鐵路貨場門式起重機裝卸作業(yè)防雷的探討

金衛(wèi)東

(北京鐵路局 天津貨運中心，天津 300142)

鐵路貨場門式起重機裝卸作業(yè)防雷的探討

金衛(wèi)東

(北京鐵路局 天津貨運中心，天津 300142)

鐵路貨場門式起重機屬于第三類防雷建筑，容易受到雷擊和雷電感應(yīng)及電涌的破壞。在闡述雷電對鐵路貨場門吊裝卸作業(yè)的危害的基礎(chǔ)上，針對門式起重機的結(jié)構(gòu)設(shè)計及電氣系統(tǒng)特點，通過采取避雷針對直擊雷進行防護的外部防雷措施，以及通過技術(shù)手段防雷電感應(yīng)、防雷擊電涌侵入的內(nèi)部防雷措施，確保門式起重機和作業(yè)人員雷雨季節(jié)的安全。

鐵路；裝卸作業(yè)；門式起重機；防雷措施

1 雷電對門吊裝卸作業(yè)的危害

《起重機械安全規(guī)程》(GB6067—2010)[1]規(guī)定，對于安裝在野外且相對周圍地面處在較高位置的起重機，應(yīng)考慮避除雷擊對其高位部件和人員造成損壞和傷害。貨場門式起重機 (以下簡稱“門吊”) 處在貨場裝卸作業(yè)空曠區(qū)域，高度一般可達 15～20 m，屬于貨物裝卸作業(yè)區(qū)的高大建筑，按照《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(GB50057—2010) 中的分類，應(yīng)屬于第三類防雷建筑[2]。當門吊防雷裝置設(shè)置不當時，如雙梁帶馬鞍門吊風速儀安裝在司機室一側(cè)的馬鞍上，而避雷針設(shè)置在司機室遠端主梁懸臂處，距風速儀約 30 m，就可能起不到防雷作用。因此，通過雷電對門吊裝卸作業(yè)的危害及防雷措施進行探討，以確保雷雨季節(jié)裝卸作業(yè)的安全。

雷電主要通過直擊雷和閃電感應(yīng) 2 種形式對門吊和地面裝卸作業(yè)人員造成危害。直擊雷是雷云對門吊、地面作業(yè)人員等的一種迅猛放電現(xiàn)象，閃電直接擊于門吊或人體上，對地放電電壓可以達到數(shù)百萬伏，強電流可以達數(shù)萬安培，對門吊和作業(yè)人員危害極大。閃電感應(yīng)是指閃電發(fā)生時，在門吊金屬管道、鋼結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，可能產(chǎn)生火花放電。直擊雷和閃電感應(yīng)都能在門吊架空供電線路、電纜線路或金屬管道上產(chǎn)生沿線路或管道的 2 個方向迅速傳播的閃電電涌 (即雷電波)，可能引起火災(zāi)，摧毀電氣系統(tǒng)。

貨場門吊按規(guī)定在主梁上安設(shè)風速儀傳感器，處在制高點，容易受到雷擊。當雷電擊中風速儀傳感器時，電波順電線進入司機室，可能將風速儀機體擊毀

甚至引起爆炸。由于門吊緊急防風制動器與風速儀聯(lián)鎖，會造成起重機緊急制動，產(chǎn)生較大震動和沖擊，威脅人身和設(shè)備安全。

2 門吊裝卸作業(yè)防雷措施

門吊裝卸作業(yè)的防雷分為外部防雷和內(nèi)部防雷。外部防雷是指通過避雷針對直擊雷進行防護，內(nèi)部防雷是通過技術(shù)手段防雷電感應(yīng)、防雷擊電涌侵入。

2.1 外部防雷措施

防直擊雷的防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置組成。采用避雷針作為門吊防雷接閃器[3]，焊接在門吊的馬鞍或主梁上。門吊主梁、支腿、鋼軌、接地裝置可以構(gòu)成接閃、傳導系統(tǒng)，將雷電泄放入地，但應(yīng)滿足電氣設(shè)備接地保護的基本要求，即在門吊任意一處測量的接地電阻均不得大于 4 Ω。門吊鋼結(jié)構(gòu)法蘭連接處和大、小車軌道接頭處均應(yīng)做好電氣過橋連線，使門吊金屬結(jié)構(gòu)成為一個良好的導電整體，司機室鋼構(gòu)架整體與門吊金屬結(jié)構(gòu)必須有可靠的電氣連接[4]。三相四線制供電的貨場門吊采取接地保護防止發(fā)生觸電傷亡事故，同時起到防雷接地保護作用，當門吊遭受雷擊時，將雷電流通過接地系統(tǒng)泄放。

2.1.1 合理設(shè)置避雷針

避雷針的安設(shè)高度和位置應(yīng)使防護對象處在其保護范圍之內(nèi)。雷雨來臨時，司機可以在司機室避雷。由于司機室與門吊金屬結(jié)構(gòu)等電位，即使遭受雷擊也不會對司機室內(nèi)人員構(gòu)成威脅。對貨場門吊來說，避雷針的保護范圍應(yīng)涵蓋主梁上的風速儀傳感器和司機室，以及地面作業(yè)人員。

避雷針保護范圍的大小與避雷針的高度和被保護物的高度有關(guān)。門吊采用單支避雷針，其保護范圍如圖 1 所示[5]。

圖1 單支避雷針的保護范圍

從圖 1 可以看出，當被保護物的高度 hx≥h/2時，避雷針的保護范圍近似在以尖頂為中心的 45° 錐體內(nèi)的空間。單支避雷針在被保護物高度 hx水平面上的保護半徑的計算公式為

式中：rx為避雷針在 hx高度水平面上的保護半徑，m；h 為避雷針的高度，m；hx為被保護物的高度，m；ha為避雷針的有效高度，m；P 為修正系數(shù)，當h ≤30 m 時，P = 1。

以跨度 22 m 帶馬鞍的雙梁門吊為例，避雷針應(yīng)設(shè)置在靠近司機室側(cè)的馬鞍上，采用針長 1 m 的圓鋼或焊接鋼管 (圓鋼為 16 mm，鋼管為 25 mm)。如果避雷針的高度 h = 18 m，司機室頂面高度 hx1= 9 m，風速儀傳感器高度 hx2= 17.5 m，地面人員高度 h人= 2 m，由于 hx≥h/2，因而單支避雷針在司機室頂面高度 hx1水平面的保護半徑為

在風速儀傳感器高度 hx2水平面的保護半徑為

在地面人員高度 h人水平面保護半徑為

從以上計算可以看出，當風速儀傳感器高度低于避雷針高度 0.5 m 時，傳感器應(yīng)設(shè)置在以避雷針為中心的 0.5 m 范圍以內(nèi)，避雷針設(shè)置的位置距司機室最外端不大于 9 m，以避雷針在地面投影點為中心，半徑 23 m 范圍內(nèi)的地面人員受到防護。在實際設(shè)置中，避雷針距風速儀傳感器水平距離不宜大于 0.5 m，避雷針的有效高度與其距傳感器的水平距離相等。

2.1.2 保持地面作業(yè)人員與接地引下線距離

從上面的計算可以看出，地面裝卸作業(yè)人員僅在一定范圍內(nèi)能夠受到防雷保護。但是，由于地面作業(yè)人員與大地等電位，當避雷針遭雷擊時，在門吊接地裝置附近會產(chǎn)生高電位，與地面作業(yè)人員存在電位

差，從而產(chǎn)生跨步電壓，威脅人身安全。①為防止雷擊時對地面起重作業(yè)人員的傷害，雷雨時，作業(yè)人員不得站在距離門吊大車軌道、接地裝置 5 m 以內(nèi)的范圍內(nèi)。②為保證避雷針接地有效，每年雷雨季節(jié)到來之前應(yīng)測試 1 次避雷針的接地電阻。接地不良時對門吊接地裝置 (鋼結(jié)構(gòu)法蘭聯(lián)結(jié)處跨接電氣連線、接地引線與接地極連接部分、接地極樁連接點及接地體銹蝕情況) 進行徹底檢查，特別是地面處及地下部分容易腐蝕斷開，需要及時發(fā)現(xiàn)處理，確保防雷接地效果。

2.2 內(nèi)部防雷措施

空曠貨場作業(yè)的門吊受到避雷針保護，雖然會避免直接遭受雷擊，但卻增加了電涌過電壓的危險。在離雷擊點 100 m 處，雷擊的間接傳導和感應(yīng)形成的電涌電壓仍然可能造成門吊電器損毀。門吊采用低壓架空線或架空上滑線供電，雷電對架空線路、電纜的感應(yīng)放電或閃電直接侵入，雷電涌沿著線路侵入門吊電氣系統(tǒng)，危及司機人身安全和損壞電器設(shè)備，容易造成火災(zāi)。內(nèi)部防雷可以采取以下措施。

2.2.1 金屬構(gòu)件等電位連接接地

門吊各部金屬構(gòu)件均用過橋電氣連線跨接成等電位，整機金屬結(jié)構(gòu)接地電阻不大于 4 Ω。司機室內(nèi)非帶電金屬部分如穿線管、操縱臺防護罩、配電柜等應(yīng)與司機室鋼構(gòu)架有可靠等電位連接。門吊布設(shè)的電纜均應(yīng)穿入金屬管，并且金屬管通過與整機金屬結(jié)構(gòu)連接接地[6]。

2.2.2 電氣系統(tǒng)加裝電涌保護器

電涌保護器 (SPD) 是一種防止雷電涌過電壓沖擊的內(nèi)部防雷保護裝置，在迅速導瀉雷電流的同時，將過電壓限制在規(guī)定值以下，迅速切斷電路。可以在門吊上滑線引入門吊配電柜線路刀閘上口進線處安裝1 組電涌保護器[7]，如圖 2 所示。該電涌保護器耐沖擊電壓額定值 4 kV，標稱放電電流不應(yīng)小于 5 kA，電壓保護水平小于等于 2.5 kV，最大持續(xù)運行電壓最小值 1.15 U0(253 V)[2]。電涌保護器上端接在三相電源線路上，下端接地，兩側(cè)引線總長度相加不宜超過0.5 m[8]。正常時，電涌保護器對地保持絕緣狀態(tài)；當雷電沖擊波到來時，電涌保護器被擊穿，將雷電引入大地；沖擊波過去后，電涌保護器自動恢復絕緣狀態(tài)。加裝的電涌保護器需要定期進行外觀檢查和絕緣監(jiān)測 (2 500 V 搖表測量，絕緣電阻值應(yīng)大于1 000 MΩ)，并安裝在司機室外距離不超過 5 m 的配電柜內(nèi)。

圖2 電涌保護器接線圖

3 結(jié)束語

貨場門式起重機裝卸作業(yè)防雷是雷雨季節(jié)裝卸作業(yè)安全防范的重點，應(yīng)結(jié)合所在地氣象特點和門式起重機的結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)設(shè)計，采取科學合理的方案。風速儀、司機室和地面裝卸作業(yè)人員是門式起重機裝卸作業(yè)防雷的重點，風速儀、司機室應(yīng)保護在以避雷針尖頂為中心的 45° 錐體空間內(nèi)。雷雨時，地面裝卸作業(yè)人員可以視現(xiàn)場情況避雷；如果需要留在作業(yè)現(xiàn)場，則應(yīng)處在避雷針保護范圍內(nèi)，并且與接地引下線裝置保持5 m距離。電涌保護器可視當?shù)啬昶骄妆┤涨闆r加裝，對于年平均雷暴日大于 40 d 的多雷地區(qū)，應(yīng)加裝電涌保護器。

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. 起重機械安全規(guī)程：GB6067.1—2010[S]. 北京：中國標準出版社，2010：13.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范：

GB50057—2010. 北京：中國建設(shè)出版社，2010：10.

[3] 沈培坤，劉順喜. 防雷與接地裝置[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[4] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. 起重機設(shè)計規(guī)范：GB3811—2008 [S]. 北京：中國標準出版社，2008：92.

[5] 朱建德，潘品英. 實踐電工手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[6] 夏 翔. 起重機電控設(shè)計參考手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[7] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范：GB50343-2012[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012：35.

[8] 林建民，寧 波. 防雷裝置設(shè)計與安裝[M]. 北京：氣象出版社，2010.

（責任編輯 金 穎）

Discussion on Lightning Protection of Gantry Crane Loading Operation in Railway Freight Yard

JIN Wei-dong
(Tianjin Freight Transport Center, Beijing Railway Administration, Tianjin 300142, China)

Gantry crane in railway freight yard belongs to the third-class lightning protection building, and is very easily destroyed by lightning strike, lightning induction and surge. Based on expounding the danger of lightning on gantry crane loading and unloading operation in railway freight yard, targeting with structure design and electrical system characteristics of gantry crane, the external lightning protection measure was taken on direct lightning by using lightning rod, and the internal lightning protection measure was taken on lightning induction prevention and surge invasion by technical approaches, so as to ensure safety of gantry crane and the operation staff in thunderstorm season.

Railway; Loading and Unloading Operation; Gantry Crane; Lightning Measure

1004-2024(2016)03-0050-04

U298.3

B

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2016.03.12

2016-02-14

金衛(wèi)東 (1967—)，男，河北唐山人，大學本科。