港口门座式起重机智能防雷系统：守护港口设备安全的坚固防线
在港口的各类大型起重设备中，门座式起重机扮演着至关重要的角色，广泛应用于散杂货的装卸作业。然而，由于其作业环境多为沿海空旷区域，在雷雨天气下，高耸的臂架极易遭受雷击，这不仅可能损坏电气设备，甚至会引发严重的安全事故。因此，为门座式起重机配备高效可靠的防雷系统势在必行。本文将深入探讨港口门座式起重机智能防雷系统的设计与应用，为保障港口设备和人员安全提供有力支持。
一、港口门座式起重机防雷的重要性
门座式起重机作为散货码头的核心装卸设备，在港口和露天堆料场频繁作业。国内散杂货码头中，其数量众多且使用频率极高。但因其长期在野外工作，作业地点多处于沿海空旷区域，在雷雨天气时，高耸的臂架很容易成为雷电的引下通道。一旦遭受雷击，可能会对人体造成直接伤害，还会因闪电影响、火花物理损坏以及闪电干扰电磁导致内部系统出现缺陷等。这些风险会带来经济损失和其他严重后果，所以做好门式起重机的防雷工作刻不容缓。
二、港口门座式起重机原始防雷方案及改进方案
1. 起重机原防雷方案
金属结构作为防直击雷装置：装卸现场的门座式起重机、岸桥、卸船机等，其金属结构可充当防直击雷的装置。
轨道接地要求：门座式起重机等机械装卸的轨道必须接地，且接地点至少要有2个。轨道上每隔30 – 40m需设置1处接地点，同时要与并行的另一轨道相跨接。轨道接地线和跨接线一般选用热镀锌圆钢或扁钢，圆钢直径在20mm以下，扁钢截面积在(160 – 160mm2) 以下，厚度在4mm以下，每个接地点的接地电阻需控制在10Ω以下。
部分起重机的防雷措施：场地运行的场桥、轮胎吊、正面吊等起重机，不能作为防直击雷设施。在雷暴天气时，需停放在具有防直击雷设施的特定保护区内，并采取人机分离的方式。
电气设备接地保护：起重机上安装的电气设备要可靠接地，起重机金属结构铰接处通过金属跨接软线连接，以保护电气设备免受雷电损坏。
2. 起重机防雷改进方案
根据《建筑物防雷装置检测技术规范》(GB/T 21431 – 2015)，防雷系统检测分为竣工验收检测、定期监督检测和单位自行安全检测三类。但原始防雷方案存在诸多问题，如检测涉及人为因素、设备停机影响、检测时效性等，容易因未能及时检测或接地系统接触不良，导致雷击损坏电气设备等事故。而且随着码头人力成本和检测成本的增加，原始防雷方案的经济性也欠佳。因此，随着工业4.0的发展以及互联网和传感技术的应用，防雷方案引入了智能防雷监控技术。
三、港口门座式起重机智能防雷系统设计
门座式起重机按照A级雷电防护等级进行防雷设计，一般分为外部直接防雷与内部间接防雷两种方式。外部直接防雷装置主要通过钢结构的可靠接地来实现，是起重机制造厂采用的传统防雷措施；内部间接防雷则是减少起重机内部的雷电流和电磁效应，防止接触电压，避免电磁雷电脉冲对电气控制系统和设备产生危害。
1. 外部防雷
避雷针：避雷针的作用是让一定范围内的闪电和放电按照事先设计好的防雷系统泄入大地，保护门座式起重机及其周围设备免受雷击。门座式起重机常用的避雷针能有效避免其保护范围内的设备遭受雷击破坏。近年来引进的新型防雷装置，如半导体射线抑制器、优化避雷针等，可中和雷击负荷、限制放电电流、增加保护范围并抑制雷电电流。避雷针应安装在起重机最顶层，其保护范围通过滚球法确定。对于大型柱式起重机，需根据其延伸与避雷针的保护半径来确定避雷针个数。避雷针底座要与钢制机构焊接，以确保良好接触。
引下线：门座式起重机本身属于金属导体，通常无需额外设置专门的接地引下线。但需用截面积超过(70mm2)的黄绿线跨接全部钢结构法兰、销轴两端，确保起重机各部件之间电气连接良好。
屏蔽电缆：为保护门座式起重机中的控制和通信设备免受电磁雷电脉冲的影响，建议所有通信和信号电缆采用屏蔽电缆。电缆应尽量放置于电缆槽或钢管中，电缆保护层两侧、电缆桥架或钢管必须接地。
接地装置：门座式起重机采用共用接地系统和一组接地装置，用于直击雷防护、接地设备和接地安全防护。土壤安全电阻和接地保护电阻应控制在4Ω以下，起重机公共网络的地面电阻也应在4Ω以下。起重机的行走机构及接地靴与码头轨道相连，码头轨道需平整安装，以保证轮轨连接良好。同时，接地电阻检测器可实时监测设备接地系统是否正常。
2. 内部防雷
等电位连接：当雷电电流侵入起重机时，设备外壳会感应出数千伏的升压电压，对人和设备造成负面影响。因此，门座式起重机必须设置等电位连接网，将电控柜、电机、风机、变压器、照明灯具等电气设备的金属外壳接地，避免设备之间出现危险电位差，防止雷电电磁脉冲影响微电子设备，保障人员安全。
安装浪涌保护器：浪涌保护装置(SPD)主要用于预防电磁脉冲波对起重机设备的控制系统和电气设备造成损坏。门座式起重机通常采用三级SPD进行保护：第一级在电源进线柜主电源处的L – pe和N – pe室内安装；第二级在隔离变压器后端的L – PE、N – PE间各装一个；第三级在主要电气设备（如PLC、视频监控、风速仪、力矩传感器、通信模块）的前端分别安装。SPD连接铜导线的截面积有明确要求，且需尽量与被保护设备保持较小距离，连接导线小于0.5m。同时，为保证多级SPD之间的能量配合，两级SPD之间应加装退耦装置。此外，SPD监控模块可监控DPS的标准状态，在DPS出现故障时评估其有效性，并监测雷电的次数和时间，确保防雷方案更加合理。
四、应用效果
智能防雷系统技术自2015年下半年开始逐渐应用于门座式起重机设计项目，目前已成为门座式起重机防雷系统的标准设计。该系统有效保障了起重机的生产安全，减少了雷击造成的损失，使起重机在遭受强烈风暴后能迅速恢复正常生产。同时，它还能对雷电探测设备和起重机部件的实际状态进行有效监测，收集和分析雷电冲击次数和强度等数据。实践充分证明，智能防雷监测技术在港口起重机中的应用效果显著。
五、结束语
通过对智能防雷系统的设计及现场应用测试可知，智能防雷监测技术对港口门座式起重机的防雷效果十分显著，能有效保障港区的生产运营。完善起重机的防雷措施，不仅可以减少雷电造成的财产损失和人员伤亡，还能提高设备的整体效益。因此，相关企业应加快配置起重机智能防雷系统，确保起重机安全稳定运行，为港口企业创造良好的经济效益，推动企业持续健康发展。
