防雷系統(tǒng)在岸邊橋式起重機上的應用

張富寬

摘要：隨著科學技術(shù)的進步，精密電氣元件在岸邊橋式起重機上應用越來越為廣泛，但是這些元件特別容易受到雷電的干擾而導致?lián)p壞，本文通過討論雷電對精密元件的危害并闡述防雷系統(tǒng)在岸邊橋式起重機上的實際應用。

關鍵詞：精密元件;防雷系統(tǒng);岸邊橋式起重機;

1、精密元件在岸邊橋式起重機上的應用

岸邊橋式起重機作為世界貿(mào)易來往的重要樞紐設備，其承擔著集裝箱裝卸重任，可想而知一旦出現(xiàn)設備問題影響作業(yè)會給碼頭帶來很大的效益損失。而信息化發(fā)展的需要在類設備上安裝了很多精密的電氣元件，比如PLC控制器及其通訊模塊，驅(qū)動變頻器，各種型號限位，重量傳感器，風速儀，信息采集及監(jiān)控系統(tǒng)等，這些元件一旦損壞輕則影響設備的正常作業(yè)，重則會造成設備的癱瘓給碼頭安全、生產(chǎn)帶來很大的麻煩。

2、雷電對精密電氣元件的損害

岸邊橋式起重機基本都是在空曠的碼頭邊緣，而且起重機的高度又遠遠高出周圍的建筑物，作業(yè)時前大梁端部距離陸地水平距離也有60米或以上，因此當雷雨天氣時岸邊橋式起重機特別容易成為雷擊的目標。雷電對岸邊橋式起重機主要有以下兩種形式的危害：

2.1 直擊雷

所謂直擊雷就是雷云直接對岸邊橋式起重機上的某個突出點（如梯形架和前大梁）進行放電，并產(chǎn)生熱效應、電效應或者機械效應等一系列破壞作用。

2.2 感應雷

所謂感應雷是帶電雷云接近時在岸邊橋式起重機近點產(chǎn)生的與雷云相異的電荷，或者雷擊后雷電流作用的金屬體上產(chǎn)生的磁場變化或者高電壓。

南方某碼頭曾經(jīng)連續(xù)幾年發(fā)生因為雷擊造成岸邊橋式起重機上的重量傳感器、風速儀損壞，甚至有碼頭因為雷擊造成岸邊橋式起重機司機室內(nèi)PLC通訊模塊、吊具電纜變頻器損壞。雷擊造成的設備故障往往查找、處理起來比較棘手，如果恰逢損壞的電氣元件不是常用的備件就會加長處理時間，甚至從某方面來說影響碼頭的生產(chǎn)效益了。

3、防雷系統(tǒng)的應用

針對以上情況，碼頭客戶越來越重視岸邊橋式起重機的防雷設計。從實際應用和設計經(jīng)驗來看目前岸邊橋式起重機防雷主要采用以下幾種方式進行：

3.1 外部結(jié)構(gòu)防雷

因為岸邊橋式起重機是集裝箱碼頭上最高的，它在俯仰水平狀態(tài)下梯形架的高度可以達到90米，在俯仰仰起的狀態(tài)下前大梁頂端到地面的高度可以達到130米以上，因此在梯形架和俯仰的頂端都需要安裝避雷針并保證其與鋼結(jié)構(gòu)可靠焊接或連接，并按照JT556-2004《港口防雷與接地技術(shù)要求》在整機鋼結(jié)構(gòu)上，凡不是采用焊接方式連接的地方，如法蘭、軸承或鉸鏈連接的地方，均在連接處兩側(cè)分別焊接M10的電焊螺母，布置接地跨接線，保證電路的連續(xù)性。在鋼結(jié)構(gòu)的近地面處安裝與起重機地面軌道良好接觸的接地靴，接地靴上的接地線與起重機鋼結(jié)構(gòu)相連。這樣就構(gòu)成了一個從避雷針到接地靴的回路，保證雷電能快速釋放到大地。對于避雷針的類型前大梁可以放置兩根普通避雷針，而梯形架最好放置兩根預放電避雷針。預放電避雷針是具有“促進電離”的基本特性，從而達到了比普通避雷針更早的先導放電，相比普通避雷針擴大了保護半徑，提高了安全系數(shù)，可以確保即便是前大梁水平狀態(tài)下，前大梁前端部部位于梯形架避雷針的保護范圍之內(nèi)，從而增加了外部避雷的可靠性。

3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)防雷

3.2.1 接地和等電位的連接

岸邊橋式起重機的整體鋼結(jié)構(gòu)和各部位的結(jié)構(gòu)件經(jīng)過跨接線連接后可以看成一個龐大的接閃器和雷電引下體。但是當岸橋遭遇到雷擊以后，其受擊部位瞬間與其他部位的電位是不一樣的，因此需要將各個部件、電氣元件外殼等都要做好等電位連接與接地保護措施。

3.2.2 合理布線

岸邊橋式起重機上使用的電纜的電壓等級比較多，有高壓電纜、變頻電機電纜、動力電纜、控制和通訊電纜等等。這些電纜敷設時通訊電纜與其他電纜盡量成90度直角，對于PLC和遠程模塊的通訊電纜必須穿金屬電纜軟管，并且金屬電纜軟管的兩端可靠接地。變頻電纜和動力電纜之間間隙小于80mm的須加金屬隔板，即便是控制電源電纜與通訊線和24V信號線之間也要有合適的間隔距離或者有金屬隔板。

3.3 線路中并聯(lián)浪涌保護器

在多級電源回路中并聯(lián)浪涌保護器可以最大限度的實現(xiàn)對岸邊橋式起重機上精密電氣元件的防雷保護。以南海三期岸邊橋式起重機項目防雷方案為例，浪涌保護裝置在該項目的應用如下：

3.3.1 為從機房主變壓器、輔助變壓器到電氣房電氣接線柜內(nèi)的主回路中分別并聯(lián)接入了雷電沖擊電流Iimp （10/350μs）= 25kA的第1級浪涌保護器。

3.3.2 為變頻驅(qū)動器的兩個整流柜整流單元共計8個的輸入電源分別各自并聯(lián)安裝一套第2級電涌保護器，放電電流Imax（8/20μs）= 25kA。

3.3.3 為變頻驅(qū)動器輸出側(cè)到起升、俯仰、小車馬達之間三相動力線路中各并聯(lián)接入電涌保護器，形成對驅(qū)動器和主機構(gòu)馬達的防雷保護。

3.3.4 為司機室380V總電源輸入側(cè)并聯(lián)安裝一套雷電沖擊電流Iimp （10/350μs）= 25kA的第1級雷電流保護器，這構(gòu)成因為拖令電纜遭遇雷電對司機室內(nèi)電氣元件的第1級保護。

3.3.5 為電氣房控制柜內(nèi)220V主控電源進線側(cè)并聯(lián)增加安裝一套雷擊沖擊電流Imax（8/20μs）=3kA的第2級浪涌保護器。

3.3.6 為司機室控制柜內(nèi)220V電源進線側(cè)并聯(lián)安裝一套雷擊沖擊電流Imax（8/20μs）=3kA的第2級浪涌保護器。

3.3.7 為吊具220V電源司機室及吊具上架兩端各并聯(lián)安裝一套雷擊沖擊電流Imax（8/20μs）=3kA的第2級浪涌保護器。

3.3.8 為大車海側(cè)和陸側(cè)操作站或控制箱220V控制電源進線側(cè)并聯(lián)安裝雷擊沖擊電流Imax（8/20μs）=3kA的第2級浪涌保護器。

3.3.9 為主控柜PLC控制器的110V電源輸入端并聯(lián)安裝一套標稱放電電流 （8/20 ?s） （In）? =2 kA的第3級浪涌保護器。

3.3.10 為司機室PLC控制器的110V電源輸入端并聯(lián)安裝一套標稱放電電流 （8/20 ?s） （In）? =2 kA的第3級浪涌保護器。

3.3.11 為吊具與司機室通訊用的CAN-BUS總線通訊信號兩端并聯(lián)安裝一套信號浪涌保護器。

3.3.12 為前大梁的重量傳感器信號輸出側(cè)安裝信號電涌保護器，PLC模擬量輸入側(cè)安裝信號電涌保護器。

3.3.13 風速儀的信號輸入至PLC模擬量模塊之間安裝信號電涌保護器。

這樣就幾乎將岸邊橋式起重機上所有精密元件及重要部件全部涵蓋在浪涌保護的范圍之內(nèi)，保證了防雷避雷的可靠性。該項目交付兩年以來未收到因雷擊造成設備損壞客戶反饋。

4、結(jié)束語

綜上所述，隨著人們對岸邊橋式起重機防雷意識的提高，新產(chǎn)品、新技術(shù)、越來越成熟的工藝標準等越來越廣泛的應用，雷電對岸標橋式起重機等類似大型設備的損害必將進一步降低，從一定層面上說設備安全可靠性得到一定的提高，集裝箱碼頭生產(chǎn)秩序有了進一步的保障。

參考文獻

參考文獻：

[1]洪輝. 關于岸邊集裝箱起重機防雷的改造措施.港口科技.港口機械.2010（06）：37-40

[2]上海振華重工（集團）有限公司《電氣工藝安裝規(guī)范》