1、产品使用说明书重庆市煤矿安全监控系统综合防雷技术规范重庆煤矿安全监察局重庆市煤炭工业管理局中煤科工集团重庆研究院有限公司 前 言本规范包括煤矿安全监控系统机房整体设计防雷注意事项、机房电源防雷设计、机房接地设计、地面分站安装、地面通信信号安装及地面设备接地等内容，为用户维护管理和选择使用具有综合防雷功能的煤矿安全监控系统提供了参考技术标准，确保煤矿安全监控系统在雷雨季节正常运行。1、范围本规范明确了安全监控系统防雷措施及工艺，相关产品必须满足国家相关标准要求。本规范适用于煤矿安全监控系统防雷（系统）。2、规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本
2、适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 191-2008 包装贮运图示标志GB/T 2887-2000 计算机场地通用规范GB 3836.1-2010 爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求GB 3836.2-2010 爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳 “d”保护的设备GB 3836.4-2010 爆炸性环境 第4部分：由本质安全型 “i”保护的设备GB/T 9969-2008 工业产品使用说明书 总则GB/T 10111-2008 随机数的产生及其在产品质量抽样检验中的应用程序AQ 1043-2007 矿用产品安全标志标识AQ 6201-20
3、06 煤矿安全监控系统通用技术要求MT 209-1990 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求MT 210-1990 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法MT 211-1990 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品质量检验规则MT 286-1992 煤矿通信、自动化产品型号编制方法和管理办法MT/T 772-1998 煤矿监控系统主要性能测试方法MT/T 899-2000 矿用信息传输装置MT/T 1004-2006 煤矿安全生产监控系统通用技术条件MT/T 1008-2006 煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求GB50057-2010 建筑物防雷设计规范GB50343-2
4、012 建筑物电子信息系统防雷技术规范DL/T 6211997 交流电气装置的接地JGJ/T16-1992 民用建筑电气执行规范GB/T17949.1-2000接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则第一部分：常规测量IEC61312-1995 国际电工委员会标准雷击电磁脉冲的防护GB16895.5-2000 过电流保护GB50054-95 低压配电设计3、一般要求各级煤矿安全监控系统防雷应符合本规范的要求。 4、建设标准4.1 地面机房直击雷防护规范重庆地区平均年雷暴日数近40天，属多雷区。出现雷暴最早1月17日，最晚12月9日，每年4月到10月雷暴较多。根据GB50057-2010
5、（以下简称设计规范）规定，安全监控系统机房地区属于第三类防雷建筑物，雷电防护等级为B级。4.1.1 接闪装置第三类防雷建筑物外部防雷措施宜采用装设在建筑物上的接闪网、接闪带或接闪杆，也可采用由接闪网、接闪带或接闪杆混合组成的接闪器。接闪网、接闪带应按GB50057-2010附录 B 的规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于 20 m20 m或 24 m 16 m的网格，接闪器之间应互相连接。 接闪器的保护范围应按设计规范附录 D 滚球法确定接闪器的保护范围。避雷针保护范围计算公式： 式中：避雷针在高度 x - x平面的保护半径； ：为滚球半径；三类防雷取值6
6、0米； ： 被保护物的高度（m）； ： 避雷针在地面上的保护半径。注：避雷针在建筑物屋顶安装时，保护范围可按以下方式： 1、当屋顶女儿墙上安装有明敷接闪带，则避雷针的高度按地面保护半径计算，即避雷针在屋面的保护半径为：； 2、当屋顶女儿墙上无明敷接闪带时，则避雷针高度为针高加建筑物高度，被保护物高度为建筑物高度，即h = 针高+建筑物高， = 建筑物高； 3、避雷针安装示意图见图1.图1：避雷针在屋面的安装图图2：避雷针在屋面的保护范围图突出屋面的物体的保护措施应符合规范第 4.3.2条的规定。 高度超过 60 m的建筑物，除屋顶的外部防雷装置应符合规范第 4.4.1条的规定外，还应符合下列规
7、定： 1、对水平突出外墙的物体，当滚球半径 60 m球体从屋顶周边接闪带外向地面垂直下降接触到突出外墙的物体时，应采取相应的防雷措施，避雷针在屋面的保护范围图见图2。 2、高于 60 m的建筑物，其上部占高度 20%并超过 60 m的部位应防侧击，防侧击应符合下列要求： 1) 在建筑物上部占高度20%并超过60 m的部位，各表面上的尖物、墙角、边缘、设备以及显著突出的物体，应按屋顶的保护措施考虑。 2) 在建筑物上部占高度20%并超过60 m的部位，布置接闪器应符合对本类防雷建筑物的要求，接闪器应重点布置在墙角、边缘和显著突出的物体上。 3) 外部金属物，当其最小尺寸符合本规范第 5.2.7条
8、第2款的规定时，可利用其作为接闪器，还可利用布置在建筑物垂直边缘处的外部引下线作为接闪器。 4) 符合规范第 4.4.5条规定的钢筋混凝土内钢筋和符合规范第 5.3.5条规定的建筑物金属框架，当其作为引下线或与引下线连接时均可利用作为接闪器。 3、外墙内、外竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端，应与防雷装置等电位连接。4.1.2 直击雷引下线专设引下线不应少于2根，引下线的直径不小于12 mm的热镀锌圆钢或者采用40 mm 4 mm的热镀锌扁钢。当建筑物的跨度较大，无法在跨距中间设引下线时，应在跨距两端设引下线并减小其他引下线的间距，专设引下线的平均间距不应大于25 m。建筑物宜利用钢筋混凝
9、土屋面、梁、柱、基础内的钢筋作为引下线和接地装置。4.1.3 接地地网4.1.3.1 直击雷接地地网直击雷的接地装置采用独立接地方式，接地电阻小于10 。在机房外的空地，选择土壤电阻率较低的土壤，开挖一个1200 mm 600 mm 800 mm的坑，埋入石墨碳棒接地模块(ZP3)，并加入高效降阻剂(ZP)降低接地电阻，模块与模块之间用40 mm 4 mm的热镀锌扁钢连接，并做好防腐处理，再结合垂直接地体，组成环状的接地系统，地阻要求不大于10欧姆。图3、图4为接地模块单坑示意图，图8为平面布置图。图3：接地模块单坑示意图图4：接地模块单坑示意图 接地模块（见图5）技术参数如下： 型号：ZP3
10、型 外观尺寸：50040060mm 质量：20kg 室温下电阻率：3m 工频接地电阻：8.5 估算值：Rj0.15 图5：接地模块降阻剂（见图6）技术参数如下： 室温下电阻率 = 1.32 m，PH = 10 表面平均腐蚀率(mm/年）： 镀锌扁钢 0.00040.0016 不镀锌扁钢 0.00050.0008 图6：降阻剂降阻剂用量计算如下： 根据地网土层的土壤电阻率，采用下式计算ZP型接地模块用量：水平埋设，单个模块接地电阻： 并联后总接地电阻：“式”中：土壤电阻率（m）； a、bZP型接地模块的长、宽（m）； 单个模块接地电阻（）； 总接地电阻（）； N接地模块个数； 模块调整系数，一般
11、取0.60.9。由于每个矿实际土壤情况不一致，故建议安装8个接地模块，配合8袋降阻剂使用。当接地电阻达不到小于10欧姆时，在现有接地坑旁再利用热镀锌角钢来做垂直接地极增加接地地网面积，并用40 mm 4 mm的热镀锌扁钢连接，做好接触防腐措施。垂直接地极的安装见图7。图7：垂直接地极安装示意图图8：地网设计图4.1.3.2设备接地地网设备的接地装置采用独立接地方式，接地电阻小于4。监控机房外设置独立地网，安装方式和直击雷地网相同，建议安装12个接地模块，配合12袋降阻剂使用。当接地电阻达不到小于4欧姆时，在现有接地坑旁再利用热镀锌角钢来做垂直接地极增加接地地网面积，并用40 mm 4 mm的热
12、镀锌扁钢连接，做好接触防腐措施。地网设计图见图9。图9：地网设计图4.1.4 室内等电位系统机房内设备等电位连接可利用机房现有地网引出的等电位连接带，将外露可导电部分以“M”型或“S”型进行等电位连接，以达到消除机房内所有设备之间危险的电位差并减小内部磁场强度。在此网络中提供多条并联通路，因其具有不同的谐振频率，由大量的具有频率相关性阻抗的各条通路组合起来，就可以获得一个在所考虑频谱范围内具有低阻抗的系统，能大大减小由雷电或其它原因引起的电位差，从而有效保护机房内各微电子设备。等电位的处理方式如下：采用50 50 5 mm的铜排制作汇流排，通过2个380V支持绝缘子安装于墙角或静电地板下，汇流
13、排通过25 mm2的铜芯线连接至地网。在机房静电地板下采用30303mm的铜排制作均压环，均压环和汇流排之间采用16 mm2的铜芯线通过铜鼻子压线连接。可根据机房的大小和设备的多少，可设计成网格模式，网格尺寸宜小于1800 mm1800 mm，均压环通过0.8米1个220V的绝缘子支撑，机房内所有设备金属外壳、金属线槽、桥架、金属线管、静电地板金属支架、建筑物金属构件等均与均压环连接，连接时遵循的原则为就近连接，连接方式为采用6 mm2的铜芯线进行铜鼻子压线连接。等电位系统设计图见图10。在等电势排四周打上多个6 mm的圆孔。图10:等电势排设计图4.1.5 小结根据GB50057-2010规
14、范要求，建筑物防雷采用避雷针或者避雷带等需要达到相应防雷标准，其接地电阻也需要达到相应防雷标准。由于每个矿实际情况不一致，不一定需要完全完成上述内容，但必须要满足表1要求。表1：直击雷防护与接地电阻数据表类别规格阻值备注避雷针根据建筑物的高度及长度设计接闪装置直接雷接地电阻10直击雷引下线40 mm 4 mm热镀锌扁钢或12的热镀锌圆钢引下线数量不宜少于2根室内地阻4室内等电位排40 mm 4 mm热镀锌扁钢安全距离直击雷地网与静电感应地网的间距不应小于3米4.2 电源防雷煤矿监控机房电源容易受到直接雷和感应雷的影响，电源受到雷击产生瞬态高压，对监控系统设备造成破坏，影响煤矿安全生产，因此监控
15、机房的电源防雷需要从直击雷和感应雷的防护着手。4.2.1 机房电源设计防雷实施三级防雷保护的目的是：第一级，B类电源避雷器通流容量非常大，能够防止直击雷与任何雷电感应、雷电磁脉冲，使电源线路引入的大部分雷电流泄入大地；第二级，C类电源避雷器通流容量相对较大，能够抑制电源线路第一级防雷保护后的剩余电压，进一步降低电源线路上的电压峰值与减少电源线路上的电流强度；第三级，D类电源避雷器是针对信息系统的机房设备防雷保护，这项设计主要考虑到信息系统的重要性与抵抗雷电压的脆弱性等原因。各类防雷产品型号推荐表见表2. 注意：电源避雷器的连接导线要求尽量短与直，长度不应大于0.5m。表2：机房电源防雷产品型号
16、推荐表防雷等级安装位置型号通流容量及实验波形接地导线规格相应时间（ns）第一级总电源处DXH06-FAS/250KA(10/350s)25 mm2单股线100第二级楼层开关处DXH06-FBS/280KA(8/20s)16 mm2单股线25第三极机房总开关DXH06-FCS/240KA(8/20s)16 mm2单股线25第四级设备连接插座DXH06-Z1010A/(8/20s)6 mm2单股线25防雷器安装示意图见图11。图11：电源防雷器安装示意图4.2.2 机房电源及布线供电电源应满足频率为50 1Hz，电压为380V/220V，变动幅度(%)为-15 V +10 V，相数为三相五线制或三
17、相四线制或单相三线制，波形失真率(%) 10，应采用地下电缆进线，电源进线应按建筑物防雷设计规范采取防雷措施，不与大功率的感性负载(如空调)电网并网运行。供配电系统应考虑计算机系统未来升级、扩容的可能性，应预留备用容量，能提供足够的电力负荷，电力负荷的计算应按机器的启动电流而不是工作电流计算，因为一台计算机的启动电流可达2.5 A左右，而工作电流却只有0.5 0.8 A，两者相差 5 7 倍。要把计算机供电系统与空调和其他用电设备(如照明)的电源分开走线，不得平行走线，避免相互干扰。交叉时，应尽量以接近于垂直的角度交叉，并采取防燃措施。电源线及电源插座应遵守“左零、右火、中接地”的规则。有条件
18、的计算机系统应配备交流稳压电源，稳压电源应选用净化交流稳压电源，50台以内的机房可选用1 2 台单相净化交流稳压电源，50台以上的机房则应选用三相净化交流稳压电源。服务器需配置单独的UPS，以便在电网停电时为服务器延续提供电源完成数据的保存工作。4.2.3 小结机房电源需要切实做好电源防雷、用电分类，各类电源均需增设相应容量的空气开关。4.3 主通讯防雷使用数据接口通讯的安全监控系统，采用电信号传输，易受雷电影响，应增加通讯防雷措施。使用交换机传输的安全监控系统，采用光信号传输，通讯不受雷电影响，主要考虑设备防雷。4.3.1 信号避雷器设计4.3.1.1 信号避雷器安装设计采用数据接口传输的系
19、统，应在数据接口输出端口、分站通讯信号输出端口各设置一台信号避雷器，凡是与地面有直接通讯连接的分站通讯输出端口均应设置一台信号避雷器。在通风机房、瓦斯抽放泵房、洗煤厂等地点使用监控设备的应增设通讯信号避雷器。总线型通讯方式信号避雷器设计示意图如图12。图12：总线型通信系统避雷器设计位置图4.3.1.2 信号避雷器规格参数 最大限制电压： 350 V 最大通流容量：10 KA 接地电阻： 2 保护电压值：差模12V，共模6.8V 插入损耗： 0.5 dB 开关动作时间： 10 ns 浪涌响应时间： 10 ns 线路阻抗： 20 4.3.2 通信线布线工艺总线型通讯一般线路较长，易受感应雷影响，
20、通讯电缆走线应规范要求。通讯电缆应采用屏蔽电缆，屏蔽层两端良好接地，接地电阻应不大于4 。监控机房至井口的通讯电缆应穿塑料或金属管。如采用金属管，金属管之间应跨接埋于地面下，埋深应不小于300 mm。井下通讯电缆应避免盘绕，通讯电缆与动力电缆间距大于1000 mm，禁止信号电缆与动力电缆共线槽。4.4 分站防雷安全监控系统分站防雷主要包含分站电源防雷、通讯信号防雷以及传感器信号防雷。4.4.1 分站电源防雷应用在地面的分站电源防雷主要包含电源滤波、电源浪涌保护以及接地保护。4.4.1.1 分站电源滤波电路参数工作电压：27V AC持续电压：48V AC保护水平：66V AC最大冲击电流：5 K
21、A动作时间: nS级4.4.1.2 分站电源浪涌保护参数保护电压：50 V DC尖峰电流：6500A最大承受电流：58.6A功率：5000W动作时间：s级4.4.1.3 分站接地保护分站外壳应确保良好接地，接地电阻不大于4 。接地引线采用单股16 mm2铜导线或者40 mm 4 mm热镀锌扁钢。4.4.2通讯防雷应在信号端口增加TVS、限流电阻和防雷管实现组合防雷，其参数如下：保护电压值：差模12V DC，共模6.8V DC标称放电电流（8/20 us）：3KA/5KA最大放电电流（8/20 us）：5KA/10KA响应时间：10 ns4.5 传感器防雷传感器防雷包含传感器电源防雷、传感器信号
22、防雷两个方面。4.5.1 传感器电源防雷传感器电源来自分站电源箱，电源箱在输出时应增加保护措施，由于传感器电缆走线较长，易受到感应雷击影响，在传感器端应增加电源保护，保护参数如下：工作电压Un：24V DC最大放电电流：5KA响应时间：10 ns4.5.2 传感器信号保护模块目前，煤矿现有传感器没有信号防浪涌措施，当信号线受到雷击以后会破坏分站的数据采集口和传感器数据采集口，因此需要在传感器的信号采集口线上增加浪涌抑制功能。在传感器与分站之间的电缆上增加保护模块电路，其参数如下：工作电压Un：24V DC；最大放电电流：5KA；保护水平Up：芯线-芯线30V；芯线-地30V；响应时间：11ns；适应传输速率：10Mbps；防护类型：灌封；安装模式：串联；保护路数：1路；
