起重设备带电事故分析及防范措施研究

1 塔机带电事故及分析

2005年9月12日, 沈阳某工业园区厂房建设正在打地基, 地面以下约2m多深的地基坑水泥浇灌已完成, 上面立着很多预埋钢件。上班后, 工人准备用1台QTZ40型塔吊将坑边施工现场的物料运回库房, 这时一个工人刚一接触吊钩, 身体抽搐向后倒去, 绊到钢板角上, 掉进了地基坑, 头部撞在直立的角钢上导致昏迷, 后诊断为严重脑震荡。

这起事故主要是漏电引起的事故。塔式起重机工作时供电电缆处于经常摩擦状态, 极易发生磨损。而起重机经常处于运动状态, 供电电缆破损处与金属结构接触时漏电现象会频繁发生。

经测量, 供电电源为三相四线制, 中性点接地电阻RO=2Ω;塔式起重机金属结构零线被甩出未接。塔式起重机也未接地, 只是大车轨道与钢筋水泥枕木上的地脚螺栓通过压板连接, 这实际上使起重机既未接地又未接零。地脚螺栓接地电阻Rd=9Ω。起重机的总电源采用铁壳开关供电, 铁壳开关上安装熔断器, 熔丝额定电流为60A, 通过图1分析吊钩带电的原因。图1中Rd为塔式起重机地脚螺栓的接地电阻, RH为熔丝, 额定电流为60A。此时短路电流, 而要使60A的熔丝在5s内熔断, 一般要240A的短路电流, 20A的电流不能使其熔断。

Rd上对地电压为:Vd=Rd·Id=9×20=180V, 这就是吊钩上的对地电压, 这个电压造成对工人的电击。

如果该塔式起重机按JGJ46-88的规定, 设置了漏电保护器, 就不会发生上述事故。按TN-S系统供电, 金属结构接零, 供电电缆未出现破损情况, 但如果塔式起重机供电的电源相线与大地相接触, 也会使已接零的塔式起重机金属外壳带有很高的对地电压, 其分析如图2所示。

因此, 在施工现场中, 塔式起重机、搅拌机等施工机械必须采用TN-S接地系统在为电气设备供电的每条线路的首端, 设置漏电保护器, 避免发生意外事故。

2 静电感应安全模型的研究

为避免发生起重机碰撞带电事故, 引起工作人员伤亡, 保证其生命安全, 首先需要建立碰撞带电导线的安全模型, 主要是防止起重臂及钢丝绳碰撞高压线, 设计基于以下方向:当起重机在高压输电线周围工作时, 起重臂或钢丝绳与带电导线的距离没有达到安全范围时, 安全装置会自动发出警报, 或直接将此信息传达给控制机构, 使起重臂或钢丝绳制动。

为了防止起重机触电, 应在起重机适当部位安装自动安全防护装置。装置主要由以下三部分组成:传感器、电子测量线路和控制机构。如图3所示。

2.1 基本原理

如图4所示, 1为架空导线;2为起重臂前端安装的用来探测信号的导体 (对地完全绝缘) , 不妨设为直线型导体, 起重臂接地, 其电势为零。设架空导线1带有电荷Ql, 其对地电压为Ul, 由于静电感应, Ql必然会在导体2上产生感应电荷QZ, 其对地电压为U2, 则存在。又设导体1与导体2之间的电容为Cl2, 导体2与起重臂之间的电容为C2。因为C1 2与C2串联, 所以, 式中, U1、C2均为常量, Cl随着起重臂与架空线之间的距离的改变而改变, 从而随d的改变而改变。所以, 可以获取导体d2与大地之间的电压信号。当起重臂与架空线之间的距离超出安全距离时, U2达某一数值, 此时可利用报警装置发出警报信号, 避免触电事故的发生。

该方案就是在起重臂顶端安装一球状导体, 当起重机在带电导线周围工作时, 由于静电感应, 球状导体必然产生剐应电荷, 这样该导体就会有对地电压, 该电压随起重臂距带电导线的距离不同发生变化。这样, 利用导体求球的对地电压获得起重臂与带电导线异常接近的信号。

2.2 实施方案

分析研究表明, 取半径为10cm的金属球作为传感器, 将其安装在起重臂的顶端, 球心距起重臂的距离为20cm, 可以获得比较大的信号, 又符合安全要求。

3 结语

本文研究了防止起重机碰撞带电导线的以金属球作传感器的静电感应安全模型, 该安全模型解决起重臂触电事故可靠安全且经济实用, 可值得在一定范围内推广实用。但是也存在一定的不足之处, 这种安全模型不适于解决吊绳触电和塔式起重机触电问题, 因此研究更为安全的安全模型仍是我们需要关注的重大课题。

摘要：随着科学技术的不断进步和经济建设的飞速发展, 各种起重设备的用量不断增加, 对实现生产过程的机械化、自动化起到了至关重要的作用, 不但节省了劳动时间和人力资源, 而且大大提高了劳动生产率。但是, 在实际的工作过程中, 起重设备带电事故时有发生。文章就起重设备带电事故进行了简要分析, 并就防范措施做了研究。

关键词：起重设备带电事故,防范,静电感应安全模型

参考文献

[1] 邬秀金.一起起重机金属结构带电的事故分析[J].机电技术, 2010, 3.