金属矿山自动化系统的防雷设计

朱果（中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山 243000）

金属矿山自动化系统的防雷设计

朱果
（中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山 243000）

随着金属矿山的现代化建设，自动化生产系统在矿山上得到广泛应用。金属矿山地表和地下都有大量的导电矿藏，极易遭到雷击。但自动化系统的电子设备在绝缘程度上抗过电压和过电流的能力十分脆弱，一旦遭遇雷击，整个自动化系统将受到严重损坏，直接导致停产，给企业带来重大损失。金属矿山自动化系统的防雷设计就变得越来越重要，得到广泛应用。

矿山 自动化 防雷

1 概述

随着科技技术的发展，自动化生产系统已经在金属矿山得到广泛应用。由于金属矿山地表和地下都有大量的导电矿藏，极易遭到雷击，而自动化生产系统大量采用了高精度电子设备和仪表，其抗雷击的能力十分脆弱。一旦遭到雷击，电子设备和检测仪表将损坏，整个自动化系统就瘫痪，直接影响矿山企业的正常生产。近年来，金属矿山自动化系统的防雷设计备受关注，得到了广泛应用。山东华联矿业有限公司选矿厂全流程生产自动化系统采用了防雷设计，可以有效的防止了雷击，提高了自动化系统的安全效率，取得了良好的效果。

一般工业厂房建设时都会安装避雷针、避雷带等防雷设备，一旦发生雷电时，可将击中厂房的雷电吸引并通过引下线泄放入大地。当泄放雷击电流会对厂房里面的自动化系统的电源、电气线路、网络通讯线路产生感应电动势和感应电流，损坏自动化系统的PLC、检测仪表、监控计算机、交换机等电子设备。因此，依靠传统的避雷针并不能防止感应电流损坏电子设备，在自动化系统设计时必须增加防雷设计。

2 金属矿山自动化系统的防雷设计

现代防雷理论体系是在Franklin雷电理论和Maxwell的电磁理论基础上建立的由直接雷防护和电磁脉冲防护构成的整体雷电防护体系。山东华联矿业公司选矿厂全流程生产自动化系统采用了电源防雷、网络防雷、信号防雷的设计。金属矿山自动化系统防雷设计需满足以下原则：

（1）防雷保护装置不影响自动化系统设备和通讯线路的正常工作；

（2）防雷保护装置有较高的承受冲击能量的能力，雷击产生冲击波时，所采用的防雷保护装置具有低阻抗；

（3）防雷系统必须有规范的接地系统。

2.1 电源防雷

电源防雷采用的是三级防雷设计，这样可以确保电源系统不受到雷击破坏，能量逐级泄放。

电源第一级防雷模块安装于电源总配电柜，采用B级防雷模块4个，在A、B、C、N线上各并联一个防雷模块与接地系统连接。该防雷模块具有大雷电流泄放能力，采用温控断路技术，内置过流断路器和热感熔断器，劣化时自动脱扣，并配置有劣化指示、遥信接口。第二级防雷模块安装在网络机房的配电柜，第三级防雷模块安装在各终端设备的单相电源进线端。第三级防雷保护，用于保护重要设备的电源系统，安装在重要设备的电源插座上。

电源防雷模块工作原理是当发生雷击时，电气线路上会感应大量脉冲能量，防雷模块在最短时间内把雷击电流泄放到大地，从而保护电气线路上的设备。

2.2 网络防雷

计算机网络防雷器适用于各种计算机网络设备、交换机、路由器等敏感的通信网络线路的防护，使其免受雷电感应过电压、电源干扰、静电放电等有害源所造成的损坏。

计算机网络防雷器的接口形式一般为标准RJ11或RJ45接头，提供多口集成式。防雷器采用两级保护，前后两级通过耦合作用，达到理想的防雷效果。因为网线上雷击感应电流沿线路向两端冲击，而网络防雷器具有方向性，所以不能只在网络的一端安装，网络线路两端的设备都要安装网络防雷器，这样才能避免设备被雷击损坏。

2.3 信号防雷

信号防雷模块用于测量与控制线路保护，使其免受雷电感应过电压、电源干扰、静电放电等所造成的损坏。具有残压低、衰减小、安装方便、通流容量大等特点。信号防雷模块分为模拟量信号防雷模块和视频信号防雷模块，对模拟量信号和视频信号进行防雷。

模拟量信号防雷模块一般采用两级保护，第一级为粗保护，用于泄能；第二级为细保护，用于钳位。前后两级通过耦合，使防雷器真正起到理想的防雷效果。由于金属矿山自动化系统需要保护的模拟量信号比较多，可以在自动化系统PLC柜内安装多个标准信号防雷模块，从而保护现场安装的检测仪表和控制器。

视频信号防雷模块采用组合式电涌保护器，采用多功能一体化设计，内置过流、过压保护装置，可以有效防止因电源、控制线路等电位差瞬时增大而造成监控系统远端设备摄像机和视频交换机的损坏。

2.4 接地系统设计

金属矿山的接地主要有构筑物接地、供配电系统接地、仪器仪表系统接地。金属矿山自动化系统一般使用独立的接地系统，采用等电位处理和接地网设计。

（1）等电位处理。等电位处理就是将工作地、设备保护地和防雷保护地连接在一起，构成均压电位体，使要保护的各电气设备的电压相等，避免电位差不等而引起感应电流。将自动化系统的电气柜接地，所有的电缆屏蔽层接地，现场金属管道上的检测仪表屏蔽接地连接在一起，消除之间的电位差，保证设备不被雷击而损坏。

（2）接地网设计。接地网一般设计在中央控制室建筑物旁，接地网挖沟深度为800mm，宽度为500mm。垂直接地体采用热镀锌角钢，水平接地体采用热镀锌扁钢，垂直接地体和水平接地体之间采用双面焊接，焊接处采用沥青油做防腐处理。接地网安装完毕后，用接地电阻测量仪检测接地电阻，测量时要保证接地线路和被保护设备断开，保证测量值的准确性，测量值应小于4Ω。当测量值达不到要求，就要采取方法降低接地电阻，一般采用增加接地网面积或使用降阻剂。

3 结语

山东华联矿业公司选矿厂全流程生产自动化系统采用了防雷设计，使系统具有稳定性好、抗雷击强等特点。本系统投入使用后运行结果显示：该防雷设计有效地避免了选矿厂自动化系统遭受雷击，降低了由于雷击造成生产损失，提高了矿山企业安全管理水平。

［1］毛建敏，李显华.矿山仪器仪表的防雷［J］.湖南有色金属，2005 （12）:42-44.

［2］林明华，闫景东，栾绍海.招远市金矿系统防雷设计［J］.云南大学学报（自然科学版），2012.34（S2）:401-406.

［3］苏军，张达，韩志磊.尾矿库在线监测系统防雷设计［J］.金属矿山，2013（11）:126-129.

［4］陈明刚.矿山工程综合防雷措施探讨［J］.新疆有色金属，2012（5）: 96-97.

［5］潘忠林.现代防雷技术［M］.电子科技大学出版社，1997.

朱果（1961—），男，工程师，研究方向：矿山自动化系统。