防臺風型港口起重機接電箱的開發創新

楊曉峰 馬壯宏

摘 要：在全球氣候變暖的背景下，近幾年頻繁出現的臺風天氣，對港口設備和生產影響很大。港口起重機接電箱是港口生產的主要設備，使其適應新的氣候情況，對保證生產安全可靠運行有重要的意義。本文從提高港口起重機接電箱的防護性能出發，淺談防臺風型起重機接電箱的開發與創新，以適應南方等多臺風地區的實際應用需求。

關鍵詞：港口起重機;接電箱;防護結構;安全;實用方便

Abstract：Under the background of global warming， the frequent occurrence of typhoons in recent years has had a great impact on port equipment and production. Power connection boxes for port cranes are major equipment for port production. It has important significance to make them adjust to the new climate to ensure the safety and reliability for the production. Started from improving the protection of power connection boxes for port cranes， the paper discusses the development and innovation of anti-typhoon power connection boxes for port cranes， which is for the practical application requirements of typhoon-prone areas.

Key words：Port crane; Power connection box; Protection mechanism; Safe; Practical and convenient

中圖分類號：U653.921

1 開發防臺風型港口起重機接電箱的必要性

在全球變暖的氣候變化背景下，隨著極端氣候災害的日益增多，其對社會經濟發展的影響也日益加劇。而臺風災害是影響我國最嚴重的自然災害之一。其往往會給港口設施尤其是岸邊配電設備造成破壞，帶來經濟損失和安全隱患。接電箱作為重要的港口起重機，如門機、軌道吊等的配電設備，提高其抵御臺風等惡劣天氣的能力刻不容緩。

1.1 臺風的危害性

1.1.1 大風

臺風級別的熱帶氣旋中心附近最大風力達12級以上（風力的大小一般分為18個等級，最小為0級，最大為17級，超過最高標準17級的定為18級。12級風力為32.4～36.9 m·s-1）。

1.1.2 暴雨

我國氣象上規定，暴雨指24 h降水量達50 mm或以上的強降雨。臺風過境，可能產生150～300 mm降雨，少數臺風能直接或間接帶來1 000 mm以上的特大暴雨（24 h降水量為50.0～99.9 mm稱為“暴雨”;100～250 mm為“大暴雨”;250 mm以上為“特大暴雨”）。

1.1.3 風暴潮

風暴潮指由強烈大氣擾動，如熱帶氣旋（臺風、颶風）、溫帶氣旋（寒潮）等引起的海面異常升降現象。其特點是來勢猛、速度快、強度大、破壞力強。尤其是當風暴潮與天文潮高潮疊加時，會形成更強的破壞力，引起沿海水位暴漲，海水倒灌，驚濤駭浪，發生特大潮災[1]。

1.2 臺風對碼頭接電箱的影響

綜上所述，臺風所帶來的大風、暴雨和風暴潮等災害，往往會給港口設施造成破壞，會給碼頭和堆場帶來水澇。岸邊配電設備的接電箱，如果防水性能達不到防御臺風這種惡劣天氣的要求，一旦遭遇臺風或水澇，就會進水短路，甚至發生爆炸，這不僅會使企業遭受經濟損失，甚至會給作業人員帶來安全隱患。在電箱受到水的侵入后，清理維護電箱往往花費很多時間，對臺風后迅速恢復生產帶來不便。

1.3 港口起重機接電箱對港口生產的重要性

港口門座起重機（以下簡稱門機）由于具有較高的裝卸效率，且靈活，安全可靠，能多臺門機同時作業，尤其兩臺門機同時在同一艙口作業，能充分利用港口碼頭有限場地，適應船艙的空載、滿載作業及地面車輛的通行，所以廣泛在港口碼頭、車站、堆場上使用。門機是一種需要經常移動的裝卸設備，為了保證設備正常作業，根據港口供電技術規范的要求，“碼頭前沿裝卸機械采用低壓供電的電力電源箱設置間距在

40 m以內為宜”，這種電源箱在后來出版（2001年）的JT/T 439-2001標準中稱為港口動力接電箱（以下簡稱接電箱）。所以要保證作業安全可靠和操作方便，接電箱作為重要的岸邊配電設備，其安全性和方便性起著至關重要的作用[2]。

1.4 開發防臺風型港口起重機的必要性

以前，由于我國缺乏防護型整體式的大電流插頭插座（以下簡稱新插頭座）及其他適用的先進電器附件，所以很難設計出滿足上述要求的接電箱。據了解，目前國內接電箱普遍存在的問題有以下3方面。

（1）接電方式采用電纜和接電箱的電極銅排連接，每一次接電都必需拆與接（或插與拔）4根線（L1、L2、L3和N線）費時費力，操作不方便，易搞錯相序;易造成帶電操作或碰觸箱內帶電導體的危險，要防止相序搞錯和防止帶電操作都必需靠人的警惕性來保證，難以做到絕對不出錯[3]。

（2）上述接線方式接電箱的電纜出線很難密封達到IP65的要求，易進水，箱體更無法抵御臺風等惡劣天氣。蓋上蓋子時水仍可以從電纜進出線口進入;打開蓋子時，則箱體內電器完全暴露，根本不防水，在雨天操作存在危險，易因進水造成安全隱患，也不能直接沖水清潔[4]。

（3）由于港口建設的現代化水平不斷提高，對港口岸邊配電設備的可靠性，安全性有了更高的要求，同時提倡人性化和港區的美觀和諧。設備要做到可靠安全就必需有必要的保護功能及措施;而人性化就是要使操作維護方便，操作人員無觸電危險;美觀和諧就要求設備有美感的外型、與港區協調的色調，并能便于沖洗干凈，營造一個清潔、安全、文明的港區環境。

老式落后的接電箱已經不適應港口的現代化要求，所以對老式接電箱的改革創新，開發防臺風型港口起重機接電箱，使其滿足南方等多臺風地區的安全應用需求實在是非常必要且緊迫的。

2 防臺風型起重機接電箱的創新點

2.1 防臺風型起重機接電箱的技術要求總則

防臺風型起重機接電箱改革總的原則：按實際應用的技術、安裝及使用要求設計，要達到運行可靠性高，安全性高，能抵御強臺風的襲擊，抗機械碰撞，防塵防澇，接電高效快捷輕便，操作人性化，外型美觀和諧的要求。

2.2 防臺風型起重機接電箱的創新點

應用TRIZ理論，對舊的接電箱存在的問題和技術沖突，采取創新設計思維和國家技術專利技術應用，開發了ESD2型全不銹鋼防臺風型的港口起重機接電箱。研發的港口起重機接電箱應用先進技術，采用新穎結構和新型電器附件，是電工技術進步的防護電器。產品安全可靠，安裝使用及維護方便，生產效率高，為國內首創防臺風型起重機接電箱，具有如下創新點。

（1）接電箱采用新穎防水結構設計，所有可能進水（塵）的環節，都用加強密封的防水結構設計，進線電纜口采用專用不銹鋼PG密封裝置，箱體用不銹鋼加強結構制造，產品防水性能好，結構堅固，能用于戶外惡劣環境，耐撞擊，耐腐蝕，能防淋、防海水，抵御暴雨和臺風襲擊，有通用型IP65和防臺風型IP65/IP68產品。特別是能抵御大暴雨或臺風、受潮等。

（2）創新采用D系列塑料外殼整體式大電流防護型插頭和插座，防護等級IP67，是目前國內外防護等級最高、重量最輕的大電流插頭座。該產品是在廣州港技電處的提議和技術指導下開始研發，接受深圳赤灣港及廣州港多個港口公司的試用意見進行不斷改進完善而定型的產品。產品獲國家多件技術專利，630A～1250A規格在當時填補了國際國內空白，解決了大電流插拔接電與使電箱的整體結構防護等級能夠達到IP65以上的技術瓶頸，具有安全可靠、使用輕便快速的特點，具有國際領先技術水平。

（3）接電箱箱體和構件，包括螺釘都采用了不銹鋼制造，防腐能力強，機構等不會因為銹蝕的原因，使設備操作不靈，增加維護時間而影響生產，提高了生產效率。整體式大電流插頭、插座外形圖見圖1。

（4）使用時不用重復接線，插頭插拔時如果考慮加上電纜的重量，為了減輕勞動強度，也可以配置插頭的插拔輔助操作機構，生產效率更高。插拔輔助操作機構有杠桿式和齒輪式2種，見圖2。

（5）插座創新定位設計，不造成誤插或造成與E線互插，并可實現兩根電纜上機的起重機接電，滿足2根電纜上機起重機的接電需要。

（6）插座帶機械聯鎖機構，保證插拔時不帶電操作，符合GB 5226.1-2019機械電氣安全標準的要求，確保安全[5]。即插座與主電路開關操作帶機械聯鎖機構，接電操作聯鎖機構確保接電時插座電源電路開關處于斷開狀態，即只有當插頭可靠插接并處于完好防護狀態時開關才能接通;而在使用完畢需拔出插頭時，必需在開關斷開狀態時才能拔出插頭。解決了目前采用電氣聯鎖的插座產品是在開關處于合閘狀態時拔出插頭（由電氣線路使開關斷電）時，在電氣線路開關觸點斷開慢于插頭拔出時間就會引起飛弧的缺點。

（7）箱體分接電插座單元和帶有過載，短路保護的單元。操作簡單，接電時，只需將門機的取電插頭插入插座即可，不用時則拔下插頭，省去每次接電需接線的麻煩，操作人員沒有接觸帶電導體的危險，使用安全可靠。

（8）新穎防澇結構設計（圖3）。防澇防淹水能力強，接電箱在地面淹水500～600 mm的情況下仍然不會進水，如果有特殊要求還可以特殊設計，使整個電箱淹水都不會進水。

（9）人性化設計，防止誤觸電，保障操作者人身安全與確保用電安全。

（10）根據臺風多發性地區需要，按用戶的操作習慣要求或安裝方式，按TRIZ理論創新設計防澇型全不銹鋼防臺風型起重機接電箱，滿足實際使用需要。

（11）符合IEC 60309、GB/T 7251.4-2017、JT/T 439-2001

標準，是新一代安全可靠的港口岸邊接電設備。

3 防臺風型起重機接電箱的應用實例

接電箱主要作為額定電壓1 000 V以下，電流

1 250 A及以下的碼頭裝卸機械，如門座起重機、輪胎式集裝箱龍門起重機（輪胎吊、輪胎吊油改電）等的配電電源，同時可兼作岸邊檢修用的配電電源。

臺風型起重機接電箱技術參數為額定電壓：380、690、960、1 000 V;額定電流：250、400、630、800、

1 000 A和1 250 A;電流連續率：≤40%（1 000 A以上產品）;適應起重機噸位：10、16、25、30 t、40 t;

防護等級：通用型IP65;防臺風型IP65/IP68。正常工作條件：周圍空氣溫度-25～45 ℃;相對濕度：

+40 ℃≤50%;較低溫度時≤90%并考慮到因溫度變化偶然產生的凝露;安裝方式：地上式;半地上式（接電箱一部分在地面上）;地下式（即沉降式，接電箱安裝在地面下）。地上式接電箱見圖4，半地上式見圖5，地下式（即沉降式，接電箱安裝在地面下）見圖6，此安裝方式接電箱操作不方便，不予推薦。

4 常用方案

根據對港口用戶的調查了解，發現地上式的接電箱更實用與方便，所以下面介紹幾種方案的應用。

4.1 型號：ESD2-630/108? 即地上式，800A門機插座一路的IP65防護型技術方案

線路方案圖、安裝尺寸圖和產品外形分別見圖7、圖8、圖9。

4.2 型號：ESD2-800/118? 即地上式，800A門機插座一路、63A（或125A）檢修插座一路的IP65防護型技術方案

帶63A或125A檢修插座線路方案圖、外形尺寸圖、安裝尺寸圖和電箱在港口的應用圖分別見圖10～13。

4.3 型號：ESD2-800/118即地上式，800A門機插座一路、63A（或125A）檢修插座一路的IP65/IP68防護型技術方案

此方案可以防止出現電箱淹水時，電箱內部進水。只要淹水一退，馬上可以投入生產，線路方案圖及外形尺寸圖分別見圖14和圖15。

5 門機電纜固定方法

起重機電纜的固定方法常用有3種，即羊角形鉤、卸扣帶環式、肘機構，看實際需要配套設計。

6 結語

防臺風型港口起重機接電箱是新一代的安全實用的港口配電設備，規格齊全，能滿足各種門機和各種類型裝卸碼頭的需要，同時也可作為其他用途的配電設備，已經在多個港口碼頭應用，其結構堅固，耐撞擊，耐腐蝕，能防淋，防海水，能抵御臺風惡劣天氣的破壞，滿足南方等多臺風地區的安全應用需求，有效地減少事故發生率，消除火災和觸電事故隱患，避免經濟損失，對促進電工技術進步，促進港口的現代化建設和港口公司的可持續發展具有重大意義。

參考文獻：

[1]黃金池.中國風暴潮災害研究綜述[J].水利發展研究，2002（12）：63-65.

[2]謝漢章，等.港口門座起重機岸邊接電箱的改進與創新[J]港口裝卸，2005（2）：22-23.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 11918.4-2014 工業用插頭插座和耦合器 第4部分：有或無連鎖帶開關插座和連接器[S].北京：中國標準出版社，2015.

[4]黃志堅.現代密封技術應用[M].北京：機械工業出版社，2008.

[5]國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會.

GB/T 5226.1-2019 機械電氣安全 機械電氣設備 第1部分：通用技術條件[S].北京：中國標準出版社，2019.