安全监控系统防雷的设计优化

赵雨军

摘要：文章介绍了雷电的成因及危害，分析了安全监控系统方面防雷的关键所在，并提出了安全监控系统防雷的优化措施。

关健词：安全监控系统；感应雷击；避雷器；防雷设计

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）05-0178-01

一、概述

潘三矿是一个年产300万吨的大型矿井，每年夏季雷雨天气时而会发生地面电缆被雷电击中着火、损坏和其它电子设备仪器遭雷击损坏的现象。其中监控系统，包括井上计算机设备和井下监控仪器及探头设备，这些监控设备都是不耐高压的精密电子元件组成，易遭雷击造成不同程度的损坏。为了避免安全监控系统遭雷击损坏，分析雷电成因及分析安全监控系统防雷电的关键，采取切实可行的针对安全监控系统的防雷措施，这也满足了煤矿安全《规程》中第160条当中监控系统必须具有防雷电保护的要求。

二、雷电的成因及危害

通常所谓的雷击是指一部分带电的云层和另一部分带异种电荷的云层或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电，这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电，并伴随巨大的声音。当然，云层之间的放电主要对飞行器有危害，对地面上的建筑物和人、畜牲没有很大影响。然而，云层对大地的放电则对建筑物、电子仪器设备和人、畜危害甚大。

雷击通常有三种形式：第一种是带电的云层与大地的某一点之间发生迅猛的放电现象，叫“直击雷”；第二种是带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷，当直击雷发生后，云层所带电荷迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大以致出现局部高电压，或者是由于直击雷放电过程中，强大云脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，叫“二次雷”或称“感应雷”；第三种是“球形雷”俗称滚地雷，就是一个呈圆球形的闪电球。球状闪电通常都在雷暴之下发生，它十分光亮，略呈圆球形，直径大约是20cm～50cm。通常它只会维持数秒，但也有维持1～2分钟的纪录。由于球状闪电出现的频率极低，它虽然也曾造成人和动物的伤亡，但是没有对电气设备造成损伤的记录，因此我们这里不考虑它的威胁。

三、雷电对监控系统的破坏途径以及防雷的有效方法

直击雷，它是雷电直接放电于监测设备上，强大的电流通过设备的电气部分烧毁设备。这种雷击破坏可能性小，绝大部分直击雷被建筑物和树木吸引过去。

感应雷击，它是雷电在雷云之间或雷云对地的放电时，由于雷电感应有极大峰值和陡度，在它周围出现瞬变电磁场均处在这瞬变电磁场的导体会感应出较大的电动势，而此瞬变电磁场则会在空间一定的范围内产生电磁作用，也可以是脉冲电磁波辐射。而这种空间雷电电磁脉冲是在三维空间范围里对一切电气设备发生作用，并在附近的户外传输信号线路，设备间连接线产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。

监控系统主要会遭到的是来自感应雷击的破坏。雷电磁场切割垂直或斜井传输电缆和井口到机房的架空电缆两部分产生的，落雷时可产生数万伏电压，使监测网络中的电子器件遭到破坏。

基于对安全监控系统遭受雷击破坏的分析提出以下有效防雷优化方案：第一是井筒监控电缆用钢丝铠装型，从井底一直到机房不设接头，并且分别将地面和井底的铠装钢丝良好接地；第二是在机房与井底分别安装法国EUROTECT公司的避雷器，并且做好避雷器的接地。

四、结语

我矿采取以上方法对安全监控系统进行防雷优化设计后，有效地保护了矿井的安全监控设备和仪器仪表，避免了国家的财产遭受到雷击的损坏，保障了矿井的安全生产。