钢铁企业桥式起重机电气火灾事故与接地技术

供稿|王荣强，刘 洋 /

内容导读

钢铁企业的桥式起重机电气设备的防火管理具有极其重要的意义。本文对钢铁企业桥式起重机电气火灾事故实际案例的原因分析，发现电源供电采用TN-C系统，滑线沿用“三相三线”系统，且从变压器中性点引出的保护接地中性导体(PEN线)没有引至吊车滑线上，甚至没有将PEN线铺设到现场的滑线受电开关柜处与厂房结构进行可靠连接。根据国家标准对供电系统进行了改造，实践证明接地系统的设计、安装和维护在桥式起重机电气设计和日常管理维护中的至关重要作用。文章提出的起重机接地系统需要注意的技术问题对钢铁企业桥式起重机电气设备消除火灾隐患具有一定的参考价值。

钢铁企业的桥式起重机长期处于高负荷、高温、高粉尘等恶劣的生产环境中，且在作业中车体的电气设备距离熔融金属较近，导致绝缘老化加速，这些不利因素都给起重机电气设备的防火管理带来了诸多难题。因而明确火灾事故的起因，采取有效的防范措施，消除电气火灾隐患，是桥式起重机电气设备管理中需要特别注意的问题。

桥式起重机电气火灾事故成因

电气设备发生火灾的起因

火灾的酿成必须具备火源、可燃物和氧气。电起火一般以异常高温、电弧或电火花的形式出现，其起因多为短路、连接不良或电气装置设计、安装不当三类情况[1]。

桥式起重机电气火灾事故的起因

在钢铁企业中，桥式起重机电气设备安装的位置相对封闭，电缆铺设路径特殊，车体空间狭小，电气元件和电缆长期随车体持续地晃动或振动，同时还存在高温的熔融金属喷溅的危险。因此，桥式起重机易发生火灾事故的起因包括：电气元件烧损、线缆过负荷、相间短路、单相接地及熔化的金属喷溅等。

起重机常用配电系统分类

接地形式

我国在起重机上采用的配电形式有：TN和IT系统。其中TN系统又细分为：TN-C、TN-S、TN-C-S系统，主要用于低压配电，以TN-S系统最为常用。而IT系统主要应用于中压供电的桥式起重机，如AC 3000 V。

起重机供电滑触线的数量

三相三线系统由三根相线组成，无中性导体(N线)和接地保护导体(PE线)。改革开放前，我国设计生产的桥式起重机普遍采用此种供电方式。根据国家标准GB/T3811—2008“起重机设计规范”要求，此种供电方式已淘汰。

三相四线系统，由三根相线及一根PE线组成。三相五线系统由三根相线、N线及PE线组成。这两种供电方式提高了系统的接地可靠性、安全性，目前被广泛采用。

接地技术的应用与火险故障的发生

接地技术科学应用

在配电系统中，任意一种接地系统都有其优缺点和适用场合。科学地应用接地技术是避免火险事故的保障。只要科学地匹配好相应的保护措施，在实际应用中就不会存在安全隐患，但如果配备不合理，或接地设计和安装存在问题，则会给日后的安全运行埋下祸根。

火灾事故案例分析

某炼钢厂的炉前原料跨和炉后铸跨两个区域内先后有5号、8号225 t起重机因控制屏内电气设备故障导致火灾事故，造成部分控制屏和车体电缆烧毁，被迫停车检修3～4 d，经济损失较大。但在火灾故障发生时，在电气元件和电缆严重烧损接地的情况下，承担短路保护的各级断路器(包括：起重机总断路器、现场滑线受电断路器、变电所馈电断路器)却没有一个发挥保护跳闸的作用，没能切断故障回路，最终使普通的电气故障演变成为严重的火灾

事故。

经勘察分析，发现该炼钢厂电源供电采用TN-C系统，滑线沿用了20世纪70年代建厂之初的“三相三线”系统，且从变压器中性点引出的保护接地中性导体(PEN线)没有引至吊车滑线上，甚至没有将PEN线铺设到现场的滑线受电开关柜处与厂房结构进行可靠连接。当起重机发生单相接地故障时，故障电流需要通过起重机车体结构(包括车轮)、厂房结构、现场及变电所的接地网，再经变压器接地电阻回到系统的中性点，如图1所示。其故障电流Id为：

式中，Id为故障电流，U0为相导体对地电压(220 V)，Rcr为起重机车体结构(包括车轮)电阻，Rcon为厂房结构的电阻，RG为现场接地网及变电所接地网的电阻，RE为变压器中性点的对地电阻。

式(1)中，根据规范GB50065—2011要求，变压器中性点的对地电阻应满足RE≤4 Ω[2]，若其他各电阻按合计10 Ω计算，则故障电流Id为15.71 A。

图1 “三相三线”系统单相接地故障示意图

如此小的故障电流自然无法驱动各级断路器瞬动保护跳闸，但只要很小的故障电流就可以维持故障电弧的稳定，从而导致局部高温达2000～4000 ℃[1]，引燃邻近的电气元件或电缆，造成火灾事故发生。

2008年更新的国家标准GB/T3811—2008“起重机设计规范”要求，起重机供电系统设计严禁继续使用上述“未将地线引至起重机车体”的“三相三线”系统[3]。该企业在随后的供电系统改造项目中，虽然由于现场条件制约，没有增设PE线滑触线，但将供电系统改为了TN-S系统，并将PE线铺设至现场的滑线受电开关柜处，增设了接地设施，并与厂房结构可靠连接，大大降低了故障回路的接地电阻。当单相接地故障发生时，因接地电阻小了，从而使故障电流增大，促使断路器保护跳闸，切断故障回路电源，避免了火灾事故发生。

改造后，虽然时常出现因电气设备故障导致车体断路器或滑线受电断路器动作跳闸的现象，但再没有出现因动力系统接地而导致火灾事故的现象发生，长期以来的实际稳定运行也证明了此方法的有效性。火的危险[4]。因此，可在配电室、电气室、电阻室及司机室等电气设备集中布置的场所设置局部等电位连接，从而提高起重机预防电气火灾的保护能力，如图2所示。

起重机接地系统设计安装与维护

国家标准对起重机接地技术的要求

国家标准GB/T3811—2008要求，起重机本体金属结构应与供电线路的地线可靠连接[3]，即必须将PE线从变电所引至吊车滑触线，并通过集电器将PE线连接至起重机本体，包括小车上应铺设专用接地线，而不能像过去一样把厂房及车轮当作PE线，甚至当作PEN线。与此同时，起重机所有电气设备的外露可导电部位应可靠接地[3]。

起重机接地系统需注意的问题

(1) 桥式起重机各金属结构之间必须要有可靠的电气连接，当检修时被损坏后，应立即恢复。

(2) 当供电系统的相导体出现断线或接触不良时，因直接影响起重机的运行，可及时察觉予以修复；而当起重机的保护导体出现故障时，因不影响设备的正常运行，更加隐蔽而不为人知，从而埋下火灾的隐患，因此，应定期检测起重机保护导体的可靠性。

(3) 在起重机车体上进行局部等电位连接(LEB)可减少故障接触电压，不但对防人身电击具有重要意义，还可以减少接地故障的压差，可大大减小起

图2 局部等电位连接示意图

结束语

钢铁企业的桥式起重机接地系统的设计、安装和使用维护关系着电气火灾防护的重大问题，必须符合国家标准及相关规范要求，使系统能安全、稳定、持续可靠运行。炼钢厂对起重机原有供电系统进行改造后，多年来一直保持了安全稳定运行。

【安全企业灵魂】陈跃先 摄