Подъемный кран: молниезащита и заземление

Подъемный кран на открытой площадке – естественная мишень для молний. Под прямым ударом может оказаться и башенный кран на стройке, и мостовой на угольном складе, и козловой на контейнерном терминале. Заземлять такое грузоподъемное оборудование обязательно, а вот оправданы ли дополнительные меры молниезащиты – решает владелец.

Кран – нередко самое высокое сооружение на километры вокруг. Во время грозы эта стальная заземленная конструкция фактически становится молниеприемником и токоотводом, хотя удар молнии может вывести из строя электрическую систему крана, электронное оборудование управления и связи, оплавить и ослабить канаты, подшипники и другие критически важные элементы, усилить их коррозию и естественный износ. Всё это повышает вероятность аварии и пожара, что особенно рискованно для кранов, стационарно установленных на опасных производственных объектах (ОПО).

Молниезащита и заземление кранов: нормативные требования

В настоящее время основные требования к электрооборудованию крана, включая его заземление и молниезащиту, устанавливает ГОСТ Р 59931-2021. Документ учитывает указания международного стандарта IEC 60204-32 в отношении безопасности электрооборудования грузоподъемных механизмов.

В ГОСТ Р 59931-2021 указано, что его положения применяются совместно с нормами гл. 5.4 ПУЭ. Эта глава Правил касается электрооборудования башенных, мостовых, кабельных, портовых и других кранов напряжением до 10 кВ, установленных на фундаменте или на рельсовом крановом пути. В части заземления и мер электробезопасности кранов (п. 5.4.56–5.4.57) документ в свою очередь отсылает к гл. 1.7 ПУЭ.

Требования к заземляющим устройствам и заземлителям электроустановок, включая краны, формулирует ГОСТ Р 58882-2020. Заземлители для мобильных кранов – передвижных электроустановок – должны соответствовать ГОСТ 16556-2016.

В то время как необходимость защитного, функционального (рабочего) и молниезащитного заземления кранов очевидна, целесообразность их оснащения молниеприемниками и токоотводами требует обоснования. Принять адекватное решение помогает оценка возможных последствий удара молнии. Такой риск-ориентированный подход к молниезащите изложен в ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010.

Общие принципы и методы защиты сооружений от молний описывает ГОСТ Р 59789-2021 (МЭК 62305-3:2010), продолжают действовать инструкции РД 34.21.122-87 и 153-34.21.122-2003. Конкретные рекомендации по молниезащите и заземлению грузоподъемных кранов могут дать отраслевые и ведомственные нормативные документы. Например, в отношении портальных кранов действует РД 31.82.01-95. Документ в п. 2.3.3 предписывает оборудовать молниеприемниками краны и перегружатели, расположенные на территории порта.

Молниеприемники для крана

Башня, эстакада и другие стальные конструкции крана способны выдержать удар молнии и по электрически непрерывному пути (с шунтированием подвижных соединений) отвести ток к заземлителю. Если при этом риск повреждения и возгорания кранового оборудования, систем электроснабжения, автоматики и связи оценивается как незначительный, то дополнительные молниеприемники можно использовать только для тех уязвимых частей конструкции, которые не вошли в образованную краном зону защиты.

Грузовые, складские и производственные площадки, в первую очередь те, на которых находятся взрыво- и пожароопасные вещества и сооружения, защищают стержневыми или тросовыми молниеприемниками, установленными по периметру на молниеприемных мачтах или опорах освещения. Соответственно кран, например козловой, мостовой или консольный, который эксплуатируется на этой территории, будет защищен от прямого удара молнии. Грузоподъемный кран, работающий за пределами зоны защиты, при большом риске повреждения оборудования током молнии может быть оснащен стержневыми молниеприемниками, а функцию токоотводов выполнят его опоры или колонна.

На стройплощадке, когда высота строящегося объекта достигает 20 м, должна быть смонтирована временная система защиты от прямых ударов молнии (п. 1.11 РД 34.21.122-87), включающая молниеприемники, токоотводы и заземлители. По мере строительства молниеприемники переносят на новую высоту. Таким образом, по крайней мере часть строительной техники, включая приставные и самоподъемные башенные краны, будет защищена от прямого удара молнии. Если кран, например канатный на строительстве плотины, не попадает в эту зону, то нужно оценить необходимость молниеприемных стержней и токоотводов для его защиты.

Кроме прямых ударов молнии, для электрооборудования и электронных компонентов крана опасны ее вторичные проявления. Каскадная схема защиты, то есть последовательная установка скоординировано срабатывающих УЗИП I, II и III классов, решает проблемы как импульсных, так и коммутационных перенапряжений.

Заземлители для крана

Выполнение защитного заземления, обеспечивающего электробезопасность персонала, – первоочередная задача заземляющего устройства грузоподъемного крана, как и любой другой электроустановки. Для этого металлические корпуса электроаппаратов, двигателей, трансформаторов соединяют с металлической крановой конструкцией, которую в свою очередь заземляют через рельсовый подкрановый путь или фундамент.

Кроме того, заземлитель должен обеспечивать растекание тока молнии в грунте и функциональное (эквипотенциальное) заземление для надлежащей работы оборудования крана. Сопротивление растеканию тока на уровне не более 10 Ом удовлетворяет условиям и защитного, и молниезащитного заземления. Если необходимо функциональное заземление, его сопротивление должно быть не более 4 Ом.

Для заземления крана на открытой площадке можно выполнить фундаментный заземлитель, например с использованием фундамента открытой эстакады мостового крана, фундамента башенного крана или строящегося здания. Кран на территории промышленного предприятия присоединяют к уже имеющемуся заземляющему устройству. Когда такие варианты нельзя реализовать или они не дают нужного результата, необходим дополнительный заземлитель. Рельсы кранового пути, которые используют для заземления, также нужно присоединять к дополнительным заземлителям, установленным рядом с краном.

Для сооружения таких электродов можно использовать заземлители модульно-штыревой конструкции. С помощью комплектов стержней и соединительных муфт устанавливают глубинный электрод либо заземлитель лучевой или иной конфигурации с добавочными вертикальными электродами. Такая заземляющая конструкция из стальных элементов, оцинкованных термодиффузионным методом, способна в течение 30 лет поддерживать нужное значение сопротивления, независимо от времени года. При необходимости значение сопротивления можно снизить, увеличив с помощью дополнительных стержней площадь контакта заземлителя с грунтом.

Если удельное сопротивление грунта под фундаментом, опорой или подкрановыми путями превышает 100 Ом·м, нормируемый уровень сопротивления растеканию тока помогают обеспечить электролитические заземлители. Для заземления башенных, мостовых, козловых и других кранов, устанавливаемых на гравийных, песчаных, многолетнемерзлых и прочих высокоомных грунтах, применяют перфорированные электроды, заполненные минеральными солями.

Для передвижных (мобильных) кранов, которые перемещаются с объекта на объект, используют комплекты переносных заземлителей. Их применение обязательно для заземления автокранов, работающих рядом с ВЛ, которая находится под напряжением. Благодаря специальной конструкции с замком и молотом электрод много раз можно забивать даже в мерзлый грунт и извлекать из него, не прибегая к дополнительным инструментам. Не требуется заземлять грузоподъемные краны на гусеничном ходу, установленные прямо на грунт.

Рано или поздно на любую открытую площадку, где работает грузоподъемный кран, может прийти гроза. Какими бы редкими ни были удары молнии, несерьезно рассчитывать на то, что этого не случится. Здравый смысл подсказывает, что при эксплуатации современной крановой техники – мощной и легкоуправляемой, но потенциально опасной, чувствительной к перенапряжениям, свехтокам, КЗ и наводкам, можно полагаться только на корректную работу систем заземления и молниезащиты – проработанных, проверенных, надежных.