防雷系统在岸边桥式起重机上的应用

张富宽

摘要：随着科学技术的进步，精密电气元件在岸边桥式起重机上应用越来越为广泛，但是这些元件特别容易受到雷电的干扰而导致损坏，本文通过讨论雷电对精密元件的危害并阐述防雷系统在岸边桥式起重机上的实际应用。

关键词：精密元件;防雷系统;岸边桥式起重机;

1、精密元件在岸边桥式起重机上的应用

岸边桥式起重机作为世界贸易来往的重要枢纽设备，其承担着集装箱装卸重任，可想而知一旦出现设备问题影响作业会给码头带来很大的效益损失。而信息化发展的需要在类设备上安装了很多精密的电气元件，比如PLC控制器及其通讯模块，驱动变频器，各种型号限位，重量传感器，风速仪，信息采集及监控系统等，这些元件一旦损坏轻则影响设备的正常作业，重则会造成设备的瘫痪给码头安全、生产带来很大的麻烦。

2、雷电对精密电气元件的损害

岸边桥式起重机基本都是在空旷的码头边缘，而且起重机的高度又远远高出周围的建筑物，作业时前大梁端部距离陆地水平距离也有60米或以上，因此当雷雨天气时岸边桥式起重机特别容易成为雷击的目标。雷电对岸边桥式起重机主要有以下两种形式的危害：

2.1 直击雷

所谓直击雷就是雷云直接对岸边桥式起重机上的某个突出点（如梯形架和前大梁）进行放电，并产生热效应、电效应或者机械效应等一系列破坏作用。

2.2 感应雷

所谓感应雷是带电雷云接近时在岸边桥式起重机近点产生的与雷云相异的电荷，或者雷击后雷电流作用的金属体上产生的磁场变化或者高电压。

南方某码头曾经连续几年发生因为雷击造成岸边桥式起重机上的重量传感器、风速仪损坏，甚至有码头因为雷击造成岸边桥式起重机司机室内PLC通讯模块、吊具电缆变频器损坏。雷击造成的设备故障往往查找、处理起来比较棘手，如果恰逢损坏的电气元件不是常用的备件就会加长处理时间，甚至从某方面来说影响码头的生产效益了。

3、防雷系统的应用

针对以上情况，码头客户越来越重视岸边桥式起重机的防雷设计。从实际应用和设计经验来看目前岸边桥式起重机防雷主要采用以下几种方式进行：

3.1 外部结构防雷

因为岸边桥式起重机是集装箱码头上最高的，它在俯仰水平状态下梯形架的高度可以达到90米，在俯仰仰起的状态下前大梁顶端到地面的高度可以达到130米以上，因此在梯形架和俯仰的顶端都需要安装避雷针并保证其与钢结构可靠焊接或连接，并按照JT556-2004《港口防雷与接地技术要求》在整机钢结构上，凡不是采用焊接方式连接的地方，如法兰、轴承或铰链连接的地方，均在连接处两侧分别焊接M10的电焊螺母，布置接地跨接线，保证电路的连续性。在钢结构的近地面处安装与起重机地面轨道良好接触的接地靴，接地靴上的接地线与起重机钢结构相连。这样就构成了一个从避雷针到接地靴的回路，保证雷电能快速释放到大地。对于避雷针的类型前大梁可以放置两根普通避雷针，而梯形架最好放置两根预放电避雷针。预放电避雷针是具有“促进电离”的基本特性，从而达到了比普通避雷针更早的先导放电，相比普通避雷针扩大了保护半径，提高了安全系数，可以确保即便是前大梁水平状态下，前大梁前端部部位于梯形架避雷针的保护范围之内，从而增加了外部避雷的可靠性。

3.2 内部结构防雷

3.2.1 接地和等电位的连接

岸边桥式起重机的整体钢结构和各部位的结构件经过跨接线连接后可以看成一个庞大的接闪器和雷电引下体。但是当岸桥遭遇到雷击以后，其受击部位瞬间与其他部位的电位是不一样的，因此需要将各个部件、电气元件外壳等都要做好等电位连接与接地保护措施。

3.2.2 合理布线

岸边桥式起重机上使用的电缆的电压等级比较多，有高压电缆、变频电机电缆、动力电缆、控制和通讯电缆等等。这些电缆敷设时通讯电缆与其他电缆尽量成90度直角，对于PLC和远程模块的通讯电缆必须穿金属电缆软管，并且金属电缆软管的两端可靠接地。变频电缆和动力电缆之间间隙小于80mm的须加金属隔板，即便是控制电源电缆与通讯线和24V信号线之间也要有合適的间隔距离或者有金属隔板。

3.3 线路中并联浪涌保护器

在多级电源回路中并联浪涌保护器可以最大限度的实现对岸边桥式起重机上精密电气元件的防雷保护。以南海三期岸边桥式起重机项目防雷方案为例，浪涌保护装置在该项目的应用如下：

3.3.1 为从机房主变压器、辅助变压器到电气房电气接线柜内的主回路中分别并联接入了雷电冲击电流Iimp （10/350μs）= 25kA的第1级浪涌保护器。

3.3.2 为变频驱动器的两个整流柜整流单元共计8个的输入电源分别各自并联安装一套第2级电涌保护器，放电电流Imax（8/20μs）= 25kA。

3.3.3 为变频驱动器输出侧到起升、俯仰、小车马达之间三相动力线路中各并联接入电涌保护器，形成对驱动器和主机构马达的防雷保护。

3.3.4 为司机室380V总电源输入侧并联安装一套雷电冲击电流Iimp （10/350μs）= 25kA的第1级雷电流保护器，这构成因为拖令电缆遭遇雷电对司机室内电气元件的第1级保护。

3.3.5 为电气房控制柜内220V主控电源进线侧并联增加安装一套雷击冲击电流Imax（8/20μs）=3kA的第2级浪涌保护器。

3.3.6 为司机室控制柜内220V电源进线侧并联安装一套雷击冲击电流Imax（8/20μs）=3kA的第2级浪涌保护器。

3.3.7 为吊具220V电源司机室及吊具上架两端各并联安装一套雷击冲击电流Imax（8/20μs）=3kA的第2级浪涌保护器。

3.3.8 为大车海侧和陆侧操作站或控制箱220V控制电源进线侧并联安装雷击冲击电流Imax（8/20μs）=3kA的第2级浪涌保护器。

3.3.9 为主控柜PLC控制器的110V电源输入端并联安装一套标称放电电流 （8/20 ?s） （In）  =2 kA的第3级浪涌保护器。

3.3.10 为司机室PLC控制器的110V电源输入端并联安装一套标称放电电流 （8/20 ?s） （In）  =2 kA的第3级浪涌保护器。

3.3.11 为吊具与司机室通讯用的CAN-BUS总线通讯信号两端并联安装一套信号浪涌保护器。

3.3.12 为前大梁的重量传感器信号输出侧安装信号电涌保护器，PLC模拟量输入侧安装信号电涌保护器。

3.3.13 风速仪的信号输入至PLC模拟量模块之间安装信号电涌保护器。

这样就几乎将岸边桥式起重机上所有精密元件及重要部件全部涵盖在浪涌保护的范围之内，保证了防雷避雷的可靠性。该项目交付两年以来未收到因雷击造成设备损坏客户反馈。

4、结束语

综上所述，随着人们对岸边桥式起重机防雷意识的提高，新产品、新技术、越来越成熟的工艺标准等越来越广泛的应用，雷电对岸标桥式起重机等类似大型设备的损害必将进一步降低，从一定层面上说设备安全可靠性得到一定的提高，集装箱码头生产秩序有了进一步的保障。

参考文献

参考文献：

[1]洪辉. 关于岸边集装箱起重机防雷的改造措施.港口科技.港口机械.2010（06）：37-40

[2]上海振华重工（集团）有限公司《电气工艺安装规范》