張富寬

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，精密電氣元件在岸邊橋式起重機(jī)上應(yīng)用越來(lái)越為廣泛，但是這些元件特別容易受到雷電的干擾而導(dǎo)致?lián)p壞，本文通過(guò)討論雷電對(duì)精密元件的危害并闡述防雷系統(tǒng)在岸邊橋式起重機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：精密元件;防雷系統(tǒng);岸邊橋式起重機(jī);

1、精密元件在岸邊橋式起重機(jī)上的應(yīng)用

岸邊橋式起重機(jī)作為世界貿(mào)易來(lái)往的重要樞紐設(shè)備，其承擔(dān)著集裝箱裝卸重任，可想而知一旦出現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題影響作業(yè)會(huì)給碼頭帶來(lái)很大的效益損失。而信息化發(fā)展的需要在類(lèi)設(shè)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(dòng)變頻器，各種型號(hào)限位，重量傳感器，風(fēng)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(shè)備的正常作業(yè)，重則會(huì)造成設(shè)備的癱瘓給碼頭安全、生產(chǎn)帶來(lái)很大的麻煩。

2、雷電對(duì)精密電氣元件的損害

岸邊橋式起重機(jī)基本都是在空曠的碼頭邊緣，而且起重機(jī)的高度又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出周?chē)慕ㄖ?，作業(yè)時(shí)前大梁端部距離陸地水平距離也有60米或以上，因此當(dāng)雷雨天氣時(shí)岸邊橋式起重機(jī)特別容易成為雷擊的目標(biāo)。雷電對(duì)岸邊橋式起重機(jī)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(duì)岸邊橋式起重機(jī)上的某個(gè)突出點(diǎn)（如梯形架和前大梁）進(jìn)行放電，并產(chǎn)生熱效應(yīng)、電效應(yīng)或者機(jī)械效應(yīng)等一系列破壞作用。

2.2 感應(yīng)雷

所謂感應(yīng)雷是帶電雷云接近時(shí)在岸邊橋式起重機(jī)近點(diǎn)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(chǎng)變化或者高電壓。

南方某碼頭曾經(jīng)連續(xù)幾年發(fā)生因?yàn)槔讚粼斐砂哆厴蚴狡鹬貦C(jī)上的重量傳感器、風(fēng)速儀損壞，甚至有碼頭因?yàn)槔讚粼斐砂哆厴蚴狡鹬貦C(jī)司機(jī)室內(nèi)PLC通訊模塊、吊具電纜變頻器損壞。雷擊造成的設(shè)備故障往往查找、處理起來(lái)比較棘手，如果恰逢損壞的電氣元件不是常用的備件就會(huì)加長(zhǎng)處理時(shí)間，甚至從某方面來(lái)說(shuō)影響碼頭的生產(chǎn)效益了。

3、防雷系統(tǒng)的應(yīng)用

針對(duì)以上情況，碼頭客戶(hù)越來(lái)越重視岸邊橋式起重機(jī)的防雷設(shè)計(jì)。從實(shí)際應(yīng)用和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看目前岸邊橋式起重機(jī)防雷主要采用以下幾種方式進(jìn)行：

3.1 外部結(jié)構(gòu)防雷

因?yàn)榘哆厴蚴狡鹬貦C(jī)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(dá)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(dá)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J(rèn)T556-2004《港口防雷與接地技術(shù)要求》在整機(jī)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(jī)地面軌道良好接觸的接地靴，接地靴上的接地線與起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)相連。這樣就構(gòu)成了一個(gè)從避雷針到接地靴的回路，保證雷電能快速釋放到大地。對(duì)于避雷針的類(lèi)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(yù)放電避雷針。預(yù)放電避雷針是具有“促進(jìn)電離”的基本特性，從而達(dá)到了比普通避雷針更早的先導(dǎo)放電，相比普通避雷針擴(kuò)大了保護(hù)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(hù)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(jī)的整體鋼結(jié)構(gòu)和各部位的結(jié)構(gòu)件經(jīng)過(guò)跨接線連接后可以看成一個(gè)龐大的接閃器和雷電引下體。但是當(dāng)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(gè)部件、電氣元件外殼等都要做好等電位連接與接地保護(hù)措施。

3.2.2 合理布線

岸邊橋式起重機(jī)上使用的電纜的電壓等級(jí)比較多，有高壓電纜、變頻電機(jī)電纜、動(dòng)力電纜、控制和通訊電纜等等。這些電纜敷設(shè)時(shí)通訊電纜與其他電纜盡量成90度直角，對(duì)于PLC和遠(yuǎn)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(dòng)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(hào)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(hù)器

在多級(jí)電源回路中并聯(lián)浪涌保護(hù)器可以最大限度的實(shí)現(xiàn)對(duì)岸邊橋式起重機(jī)上精密電氣元件的防雷保護(hù)。以南海三期岸邊橋式起重機(jī)項(xiàng)目防雷方案為例，浪涌保護(hù)裝置在該項(xiàng)目的應(yīng)用如下：

3.3.1 為從機(jī)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(jí)浪涌保護(hù)器。

3.3.2 為變頻驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)整流柜整流單元共計(jì)8個(gè)的輸入電源分別各自并聯(lián)安裝一套第2級(jí)電涌保護(hù)器，放電電流Imax（8/20μs）= 25kA。

3.3.3 為變頻驅(qū)動(dòng)器輸出側(cè)到起升、俯仰、小車(chē)馬達(dá)之間三相動(dòng)力線路中各并聯(lián)接入電涌保護(hù)器，形成對(duì)驅(qū)動(dòng)器和主機(jī)構(gòu)馬達(dá)的防雷保護(hù)。

3.3.4 為司機(jī)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(jí)雷電流保護(hù)器，這構(gòu)成因?yàn)橥狭铍娎|遭遇雷電對(duì)司機(jī)室內(nèi)電氣元件的第1級(jí)保護(hù)。

3.3.5 為電氣房控制柜內(nèi)220V主控電源進(jìn)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(jí)浪涌保護(hù)器。

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

3.3.7 為吊具220V電源司機(jī)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(jí)浪涌保護(hù)器。

3.3.8 為大車(chē)海側(cè)和陸側(cè)操作站或控制箱220V控制電源進(jìn)線側(cè)并聯(lián)安裝雷擊沖擊電流Imax（8/20μs）=3kA的第2級(jí)浪涌保護(hù)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(biāo)稱(chēng)放電電流 （8/20 ?s） （In）? =2 kA的第3級(jí)浪涌保護(hù)器。

3.3.10 為司機(jī)室PLC控制器的110V電源輸入端并聯(lián)安裝一套標(biāo)稱(chēng)放電電流 （8/20 ?s） （In）? =2 kA的第3級(jí)浪涌保護(hù)器。

3.3.11 為吊具與司機(jī)室通訊用的CAN-BUS總線通訊信號(hào)兩端并聯(lián)安裝一套信號(hào)浪涌保護(hù)器。

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

3.3.13 風(fēng)速儀的信號(hào)輸入至PLC模擬量模塊之間安裝信號(hào)電涌保護(hù)器。

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

4、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著人們對(duì)岸邊橋式起重機(jī)防雷意識(shí)的提高，新產(chǎn)品、新技術(shù)、越來(lái)越成熟的工藝標(biāo)準(zhǔn)等越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，雷電對(duì)岸標(biāo)橋式起重機(jī)等類(lèi)似大型設(shè)備的損害必將進(jìn)一步降低，從一定層面上說(shuō)設(shè)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(jìn)一步的保障。

參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)：

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[2]上海振華重工（集團(tuán)）有限公司《電氣工藝安裝規(guī)范》