鋼鐵企業(yè)的橋式起重機電氣設(shè)備的防火管理具有極其重要的意義。本文對鋼鐵企業(yè)橋式起重機電氣火災事故實際案例的原因分析，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)，且從變壓器中性點引出的保護接地中性導體(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)進行可靠連接。根據(jù)國家標準對供電系統(tǒng)進行了改造，實踐證明接地系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和維護在橋式起重機電氣設(shè)計和日常管理維護中的至關(guān)重要作用。文章提出的起重機接地系統(tǒng)需要注意的技術(shù)問題對鋼鐵企業(yè)橋式起重機電氣設(shè)備消除火災隱患具有一定的參考價值。
鋼鐵企業(yè)的橋式起重機長期處于高負荷、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，導致絕緣老化加速，這些不利因素都給起重機電氣設(shè)備的防火管理帶來了諸多難題。因而明確火災事故的起因，采取有效的防范措施，消除電氣火災隱患，是橋式起重機電氣設(shè)備管理中需要特別注意的問題。
橋式起重機電氣火災事故成因
電氣設(shè)備發(fā)生火災的起因
火災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、安裝不當三類情況[1]。
橋式起重機電氣火災事故的起因
在鋼鐵企業(yè)中，橋式起重機電氣設(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，同時還存在高溫的熔融金屬噴濺的危險。因此，橋式起重機易發(fā)生火災事故的起因包括：電氣元件燒損、線纜過負荷、相間短路、單相接地及熔化的金屬噴濺等。
起重機常用配電系統(tǒng)分類
接地形式
我國在起重機上采用的配電形式有：TN和IT系統(tǒng)。其中TN系統(tǒng)又細分為：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)主要應用于中壓供電的橋式起重機，如AC3000 V。
起重機供電滑觸線的數(shù)量
三相三線系統(tǒng)由三根相線組成，無中性導體(N線)和接地保護導體(PE線)。改革開放前，我國設(shè)計生產(chǎn)的橋式起重機普遍采用此種供電方式。根據(jù)國家標準GB/T3811—2008“起重機設(shè)計規(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)的應用與火險故障的發(fā)生
接地技術(shù)科學應用
在配電系統(tǒng)中，任意一種接地系統(tǒng)都有其優(yōu)缺點和適用場合?？茖W地應用接地技術(shù)是避免火險事故的保障。只要科學地匹配好相應的保護措施，在實際應用中就不會存在安全隱患，但如果配備不合理，或接地設(shè)計和安裝存在問題，則會給日后的安全運行埋下禍根。
火災事故案例分析
某煉鋼廠的爐前原料跨和爐后鑄跨兩個區(qū)域內(nèi)先后有5號、8號225 t起重機因控制屏內(nèi)電氣設(shè)備故障導致火災事故，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)濟損失較大。但在火災故障發(fā)生時，在電氣元件和電纜嚴重燒損接地的情況下，承擔短路保護的各級斷路器(包括：起重機總斷路器、現(xiàn)場滑線受電斷路器、變電所饋電斷路器)卻沒有一個發(fā)揮保護跳閘的作用，沒能切斷故障回路，最終使普通的電氣故障演變成為嚴重的火災事故。
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70年代建廠之初的“三相三線”系統(tǒng)，且從變壓器中性點引出的保護接地中性導體(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)進行可靠連接。當起重機發(fā)生單相接地故障時，故障電流需要通過起重機車體結(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，如圖1所示。其故障電流Id為：
式中，Id為故障電流，U0為相導體對地電壓(220 V)，Rcr為起重機車體結(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，從而導致局部高溫達2000~4000℃[1]，引燃鄰近的電氣元件或電纜，造成火災事故發(fā)生。
2008年更新的國家標準GB/T3811—2008“起重機設(shè)計規(guī)范”要求，起重機供電系統(tǒng)設(shè)計嚴禁繼續(xù)使用上述“未將地線引至起重機車體”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。
當單相接地故障發(fā)生時，因接地電阻小了，從而使故障電流增大，促使斷路器保護跳閘，切斷故障回路電源，避免了火災事故發(fā)生。改造后，雖然時常出現(xiàn)因電氣設(shè)備故障導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)接地而導致火災事故的現(xiàn)象發(fā)生，長期以來的實際穩(wěn)定運行也證明了此方法的有效性。
起重機接地系統(tǒng)設(shè)計安裝與維護
國家標準對起重機接地技術(shù)的要求
國家標準GB/T3811—2008要求，起重機本體金屬結(jié)構(gòu)應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線連接至起重機本體，包括小車上應鋪設(shè)專用接地線，而不能像過去一樣把廠房及車輪當作PE線，甚至當作PEN線。與此同時，起重機所有電氣設(shè)備的外露可導電部位應可靠接地[3]。
起重機接地系統(tǒng)需注意的問題
(1)橋式起重機各金屬結(jié)構(gòu)之間必須要有可靠的電氣連接，當檢修時被損壞后，應立即恢復。(2)當供電系統(tǒng)的相導體出現(xiàn)斷線或接觸不良時，因直接影響起重機的運行，可及時察覺予以修復；而當起重機的保護導體出現(xiàn)故障時，因不影響設(shè)備的正常運行，更加隱蔽而不為人知，從而埋下火災的隱患，因此，應定期檢測起重機保護導體的可靠性。(3)在起重機車體上進行局部等電位連接(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[4]。因此，可在配電室、電氣室、電阻室及司機室等電氣設(shè)備集中布置的場所設(shè)置局部等電位連接，從而提高起重機預防電氣火災的保護能力，如圖2所示。
結(jié)束語
鋼鐵企業(yè)的橋式起重機接地系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和使用維護關(guān)系著電氣火災防護的重大問題，必須符合國家標準及相關(guān)規(guī)范要求，使系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定、持續(xù)可靠運行。煉鋼廠對起重機原有供電系統(tǒng)進行改造后，多年來一直保持了安全穩(wěn)定運行。
文章來源——金屬世界
式(1)中，根據(jù)規(guī)范GB50065—2011要求，變壓器中性點的對地電阻應滿足RE≤4Ω[2]，若其他各電阻按合計10Ω計算，則故障電流Id為15.71 A。
