鋼鐵企業(yè)的橋式起重機(jī)電氣設(shè)備的防火管理具有極其重要的意義。本文對鋼鐵企業(yè)橋式起重機(jī)電氣火災(zāi)事故實(shí)際案例的原因分析，發(fā)現(xiàn)電源供電采用TN-C系統(tǒng)，滑線沿用“三相三線”系統(tǒng)，且從變壓器中性點(diǎn)引出的保護(hù)接地中性導(dǎo)體(PEN線)沒有引至吊車滑線上，甚至沒有將PEN線鋪設(shè)到現(xiàn)場的滑線受電開關(guān)柜處與廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠連接。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對供電系統(tǒng)進(jìn)行了改造，實(shí)踐證明接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)在橋式起重機(jī)電氣設(shè)計(jì)和日常管理維護(hù)中的至關(guān)重要作用。文章提出的起重機(jī)接地系統(tǒng)需要注意的技術(shù)問題對鋼鐵企業(yè)橋式起重機(jī)電氣設(shè)備消除火災(zāi)隱患具有一定的參考價(jià)值。
鋼鐵企業(yè)的橋式起重機(jī)長期處于高負(fù)荷、高溫、高粉塵等惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中，且在作業(yè)中車體的電氣設(shè)備距離熔融金屬較近，導(dǎo)致絕緣老化加速，這些不利因素都給起重機(jī)電氣設(shè)備的防火管理帶來了諸多難題。因而明確火災(zāi)事故的起因，采取有效的防范措施，消除電氣火災(zāi)隱患，是橋式起重機(jī)電氣設(shè)備管理中需要特別注意的問題。
橋式起重機(jī)電氣火災(zāi)事故成因
電氣設(shè)備發(fā)生火災(zāi)的起因
火災(zāi)的釀成必須具備火源、可燃物和氧氣。電起火一般以異常高溫、電弧或電火花的形式出現(xiàn)，其起因多為短路、連接不良或電氣裝置設(shè)計(jì)、安裝不當(dāng)三類情況[1]。
橋式起重機(jī)電氣火災(zāi)事故的起因
在鋼鐵企業(yè)中，橋式起重機(jī)電氣設(shè)備安裝的位置相對封閉，電纜鋪設(shè)路徑特殊，車體空間狹小，電氣元件和電纜長期隨車體持續(xù)地晃動或振動，同時(shí)還存在高溫的熔融金屬噴濺的危險(xiǎn)。因此，橋式起重機(jī)易發(fā)生火災(zāi)事故的起因包括：電氣元件燒損、線纜過負(fù)荷、相間短路、單相接地及熔化的金屬噴濺等。
起重機(jī)常用配電系統(tǒng)分類
接地形式
我國在起重機(jī)上采用的配電形式有：TN和IT系統(tǒng)。其中TN系統(tǒng)又細(xì)分為：TN-C、TN-S、TN-C-S系統(tǒng)，主要用于低壓配電，以TN-S系統(tǒng)最為常用。而IT系統(tǒng)主要應(yīng)用于中壓供電的橋式起重機(jī)，如AC3000 V。
起重機(jī)供電滑觸線的數(shù)量
三相三線系統(tǒng)由三根相線組成，無中性導(dǎo)體(N線)和接地保護(hù)導(dǎo)體(PE線)。改革開放前，我國設(shè)計(jì)生產(chǎn)的橋式起重機(jī)普遍采用此種供電方式。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3811—2008“起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范”要求，此種供電方式已淘汰。
三相四線系統(tǒng)，由三根相線及一根PE線組成。三相五線系統(tǒng)由三根相線、N線及PE線組成。這兩種供電方式提高了系統(tǒng)的接地可靠性、安全性，目前被廣泛采用。
接地技術(shù)的應(yīng)用與火險(xiǎn)故障的發(fā)生
接地技術(shù)科學(xué)應(yīng)用
在配電系統(tǒng)中，任意一種接地系統(tǒng)都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合。科學(xué)地應(yīng)用接地技術(shù)是避免火險(xiǎn)事故的保障。只要科學(xué)地匹配好相應(yīng)的保護(hù)措施，在實(shí)際應(yīng)用中就不會存在安全隱患，但如果配備不合理，或接地設(shè)計(jì)和安裝存在問題，則會給日后的安全運(yùn)行埋下禍根。
火災(zāi)事故案例分析
某煉鋼廠的爐前原料跨和爐后鑄跨兩個(gè)區(qū)域內(nèi)先后有5號、8號225 t起重機(jī)因控制屏內(nèi)電氣設(shè)備故障導(dǎo)致火災(zāi)事故，造成部分控制屏和車體電纜燒毀，被迫停車檢修3~4 d，經(jīng)濟(jì)損失較大。但在火災(zāi)故障發(fā)生時(shí)，在電氣元件和電纜嚴(yán)重?zé)龘p接地的情況下，承擔(dān)短路保護(hù)的各級斷路器(包括：起重機(jī)總斷路器、現(xiàn)場滑線受電斷路器、變電所饋電斷路器)卻沒有一個(gè)發(fā)揮保護(hù)跳閘的作用，沒能切斷故障回路，最終使普通的電氣故障演變成為嚴(yán)重的火災(zāi)事故。
經(jīng)勘察分析，發(fā)現(xiàn)該煉鋼廠電源供電采用TN-C系統(tǒng)，滑線沿用了20世紀(jì)70年代建廠之初的“三相三線”系統(tǒng)，且從變壓器中性點(diǎn)引出的保護(hù)接地中性導(dǎo)體(PEN線)沒有引至吊車滑線上，甚至沒有將PEN線鋪設(shè)到現(xiàn)場的滑線受電開關(guān)柜處與廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠連接。當(dāng)起重機(jī)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流需要通過起重機(jī)車體結(jié)構(gòu)(包括車輪)、廠房結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場及變電所的接地網(wǎng)，再經(jīng)變壓器接地電阻回到系統(tǒng)的中性點(diǎn)，如圖1所示。其故障電流Id為：
式中，Id為故障電流，U0為相導(dǎo)體對地電壓(220 V)，Rcr為起重機(jī)車體結(jié)構(gòu)(包括車輪)電阻，Rcon為廠房結(jié)構(gòu)的電阻，RG為現(xiàn)場接地網(wǎng)及變電所接地網(wǎng)的電阻，RE為變壓器中性點(diǎn)的對地電阻。
如此小的故障電流自然無法驅(qū)動各級斷路器瞬動保護(hù)跳閘，但只要很小的故障電流就可以維持故障電弧的穩(wěn)定，從而導(dǎo)致局部高溫達(dá)2000~4000℃[1]，引燃鄰近的電氣元件或電纜，造成火災(zāi)事故發(fā)生。
2008年更新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3811—2008“起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范”要求，起重機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)禁繼續(xù)使用上述“未將地線引至起重機(jī)車體”的“三相三線”系統(tǒng)[3]。該企業(yè)在隨后的供電系統(tǒng)改造項(xiàng)目中，雖然由于現(xiàn)場條件制約，沒有增設(shè)PE線滑觸線，但將供電系統(tǒng)改為了TN-S系統(tǒng)，并將PE線鋪設(shè)至現(xiàn)場的滑線受電開關(guān)柜處，增設(shè)了接地設(shè)施，并與廠房結(jié)構(gòu)可靠連接，大大降低了故障回路的接地電阻。
當(dāng)單相接地故障發(fā)生時(shí)，因接地電阻小了，從而使故障電流增大，促使斷路器保護(hù)跳閘，切斷故障回路電源，避免了火災(zāi)事故發(fā)生。改造后，雖然時(shí)常出現(xiàn)因電氣設(shè)備故障導(dǎo)致車體斷路器或滑線受電斷路器動作跳閘的現(xiàn)象，但再沒有出現(xiàn)因動力系統(tǒng)接地而導(dǎo)致火災(zāi)事故的現(xiàn)象發(fā)生，長期以來的實(shí)際穩(wěn)定運(yùn)行也證明了此方法的有效性。
起重機(jī)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝與維護(hù)
國家標(biāo)準(zhǔn)對起重機(jī)接地技術(shù)的要求
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3811—2008要求，起重機(jī)本體金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)與供電線路的地線可靠連接[3]，即必須將PE線從變電所引至吊車滑觸線，并通過集電器將PE線連接至起重機(jī)本體，包括小車上應(yīng)鋪設(shè)專用接地線，而不能像過去一樣把廠房及車輪當(dāng)作PE線，甚至當(dāng)作PEN線。與此同時(shí)，起重機(jī)所有電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部位應(yīng)可靠接地[3]。
起重機(jī)接地系統(tǒng)需注意的問題
(1)橋式起重機(jī)各金屬結(jié)構(gòu)之間必須要有可靠的電氣連接，當(dāng)檢修時(shí)被損壞后，應(yīng)立即恢復(fù)。(2)當(dāng)供電系統(tǒng)的相導(dǎo)體出現(xiàn)斷線或接觸不良時(shí)，因直接影響起重機(jī)的運(yùn)行，可及時(shí)察覺予以修復(fù)；而當(dāng)起重機(jī)的保護(hù)導(dǎo)體出現(xiàn)故障時(shí)，因不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，更加隱蔽而不為人知，從而埋下火災(zāi)的隱患，因此，應(yīng)定期檢測起重機(jī)保護(hù)導(dǎo)體的可靠性。(3)在起重機(jī)車體上進(jìn)行局部等電位連接(LEB)可減少故障接觸電壓，不但對防人身電擊具有重要意義，還可以減少接地故障的壓差，可大大減小起火的危險(xiǎn)[4]。因此，可在配電室、電氣室、電阻室及司機(jī)室等電氣設(shè)備集中布置的場所設(shè)置局部等電位連接，從而提高起重機(jī)預(yù)防電氣火災(zāi)的保護(hù)能力，如圖2所示。
結(jié)束語
鋼鐵企業(yè)的橋式起重機(jī)接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)關(guān)系著電氣火災(zāi)防護(hù)的重大問題，必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范要求，使系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定、持續(xù)可靠運(yùn)行。煉鋼廠對起重機(jī)原有供電系統(tǒng)進(jìn)行改造后，多年來一直保持了安全穩(wěn)定運(yùn)行。
文章來源——金屬世界
式(1)中，根據(jù)規(guī)范GB50065—2011要求，變壓器中性點(diǎn)的對地電阻應(yīng)滿足RE≤4Ω[2]，若其他各電阻按合計(jì)10Ω計(jì)算，則故障電流Id為15.71 A。
