信号线缆均采取穿金属管等屏蔽措施后埋地敷设，线缆铠装层、光缆加强芯、屏蔽层、金属管两端均进行就近接地。

控制室内采取设置架空静电地板，在静电地板下设置等电位接地汇流排或汇集线，并将静电地板金属支架、设备金属外壳等电位连接。汇流排或汇集线采用30mm×3mm铜带制作，预留直径8mm的接地线连螺栓孔，汇流排或汇集线上沿室内设备呈网格状设置。接地装置采用大于35mm2的多股铜芯线穿管就近引入室内，与汇流排或汇集线连接接地。

室内交换机、网络设备、UPS电源、适配监控等设备的金属外壳，机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、静电地板等的防静电接地、安全保护接地、避雷器接地等均就近与均压环电气连接，保证设备、电源、防雷器、屏蔽层等控制室内金属导体形成等电位连接网络。