摘要：文章針對一些礦井改造后調(diào)度信息中心站的電子設(shè)備電源對雷電電磁脈沖十分敏感，根據(jù)符合“六大保護(hù)”對過壓保護(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、分級電涌保護(hù)器（以下簡稱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)識碼：A

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

近年來，隨著國家對煤礦行業(yè)安全監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)提高，礦井監(jiān)測監(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)及電磁脈沖對微電子設(shè)備的損害呈逐年上升的趨勢。因此，適時(shí)地采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，對減少沖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動力電源又能提供220V照明電源（如圖1所示）。

圖1

由于升級后電子信息設(shè)備往往都設(shè)置在配電線路的末端，再加上對過壓方面忽視，這種供電方式中可能會出現(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)裝置的分級配合

根據(jù)IEC 61312標(biāo)準(zhǔn)分區(qū)防雷、多級保護(hù)的理論可知，雷擊保護(hù)應(yīng)該采用逐級分流方法，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（4級）SPD保護(hù)，其配置如圖2所示。

第一級 防過壓保護(hù)：對應(yīng)LPZ0A～LPZ1防雷保護(hù)區(qū)，應(yīng)選擇開關(guān)型SPD（I級試驗(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 防過壓保護(hù)：對應(yīng)LPZ1～LPZ2防雷保護(hù)區(qū)，應(yīng)該選限壓型SPD（II級試驗(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型號參數(shù)如下：4極、C級保護(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 防過壓保護(hù)：處于LPZ2或者更高區(qū)，安裝在機(jī)房內(nèi)單相空開或選擇插座位置，適宜選用II級或者III級試驗(yàn)SPD。典型的SPD參數(shù)如下：2極、D級保護(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 防過壓保護(hù)：對應(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)房內(nèi)等電位連接

機(jī)房內(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)房內(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，對安裝中會使用到的閃接器的材料要進(jìn)行合理的選擇，對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）