铁路货场门式起重机装卸作业防雷的探讨

金卫东

(北京铁路局 天津货运中心，天津 300142)

铁路货场门式起重机装卸作业防雷的探讨

金卫东

(北京铁路局 天津货运中心，天津 300142)

铁路货场门式起重机属于第三类防雷建筑，容易受到雷击和雷电感应及电涌的破坏。在阐述雷电对铁路货场门吊装卸作业的危害的基础上，针对门式起重机的结构设计及电气系统特点，通过采取避雷针对直击雷进行防护的外部防雷措施，以及通过技术手段防雷电感应、防雷击电涌侵入的内部防雷措施，确保门式起重机和作业人员雷雨季节的安全。

铁路；装卸作业；门式起重机；防雷措施

1 雷电对门吊装卸作业的危害

《起重机械安全规程》(GB6067—2010)[1]规定，对于安装在野外且相对周围地面处在较高位置的起重机，应考虑避除雷击对其高位部件和人员造成损坏和伤害。货场门式起重机 (以下简称“门吊”) 处在货场装卸作业空旷区域，高度一般可达 15～20 m，属于货物装卸作业区的高大建筑，按照《建筑物防雷设计规范》(GB50057—2010) 中的分类，应属于第三类防雷建筑[2]。当门吊防雷装置设置不当时，如双梁带马鞍门吊风速仪安装在司机室一侧的马鞍上，而避雷针设置在司机室远端主梁悬臂处，距风速仪约 30 m，就可能起不到防雷作用。因此，通过雷电对门吊装卸作业的危害及防雷措施进行探讨，以确保雷雨季节装卸作业的安全。

雷电主要通过直击雷和闪电感应 2 种形式对门吊和地面装卸作业人员造成危害。直击雷是雷云对门吊、地面作业人员等的一种迅猛放电现象，闪电直接击于门吊或人体上，对地放电电压可以达到数百万伏，强电流可以达数万安培，对门吊和作业人员危害极大。闪电感应是指闪电发生时，在门吊金属管道、钢结构上产生的静电感应和电磁感应，可能产生火花放电。直击雷和闪电感应都能在门吊架空供电线路、电缆线路或金属管道上产生沿线路或管道的 2 个方向迅速传播的闪电电涌 (即雷电波)，可能引起火灾，摧毁电气系统。

货场门吊按规定在主梁上安设风速仪传感器，处在制高点，容易受到雷击。当雷电击中风速仪传感器时，电波顺电线进入司机室，可能将风速仪机体击毁

甚至引起爆炸。由于门吊紧急防风制动器与风速仪联锁，会造成起重机紧急制动，产生较大震动和冲击，威胁人身和设备安全。

2 门吊装卸作业防雷措施

门吊装卸作业的防雷分为外部防雷和内部防雷。外部防雷是指通过避雷针对直击雷进行防护，内部防雷是通过技术手段防雷电感应、防雷击电涌侵入。

2.1 外部防雷措施

防直击雷的防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成。采用避雷针作为门吊防雷接闪器[3]，焊接在门吊的马鞍或主梁上。门吊主梁、支腿、钢轨、接地装置可以构成接闪、传导系统，将雷电泄放入地，但应满足电气设备接地保护的基本要求，即在门吊任意一处测量的接地电阻均不得大于 4 Ω。门吊钢结构法兰连接处和大、小车轨道接头处均应做好电气过桥连线，使门吊金属结构成为一个良好的导电整体，司机室钢构架整体与门吊金属结构必须有可靠的电气连接[4]。三相四线制供电的货场门吊采取接地保护防止发生触电伤亡事故，同时起到防雷接地保护作用，当门吊遭受雷击时，将雷电流通过接地系统泄放。

2.1.1 合理设置避雷针

避雷针的安设高度和位置应使防护对象处在其保护范围之内。雷雨来临时，司机可以在司机室避雷。由于司机室与门吊金属结构等电位，即使遭受雷击也不会对司机室内人员构成威胁。对货场门吊来说，避雷针的保护范围应涵盖主梁上的风速仪传感器和司机室，以及地面作业人员。

避雷针保护范围的大小与避雷针的高度和被保护物的高度有关。门吊采用单支避雷针，其保护范围如图 1 所示[5]。

图1 单支避雷针的保护范围

从图 1 可以看出，当被保护物的高度 hx≥h/2时，避雷针的保护范围近似在以尖顶为中心的 45° 锥体内的空间。单支避雷针在被保护物高度 hx水平面上的保护半径的计算公式为

式中：rx为避雷针在 hx高度水平面上的保护半径，m；h 为避雷针的高度，m；hx为被保护物的高度，m；ha为避雷针的有效高度，m；P 为修正系数，当h ≤30 m 时，P = 1。

以跨度 22 m 带马鞍的双梁门吊为例，避雷针应设置在靠近司机室侧的马鞍上，采用针长 1 m 的圆钢或焊接钢管 (圆钢为 16 mm，钢管为 25 mm)。如果避雷针的高度 h = 18 m，司机室顶面高度 hx1= 9 m，风速仪传感器高度 hx2= 17.5 m，地面人员高度 h人= 2 m，由于 hx≥h/2，因而单支避雷针在司机室顶面高度 hx1水平面的保护半径为

在风速仪传感器高度 hx2水平面的保护半径为

在地面人员高度 h人水平面保护半径为

从以上计算可以看出，当风速仪传感器高度低于避雷针高度 0.5 m 时，传感器应设置在以避雷针为中心的 0.5 m 范围以内，避雷针设置的位置距司机室最外端不大于 9 m，以避雷针在地面投影点为中心，半径 23 m 范围内的地面人员受到防护。在实际设置中，避雷针距风速仪传感器水平距离不宜大于 0.5 m，避雷针的有效高度与其距传感器的水平距离相等。

2.1.2 保持地面作业人员与接地引下线距离

从上面的计算可以看出，地面装卸作业人员仅在一定范围内能够受到防雷保护。但是，由于地面作业人员与大地等电位，当避雷针遭雷击时，在门吊接地装置附近会产生高电位，与地面作业人员存在电位

差，从而产生跨步电压，威胁人身安全。①为防止雷击时对地面起重作业人员的伤害，雷雨时，作业人员不得站在距离门吊大车轨道、接地装置 5 m 以内的范围内。②为保证避雷针接地有效，每年雷雨季节到来之前应测试 1 次避雷针的接地电阻。接地不良时对门吊接地装置 (钢结构法兰联结处跨接电气连线、接地引线与接地极连接部分、接地极桩连接点及接地体锈蚀情况) 进行彻底检查，特别是地面处及地下部分容易腐蚀断开，需要及时发现处理，确保防雷接地效果。

2.2 内部防雷措施

空旷货场作业的门吊受到避雷针保护，虽然会避免直接遭受雷击，但却增加了电涌过电压的危险。在离雷击点 100 m 处，雷击的间接传导和感应形成的电涌电压仍然可能造成门吊电器损毁。门吊采用低压架空线或架空上滑线供电，雷电对架空线路、电缆的感应放电或闪电直接侵入，雷电涌沿着线路侵入门吊电气系统，危及司机人身安全和损坏电器设备，容易造成火灾。内部防雷可以采取以下措施。

2.2.1 金属构件等电位连接接地

门吊各部金属构件均用过桥电气连线跨接成等电位，整机金属结构接地电阻不大于 4 Ω。司机室内非带电金属部分如穿线管、操纵台防护罩、配电柜等应与司机室钢构架有可靠等电位连接。门吊布设的电缆均应穿入金属管，并且金属管通过与整机金属结构连接接地[6]。

2.2.2 电气系统加装电涌保护器

电涌保护器 (SPD) 是一种防止雷电涌过电压冲击的内部防雷保护装置，在迅速导泻雷电流的同时，将过电压限制在规定值以下，迅速切断电路。可以在门吊上滑线引入门吊配电柜线路刀闸上口进线处安装1 组电涌保护器[7]，如图 2 所示。该电涌保护器耐冲击电压额定值 4 kV，标称放电电流不应小于 5 kA，电压保护水平小于等于 2.5 kV，最大持续运行电压最小值 1.15 U0(253 V)[2]。电涌保护器上端接在三相电源线路上，下端接地，两侧引线总长度相加不宜超过0.5 m[8]。正常时，电涌保护器对地保持绝缘状态；当雷电冲击波到来时，电涌保护器被击穿，将雷电引入大地；冲击波过去后，电涌保护器自动恢复绝缘状态。加装的电涌保护器需要定期进行外观检查和绝缘监测 (2 500 V 摇表测量，绝缘电阻值应大于1 000 MΩ)，并安装在司机室外距离不超过 5 m 的配电柜内。

图2 电涌保护器接线图

3 结束语

货场门式起重机装卸作业防雷是雷雨季节装卸作业安全防范的重点，应结合所在地气象特点和门式起重机的结构和电气系统设计，采取科学合理的方案。风速仪、司机室和地面装卸作业人员是门式起重机装卸作业防雷的重点，风速仪、司机室应保护在以避雷针尖顶为中心的 45° 锥体空间内。雷雨时，地面装卸作业人员可以视现场情况避雷；如果需要留在作业现场，则应处在避雷针保护范围内，并且与接地引下线装置保持5 m距离。电涌保护器可视当地年平均雷暴日情况加装，对于年平均雷暴日大于 40 d 的多雷地区，应加装电涌保护器。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 起重机械安全规程：GB6067.1—2010[S]. 北京：中国标准出版社，2010：13.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 建筑物防雷设计规范：

GB50057—2010. 北京：中国建设出版社，2010：10.

[3] 沈培坤，刘顺喜. 防雷与接地装置[M]. 北京：化学工业出版社，2006.

[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 起重机设计规范：GB3811—2008 [S]. 北京：中国标准出版社，2008：92.

[5] 朱建德，潘品英. 实践电工手册[M]. 北京：机械工业出版社，1998.

[6] 夏 翔. 起重机电控设计参考手册[M]. 北京：机械工业出版社，2012.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 建筑物电子信息系统防雷技术规范：GB50343-2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012：35.

[8] 林建民，宁 波. 防雷装置设计与安装[M]. 北京：气象出版社，2010.

（责任编辑 金 颖）

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

金卫东 (1967—)，男，河北唐山人，大学本科。