我公司管理30多台臂架式履带起重机(以下简称履带起重机),在建设发电厂项目施工过程中,这些履带起重机经常承担高、大设备的吊装任务。若吊装或停放时遇到雷雨天气,容易遭受雷电袭击,可造成其吊臂上的传感器、主机控制器,甚至整套力矩控制系统因雷击而损坏。上述设备遭雷击损坏后,影响施工进度且修复费用较高。鉴于雷击对履带起重机危害较大,我们对雷电及其对履带起重机的危害进行了认真分析,并提出预防雷击的措施。
1.雷电的形成及危害
(1)形成
雷电一般产生于空气对流发展旺盛的积雨云中,当云层上、下之间形成的电位差达到一定程度后,就会放电即产生闪电。闪电的平均电流是3万A,最大电流可达30万A。闪电的电压很高,约为1亿~10亿Vo 1个中等强度雷暴的功率可达10mw,相当于1座小型火电厂的输出功率。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时,就会发生激烈放电。
(2)危害
雷电分为直击雷、电磁脉冲、球形雷、云闪4种,其中直击雷和球形雷都会对人体和建筑物造成危害。直击雷就是在云体上聚集很多电荷,大量电荷要找到1个通道来释放,有时候某个建筑物,或某个铁塔,或空旷地方的某个人,会变成电荷释放通道。当大量电荷释放到人或物时,就会将其击伤。防雷装置接闪时,强大的瞬间电流会对建筑物内电力线路和电子设备产生干扰。雷电的电磁脉冲,是打雷时产生的强大闪电电流及其电磁场,其感应范围很大,对建筑物、人体、各种电气设备都会产生不同程度的危害。
2.履带起重机遭雷击形态及后果
履带起重机吊臂由若干节析架组成,节与节之履带起重机吊臂由若干节析架组成,节与节之间用销轴连接,吊臂头部经常是施工现场的最高点。2000年以前国内外制造的履带起重机,大都没有安装防雷设各。
履带起重机吊臂上布置着主、副角度传感器、拉力传感器、风速仪、限位开关等控制元件,如图1所示。这些元件先连接到最近的接线盒,再从接线盒合并为1根24芯屏蔽电缆,连接到驾驶室的控制及人机界面系统并构成回路。力矩控制系统是履带起重机最重要的安全防护装置,其作用是防止超重、超力矩、超风速,保证履带起重机在安全范围内作业。
履带起重机遭受雷击的形态有2种:第一种形态是雷电直接击中吊臂,雷电电流经吊臂钢结构流入大地进行放电;第二种形态是雷电落在履带起重机附近,使履带起重机遭受电磁感应。
当雷电直接击中吊臂时,强大的瞬间雷电电流对吊臂上力矩控制系统的电子设备产生千扰,并在吊臂附近形成很强的感应电磁场,给履带起重机力矩控制系统的电子设备造成损坏。
雷电落在履带起重机附近的现象发生比较频繁,由于雷电电流幅度值大、波形陡,可在雷电电流的通道附近形成高强度(>30kA)感应电磁场。高强度雷电电流放电时,可对距离雷击点1km范围内的电子线路系统产生电磁感应。由于吊臂顶部位置最高,大大增加了接收雷击电磁脉冲的机会,由此可造成履带起重机力矩控制系统损坏。
当履带起重机吊臂遭受雷击,或其邻近地区有雷电放电时,将产生脉冲暂态磁场。这种快速变化的磁场感应到履带起重机电子设备后,将在电子设备回路中感应出暂态过电压。这些暂态过电压可击穿与回路连接的电子设备,造成电子设备损坏。
3.雷击预防措施
(1)直击雷
机身接地履带起重机接地不少于2处,因此可将落在吊臂上的雷电电流直接接入地下释放,具体措施如下:使用软铜材料制作2根机身接地线(引下线),其截面积不小于50m耐、长度约20m(该长度应保证履带起重机在工作范围内移动)。用机身接地线将履带起重机左、右侧履带架与现场接地体连接牢固。若施工现场没有接地体应进行制作,其材料为直径50mm、长度为2500mm的镀锌钢管,插入地下的接地体电阻不大于4Ω。无论履带起重机是否使用,均须将机身接地线与插入地下的接地体连接牢固。若履带起重机在路基板上工作,该路基板也必须按照上述方法进行接地。
吊臂接地每节吊臂之间通过销子连接,销子与吊臂节之间存在接触电阻。为消除该电阻,需要安装2根专用接地线,从吊臂头部引下与插入地下的接地体连接牢固。良好的接地能有效释放雷电能量,降低接地线上的电压。此外在现场有条件时,可将吊臂平放到地面上。