高原地區(qū)金屬礦山企業(yè)通訊和視頻監(jiān)控防雷措施

滕龍魚　李　芳

摘要：隨著現(xiàn)代化礦山的建設(shè)，大量的電子產(chǎn)品在礦山上得到廣泛應(yīng)用，特別是電話、電視、視頻監(jiān)控等得到廣泛普及。但電子設(shè)備在絕緣程度上抗過電壓，過電流的能力十分脆弱，一旦遭遇雷擊，設(shè)施整個(gè)系統(tǒng)將受到嚴(yán)重?fù)p壞。但通過多次的努力才使幾度處于癱瘓狀態(tài)的通訊和視頻系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。

關(guān)鍵詞：高原地區(qū)金屬礦山企業(yè)監(jiān)控防雷措施

0 引言

我公司位于松潘甘孜地槽褶皺系的南部邊緣，平均海拔高度3000米以上，受雅礱江及其支流海底溝、江郎溝強(qiáng)烈切割，形成深谷交錯(cuò)、地勢陡峻、比高相當(dāng)大的礦區(qū)環(huán)境。我公司主要生活區(qū)和大部份的工業(yè)場地就建在雅礱江西岸北側(cè)的高山和深谷環(huán)繞的單面山坡或深谷較寬敞的地方。整個(gè)里伍穹地下埋有大量銅、鋅、鐵等導(dǎo)電礦藏，加上地表許多露天礦，地表采出沒有處理的原礦，沒有運(yùn)走的精礦等到處分布，使這一區(qū)域的礦物土壤電阻非常低，加上高原電離層的特別影響，又加上這地方每年6-9月份的集中下雨，所以極有利于雷云與大地之間形成良好的放電通道，從而造成雷擊事故。隨著現(xiàn)代化礦山的建設(shè)，大量的電子產(chǎn)品在礦山上得到廣泛應(yīng)用，特別是電話、電視、視頻監(jiān)控等得到廣泛普及。但電子設(shè)備在絕緣程度上抗過電壓，過電流的能力十分脆弱，一旦遭遇雷擊，設(shè)施整個(gè)系統(tǒng)將受到嚴(yán)重?fù)p壞。但人們的習(xí)慣中往往對強(qiáng)電系統(tǒng)的雷擊防范較注意，又特別是對強(qiáng)電中的高壓注意較多，低壓防雷不注意，對弱電系統(tǒng)就更不注意了，甚至不重視。我公司在去年進(jìn)行平安礦山建設(shè)的時(shí)候，對二區(qū)分部三個(gè)分廠進(jìn)行通訊、電視、電話、視頻監(jiān)控的建設(shè)中遇到了從未遇到的雷電破壞難題，通過幾次改造，都沒有解決。最后通過電信部門，公司電力管理部多次的努力才使幾度處于癱瘓狀態(tài)的通訊和視頻系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。

1 人遭雷擊的原因

經(jīng)過認(rèn)真的總結(jié)和分析歸納，我們總結(jié)了造成整個(gè)系統(tǒng)遭雷擊不能正常運(yùn)行的原因有以下幾方面：

1.1 電源系統(tǒng)

1.1.1 高壓供電線路 我公司送往二區(qū)三個(gè)分廠的電力是一條10KV的供電線路，線路總長33KM，單回路供電，沿途經(jīng)過許多深谷和高山。由于此區(qū)域的特殊性，旱季高原早晚溫差大，冷熱變化無常，容易形成感應(yīng)雷，架空線路由于雷云電場感應(yīng)產(chǎn)生大量的正電荷，當(dāng)雷云對地或?qū)υ崎g放電而線路正電荷失去束縛后，在電勢的作用下沿線路產(chǎn)生大量的電流沖擊；雨季潮濕多雨，加之溫差變化無常，容易形成直擊雷，架空線由于直擊雷的作用直接擊在導(dǎo)線上，雷電流傾刻間輸入線路，使線路電流大增，形成線路電流沖擊；由于是高原山區(qū)的雨季，在山區(qū)的輸電線路，雷擊會繞過避雷線直接打在導(dǎo)線上，突然在架空線中形成沖擊電流，也就是說的繞擊閃絡(luò)。以上這些沖擊電流的形成，雖通過避雷線、接地線、避雷器對地放電，但余量會通過輸電線路傳送到降壓變壓器，通過變壓器傳送到低壓線，通過低壓線路傳到系統(tǒng)的室內(nèi)、室外通訊、視頻監(jiān)控設(shè)備，使系統(tǒng)設(shè)備遭到破壞。

1.1.2 低壓供電線路 低壓供電線路是降壓站低壓端供電線路。由于是礦山，低壓供電線路部份采用架空鋼芯鋁絞線，路徑有些較長，遭雷擊的可能性也較大，加之低壓端沒有安裝良好的接地和設(shè)置低壓端避雷設(shè)施，所以當(dāng)雷擊過電壓侵入到變電所外部10KV線路時(shí)，雖安裝的高壓避雷器泄放一部份雷擊電流，到了低壓端的電流無處釋放，只有侵入到系統(tǒng)的室內(nèi)、室外設(shè)備上。當(dāng)然，低壓線路遭到雷擊，那就直接作用于系統(tǒng)的室內(nèi)、室外設(shè)備，使整個(gè)系統(tǒng)損壞。

2 通訊傳輸線路系統(tǒng)

2.1 光纜線路 通訊光纜線路總長40KM，途經(jīng)高山深谷，經(jīng)過許多供電高壓線路，很容易形成雷擊問題，在光纜中形成感應(yīng)過電壓，另外附掛鋼絞線易被雷擊，使光纜屏蔽金屬外殼產(chǎn)生過電流傳到室內(nèi)接地線侵入室內(nèi)設(shè)備。光纜與供電高壓線平行運(yùn)行段如果距離較近，當(dāng)高壓線遭雷擊，使光纜屏蔽金屬殼傳輸感應(yīng)過電流，同時(shí)，也可能讓附掛鋼絞線傳輸過電流，最后侵入室內(nèi)、室外、通訊系統(tǒng)設(shè)備。

2.2 信號線路系統(tǒng) 通訊和監(jiān)控系統(tǒng)線路主要是通訊線、視頻線、控制線、云臺電源線。由于是礦山，采廠、選廠、生活區(qū)都不可能在一起，使用各種傳輸線路、信號設(shè)備的區(qū)域就較為分散，這樣就使得攝像頭的安置也較為分散。各種線路數(shù)量也較多，一些線路埋地，一些架空，一些沿墻敷設(shè)，所有的線路都沒有人為金屬屏蔽，在這些線路周圍有雷電活動時(shí)，雷電所產(chǎn)生的巨大瞬變電磁場就會在這些線路中感應(yīng)出雷電過電壓，從而通過線路傳輸侵損到系統(tǒng)設(shè)備，使設(shè)備損害。電話交換機(jī)和主監(jiān)控室的門窗，混凝土的鋼筋等不可能和采廠、選廠、生活區(qū)的接地網(wǎng)等電位連接，許多獨(dú)立的攝像頭和云臺沒有屏蔽，雷擊通過空間輻射，利用強(qiáng)大雷電、電磁沖擊波給直擊打壞設(shè)備。在高原上雷擊程度較大，在雷擊過電流通過接地線泄入大地瞬間，會引起地電位上升，這種地電位會通過設(shè)備接地線和信號接地線反擊設(shè)備元器件和通訊元器件，造成設(shè)備損壞。

2 防雷措施

2.1 電源系統(tǒng)的防雷

2.1.1 對高壓供電線路的防雷 我公司高壓供電線路沿途經(jīng)過許多高山深谷，多數(shù)是水泥塔桿，沒有設(shè)置桿路接地，由于是10KV線路更沒有避雷線的設(shè)置，在其間只設(shè)了一兩組高壓避雷器，通過我們分析的原因，高壓線路受雷擊，最后沖擊通訊、監(jiān)控系統(tǒng)的因素是較多的。所以我們通過多方考慮決定在高壓供電線路上增設(shè)了以下防雷措施。①在經(jīng)過高山的線段增設(shè)避雷線，并且所經(jīng)過的桿塔一律有效接地，并且使接地電阻盡量的降低。安好避雷線后主要防止雷云直擊導(dǎo)線；另外有分流作用，以減小桿塔被雷擊的雷電流從一個(gè)地方入地，從而降低桿塔電位；避雷線通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓；對導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。②安裝線路避雷器：高原礦山一年四季都有雷擊的可能，特別是高山頂部的供電線路更容易遭雷擊。通過各方面的分析考慮和線路實(shí)際情況，我們設(shè)置了四處線路避雷器，全部采用YH5W-10金屬氧化物避雷器。因?yàn)榧词乖谌€段架設(shè)了避雷線，也不可能完全排除在導(dǎo)線上出現(xiàn)過電壓的可能性，安裝線路避雷器可以使由于雷擊所產(chǎn)生的過電壓超過一定的幅值時(shí)動作，給雷電流提供一個(gè)低阻抗的通路，使其泄放到大地，從而限制電壓的升高，保障了線路、設(shè)備的安全。

2.1.2 低壓供電線路的防護(hù)處理 在低壓電源系統(tǒng)安裝電源模塊防雷器，采用“多級分流，逐級降壓”的四級防護(hù)，使過電流逐級衰減入地。通過多方分析，型號ZGG160避雷器作為總配電器的防雷，如果遭雷擊，大部份過電流從這里泄放；在各種分配電盤上安裝ZGG80的防雷器作為二級防雷；在設(shè)備輸入端口安裝ZGG40的防雷器，作為三級防雷；最終接入設(shè)備用ZGJ的插座式避雷器作為四級防雷(見表一)

特別注意的是SPD的級位配合主要取決于被保護(hù)的電子設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。一般第一級防雷選大容量的SPD，目的是將大部份的剩余雷電流在此泄掉。第三、第四級防雷主要是設(shè)備的終端保護(hù)，一般選擇流通能力較小，保護(hù)電頻能夠滿足電子設(shè)備絕緣耐壓強(qiáng)度的SPD，同時(shí)還得考慮SPD的最大工作持續(xù)電壓UC必須滿足電源電壓在運(yùn)行穩(wěn)定性中的影響，如果SPD的Uc選擇不當(dāng)，其Up就不能保護(hù)電子設(shè)備的安全。

另外SPD本身需要后備保護(hù)，為了防止SPD老化或損壞可能造成的電源系統(tǒng)故障，在一、二級防雷側(cè)應(yīng)安裝保險(xiǎn)管(熔斷器)作為SPD的后備保護(hù)，一般一級保護(hù)用32A的熔斷器，二級選用16A的熔斷器，三級選用10A的熔斷器，四級為插座式防雷器，自身就具有過負(fù)荷保護(hù)和漏電保護(hù)功能，不用設(shè)置熔斷器(見圖)。

2 傳輸線路，信號系統(tǒng)的防護(hù)

2.1 通訊光纜的防護(hù) 我公司二區(qū)三廠主通道光纜，全長40Km，全部在大山深谷中穿越，遭雷擊是不可避免的，為了防雷，我們在桿路上實(shí)行每隔一根桿的密集接地，使雷擊過電流快速泄放入地，同時(shí)在附掛鋼絞線上，每隔5Km設(shè)置一處鋼絞線直接接地，防止鋼絞線被雷擊后輸入過電流、過電壓到通訊終端設(shè)備，并通過接地線侵入到終端實(shí)施設(shè)備損壞；在設(shè)備終端前設(shè)置光纜進(jìn)戶避雷器，保證光纜屏蔽金屬外殼傳入的過電流，過電壓不至于通過接地線反擊終端設(shè)備。

2.2 信號系統(tǒng)的保護(hù) 二區(qū)三個(gè)廠，總共安裝了19個(gè)攝像頭，三個(gè)地面接收站，三臺程控交換機(jī)，公用、私用電腦總計(jì)98臺。還有幾臺圖文傳真設(shè)備。為了能使這些設(shè)備正常，我們在系統(tǒng)保護(hù)中設(shè)置許多防雷，防護(hù)措施：固定的攝像頭9個(gè)安裝WL-SKD-3Y三合一防雷器，以防止雷電過電壓通過視頻，電源和控制線路侵入設(shè)備內(nèi)，對10臺旋轉(zhuǎn)攝像頭，在設(shè)備前端安裝WL-SD-2Y二合一防雷器，同軸電纜進(jìn)入監(jiān)控，交換機(jī)前端安裝WLVD-50B視頻、信號防雷器；控制信號線進(jìn)入控制主機(jī)時(shí)安裝WLKZ-485控制信號防雷器。閉路電視線路安裝閉路信號防雷器。性能、指標(biāo)、配置見表(二)。

3 必要的防雷輔助措施

3.1 系統(tǒng)的屏蔽 將各個(gè)分廠相對集中的辦公室的框架內(nèi)的鋼筋，門窗金屬和金屬管網(wǎng)等進(jìn)行等電位連接，形成一個(gè)接地完好的屏蔽體，保護(hù)室內(nèi)設(shè)備不遭雷擊電磁脈沖的直接沖擊。對室外的獨(dú)立云臺和旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)要加裝屏蔽護(hù)罩，并加裝避雷針；對室內(nèi)、室外的信號線路最好穿金屬管埋地或沿墻穿金屬管敷設(shè)，部份無法避免的架空屏蔽管的接地，至少不低于三處；電源電纜在進(jìn)出建筑物暴露部份也要套上金屬管才能屏蔽感應(yīng)電磁脈沖。

3.2 系統(tǒng)的接地 把室內(nèi)的監(jiān)控機(jī)、交換機(jī)等設(shè)備的PE線，設(shè)備外殼及周圍環(huán)境中的金屬構(gòu)件，管道等均和等電位聯(lián)結(jié)干線串起來，使它們?nèi)刻幱诘入娢粻顟B(tài)或者基本接近等電位，以達(dá)到均壓的目的；室內(nèi)避雷器就近接地，接地線盡量用電阻小的銅芯線，接地線不能太長；攝像機(jī)外殼、交換機(jī)外殼、各種屏蔽罩的接地最好就近接地，同時(shí)與原地的接地體就近連接在一起，盡量采用焊接，以免不牢靠，電阻大。

3.3 注意由于這套防避雷接地與電子設(shè)備的防雷接地，電子設(shè)備的信號接地和保護(hù)接地共同用一個(gè)接地裝置，接地電阻不能過大，接地電阻要求不大于1Ω。

4 結(jié)語

礦山通訊、監(jiān)控系統(tǒng)的雷電防護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，不但要考慮強(qiáng)電的，還要考慮弱電的，更要考慮信號系統(tǒng)的，總之要全方位保護(hù)。目前只是通過泄流、均壓、屏蔽及接地等措施，最終將雷害降低到最低極限，但不能保證100%的不遭雷擊。我們公司通過各項(xiàng)防雷措施的制定和實(shí)施，通訊、監(jiān)控系統(tǒng)在2008年5月份再次投入使用后，經(jīng)過去年的高雷密集的雨季和今年的雨季雷擊的檢驗(yàn)，系統(tǒng)再沒發(fā)生整體損壞的事故。同時(shí)去年改造的內(nèi)部程控交換機(jī)、閉路電視、局域網(wǎng)等弱電系統(tǒng)防雷工程措施也起到了成效，現(xiàn)經(jīng)過二個(gè)雨季高雷密集的檢驗(yàn)，現(xiàn)運(yùn)行都很好，達(dá)到了預(yù)期的效果。

參考資料：

[1]架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)程.

[2]陳先祿編.接地.重慶大學(xué)出版社.

[3]中光高科集團(tuán).《石化系統(tǒng)中和防雷》解決方案.

[4]電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程.