張偉明

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海200125）

0 引言

隨著船舶大型化發(fā)展，裝卸起重機械也逐漸呈現(xiàn)出越來越大的趨勢，“3E”級起重機就是在此趨勢下誕生的一種超大型起重機。然而起重機的大型化也帶來了新的課題，這就是起重機的防雷。高大的起重機由于基本都是矗立在碼頭、船廠等空曠的區(qū)域前沿，周邊基本沒有其他比其更高的建筑物，而且起重機都是金屬結(jié)構(gòu)，極易招致雷電危害。為避免雷電造成財產(chǎn)設(shè)備損失及人身傷亡事故，必須做好起重機的防雷工作。以下就起重機上幾種常用避雷方式展開探討。

現(xiàn)代防雷理論可以簡單歸納為 A、B、C、D、G、S 6個字母，即躲避、等電位連接、傳導(dǎo)、分流、接地、屏蔽6種主要技術(shù)。其中，躲避對于大型起重機來說是不現(xiàn)實的，故起重機主要采用的是后5種技術(shù)。按照IEC62305－1規(guī)范的劃分，防雷主要可分為外部直接防雷和內(nèi)部間接防雷。所謂間接防雷，就是防止雷電電磁脈沖對起重機上電氣控制系統(tǒng)及電氣設(shè)備造成沖擊影響。

1 外部避雷方式

外部避雷的主要原理就是利用接閃器將附近雷雨云中的雷電吸引過來，并將其產(chǎn)生的巨大能量通過特定裝置迅速導(dǎo)入大地，以減少對設(shè)備和人員的損壞及傷害。一套完整的外部避雷裝置基本由以下3個部分組成：接閃器、引下線和接地裝置。接閃器又有多種不同形式，常見的有避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線，起重機上一般使用避雷針作為接閃器。

1.1 常用避雷方式

按照相關(guān)國家標準規(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［1－2］。”由于起重機本身是一個巨大的“鋼鐵巨人”，其自身就是一個良好的金屬導(dǎo)體，因此目前起重機生產(chǎn)廠家最常用的避雷方式就是利用起重機本體作為引下線，然后在起重機的幾個制高點安裝避雷針作為接閃器，并利用起重機大車上相對移動的接地靴與大車軌道之間的良好接觸作為接地裝置，從而起到引導(dǎo)雷電的作用。目前國際上通用的避雷針安裝位置的選取方法主要是滾球法和保護角法，用以確定避雷針的位置及其保護范圍。當然也有一種理論認為，起重機本身作為一個優(yōu)良的金屬導(dǎo)體，再在其上安裝避雷針是多余的，可省去專門的接閃器，即起重機本體的金屬結(jié)構(gòu)既可作為接閃器也可作為引下線［3］。無論是否需要接閃器，以上避雷方式下金屬結(jié)構(gòu)上各鉸接點之間要用跨接線可靠連接好，以保證金屬結(jié)構(gòu)整體導(dǎo)電能力的完好，可以讓雷電的強大電流經(jīng)接地裝置順利泄入大地。

1.2 絕緣避雷方式

這種避雷方式與前述避雷方式的最大不同之處在于，此種方式起重機金屬結(jié)構(gòu)不作為避雷系統(tǒng)的泄流通路，也就是說起重機的引下線是另外獨立敷設(shè)的，并且是專門穿管敷設(shè)的。采用專用的50mm2左右銅質(zhì)裸電纜沿金屬結(jié)構(gòu)敷設(shè)在金屬電纜管內(nèi)，兩頭分別連接上部的接閃器和下部的接地裝置。由于引下線線路較長，需在金屬管路的中間和轉(zhuǎn)角等適當位置處設(shè)置分線箱，以便于引下線電纜的敷設(shè)及固定。需要特別注意的是，分線箱、金屬管路與起重機金屬結(jié)構(gòu)需用絕緣子支撐隔離并固定在結(jié)構(gòu)上。另外，此避雷系統(tǒng)回路上所有的分線箱、金屬管路等與金屬結(jié)構(gòu)、欄桿等導(dǎo)電體的最小距離不能小于200mm，以防對金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生閃絡(luò)和反擊現(xiàn)象。由上所述可知，這種形式的避雷系統(tǒng)最大特點就在于它是獨立的、自成一體的，整機金屬結(jié)構(gòu)與避雷回路不相連接，避免了因金屬結(jié)構(gòu)回路連接不良導(dǎo)致接地電阻過大，從而當有雷電流流過時損毀起重機部件及相關(guān)電氣設(shè)備的現(xiàn)象。

另外還有兩種絕緣避雷方式與以上這種方式類似，只是由于引下線介質(zhì)不同，在敷設(shè)時方式也有些許不同。這兩種避雷方式采用的引下線是普通的船用電纜，一種是引下線電纜敷設(shè)在金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)的電纜托架上或是電纜托架外邊沿，另一種是引下線電纜用絕緣支撐夾直接固定在金屬結(jié)構(gòu)上。雖然與前述絕緣避雷方式有些不同，但其總的原理是相同的，即不與起重機金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生關(guān)系，防止對結(jié)構(gòu)造成任何危害。

2 內(nèi)部避雷方式

外部避雷方式上采用的避雷針、避雷網(wǎng)等措施，從字面意義上來理解似乎是避免雷擊，實際是引導(dǎo)雷電的擊打，從而將雷電經(jīng)特定通路引入地下，避免直擊雷對相關(guān)設(shè)備與人員造成傷害。然而當雷電通過金屬結(jié)構(gòu)或是在周圍空氣中對地釋放巨大能量時，會產(chǎn)生強大的電磁脈沖波。這種電磁脈沖波會對起重機設(shè)備上的控制系統(tǒng)及電氣設(shè)備造成無法預(yù)計的損壞，而通過外部避雷方式不能阻止電磁脈沖波對起重機的影響，因此需要采用內(nèi)部防護的方法來防止和抑制電磁脈沖造成的危害。

2.1 安裝浪涌保護器（SPD）

浪涌保護器是一種特殊的電子裝置，它被安裝在需要保護的設(shè)備的前端，可以限制瞬態(tài)過電壓和分流浪涌電流，保護被保護設(shè)備或系統(tǒng)不因受沖擊而損壞。由于雷電產(chǎn)生的電磁脈沖波是無孔不入的，可從空間的各方位入侵起重機控制系統(tǒng)及電氣設(shè)備，因此浪涌保護器的安裝宜依據(jù)分級防護、逐級消散的原則，也就是說電源線路上要分層次地安裝浪涌保護器，以盡可能消散電磁脈沖及感應(yīng)電勢，將瞬態(tài)電壓抑制在設(shè)備允許的范圍內(nèi)，保護電氣設(shè)備安全。另外，按照JT556—2004《港口防雷與接地技術(shù)要求》的規(guī)定，除電源線路外，從室外引入的信號線路上也應(yīng)安裝浪涌保護器。例如對于起重機上經(jīng)常使用的室外拖令、拖鏈、吊具電纜以及無線通訊收發(fā)設(shè)備等［4］，浪涌保護器的安裝可有效保護其免受電磁脈沖波的侵擾。

2.2 等電位連接

等電位連接就是把起重機各金屬部件、管路用跨接線可靠連接起來，使其成為一個整體，以保證各部位電位相等，沒有電位差。當有雷電電流流過時不會因為某處的電位不同而造成設(shè)備損壞及危及人身安全。具體到起重機上就是將所有金屬結(jié)構(gòu)、各類電氣控制屏、穿線管路、設(shè)備金屬外殼等連接成一個等電位體并接地，從而消除或減少雷電流過金屬結(jié)構(gòu)及設(shè)備時產(chǎn)生的電位差。

2.3 有效進行屏蔽處理及電纜線合理分布

雷電電磁脈沖波對起重機上各器件的影響無處不在，使用屏蔽電纜線是減少電磁脈沖影響的有效措施之一。這利用了有名的法拉第籠原理，即等電位情況下籠體內(nèi)的電位為0［3］，因此只要將屏蔽電纜的屏蔽層在設(shè)備兩端做好有效接地，就能截斷電磁脈沖波通過線路侵入設(shè)備的通道，使其“無縫可鉆”，避免設(shè)備損壞。同樣原理，起重機上電纜應(yīng)盡可能敷設(shè)在金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)或金屬管、線槽路內(nèi)，并合理布置動力、控制、通訊等不同屬性電纜的位置、間距等，以防止電磁脈沖波及感應(yīng)電勢的影響及相互干擾。

2.4 有效的保護接地

有效的接地是防雷系統(tǒng)中最為基礎(chǔ)也是最為關(guān)鍵的一環(huán)，無論外部避雷系統(tǒng)還是內(nèi)部避雷系統(tǒng)都與其有著密不可分的聯(lián)系。保護接地的作用就是將電氣設(shè)備不帶電的金屬部分與接地體之間做良好的金屬連接，降低接點的對地電壓，避免人體觸電危險。有效可靠的接地才能保證等電位連接的實現(xiàn)，才能保證直擊雷順利泄入大地，才能保證浪涌的有效分流。

3 結(jié)語

目前，國內(nèi)的起重機防雷技術(shù)已達先進水平，但上述幾種防雷方式無法萬無一失，因此需多種方法結(jié)合使用?？偠灾鹬貦C的防雷是一個系統(tǒng)工程，需綜合考慮各方面因素，采取有效措施，以最大限度降低人身傷亡及設(shè)備財產(chǎn)損失。

［1］GB／T3811—2008 起重機械設(shè)計規(guī)范［S］

［2］GB6067.1—2010 起重機械安全規(guī)程［S］

［3］趙國.起重機的防雷［J］.起重運輸機械，1994（1）：16～18

［4］顧明觀.岸邊集裝箱防雷設(shè)計初探［J］.港口裝卸，2012（2）：1～4