起重機異常帶電案例分析及對策

王智杰

（福建省特種設(shè)備檢驗研究院寧德分院，福建 寧德 352100）

起重機異常帶電案例分析及對策

王智杰

（福建省特種設(shè)備檢驗研究院寧德分院，福建 寧德 352100）

由于起重機觸電事故頻發(fā)，從一起起重機觸電事故入手，通過現(xiàn)場勘查和分析，結(jié)合事故致因理論，找出事故發(fā)生的根本原因，提出相應(yīng)的對策，避免類似事故再次發(fā)生。

事故案例；案例分析；對策

某工廠員工李某，在使用車間一臺電動單梁起重機起吊一捆物料時，由于不按操作規(guī)程辦事，一手操作手電門，一手扶吊鉤保持物料平衡，最后發(fā)生觸電事故，最終導(dǎo)致李某必須住院治療。本文針對該臺起重機械接地故障保護失效進行研究，以期使設(shè)計者、安裝、使用以及檢驗單位在設(shè)備的存續(xù)期間明確起重機的接地保護形式的選擇。

1 事故現(xiàn)場分析

1.1 事故直接原因查找

（1）斷開電源開關(guān)，檢查手電門絕緣是否破損，因絕緣盒未破損，所以未測量手電門控制電源電壓（應(yīng)不大于50 V）。

（2）合上電源開關(guān)，用萬用表測量吊鉤與地面總電源開關(guān)箱內(nèi)N線之間的電壓（測量值為225V），表明吊鉤帶電。正常情況下當(dāng)發(fā)生接地故障時，間接接觸防護要求應(yīng)能在規(guī)定時間內(nèi)切斷供電電源，防止出現(xiàn)危險接觸電壓，即電源供電系統(tǒng)接地故障保護失效。

供電系統(tǒng)分為三種；TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)。其中，TT系統(tǒng)僅限于局部對接地要就高的電子設(shè)備場合；IT系統(tǒng)主要用于10kV及35kV的高壓系統(tǒng)和礦山井下某些低壓供電系統(tǒng)。起重機供電系統(tǒng)普遍采用TN系統(tǒng)，圖1所示是三種不同TN系統(tǒng)。

圖1 三種不同TN系統(tǒng)

1.2 確認(rèn)該臺電動單梁起重機供電系統(tǒng)形式

首先，檢查電動單梁起重機供電的變壓器至電動單梁起重機地面總電源開關(guān)箱線路。變壓器低壓側(cè)共四個接線柱，引出三根相線一個根性線，其中中性線接線柱又與變壓器下的接地線連接。四個接線柱引出的四根電纜（三根相線一個根中性線）直接連接至電動單梁起重機地面總電源開關(guān)箱處，中性線連接在開關(guān)盒的N接線柱上。測量電源中性點的接地電阻R0為2Ω。

其次，檢查地面電源開關(guān)箱及開關(guān)箱與電動單梁起重機之間導(dǎo)線。地面總電源開關(guān)箱中有PE接線柱、N接線柱、以及額定電流為20 A的自動斷路器。PE接線柱由開關(guān)箱外殼引出。N接線柱上連接由變壓器低壓側(cè)中性點引出的中性線，為起重機供電的四根導(dǎo)線中的一根由PE接線柱引出，連接至電動單梁起重機上電源開關(guān)箱中的PE接線柱上（如圖2所示）。測量起重機自然接地電阻Rd為50Ω。

圖2 金屬結(jié)構(gòu)不與TN系統(tǒng)的電源保護接地線PE連接示意圖

最后，斷開地面總電源開關(guān)后，進行接地回路導(dǎo)電連續(xù)性檢驗，即用萬用表歐姆檔測量起重機接地線與電源中性線之間電阻為30Ω。也就是說，電源中性點與起重機上易于帶點的金屬結(jié)構(gòu)未連接，即該單梁起重機直接接地，并未對保護零線做重復(fù)接地。

由此可以判定該電動單梁起重機供電電源系統(tǒng)為故障的是TN-C-S系統(tǒng)。

1.3 尋找接地故障點

接地故障指相線對地發(fā)生短路或與地有關(guān)系的導(dǎo)電體之間短路。因此斷開總電源開關(guān)，使用絕緣電阻儀測量各機構(gòu)電動機各相線對地絕緣。其中起升機構(gòu)電動機有一相電源對地絕緣電阻為零。遂檢查起升機構(gòu)電動機該相電源線線路上是否有絕緣破損，發(fā)現(xiàn)在該電動機接線盒中，該相接線柱上一個引線上絕緣層已經(jīng)破損，其與金屬接線盒搭碰在一起，故而使得吊鉤在起吊貨物時帶電。

2 接地故障防護失效原因

如圖2所示，該電動單梁起重機設(shè)置Q10、Q11兩個額定電流為20 A的自動斷路器，則該型號自動斷路器瞬時電流脫鉤器整定電流為200 A。根據(jù)GB50054-2011第6.2.4條：“當(dāng)短路保護電器為短路器時，被保護線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍”，則Q10、Q11瞬時動作電流應(yīng)為260 A。如圖3所示，發(fā)生接地故障時形成的短路回路，短路電流Id=U/(Ro+Rd）=4.33 A<

圖3 故障的TN-C-S系統(tǒng)接地故障短路回路示意圖

因此，接地故障防護失效原因是易帶電金屬結(jié)構(gòu)未與電源中性點連接，線路上自動斷路器短路電流遠(yuǎn)小于瞬時動作電流，自動斷路器無法動作切斷供電電源，這也是吊鉤帶點的主要原因。

3 解決措施

（1）更改起重機接地的接線方式。首先，消除接地故障，更換起升機構(gòu)電動機中接線盒內(nèi)引線。其次，將電動單梁起重機易于帶點的金屬機構(gòu)與TN系統(tǒng)電源中性點連接，如圖4所示。最后，為起重機設(shè)置一個重復(fù)接地點使得Rd不大于10Ω。

圖4 系統(tǒng)接地故障短路回路示意圖

依據(jù) GB50054-2011條款5.2.8：“TN系統(tǒng)中配電線路的間接接觸防護電器的動作特性滿足Ia≤Uo/Zs（其中，Ia為自動斷路器瞬時動作電流（A）；Zs為接地故障回路阻抗（Ω）；Uo相導(dǎo)體對地標(biāo)稱電壓）。圖4中接地故障回路為相零回路，一般值很小，取0.5Ω。

在上述故障回路中，短路電流Id=U0/Zs=450 A，自動斷路器瞬時動作電流Ia（260A），滿足上式要求，即發(fā)生接地故障時，自動斷路器能在規(guī)定時間內(nèi)切斷故障電源。

（2）保持接線方式不變，將自動斷路器更換成剩余電流動作保護裝置。首先，消除接地故障，更換絕緣損壞引線。其次，將自動斷路器Q10、Q11更換成剩余電流動作保護裝置,以及在所有線路上設(shè)置剩余電流保護裝置。最后，設(shè)置獨立于電源中性點的接地裝置使得I△nRd≤50，其中一般要求Rd不大于1～4Ω。I△n為剩余電流動作保護裝置額定剩余動作電流（mA×10-3）。發(fā)生接地故障后故障回路如圖5所示。發(fā)生接地故障，漏電電流大于I△n時，剩余電流動作保護裝置動作切斷供電電源。

圖5 TT系統(tǒng)接地故障短路回路示意圖

該電動單梁起重機經(jīng)由上述兩種方式整改后，能實現(xiàn)發(fā)生接地故障時，在接觸電壓尚未產(chǎn)生危險時自動切除供電，使得吊鉤不可能長期帶電，從而發(fā)生觸電事故。

4 結(jié)束語

設(shè)計者，安裝、使用以及檢驗單位應(yīng)根據(jù)不同電網(wǎng)采用不用的接地故障保護形式，包括防止出現(xiàn)危險接觸電壓（切除供電）和防止產(chǎn)出危險接觸電壓（可導(dǎo)電部分的接觸電壓不大于50 V）。因此在設(shè)備存續(xù)過程中應(yīng)加強供電系統(tǒng)類型判斷以及相應(yīng)接地故障防護功能性驗證。采用TN系統(tǒng)時應(yīng)檢驗接地回路導(dǎo)電連續(xù)性，即電氣設(shè)備的接地端子與電源中性點O之間的導(dǎo)電連續(xù)性的檢驗以及所選用的自動斷路器是否合適。采用TT系統(tǒng)時各線路上都應(yīng)有剩余電流動作保護裝置，起重機接地裝置應(yīng)獨立于電源中性點接地裝置且起重機接地裝置接地電阻Rd不大于1～4Ω。

[1]GB 50054-2011，低壓配電設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 14050-2008，系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求[S].

Analysis and Countermeasures on AbnormalCharged Case of Crane

WANG Zhi-jie
(Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute，Ningde Branch Institute，Ningde Fujian 352100，China)

Hoistingmachinery electric shock accidents frequently occurred,this paper from the electric shock accidents of crane,through field investigation and analysis,combined with the accident causing theory,find out the root cause of the accident,and puts forward the corresponding countermeasures,avoid similaraccident to happen again.

accidentcases；case analysis；countermeasures

TH21

B

1672-545X（2014）04-0261-03

2014-01-05

王智杰（1986—），男，助理工程師，主要從事特種設(shè)備檢驗檢測工作。