李偉生

本文對煤礦供電系統(tǒng)防雷技術(shù)進(jìn)行研究，首先介紹了雷電的形成和危害，然后針對煤礦供電系統(tǒng)防雷，分地面輸電線路、變電站兩部分進(jìn)行介紹。地面輸電線路的防雷措施有架設(shè)避雷線等，變電站防雷主要為裝設(shè)避雷器等。

煤礦供電系統(tǒng)對供電的可靠性要求嚴(yán)格，在雷電多發(fā)區(qū)如山區(qū)等地，為防止雷電入侵煤礦供電系統(tǒng)，毀壞設(shè)備，造成供電中斷，也為了避免在惡劣的情況下，雷電入侵到煤礦井下電力系統(tǒng)，造成井下瓦斯爆炸，人員傷亡的嚴(yán)重事故，需要對煤礦供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)進(jìn)行設(shè)計。

煤礦供電系統(tǒng)對供電的可靠性要求嚴(yán)格，在雷電多發(fā)區(qū)如山區(qū)等地，為防止雷電入侵煤礦供電系統(tǒng)，毀壞設(shè)備，造成供電中斷，也為了避免在惡劣的情況下，雷電入侵到煤礦井下電力系統(tǒng)，造成井下瓦斯爆炸，人員傷亡的嚴(yán)重事故，需要對煤礦供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)進(jìn)行設(shè)計。

1 雷電的形成與危害

自然界中實際雷電的形成過程復(fù)雜，但僅從雷電造成的后果來看，雷擊過程可簡單地理解為一個大的電流波通過空氣中的放電通道注入地面的雷擊點，若擊中輸電線路或是信號線上，則雷電流繼續(xù)沿著線路分左右方向前進(jìn)。雷云放電時電流最大能達(dá)到300KA 左右，持續(xù)80us 左右。如此大的雷電流通過線路流入配電系統(tǒng)中的變配電所中，會直接燒毀變配電所中的設(shè)備，造成供電中斷。

有的雷電雖然不會直接打在線路或輸配電設(shè)備上，但雷電流會引起雷擊點附近的輸電線路或是信號線產(chǎn)生電磁感應(yīng)，感應(yīng)出過電壓。感應(yīng)雷這種過高的電壓直接加在變配電所中的設(shè)備上會造成設(shè)備的擊穿毀壞。感應(yīng)雷波及的范圍廣，雷擊點方圓2km 的范圍內(nèi)的線路都可能感應(yīng)出過電壓，從而造成設(shè)備損壞。

雷擊發(fā)生時，雷電流經(jīng)過接地電阻流入大地，由U=IR+L（di/dt）獲知接地網(wǎng)的電位會被抬高。變配電所中的設(shè)備外殼通過地線與接地網(wǎng)進(jìn)行等電位連接，其電位也會被提升，造成與電源線、信號線較大的電壓差，從而進(jìn)行反擊，毀壞設(shè)備，且可能對人員造成危害。

地面輸電線路防雷

煤礦供電系統(tǒng)進(jìn)線多為架空線，一般均需架設(shè)避雷線，特別是在雷電多發(fā)的山區(qū)等地。避雷線不僅能夠防止雷電直接擊中輸電線路，而且能夠降低雷電加在線路絕緣子上的過電壓防止閃絡(luò)，并且可以減小輸電線路感應(yīng)出的過電壓。

在架設(shè)有避雷線的桿塔接地電阻值不應(yīng)超過表1 所列的數(shù)值。為降低接地電阻可增大人工接地體的面積，可采用降阻試劑的方法。降阻試劑是由幾種化學(xué)物質(zhì)混合而成的試劑，具有良好的導(dǎo)電性，把降阻試劑鋪設(shè)在接地體周圍土壤中能夠有效降低桿塔接地電阻。另外也可通過爆破技術(shù)，將低電阻率物質(zhì)填充入接地體周圍土壤中，改善土壤導(dǎo)電能力從而降低接地電阻。

通過裝設(shè)線路避雷器，能夠有效地起到防雷的作用。雷電打到線路上時，一部分雷電流沿線路、桿塔流入地下，一部分雷電流則會因避雷器動作，流入地下。避雷器有鉗制電位的作用，防止雷電過電壓的產(chǎn)生，防雷效果顯著，且對接地電阻要求并不嚴(yán)格。

2 煤礦供電系統(tǒng)的防雷

表1 設(shè)有避雷線的桿塔接地電阻值要求

煤礦供電系統(tǒng)地面輸電線路防雷措施還有裝設(shè)重合閘設(shè)備、合理設(shè)計線路絕緣等。

地面變電所防雷

煤礦供電系統(tǒng)地面變電所一般均裝有防雷保護(hù)系統(tǒng)。一是為了防止雷電流通過線路入侵煤礦供電系統(tǒng)中的地面變電所，或是線路上感應(yīng)出的雷電過電壓入侵地面變電所，造成變電所設(shè)備毀壞的事故；二是為了防止雷電通過煤礦地面供電系統(tǒng)入侵到井下變電所，造成設(shè)備損毀、嚴(yán)重情況下可能造成瓦斯爆炸、人員傷亡的嚴(yán)重后果。

煤礦供電系統(tǒng)地面變電所防雷保護(hù)可分為外部防雷保護(hù)和內(nèi)部防雷保護(hù)。

外部防雷保護(hù)主要防護(hù)直擊雷，在變電所外部裝設(shè)接閃器（避雷針、避雷帶等）、引下線、接地體等。接閃器的設(shè)計方法有滾球法、網(wǎng)格法、保護(hù)角法等。其中保護(hù)角法適用于結(jié)構(gòu)簡單的建筑物或大型建筑物的一部分，煤礦地面變電站安裝接閃器便可以采用保護(hù)角法進(jìn)行設(shè)計；滾球法實用范圍廣，可以應(yīng)用于各種建筑物；網(wǎng)格法特別適合于平面的保護(hù)。引下線的作用是把接閃器接收的大的雷電流引導(dǎo)到地下接地體，使雷電流流向大地深處，在煤礦地面變電站中可以采用墻體內(nèi)部的鋼筋作為引下線。接地體同樣也可以采用煤礦地面變電站地基內(nèi)的鋼筋，當(dāng)然也可以人工鋪設(shè)地下接地體，接地電阻大小值一般推薦小于10 歐。

煤礦供電系統(tǒng)地面變電所內(nèi)部防雷指的是裝設(shè)防雷保護(hù)裝置（也稱為浪涌保護(hù)器），其作用是泄放瞬時性的大雷電浪涌電流、限制雷電感應(yīng)巨大的瞬時過電壓或者操作過電壓，避免因雷電等瞬時故障造成設(shè)備毀壞。防雷保護(hù)裝置并聯(lián)在煤礦供電系統(tǒng)地面變電所電器設(shè)備的兩端，其工作原理如圖1 所示。在變電站被保護(hù)設(shè)備正常工作時，與它并聯(lián)的防雷保護(hù)裝置成高阻狀態(tài)，對設(shè)備正常運行沒有影響。當(dāng)雷電流入侵時，防雷保護(hù)裝置阻值迅速降低，雷電流會沿著防雷保護(hù)裝置通過接地體泄放入地下，避免雷電流燒毀設(shè)備，并且防雷保護(hù)裝置能夠在雷電入侵時，把被保護(hù)設(shè)備兩端的電壓鉗制在較低的水平，防止雷電過電壓對設(shè)備的毀壞。當(dāng)瞬時性雷擊結(jié)束后，防雷保護(hù)裝置又立馬恢復(fù)到高阻狀態(tài)，變電站設(shè)備也恢復(fù)到在正常電壓供電下的工作狀態(tài)。

防雷保護(hù)裝置按照不同材質(zhì)大體上可分為火花間隙型、壓敏電阻型、二極管型三類，如圖2 所示。按泄流能力的大小又可分為I 級、II 級、III 級防雷保護(hù)裝置。在煤礦供電系統(tǒng)地面變電所中，常采用三級防雷保護(hù)的設(shè)計方法。第I 級防雷保護(hù)裝置泄放電流能力強，一般采用火花間隙型，安裝在變電站線路入口處，減小后續(xù)防雷保護(hù)裝置的泄流能力。第II 級防雷保護(hù)裝置主要限制雷電過電壓，一般采用壓敏電阻型，安裝在變電站設(shè)備附近，但泄流能力比第I 級防雷保護(hù)裝置要小。第III 級防雷保護(hù)裝置用于提供精細(xì)保護(hù)，可保護(hù)監(jiān)控后臺、工程師站電腦等設(shè)備，一般采用壓敏電阻型或二級管型。

圖1 防雷保護(hù)裝置工作示意圖

圖2 防雷保護(hù)裝置分類圖

3 結(jié)語

本文對煤礦供電系統(tǒng)防雷技術(shù)進(jìn)行研究，重點研究了地面輸電線路、變電站防雷技術(shù)。防雷技術(shù)應(yīng)用在煤礦供電系統(tǒng)特別是雷電多發(fā)區(qū)如山區(qū)等地，能有效防止雷電的危害，避免雷電毀壞電氣設(shè)備，造成惡性安全事故，保證供電的安全可靠。