山西大同煤矿直击雷防护方案
山西大同煤矿直击雷防护方案
雷电是一种极具破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十万安培。近年来，随着大量的数据设备和精密仪器应用的范围日益广泛，雷电损害造成的事故有逐年上升的趋势。因此，科学有效的雷电防护措施对于保障人员安全和设备正常运行至关重要。本文将详细介绍雷电防护的基本理论和方法，并以山西大同煤矿为例，设计一套完整的直击雷防护方案。
雷电防护的基本理论
雷电对设备的影响
雷电对设备的影响主要包括以下几种方式：
直击雷：雷电直接击在建筑物、其他物体、大地或防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力。巨大的雷电流可能在数微秒之内产生数万伏乃至数十万伏的高压，造成严重破坏。
雷电波侵入：雷电通过架空线路或金属管道侵入建筑物内部，危害人身安全或损害设备。
电磁感应：雷电流迅速变化产生瞬变强电磁场，使附近导体感应出很高电动势，导致线路上产生脉冲过电压和过电流。
地电位反击：由于没有采取等电位接地措施，不同设备接地系统的冲击接地电阻及所通过的雷击电流存在差异，导致地电位升高和不平衡，损坏设备。
开关过电压：供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、地极短路、电源线路短路等，都可能在电源线路上产生高压脉冲。
电力线是雷电入侵电子设备的重要渠道
雷电远点袭击电力线：雷击高压电场通过静电吸收原理，向大地方向运动。如果雷云击穿5m空气入地，需要很高的电压，雷电首先击在电力线上，并从电力线的负载保护地线入地释放，这样就击穿了设备。
雷电近点袭击电力线：雷电打在建筑物避雷装置上，按照GB50057-94《建筑物防雷设计规范》规定，定义大楼接闪电能力为波形10*350μS三角波，雷击电流为150KA。避雷针引下线由于线路电感的作用，IEC1312定义最多只能将50%的电流引入大地。
错相位雷害：如果一个高能量雷打在一条火线上，而另一个低能量雷打在另一条火线上，线线之间就会产生一个电压差，侵入设备。这种侵害设备的现象，称错相位雷击。
雷电作用下，建筑物内感应雷害：雷电击在建筑物避雷针上，由避雷针通过引下线，将雷电流泄放大地，引下线自上而下产生一个变化旋转快速运动磁场，建筑物内的电源线、视频线、网络线等相对切割磁力线，产生感应高压并沿线路传输击毁设备。
雷击防护
对雷电防护，概括的讲就是在良好接地前提下，通过安装合适的过电压（流）保护器预防雷电感应，利用性能良好的避雷针（网、带）预防直接雷击。防雷系统应包括三个方面：直接雷击的防护、感应雷击的防护和良好的接地系统，缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潜在危险的。
直接雷击的防护：直接雷击的防护应采用避雷针或避雷带。按照滚球法计算被保护物应在接闪器的保护范围内，接地冲击电阻不大于10Ω。避雷装置包括：接闪器、引下线和接地装置。
感应雷击的防护：感应雷击防护应主要从线路防护考虑。机房电源进线处应加装电源避雷器，机房信号进线处应加装信号避雷器。计算机场地的安全保护接地应不大于4Ω，交流工作接地应不大于4Ω，若使用综合接地网，其接地冲击电阻不大于1Ω；直流工作接地如果设备有特殊要求，按设备的特殊要求接地，无特殊要求则参照交流工作接地的要求，应不大于4Ω；防静电表面电阻率应在106-1011Ω范围内，防静电接地应不大于100Ω。
山西大同煤矿直击雷防护方案设计
现场情况
- 地理位置：建立在较无人的郊外；
- 实施条件：无论在郊外还是山区往往不具备符合要求的防雷措施；
- 土壤电阻：由于地处山区土壤电阻率较大；
设计思路
- 确定建筑物防雷类别：依据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》，该建筑物属于第二类建筑物。
- 防直击雷设计：按照相关防雷规范的要求，建筑物应做防直击雷的设计。 需要安装25米独立避雷针和设备上安装避雷带。
- 地网系统设计：依据相关防雷规范的要求避雷塔接地电阻<10Ω。 机房接地电阻要求<4Ω。
方案具体内容
- 直击雷防护措施设计
- 依据GB50057《建筑物防雷设计规范》确定设备属于第二类建筑物，滚球半径为45米。
- 本方案设计为: 在距离设备5米外，选择合适的位置，竖立避雷塔，避雷塔的覆盖面积根据滚球半径法： 25米避雷塔的保护半径为24米。可以完整覆盖周边设备，进行雷电防护。
- 地网设计
- 本方案设计沿避雷塔做一个简易的接地地网，把三个避雷塔连在一起。地网一般由水平接地体与垂直接地体及接地模块组成，新建地网的接地电阻值不大于10欧姆。
- 接地是防雷的重要组成部分是防雷装置的基础，使雷电流更好的泻入大地，为保证机房或系统的接地阻值，还应尽量减小引下线的电阻值。依据防雷规范要求，此次引下线选用载面积为50*5的石墨缆。接地体的具体位置和引下线的具体路由，在施工时以尽可能的减少引下线的长度。通过增大导线载面和减小引下线长度的措施，来尽量减小接地引线的电阻值。