浅谈煤矿防雷与接地

郭文俊，顾潇

昆明煤炭设计研究院

摘要：介绍设备及金属部件应采用一点接地和等电位连接、共用接地、接地方式以及避雷针在煤矿防雷中的作用，举例说明采用多支外引式接地装置来减小接地电阻，以及举例说明煤矿抽采泵站的防雷措施。

关键词：煤矿防雷接地

引言

我省煤矿多位于山区，雷害比较严重。煤矿有变电站、生产系统、抽采泵站、水泵房、井下等重要场所，雷电的侵入可能造成极为严重的后果，轻者影响正常生产，重者造成人员伤亡，甚至造成瓦斯爆炸。

煤矿雷电防护工程设计必须尽可能周密与合理，必须采取有效的防雷措施，防护直击雷害、侵入波雷害和感应雷害。

一、煤矿防雷的几个要点

1、设备及金属部件应采用一点接地与等电位连接

电气设备通常采用一点接地，并且进行等电位连接。煤矿电气设备的工作频率一般在1MHz以下，采用一点接地系统，与一点串联接地相比，能够消除和防止形成环路，有助于控制传导耦合的干扰。

为了减少电气设备和信息系统所在各防雷区内建筑物金属构件与设备之间因雷电或电力网故障而产生的电位差，电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架均应与建筑物金属构件以及装置外的可导电部分作等电位连接。在工程设计时，应将建筑物的金属支撑物、金属框架或混凝土的钢筋等自然构件、金属管道、配电的保护接地系统等与防雷装置组成一个接地系统，并应在需要之处预埋等电位连接板。某煤矿提升机房等电位连接示意图如图1-1所示。

图1-1某煤矿提升机房等电位连接示意图

2、宜采用共用接地系统

根据接地目的的不同，接地可以分为四种类型：工作接地、保护接地、防雷接地和防静电接地。电子设备接地电阻值不宜大于1Ω。当电子设备接地与防雷接地系统分开时，两接地网的距离不宜小于10m。

因为计算机等电子设备在煤矿的应用越来越广泛，且煤矿电子设备接地与防雷接地系统分开时，两接地网的距离很难做到大于10m，单独的接地系统不现实。所以煤矿电子设备的信号电路接地、电源接地和保护接地宜采用共用接地网。当采用共用接地方式时，其接地电阻应按各种接地系统中要求接地电阻最小的确定。一般来说，接地电阻值不应大于1Ω。

3、接地方式

在接地工程中，应充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结构物以及上下金属管道等自然接地体，以利于节省投资。在利用自然接地体时，应对混凝土内的钢筋进行可靠连接，并在适当位置预留接地体连接板。当自然接地体冲击接地电阻不能满足要求时，必须就地打接地极。

常见的减小接地电阻的方法有：1改善土壤电阻率，包括：更换土壤，利用接地电阻降阻剂等；2深埋接地极；3多支外引式接地装置。当建筑物所处的地点土壤电阻率比较高时，采用多支外引式接地装置是减小接地电阻行之有效的方法。与其它方法相比较，施工容易，成本低。为了减小反击，外引距离不宜太长，根据《民用建筑电气设计规范》,外引长度不应大于有效长度，为土壤电阻率。

4、避雷针的应用

对于像瓦斯抽采泵站、油库这一类建筑物，使用避雷针进行直击雷防护，可以使雷电流远离这些建筑物。

避雷针的作用是引雷，使被保护对象免遭直接雷击。避雷针所引下的是幅值极大、上升陡度很高的雷电流，处理不当时仍会对保护设备形成危害，在避雷针的入地点会产生冲击电位，是与雷电流幅值相关的一个很大的值，这将造成地电位的升高，在引下线周围会产生很强的瞬变电磁场，将会对附近的电力设备和控制设备造成危害。因此，采用避雷针时，避雷针距离被保护对象的距离不应小于5m；不能在装有避雷针的构筑物上架设未采取保护措施的通信线、广播线和低压线；防直击雷的人工接地体距建筑物出入口处或人行道不应小于3m。

二、工程实例

1、采用多支外引式接地装置来减小接地电阻

图2-1多支外引式接地装置示意图

2010年5月7日晚某矿务局周边出现雷电现象，导致工控机的串口损坏，带式输送机M303、M304、M305的低压变频器通讯板损坏，经过分析确认是强大的雷电感应波造成的设备损坏，而接地电阻不满足要求和接地方式不妥，是此次雷害事故的主要原因。

该系统采用的是共用接地，但施工完成后实测接地电阻超过了4Ω，且没有采用一点接地。根据现场属于多岩山地的情况，其平均电阻率=5000Ω?m，经计算有效长度=141.4m。根据《民用建筑电气设计规范》的规定，当外引接地网长度小于有效长度140m是可行的。在有效长度140m范围内寻找土层较厚的位置做接地网，符合条件的有以下地点：

1、泵房水池旁的空地。尽量利用临近水池基础外露的金属部件通过焊接与增加外引接地网可靠连接，尽可能利用在水池附近土壤较潮湿的位置增加接地极。

2、带式输送机M304靠近圆筒仓一侧空地，由于空地面积较大，可以设置较大的接地网。在穿过M304栈桥时需要注意避开M304栈桥原有的接地极，间隔不小于10m。

3、可往矿坑方向设置外引接地网，沿机道一侧穿过公路后向土层较厚的位置延伸、敷设接地网。

虽然距离集控室大约300m处有一条河流过，但由于距离太远，不适合设置外引式接地网。1号、2号和3号外引接地网的位置见图2-1。

煤矿通过采用外引接地网，使接地电阻降到了1Ω以下，系统运行至今，各项参数运行稳定，已经没有类似雷害事故发生。

2、瓦斯抽采泵站防雷与接地

瓦斯抽采泵站属于第一类防雷建筑，应尽量避免直接雷击。按《建筑物防雷设计规范》设独立避雷针进行直击雷保护，并且在屋顶设置避雷带防感应雷。避雷针距离瓦斯抽采泵站的距离不应小于5m，建筑物接地宜采用共用接地系统，接地电阻≤1Ω。

采用滚球法确定避雷针的保护范围，确保建筑物在避雷针的保护范围之内。避雷针直接顺杆引下线与接地极板焊接接地，接地电阻小于4Ω；建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。

矿区处于山区，雷害比较严重，避雷要注意为以下几点：

（1）在采用避雷针防护直击雷的同时，要采取措施预防反击和雷电流产生的瞬变电磁场的影响；（2）设备及金属部件应采用一点接地和等电位连接；（3）避雷针接地电阻不得大于4Ω，达不到要求的要增加人工接地极。人工接地极距建筑物不小于1.5m，距建筑物出入口及人行道不小于3m，距室外地面0.8m；（4）为防止雷电波入侵，低压供电线路全线采用电缆直埋敷设方式，入户前所有直埋电缆改穿金属管入户，并且所有电缆金属外皮、穿线钢管接到防雷电感应的接地装置主干线上。进出抽采泵站的金属管道，在进户处应与防雷接地相连；（5）为防雷电感应，瓦斯抽采泵房内所有设备的金属外壳都应接地，电缆走线金属桥架、水管等金属物必须接地。防雷电感应与电气设备接地共用，并与室内接地干线多处相连；（6）为防止雷电波入侵导致井下瓦斯抽采管路带电，瓦斯抽采管路在井口附近设置不少于2处的良好的集中接地装置；（7）距离瓦斯抽采泵房100m以内的管道，每隔25m左右设置接地装置，接地电阻小于2Ω；（8）瓦斯抽采泵供电采用四芯电缆，其中一芯为保护接地（PE）。

图2-2某煤矿瓦斯抽采泵站避雷针保护范围示意图

三、结语

煤矿防雷工程是基础工程，也是系统工程。煤矿必须严格按照《煤矿安全规程》从直击雷防护、雷电侵入波防护和雷电电磁脉冲防护来建设煤矿的防雷系统，完善和有效的防雷措施能够减少和避免煤矿雷害事故的发生，确保煤矿的安全生产。

参考文献：

中国建筑学会建筑电气分会主编《电磁兼容与防雷接地》，中国建筑工业出版社。

刘刚，邓春林编《防雷与接地技术概论》，华南理工大学出版社。

李景禄等编《现代防雷技术》，中国水利水电出版社。