鐵路貨場(chǎng)門(mén)式起重機(jī)裝卸作業(yè)防雷的探討

金衛(wèi)東

(北京鐵路局 天津貨運(yùn)中心，天津 300142)

鐵路貨場(chǎng)門(mén)式起重機(jī)裝卸作業(yè)防雷的探討

金衛(wèi)東

(北京鐵路局 天津貨運(yùn)中心，天津 300142)

鐵路貨場(chǎng)門(mén)式起重機(jī)屬于第三類(lèi)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(duì)鐵路貨場(chǎng)門(mén)吊裝卸作業(yè)的危害的基礎(chǔ)上，針對(duì)門(mén)式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電氣系統(tǒng)特點(diǎn)，通過(guò)采取避雷針對(duì)直擊雷進(jìn)行防護(hù)的外部防雷措施，以及通過(guò)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(mén)式起重機(jī)和作業(yè)人員雷雨季節(jié)的安全。

鐵路；裝卸作業(yè)；門(mén)式起重機(jī)；防雷措施

1 雷電對(duì)門(mén)吊裝卸作業(yè)的危害

《起重機(jī)械安全規(guī)程》(GB6067—2010)[1]規(guī)定，對(duì)于安裝在野外且相對(duì)周?chē)孛嫣幵谳^高位置的起重機(jī)，應(yīng)考慮避除雷擊對(duì)其高位部件和人員造成損壞和傷害。貨場(chǎng)門(mén)式起重機(jī) (以下簡(jiǎn)稱(chēng)“門(mén)吊”) 處在貨場(chǎng)裝卸作業(yè)空曠區(qū)域，高度一般可達(dá) 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(jì)規(guī)范》(GB50057—2010) 中的分類(lèi)，應(yīng)屬于第三類(lèi)防雷建筑[2]。當(dāng)門(mén)吊防雷裝置設(shè)置不當(dāng)時(shí)，如雙梁帶馬鞍門(mén)吊風(fēng)速儀安裝在司機(jī)室一側(cè)的馬鞍上，而避雷針設(shè)置在司機(jī)室遠(yuǎn)端主梁懸臂處，距風(fēng)速儀約 30 m，就可能起不到防雷作用。因此，通過(guò)雷電對(duì)門(mén)吊裝卸作業(yè)的危害及防雷措施進(jìn)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(guò)直擊雷和閃電感應(yīng) 2 種形式對(duì)門(mén)吊和地面裝卸作業(yè)人員造成危害。直擊雷是雷云對(duì)門(mén)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(mén)吊或人體上，對(duì)地放電電壓可以達(dá)到數(shù)百萬(wàn)伏，強(qiáng)電流可以達(dá)數(shù)萬(wàn)安培，對(duì)門(mén)吊和作業(yè)人員危害極大。閃電感應(yīng)是指閃電發(fā)生時(shí)，在門(mén)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(mén)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(gè)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(chǎng)門(mén)吊按規(guī)定在主梁上安設(shè)風(fēng)速儀傳感器，處在制高點(diǎn)，容易受到雷擊。當(dāng)雷電擊中風(fēng)速儀傳感器時(shí)，電波順電線進(jìn)入司機(jī)室，可能將風(fēng)速儀機(jī)體擊毀

甚至引起爆炸。由于門(mén)吊緊急防風(fēng)制動(dòng)器與風(fēng)速儀聯(lián)鎖，會(huì)造成起重機(jī)緊急制動(dòng)，產(chǎn)生較大震動(dòng)和沖擊，威脅人身和設(shè)備安全。

2 門(mén)吊裝卸作業(yè)防雷措施

門(mén)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(guò)避雷針對(duì)直擊雷進(jìn)行防護(hù)，內(nèi)部防雷是通過(guò)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(mén)吊防雷接閃器[3]，焊接在門(mén)吊的馬鞍或主梁上。門(mén)吊主梁、支腿、鋼軌、接地裝置可以構(gòu)成接閃、傳導(dǎo)系統(tǒng)，將雷電泄放入地，但應(yīng)滿(mǎn)足電氣設(shè)備接地保護(hù)的基本要求，即在門(mén)吊任意一處測(cè)量的接地電阻均不得大于 4 Ω。門(mén)吊鋼結(jié)構(gòu)法蘭連接處和大、小車(chē)軌道接頭處均應(yīng)做好電氣過(guò)橋連線，使門(mén)吊金屬結(jié)構(gòu)成為一個(gè)良好的導(dǎo)電整體，司機(jī)室鋼構(gòu)架整體與門(mén)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(chǎng)門(mén)吊采取接地保護(hù)防止發(fā)生觸電傷亡事故，同時(shí)起到防雷接地保護(hù)作用，當(dāng)門(mén)吊遭受雷擊時(shí)，將雷電流通過(guò)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(hù)對(duì)象處在其保護(hù)范圍之內(nèi)。雷雨來(lái)臨時(shí)，司機(jī)可以在司機(jī)室避雷。由于司機(jī)室與門(mén)吊金屬結(jié)構(gòu)等電位，即使遭受雷擊也不會(huì)對(duì)司機(jī)室內(nèi)人員構(gòu)成威脅。對(duì)貨場(chǎng)門(mén)吊來(lái)說(shuō)，避雷針的保護(hù)范圍應(yīng)涵蓋主梁上的風(fēng)速儀傳感器和司機(jī)室，以及地面作業(yè)人員。

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

圖1 單支避雷針的保護(hù)范圍

從圖 1 可以看出，當(dāng)被保護(hù)物的高度 hx≥h/2時(shí)，避雷針的保護(hù)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(hù)物高度 hx水平面上的保護(hù)半徑的計(jì)算公式為

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

以跨度 22 m 帶馬鞍的雙梁門(mén)吊為例，避雷針應(yīng)設(shè)置在靠近司機(jī)室側(cè)的馬鞍上，采用針長(zhǎng) 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(jī)室頂面高度 hx1= 9 m，風(fēng)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(jī)室頂面高度 hx1水平面的保護(hù)半徑為

在風(fēng)速儀傳感器高度 hx2水平面的保護(hù)半徑為

在地面人員高度 h人水平面保護(hù)半徑為

從以上計(jì)算可以看出，當(dāng)風(fēng)速儀傳感器高度低于避雷針高度 0.5 m 時(shí)，傳感器應(yīng)設(shè)置在以避雷針為中心的 0.5 m 范圍以?xún)?nèi)，避雷針設(shè)置的位置距司機(jī)室最外端不大于 9 m，以避雷針在地面投影點(diǎn)為中心，半徑 23 m 范圍內(nèi)的地面人員受到防護(hù)。在實(shí)際設(shè)置中，避雷針距風(fēng)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(jì)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(hù)。但是，由于地面作業(yè)人員與大地等電位，當(dāng)避雷針遭雷擊時(shí)，在門(mén)吊接地裝置附近會(huì)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(shí)對(duì)地面起重作業(yè)人員的傷害，雷雨時(shí)，作業(yè)人員不得站在距離門(mén)吊大車(chē)軌道、接地裝置 5 m 以?xún)?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(lái)之前應(yīng)測(cè)試 1 次避雷針的接地電阻。接地不良時(shí)對(duì)門(mén)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(diǎn)及接地體銹蝕情況) 進(jìn)行徹底檢查，特別是地面處及地下部分容易腐蝕斷開(kāi)，需要及時(shí)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(chǎng)作業(yè)的門(mén)吊受到避雷針保護(hù)，雖然會(huì)避免直接遭受雷擊，但卻增加了電涌過(guò)電壓的危險(xiǎn)。在離雷擊點(diǎn) 100 m 處，雷擊的間接傳導(dǎo)和感應(yīng)形成的電涌電壓仍然可能造成門(mén)吊電器損毀。門(mén)吊采用低壓架空線或架空上滑線供電，雷電對(duì)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(mén)吊電氣系統(tǒng)，危及司機(jī)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(mén)吊各部金屬構(gòu)件均用過(guò)橋電氣連線跨接成等電位，整機(jī)金屬結(jié)構(gòu)接地電阻不大于 4 Ω。司機(jī)室內(nèi)非帶電金屬部分如穿線管、操縱臺(tái)防護(hù)罩、配電柜等應(yīng)與司機(jī)室鋼構(gòu)架有可靠等電位連接。門(mén)吊布設(shè)的電纜均應(yīng)穿入金屬管，并且金屬管通過(guò)與整機(jī)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(hù)器

電涌保護(hù)器 (SPD) 是一種防止雷電涌過(guò)電壓沖擊的內(nèi)部防雷保護(hù)裝置，在迅速導(dǎo)瀉雷電流的同時(shí)，將過(guò)電壓限制在規(guī)定值以下，迅速切斷電路?？梢栽陂T(mén)吊上滑線引入門(mén)吊配電柜線路刀閘上口進(jìn)線處安裝1 組電涌保護(hù)器[7]，如圖 2 所示。該電涌保護(hù)器耐沖擊電壓額定值 4 kV，標(biāo)稱(chēng)放電電流不應(yīng)小于 5 kA，電壓保護(hù)水平小于等于 2.5 kV，最大持續(xù)運(yùn)行電壓最小值 1.15 U0(253 V)[2]。電涌保護(hù)器上端接在三相電源線路上，下端接地，兩側(cè)引線總長(zhǎng)度相加不宜超過(guò)0.5 m[8]。正常時(shí)，電涌保護(hù)器對(duì)地保持絕緣狀態(tài)；當(dāng)雷電沖擊波到來(lái)時(shí)，電涌保護(hù)器被擊穿，將雷電引入大地；沖擊波過(guò)去后，電涌保護(hù)器自動(dòng)恢復(fù)絕緣狀態(tài)。加裝的電涌保護(hù)器需要定期進(jìn)行外觀檢查和絕緣監(jiān)測(cè) (2 500 V 搖表測(cè)量，絕緣電阻值應(yīng)大于1 000 MΩ)，并安裝在司機(jī)室外距離不超過(guò) 5 m 的配電柜內(nèi)。

圖2 電涌保護(hù)器接線圖

3 結(jié)束語(yǔ)

貨場(chǎng)門(mén)式起重機(jī)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(diǎn)，應(yīng)結(jié)合所在地氣象特點(diǎn)和門(mén)式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采取科學(xué)合理的方案。風(fēng)速儀、司機(jī)室和地面裝卸作業(yè)人員是門(mén)式起重機(jī)裝卸作業(yè)防雷的重點(diǎn)，風(fēng)速儀、司機(jī)室應(yīng)保護(hù)在以避雷針尖頂為中心的 45° 錐體空間內(nèi)。雷雨時(shí)，地面裝卸作業(yè)人員可以視現(xiàn)場(chǎng)情況避雷；如果需要留在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，則應(yīng)處在避雷針保護(hù)范圍內(nèi)，并且與接地引下線裝置保持5 m距離。電涌保護(hù)器可視當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤涨闆r加裝，對(duì)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(hù)器。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 起重機(jī)械安全規(guī)程：GB6067.1—2010[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010：13.

[2] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范：

GB50057—2010. 北京：中國(guó)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(xué)工業(yè)出版社，2006.

[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB3811—2008 [S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：92.

[5] 朱建德，潘品英. 實(shí)踐電工手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[6] 夏 翔. 起重機(jī)電控設(shè)計(jì)參考手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[7] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(guó)建筑工業(yè)出版社，2012：35.

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

（責(zé)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(xué)本科。