煤矿电子信息系统防雷技术

时间：2024-05-04

文/董华

在科学技术不断发展背景下，当今自动化生产技术在煤矿开采领域得到了广泛应用。由于矿山地表、地下含有大量导电矿藏，提升了对雷电的吸引力，再加上电子信息系统中融合了大量高精度电子仪器，抗雷击能力非常弱。一旦遭遇了雷击事故，会直接造成精密电子仪表损坏，致使整个电子信息系统瘫痪，影响煤矿正常生产。这就需要加强上防雷技术的研究，对煤矿整个生产流程展开防雷设计，从而降低雷击率，为电子信息系统运行提供安全保障。

1 电子信息系统防雷技术简述

防雷接地技术采用了专业的电气系统保护技术，在设计防雷方案时，需要针对现有问题提前提出解决方案。电子信息系统虽然是一个整体的系统平台，但也要确保防雷设计的针对性。由于雷电袭击带有不稳定性，任何一个可能被雷电影响的环节都要进行防雷设计，通过相应的优化措施保障系统整体安全性。

对于电子信息系统来说，雷电会瞬间造成巨大伤害，所以在电子信息系统建设之初就要将做好防雷设计工作。当今，接地防雷技术依然最主要的防雷方案，接地防雷是将雷电进行均压，并导向大地中。防雷接地装置主要是将处于地点位的系统导线，与电气设备接地体连接。接入流程为：避雷针引入导线→接地线→连接导入线→接地体系，最终将电流引入到大地。

通常情况下，矿山产房建设中都会配备避雷针、防雷带等设施，发生累积事故时，可以将厂房吸入的雷电引入到大地当中。但是泄放雷电过程中会对厂房中电子信息系统产生感应电流、电动势能，损坏信息系统以及相关设备。所以，传统避雷方案不能阻止雷电损坏电子信息系统，必须要单独增加防雷设计。

2 煤矿电子信息系统中防雷技术的应用

2.1 电源防雷

电源防雷主要是采用三级防雷体系，这样即使电源受到雷击也不会直接受到损坏，将雷电能量逐渐释放。

第一级防雷模块安装到电源总配电柜中，采用4 个B 级的防雷模块，分别连接于A 线、B 线、C 线、N 线，每个线路都与防雷模块连接。该方案可以提升雷电的泄放能力，并结合温控断路技术，增设热感熔断器、过流断路器，采用自动卸载方案，在这些安全防护装置在性能降低后会自动脱扣卸载，通信接口会自动将卸载信息传输到显示终端中。第二级防雷模块在网络机房配电柜中安装。第三级防雷模块在单相电源进线端位置安装，该防雷层级主要是保护设备电源系统，与重要电气设备电源连接。

电源防雷的运行机理为：一旦电子信息系统受到雷击时，则电气线路会感应大气中巨大的能量脉冲，防雷模块在短时间内即可将雷击电流泄放到大地上，保证电子信息系统安全运行。

2.2 网络防雷

网络防雷适用于各种电子信息系统设备，包括路由器、交换机等敏感设备。避免因为雷击过压、电源干扰、静电放电等造成的负面影响。

电子信息系统的防雷接口通常是采用RJ11、RJ45 接头，采用多口集成形式。防雷器采用二级保护形式，通过发挥前后级耦合效用，从而更加理想的防雷效果。由于网线受到雷击后会沿着线路两端传输，而网络防雷器可以调控雷击电流传播方向，因此不能只在网络一端安装，网络线路两端设备都要增设网络防雷器，滨面电子信息设备被损害。

2.3 信号防雷

信号防雷主要是应用在测量、控制线路防护方面，避免电子信息系统信号因为高电压、电磁干扰、静电放电造成损害。信号防雷具有的优势包括：安装便捷、通流容量大、衰减小、残压低等。大体上，信号防雷可以划分为模拟量信号防雷、视频信号防雷。

模拟量信号防雷主要是采用二级保护，第一级保护主要是为了泄放电流电压；第二级保护用于钳位。前后两级通过性能耦合，从而实现防雷的作用，保证整体的防雷、泄放效果。由于煤矿电子信息系统中所需保护的模拟信号非常多，可以在系统PLC 及柜当中安装多标准信号防雷模块，从而避免开采现场控制器、检测仪器的使用安全。

视频信号防雷采用了电涌组合形式，采用集成化设计方案，整个系统当中包括过压、过流保护系统，避免雷击造成电源、控线的瞬间电位差对整个电子信息系统造成的冲击，保障视频交换机、摄像头的安全。

2.4 接地系统设计

对于煤矿接地来说，需要对建筑物、供配电系统、设备仪器进行接地设计。对于电子信息化系统来说，主要是采用独立接地系统，主要为等电位处理、接地网组合方案。

2.4.1 等电位处理

该方案就是将工作地、防雷保护接地、设备保护接地整合到一个接地系统中，这样就会形成均压电位体，整个系统连接的电气设备电压相同，可以保证电压差的稳定性，避免产生感应电流。将整个信息系统电器柜接地处理，将电缆屏蔽层接地处理，矿山金属管道检测仪表屏蔽接地相互连接，从而均衡电位差，确保雷击条件下对连接设备的保护性能。

2.4.2 接地网

接地网主要是设计在中央控制室建筑旁，接地网建设规格为长和宽500mm、深度为800mm。热镀锌角钢作为垂直接地体、热镀锌扁钢作为水平接地体，二者之间应用双面焊接技术，为了提升角钢的使用寿命，还要在焊接位置涂抹沥青防腐。在接地网安装完成之后，采用接地电阻检测仪检测接地电阻数值，测量当中要将接地线路和保护设备断开，这样才能够提升检测精度，测量精度不得超过4Ω。如果超过了4Ω，为了能够达到接地要求，需要采用减阻的方案降低接地电阻，可以采用降阻剂或者增加接地网面积。