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金礦系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)研究

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了金礦系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)研究范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請(qǐng)閱讀。

金礦系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)研究

礦山防雷技術(shù)要求

礦山信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)工作要堅(jiān)持預(yù)防為主、安全第一的原則,主要是從影響到礦山電子信息系統(tǒng)的雷電波侵入通道和途徑著手,并采取相應(yīng)的防護(hù)措施,將被保護(hù)的設(shè)備遭受雷擊損害的風(fēng)險(xiǎn)降到最低限度.外部防雷措施中的屏蔽,主要利用建筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)金屬框架組成的屏蔽籠(即法拉第籠)、屋頂金屬表面、立面金屬表面和金屬門窗框架等,這些措施是內(nèi)部防雷措施中使雷擊產(chǎn)生的電磁場向內(nèi)遞減的第一道防線.建筑物外部防雷措施、內(nèi)部防雷措施構(gòu)成了礦山建筑物綜合防雷系統(tǒng),其中內(nèi)部防雷措施包括對(duì)礦山信息系統(tǒng)設(shè)備中各種傳輸線路端口分別安裝與之適配的浪涌保護(hù)器(SurgeProtectiveDevice簡稱SPD),其中電源SPD不僅具有抑制雷電過電壓的功能,同時(shí)還具有防止操作過電壓的作用[5].

雷電感應(yīng)過電壓入侵礦山電子信息系統(tǒng)的途徑及其影響

在配電線路上產(chǎn)生的雷電感應(yīng)過電壓(電流),直接通過配電線路感應(yīng)到弱電設(shè)備,并將設(shè)備損壞,一般是將設(shè)備的電源部分擊壞.根據(jù)配電線路上雷電感應(yīng)過電壓的成因及危害性可分為以下幾種情況:(1)在野外架設(shè)的礦山供電線路遭受閃擊,因線路較長,發(fā)生的概率較大,線路上的雷電感應(yīng)過電壓相當(dāng)大,會(huì)造成很大的損失.(2)在野外架設(shè)的礦山供電線路,附近發(fā)生閃擊時(shí),雷電電磁場使得線路上感應(yīng)到雷電過電壓.有較大的發(fā)生幾率,但雷電過電壓電流較?。?3)樓內(nèi)配電線路受大樓引下線電磁場感應(yīng)而產(chǎn)生雷電過電壓,雷電過電壓的大小與發(fā)生幾率與建筑物結(jié)構(gòu)及樓內(nèi)布線有關(guān).垂直方向的線路沒有屏蔽而靠近引下線時(shí),發(fā)生雷電感應(yīng)過電壓幾率較大.(4)樓內(nèi)配電線路受大樓附近閃擊時(shí),因電磁場感應(yīng)而產(chǎn)生雷電過電壓,雷電過壓電的大小與建筑物的屏蔽、布線、閃擊位置、閃擊點(diǎn)電流等有關(guān).當(dāng)建筑物屏蔽較差、線路靠外墻、閃擊點(diǎn)靠樓較近、閃擊點(diǎn)電流大時(shí),線路感應(yīng)雷電過電壓較大.(5)樓內(nèi)線路相互感應(yīng).由于較多的線路交叉敷設(shè)(如電源線、地線等相互距離在10cm內(nèi))時(shí),其中的一條上有感應(yīng)過電壓,則其它線路上多會(huì)感應(yīng)到過電壓,但感應(yīng)電流不大.(6)樓內(nèi)大型設(shè)備操作過電壓,該過電壓不是閃擊引起但其危害不低于閃擊,主要是加速電子設(shè)備老化.該操作過電壓類似于閃擊過電壓,用同樣的方法能抑制.

招遠(yuǎn)市金礦系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)

1雷害防護(hù)措施應(yīng)依據(jù)國標(biāo)和國家相關(guān)規(guī)則實(shí)施《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057—2010)對(duì)建筑物防直擊雷和感應(yīng)雷己有明細(xì)規(guī)定.對(duì)于防感應(yīng)雷僅靠避雷針己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,必須做好電源和信號(hào)線路的防雷[3].(1)雷擊主要是通過進(jìn)出戶的電源線路進(jìn)入的,對(duì)關(guān)鍵的系統(tǒng)設(shè)備,要在其電源上加裝電源電涌保護(hù)器,這樣既可以保護(hù)電源系統(tǒng),又可以保護(hù)重要設(shè)備和弱電系統(tǒng).(2)信號(hào)線路防雷是在信號(hào)系統(tǒng)的線路進(jìn)口處安裝與之相適應(yīng)的線路電涌保護(hù)器,它包括微機(jī)、電話、監(jiān)控等.通常的線路電涌保護(hù)器都采用一級(jí)以上過電壓和過電流保護(hù),遇雷電壓時(shí),立即與地導(dǎo)通,將雷電流分流引入大地,雷電過后又恢復(fù)正常而不影響系統(tǒng)的正常工作.(3)線路電涌保護(hù)器還可抗工業(yè)浪涌.大的浪涌也會(huì)損壞電源系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng),這對(duì)電源和計(jì)算機(jī)平常的保護(hù)也是不能少的.雷電“無孔不入”,因此防感應(yīng)雷是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,必須依據(jù)雷擊災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估情況和有關(guān)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo),進(jìn)行全面、系統(tǒng)的雷電防護(hù)設(shè)計(jì),從而保護(hù)設(shè)備免遭雷擊.

2直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)GB50057—2010及GB50343—2004的規(guī)定,需做以下防護(hù)措施:(1)接閃器必須有獨(dú)立的接閃裝置,進(jìn)行直接閃電的攔截;(2)引下線利用獨(dú)立接閃裝置的金屬支撐桿體作為引下線,進(jìn)行雷電流的下泄入地的通道;(3)接地裝置根據(jù)規(guī)范要求,必須制作沖擊接地電阻不大于10Ω的人工地網(wǎng),作為下泄的雷電流入地的通道;(4)電源避雷器在電源進(jìn)線端安裝1級(jí)、2級(jí)SPD防護(hù),對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行雷電脈沖防護(hù);(5)信號(hào)避雷器在各設(shè)備信號(hào)輸出端、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)輸出端安裝信號(hào)SPD防護(hù),對(duì)通信及信號(hào)傳輸設(shè)備進(jìn)行雷電脈沖防護(hù).以上5項(xiàng)措施,將形成完善的直擊雷以及雷電脈沖防護(hù),使被保護(hù)對(duì)象受到保護(hù)[4].接閃器作為引雷裝置,實(shí)質(zhì)作用是通過避雷針、帶、線、網(wǎng)吸收雷電(即引雷),把閃電的強(qiáng)大電流傳導(dǎo)到大地中并消耗掉,經(jīng)現(xiàn)場分析礦山地面建筑物只需在建(構(gòu))筑物天面安裝避雷帶,其材料采用直徑為φ12mm的熱鍍鋅圓鋼,支撐間距為1.0m,拐角處為0.5m.接閃帶沿女兒墻、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè),并應(yīng)在整個(gè)屋面組成不大于20m×20m的網(wǎng)格.若女兒墻相對(duì)較寬,接閃帶應(yīng)敷設(shè)在女兒墻的外側(cè),防止雷擊時(shí)水泥塊落地傷人傷物.另外,所有不在接閃器保護(hù)范圍內(nèi)的金屬物應(yīng)與接閃帶進(jìn)行等電位連接或另樹立接閃桿進(jìn)行保護(hù),非金屬物應(yīng)樹立接閃桿進(jìn)行保護(hù)[3].引下線為連接接閃器與接地裝置的金屬導(dǎo)體,作用為分流且把閃電電流傳導(dǎo)至接地極泄放到大地.引下線宜采用圓鋼或扁鋼,優(yōu)先采用圓鋼.引下線應(yīng)沿建筑物外墻明敷,引下線沖擊接地電阻不大于30Ω,該地面建筑物引下線采用Ф8mm圓鋼.如圖1所示在易受機(jī)械損壞和防人身接觸的地方,地面上1.7m至地面下0.3m的一段接地線應(yīng)采用暗敷或鍍鋅角鋼、改性塑料管或橡膠管等保護(hù)措施[3].接地裝置為接地體和接地線的總和,是雷電流泄放到大地中的重要步驟.該建筑物人工垂直接地體采用50mm×5mm角鋼,水平接地體采用截面100mm2、厚度為4mm的扁鋼,接地體埋深不應(yīng)小于0.5m.防直接雷人工接地體距建筑出入口或人行道不應(yīng)小于3m,當(dāng)小于3m時(shí)候,加大接地極的埋深應(yīng)(不小于1m)或在上面敷設(shè)50~80mm厚的瀝青層(寬度應(yīng)超過接地體2m).埋入土壤的接地裝置,其連接應(yīng)采用焊接,并在焊接處做防腐處理[3].

3接地系統(tǒng)和等電位連接

(1)經(jīng)實(shí)地考察,礦區(qū)接地電阻≤4Ω,符合規(guī)范要求.(2)配電室(箱)、機(jī)房內(nèi)部各金屬設(shè)備、構(gòu)件之間應(yīng)作等電位連接處理,防止電位差反擊.(3)將設(shè)備保護(hù)地、防雷地就近連接到機(jī)房地線上,各金屬設(shè)備外殼、金屬線槽、管道用金屬線纜連接.

4礦區(qū)防感應(yīng)雷防護(hù)設(shè)計(jì)

礦區(qū)電子信息系統(tǒng)防雷防護(hù)等級(jí)計(jì)算?!督ㄖ锓览自O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057—2010第3.0.1條規(guī)定“建筑物應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果,按防雷要求分為3類”。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343—2004第四章第4.2節(jié)第4.2.3條的規(guī)定,將N和Nc進(jìn)行比較,N=0.2321>Nc=0.0175,確定招遠(yuǎn)市礦區(qū)電子信息系統(tǒng)應(yīng)安裝雷電防護(hù)裝置.根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343—2004第四章第4.2節(jié)第4.2.3條的規(guī)定E=1-Nc/N=1-0.0175/0.2321=0.9246,0.90<E≤0.98,確定招遠(yuǎn)市礦區(qū)電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級(jí)為B級(jí),其電源系統(tǒng)安裝三級(jí)電源SPD進(jìn)行保護(hù)[4].電源系統(tǒng)包括電源主配電、UPS電源設(shè)備等.對(duì)于礦區(qū)機(jī)房的電源系統(tǒng)的雷電防護(hù),采取以下的防雷保護(hù)方案:在礦區(qū)低壓主配電系統(tǒng)做兩級(jí)防雷保護(hù)(三相電源);其他礦區(qū)設(shè)備進(jìn)出端采取第三級(jí)防雷防護(hù).電源系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng).其特點(diǎn)是N線(中線)和PE線(地線)在變壓器的低壓側(cè)合為一條PEN線.因此,需在相線和PEN線之間安裝防雷器.采用TN-S接地系統(tǒng)的電源防雷器的安裝如圖3所示.在礦區(qū)內(nèi)總配電屏中、二級(jí)配電屏中、在設(shè)備前端分別安裝一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)防雷保護(hù)[7].(1)一級(jí)感應(yīng)雷防護(hù)在礦區(qū)的總配電柜進(jìn)線端安裝GB153B100—100型三相電源避雷器,雷電通流量為100kA.利用其通流量大,予以先導(dǎo)分流,對(duì)通過線路傳輸?shù)闹睋衾缀透邚?qiáng)度感應(yīng)雷實(shí)施瀉放保護(hù),作為礦區(qū)建筑及用電設(shè)備的電源線路一級(jí)保護(hù).(2)二級(jí)感應(yīng)雷防護(hù)從高配進(jìn)入低配后,再進(jìn)入各個(gè)建筑及生產(chǎn)設(shè)備.對(duì)這一路低配做二級(jí)防雷處理.安裝ZGB153B(A)-60型三相電源避雷器,通流容量為40kA,作為各建筑及設(shè)備電源線路的二級(jí)保護(hù),對(duì)侵入的雷電壓進(jìn)行細(xì)泄流保護(hù).(3)三級(jí)感應(yīng)雷防護(hù)在設(shè)備進(jìn)線電源前采用ZGB151A(B)-20型單相電源避雷器,通流容量為20kA,作為設(shè)備的三級(jí)保護(hù),確保礦區(qū)的供電安全及內(nèi)部設(shè)備的正常用電[8].

結(jié)語

招遠(yuǎn)市金礦通過實(shí)施以上綜合解決方案,很好地解決了礦區(qū)建筑及設(shè)備的防雷問題.運(yùn)行至今,其建筑設(shè)施及用電設(shè)備等從未遭受雷擊損壞,說明上述的防雷措施對(duì)該礦區(qū)的弱電系統(tǒng)已經(jīng)有了一定的防雷效果,為系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行提供了有力的保障.隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備的大規(guī)模使用,雷電以及操作瞬間過電壓造成的危害越來越多嚴(yán)重.以往的防護(hù)體系已經(jīng)不能滿足電子計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)安全的要求,應(yīng)從單純一維防護(hù)(避雷針引雷入地———無源防護(hù))轉(zhuǎn)為三維防護(hù)(有源和無源防護(hù)),包括:防直擊雷,防感應(yīng)雷電波侵入,防雷電電磁感應(yīng),防地電位反擊以及操作瞬間過電壓影響等多方面作系統(tǒng)綜合考慮.采用任何一種單一的防雷器件都難以保證其安全,必須采取綜合防護(hù)的措施,對(duì)癥下藥將各類可能引起雷害的因素排除,才能將雷害減少至最低限.(本文作者:林明華、閆景東、欒紹海 單位:招遠(yuǎn)市氣象局、聊城市氣象局)

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