淺議起重機(jī)械接地電阻的檢測

張 烈（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 200333）

淺議起重機(jī)械接地電阻的檢測

張 烈
（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 200333）

近年來，隨著起重機(jī)械在電氣系統(tǒng)上的長足發(fā)展，起重機(jī)械電氣系統(tǒng)的復(fù)雜化給予檢驗(yàn)檢測人員帶來較多困惑，同時(shí)起重機(jī)械由于漏電而造成的安全事故也時(shí)有發(fā)生，此類事故又多與接地系統(tǒng)缺失或不完備有關(guān)。在起重機(jī)械電氣系統(tǒng)中，最為基礎(chǔ)，同時(shí)也是最為重要的部分是起重機(jī)械的接地系統(tǒng)，接地系統(tǒng)的安全設(shè)置，可以避免因?yàn)槁╇娝斐傻牟僮魅藛T觸電事故。本文對起重機(jī)械接地系統(tǒng)進(jìn)行完整分析，并對檢驗(yàn)人員現(xiàn)場檢驗(yàn)起重機(jī)械接地系統(tǒng)給出相關(guān)建議。

起重機(jī)械 接地系統(tǒng) 檢驗(yàn) 電氣系統(tǒng) 漏電保護(hù)

近年來，起重機(jī)械由于設(shè)備未接地或接地不正確而導(dǎo)致的漏電、觸電事故頻頻發(fā)生，越來越多的特種設(shè)備檢測機(jī)構(gòu)把起重機(jī)械接地作為重點(diǎn)檢驗(yàn)項(xiàng)目。接地電阻的大小是衡量接地裝置好壞的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，如何準(zhǔn)確地判斷出起重機(jī)械接地方式并測量出接地電阻的數(shù)值尤為重要。

2011年，在某市某石材加工廠內(nèi)，室外有1臺上世紀(jì)七十年代的5T電動葫蘆，手電門由地面控制，手電門為金屬外殼。某工人在操作該臺起重機(jī)時(shí)，左手按住手電門，按動總電源啟動按鈕，接通總電源，右手扶起重物就位，結(jié)果發(fā)生了觸電事故[1]。經(jīng)檢查，該手電門外殼為金屬材質(zhì)，但在安裝起重機(jī)械接地系統(tǒng)時(shí)，由于疏忽，該外殼未與電源接地線PEN連接，同時(shí)，操作人員也沒有配備相應(yīng)的防觸電裝備（如橡膠鞋等），這是這起事故的主要原因[5]。

上述事故看似由幾個(gè)巧合同時(shí)發(fā)生形成，但背后體現(xiàn)了一個(gè)大問題，即起重機(jī)械安裝人員、操作人員及檢驗(yàn)人員對于起重機(jī)械電氣系統(tǒng)的概念模糊。一般接觸起重機(jī)械的人員對于起重機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)較為熟悉，特別對于機(jī)械故障的控制較為注意，但對于起重機(jī)械電氣部分的內(nèi)容了解甚少，但是很小的電氣故障或問題即會造成巨大的安全事故。

在起重機(jī)械電氣系統(tǒng)中，最為基礎(chǔ)也是最為重要的部分是起重機(jī)械的接地系統(tǒng)，接地系統(tǒng)的安全設(shè)置，可以避免因?yàn)槁╇娝斐傻牟僮魅藛T觸電事故。以下對起重機(jī)械接地系統(tǒng)的知識進(jìn)行整理，并對檢驗(yàn)人員現(xiàn)場檢驗(yàn)起重機(jī)械接地系統(tǒng)給出相關(guān)建議。

1 接地電阻分析

1.1 接地電阻概念

起重機(jī)械上與大地緊密接觸并形成電氣連接的導(dǎo)體叫做接地極，接地極的對地電位與通過接地極的接地短路電流的比，稱為接地電阻。接地電阻的大小等于土壤電阻率ρ與電容C的比率乘以介電系數(shù)ε，它與接地裝置內(nèi)部的引線長度無關(guān)。

1.2 國家關(guān)于起重機(jī)械接地的規(guī)定

為了確保起重機(jī)械使用安全，2008年8月國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布實(shí)施TSG Q7015-2008《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》[2]，2010年12月國家質(zhì)檢總局對此規(guī)則做適當(dāng)修改，并于2011年1月起重新頒布實(shí)施。新法規(guī)中B7.3.2中明確對金屬結(jié)構(gòu)接地做以下要求：“采用整體金屬結(jié)構(gòu)做接地干線時(shí)，整體金屬結(jié)構(gòu)與供電電源保護(hù)接地線應(yīng)當(dāng)可靠連接。不采用整體金屬結(jié)構(gòu)做接地干線時(shí)，電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)當(dāng)直接與供電電源保護(hù)接地線連接。采用TN接地系統(tǒng)是，零線重復(fù)接地每一處的接地電阻不大于10Ω（測量時(shí)把接地線從重復(fù)接地體上斷開）；采用TT接地系統(tǒng)時(shí)，起重機(jī)電器設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（電源保護(hù)接地線）的接地電阻不大于4Ω或者起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的接地電阻與漏電保護(hù)器動作電流的乘積不大于50V；采用IT接地系統(tǒng)時(shí)，起重機(jī)電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（電源保護(hù)接地線）的接地電阻不大于4Ω”。

1.3 起重機(jī)械接地種類

一般接地電阻分為兩大類，一類為高壓系統(tǒng)，適用于電壓等級為3～66kV；另一類為低壓系統(tǒng)。起重機(jī)械的供電電源一般采用380V/220V的低壓系統(tǒng)，可細(xì)分為TT、TN和IT三類接地系統(tǒng)，其中TT和TN系統(tǒng)為中性點(diǎn)直接接地的低壓供電系統(tǒng)，IT系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地或經(jīng)1000Ω接地的低壓供電系統(tǒng)。

●1.3.1 TT接地系統(tǒng)

TT接地系統(tǒng)中，第一個(gè)符號T表示電力系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地；第二個(gè)T表示負(fù)載設(shè)備外露且不與帶電體相接的金屬導(dǎo)電部分與大地直接聯(lián)接（如圖1所示）。在此類接地系統(tǒng)中，當(dāng)起重機(jī)的金屬外殼帶電時(shí)由于有接地保護(hù)，可以大大減少觸電的危險(xiǎn)。但是，低壓斷路器不一定能跳閘，造成漏電設(shè)備的外殼對地電壓高于安全電壓，有操作危險(xiǎn)。

圖1 TT接地系統(tǒng)

GB 14050-1993《系統(tǒng)接地的形式及安全技術(shù)要求》[3]中規(guī)定了TT系統(tǒng)的技術(shù)要求，TT系統(tǒng)接地電阻應(yīng)不大于50/In（In為系統(tǒng)出現(xiàn)相線與橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)相碰的事故時(shí)保護(hù)電器的動作電流）。當(dāng)起重機(jī)上設(shè)置有漏電保護(hù)器，In應(yīng)為漏電保護(hù)器的額定漏電動作電流，這個(gè)電流和接地電阻的乘積應(yīng)不大于50V；考慮到接地電阻應(yīng)在漏電保護(hù)器失效時(shí)有降低起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)上對地電壓的要求，這個(gè)接地電阻一般應(yīng)不大于4Ω。

●1.3.2 TN接地系統(tǒng)

TN接地系統(tǒng)可細(xì)分為三類，TN-C、TN-S和TN-C-S[4]。

1）TN-C接地系統(tǒng)是把工作零線兼作為接零保護(hù)線的系統(tǒng)。（如圖2所示）

圖2 TN-C接地系統(tǒng)

2）TN-S接地系統(tǒng)是把工作零線N和專用保護(hù)線

PE嚴(yán)格分開的供電系統(tǒng)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，專用保護(hù)線PE上沒有電流，只是工作零線上有不平衡電流。PE線對地沒有電壓，所以起重機(jī)金屬外殼接地保護(hù)是接在專用保護(hù)線上的，安全可靠。（如圖3所示）

圖3 TN-S接地系統(tǒng)

3）TN-C-S接地系統(tǒng)是TN-C和TN-S前后組合而成的接地系統(tǒng)，在三相負(fù)載較為平衡時(shí)可保持接地情況良好，在三相負(fù)載不平衡時(shí)，存有安全隱患。（如圖4所示）

圖4 TN-C-S接地系統(tǒng)

●1.3.3 IT接地系統(tǒng)

IT 方式供電系統(tǒng) I 表示電源側(cè)沒有工作接地，或經(jīng)過高阻抗接地；第二個(gè)字母 T 表示負(fù)載側(cè)電氣設(shè)備進(jìn)行接地保護(hù)。（如圖5所示）

圖5 IT接地系統(tǒng)

IT 方式供電系統(tǒng)在供電距離不是很長時(shí)，供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場所，或者是要求嚴(yán)格地連續(xù)供電的地方，例如電力煉鋼、大醫(yī)院的手術(shù)室、地下礦井等處。地下礦井內(nèi)供電條件比較差，電纜易受潮。運(yùn)用 IT 方式供電系統(tǒng)，即使電源中性點(diǎn)不接地，一旦設(shè)備漏電，單相對地漏電流較小，不會破壞電源電壓的平衡，所以比電源中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)還安全。 但是，如果用在供電距離很長時(shí)，供電線路對大地的分布電容就不能忽視了。在負(fù)載發(fā)生短路故障或漏電使設(shè)備外殼帶電時(shí)，漏電電流經(jīng)大地形成架路，保護(hù)設(shè)備不一定動作，這是危險(xiǎn)的。只有在供電距離不太長時(shí)才比較安全。

2 現(xiàn)場檢測接地系統(tǒng)的判別方式

一般日常檢驗(yàn)中，檢驗(yàn)人員有對起重機(jī)接地方式判別不清的情況發(fā)生，這對檢驗(yàn)開展較為不利，往往造成現(xiàn)場混亂，無法針對性施檢的情況。橋門式起重機(jī)是起重機(jī)械檢驗(yàn)中最常碰到的設(shè)備類型，以下就以橋門式起重機(jī)作為范例，闡述現(xiàn)場檢測接地系統(tǒng)的判別方式[5]。

2.1 TN接地系統(tǒng)的判別方式

1）在供電變壓器處確定中性點(diǎn)直接接地，在低壓電源的中性點(diǎn)處確定。

2）找到從變壓器輸出的接地線PE或PEN。為確保連續(xù)性，應(yīng)目視檢查：

(1)在變壓器輸出配電屏的低壓母線處找到總電源的保護(hù)接零線PE或PEN；

(2)在車間的總電源配電箱處找到總電源的保護(hù)接零線PE或PEN；

(3)在起重機(jī)地面的總電源開關(guān)處找到保護(hù)接零線PE或PEN。

3）找到PE或PEN與金屬結(jié)構(gòu)或打車軌道的連接點(diǎn)。

2.2 TT接地系統(tǒng)的判別方式

1）在供電變壓器處確定中性點(diǎn)直接接地。在低壓電源中性點(diǎn)處確定。

2）找到從變壓器輸出的零線N

(1)在變壓器輸出配電屏的低壓母線處找到總電源的零線N；

(2)在車間的總電源配電箱處找到總電源的零線N；

(3)在起重機(jī)地面的總電源開關(guān)處找到零線N。（這根N線不接在起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)或大車軌道上）

3）找到起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)或打車軌道與電源保護(hù)接地線PE的連接點(diǎn)。找到這根接地線PE的來源，應(yīng)是來自獨(dú)立于電源的中性點(diǎn)的接地裝置。測量接地裝置的接地電阻Rd，Rd不大于1～4Ω。測量時(shí)不必把接地線從接地體上拆下。

2.3 IT接地系統(tǒng)的判別方式

1）在供電變壓器處確定中性點(diǎn)不接地，在低壓電源的中性點(diǎn)處確定。

2）找到從變壓器輸出的接地線PE或PEN。為確保連續(xù)性，應(yīng)目視檢查：

(1)在變壓器輸出配電屏的低壓母線處找到總電源的保護(hù)接零線PE或PEN；

(2)在車間的總電源配電箱處找到總電源的保護(hù)接零線PE或PEN；

(3)在起重機(jī)地面的總電源開關(guān)處找到保護(hù)接零線PE或PEN。

3）找到PE或PEN與金屬結(jié)構(gòu)或打車軌道的連接點(diǎn)。

3 接地電阻的測量

3.1 傳統(tǒng)接地電阻測試儀

傳統(tǒng)接地電阻測試儀采用電壓表-電流表原理，依據(jù)電路歐姆定律（如圖6所示），測試時(shí)直流電源經(jīng)過開關(guān)電路轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生恒定電流輸出于接地體E端，經(jīng)大地—電流極C端，形成回路。通過測量電壓極P與接地體E端之間的電壓U，電流I是恒定的，R=U/I，即可測量出被測接地體的接地電阻。

圖6 傳統(tǒng)接地電阻儀測量原理圖

用傳統(tǒng)接地電阻測量儀測量接地電阻時(shí)，要求采用20m～40m的布極方法。接地電阻測量儀都配有20m、40m的專用線。為了消除互電阻的影響，電壓接地極P與電流接地極C的局里不小于20m。電流接地極C和電壓接地極P可以布置在被測接地網(wǎng)G的兩側(cè)；或電流接地極C和電壓接地極P、被測接地網(wǎng)G三者成三角形，每邊長為20m。

3.2 鉗形接地電阻測試儀

鉗形接地電阻測試儀的基本原理是測量回路電阻。鉗表的鉗口部分由電壓線圈及電流線圈組成。電壓線圈提供激勵(lì)信號，并在被測回路上感應(yīng)一個(gè)電勢E。在電勢E的作用下將在被測回路產(chǎn)生電流I。鉗表對E和I進(jìn)行測量，并通過歐姆定律得到被測接地電阻R。

與傳統(tǒng)接地電阻測量儀相比較，操作更加簡便，不用將被測的接地極從接地系統(tǒng)中分離，無須將電壓及電流極按規(guī)定的距離打入土壤中作為輔助電極測量，只需將鉗表鉗口鉗繞被測接地線，即可從液晶屏上讀出接地電阻值。當(dāng)然在采用扁鐵或鋼條作為接地引線時(shí)由于測試儀外形限制，只能采用傳統(tǒng)接地電阻測試儀測量。

4 現(xiàn)場檢測注意事項(xiàng)

本文對接地電阻的相關(guān)概念、要求、種類、判別方式以及測量方法進(jìn)行了介紹和分析，總結(jié)得出了進(jìn)行現(xiàn)場檢測應(yīng)該注意的地方：

1）起重機(jī)械未設(shè)置接地線路；

2）接地回路導(dǎo)電不連續(xù)，連接點(diǎn)存在接觸不良的情況；

3）金屬軟管、電纜金屬護(hù)套（編織鎧甲、鉛護(hù)套）未與供電電源的“保護(hù)接地線”連接；

4）接地型式不符合安全要求；

5）接地電阻數(shù)值不符合安全技術(shù)規(guī)范要求。

1 陳新棟. 一起起重機(jī)觸電的事故分析[J]. 裝備制造技術(shù)，2013（2).

2 TSG Q7015-2008 起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].

3 GB 14050-1993 系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求[S].

4 劉笙.電氣工程基礎(chǔ)[M]. 北京科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

5 趙國.起重機(jī)械電氣安全技術(shù)檢驗(yàn)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2008.

Analyze on Grounding Resistance Inspection of Lifting Machine

Zhang Lie
(Shanghai institute of special equipment inspection and technical research Shanghai 200333)

In recent years, the hoisting machinery have great developed in both the mechanical structure and electrical system. The crane electrical system is more and more complicated that brings more confusion to the inspector; mean while, safety accidents caused by electrical leakage in hoisting machinery have occurred sometimes, which is always related to the missing grounding system or incomplete grounding system, so the grounding system detection has attracted more and more attention.

Hoisting machinery Ground system Inspection Electric leakage system Protection system

X934

B

1673－257X(2014)07－46－04

張烈（1986～),男，助理工程師，從事起重機(jī)械定期檢驗(yàn)工作。

2014－04－08）