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岸边集装箱起重机防雷电保护系统改进技术

武彬

【摘要】分析了岸边集装箱起重机因雷击出现的问题,介绍了雷电及港口装卸设备

防雷系统,提出了防雷保护解决方案及防雷保护系统设计改进技术.

【期刊名称】《港口装卸》

【年(卷),期】2016(000)001

【总页数】2页(P8-9)

【关键词】岸边集装箱起重机;雷电;感应雷;重量传感器;防雷保护;电涌保护器

【作者】武彬

【作者单位】天津港欧亚国际集装箱码头有限公司工程技术部

【正文语种】中文

岸边集装箱起重机(简称岸桥)是集装箱码头装卸设备的重要组成部分。为了适应船

舶大型化的发展，岸桥起升高度和外伸距越来越大，以天津港欧亚国际岸桥为例，

地面上起升高度43m，前大梁外伸距66m，岸桥大梁在涨起状态时，最高点距

地面128m，根据尖端放电的原理和雷电选择特性，岸桥是集装箱码头上最容易

遭受雷击的设备。

近5年来，公司11台岸桥中有5台次因雷击造成重量传感器损坏，直接经济损失

123000元，此外由于备件采购时间长而导致设备停机，严重影响设备的正常作

业，因此有必要对岸桥防雷保护系统进行技术改造。

一套完整的防雷保护系统应该包括外部防雷系统和内部防雷系统。

2.1外部防雷系统

外部防雷系统是针对直击雷采取的保护措施。由于岸桥是集装箱码头上最高的建筑

物，根据尖端放电原理：导体(岸桥钢结构)尖端(前大梁或梯形架)的电荷特别密集，

尖端附近的电场特别强，容易发生尖端放电，即遭到雷击。为了避免直击雷造成的

损害，按照JT556-2004《港口防雷与接地技术要求》，岸桥配备了接闪器；引下

线；接地装置等防雷装置[1]。如图1所示。

接闪器指的是避雷针，布置在梯形架及前大梁上。在岸桥作业状态，梯形架避雷针

高约82m，当岸桥涨俯仰停车状态时，避雷针高约128m。接闪器的作用是把闪

电从被保护对象上方引向自己并安全地泄入大地。

引下线指连接接闪器与接地装置的金属导体。由于岸桥自身为钢结构的特性，因此

岸桥直接利用钢结构作为引下线保护；同时，在钢结构铰点连接和螺栓连接的地方

设至跨界导线，最后通过海、陆侧各自接地靴与大车轨道可靠接触。

岸桥防雷系统的接地装置为大车轨道，按要求每间隔30～50m设置一个接地点，

以便使雷电流顺利导入大地。

2.2内部防雷系统

内部防雷系统主要是针对感应雷采取的保护措施。内部防雷系统保护措施主要包括：

等电位系统、合理布线、屏蔽、电涌保护[2]。

等电位系统是指将电器柜、电缆屏蔽线、室外接线箱壳体及变压器的中性点可靠接

地，目的是降低钢结构与电器柜内设备之间的电压差。

合理布线要求电线在布置时，强电与弱电电缆分开布置，电气室外围布线尽量走大

梁金属结构内部，对于重要信号电缆可通过穿金属管敷设，金属管两端要与钢结构

可靠接地连接[3]。

屏蔽措施主要针对弱电信号线路，要求信号电缆使用带金属屏蔽层电缆，在电缆的

两端将屏蔽层与等电位系统可靠连接。

电涌保护是指利用电涌保护器将因电磁感应窜入线路的瞬时过电压限制在设备能承

受的范围内，或将雷电流泄放流入地，保证设备不会因冲击电压、电流而损坏。

3.1存在的问题

2009年5月至2014年8月，共计有5台次岸桥发生过重量传感器在雷暴天气后

损坏，故障现象为传感器输出数值为数值异常。现场勘查未发现损坏的重量传感器

有明显的雷击迹象。

岸桥配备了接闪器、引下线、接地装置等防雷装置。在现场检验时发现，发生损

坏的岸桥当时均处于涨俯仰状态，前大梁避雷针处于127m高空，是码头范围内

最高点，雷电通过避雷针接闪，钢结构做引下线，经接地靴及大车轨道进行放电，

保护其他位置不被雷电直接击中，外部防雷系统工作可靠。

根据雷击方式，可确定重量传感器因感应雷造成损坏。进一步分析发现，岸桥重量

传感器安装在前大梁最前端，距离前大梁避雷针最近处只有1m距离，且处于雷

电流引下线路径中，当前大梁避雷针引雷放电时，重量传感器电源线路和信号反馈

线路中耦合串入感应雷电压。

通过说明书可知，重量传感器为销轴式传感器，传感器供电电压为直流24V，当

销轴受力后，传感器内部电阻应变片桥式电路电阻发生变化，再通过传感器内置发

大器，对应输出端反馈电流值为4～20mA；传感器内置放大器对过电流和过电压

的耐受能力很低。当感应雷电压耦合到电源线路、反馈信号线路后，会造成内置放

大器损坏，传感器输出数值异常。

重量传感器安装位置距离避雷针很近，且未设置电涌保护装置，在安全隔离距