鋼鐵企業(yè)橋式起重機(jī)電氣火災(zāi)事故與接地技術(shù)

供稿|王榮強(qiáng)，劉 洋 /

內(nèi)容導(dǎo)讀

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(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，實踐證明接地系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和維護(hù)在橋式起重機(jī)電氣設(shè)計和日常管理維護(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、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，同時還存在高溫的熔融金屬噴濺的危險。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AC 3000 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)缺點和適用場合?？茖W(xué)地應(yīng)用接地技術(shù)是避免火險事故的保障。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)計和安裝存在問題，則會給日后的安全運行埋下禍根。

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，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，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，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為變壓器中性點的對地電阻。

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(yīng)滿足RE≤4 Ω[2]，若其他各電阻按合計10 Ω計算，則故障電流Id為15.71 A。

圖1 “三相三線”系統(tǒng)單相接地故障示意圖

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)計規(guī)范”要求，起重機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計嚴(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，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，長期以來的實際穩(wěn)定運行也證明了此方法的有效性?；鸬奈ｋU[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。

起重機(jī)接地系統(tǒng)設(shè)計安裝與維護(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，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，因直接影響起重機(jī)的運行，可及時察覺予以修復(fù)；而當(dāng)起重機(jī)的保護(hù)導(dǎo)體出現(xiàn)故障時，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(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

圖2 局部等電位連接示意圖

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、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)定運行。

【安全企業(yè)靈魂】陳躍先 攝