起重機(jī)械接地檢驗探討

仇佳捷 張志堅 柯 韜 石琪晟 虞偉杰 俞 朝

（寧波市特種設(shè)備檢驗研究院 寧波 315048）

?

起重機(jī)械接地檢驗探討

仇佳捷 張志堅 柯 韜 石琪晟 虞偉杰 俞 朝

（寧波市特種設(shè)備檢驗研究院 寧波 315048）

摘 要：針對起重機(jī)械安全技術(shù)規(guī)范中對接地檢驗要求和對有關(guān)條文解讀存在偏差，深入分析了起重機(jī)械接地檢驗要求的必要性與合理性；探討了引入故障回路阻抗以及高壓供電接地相關(guān)要求的必要性。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)械 接地保護(hù) 故障回路阻抗 高壓接地系統(tǒng)

Discussion on Earthing Inspection of the Crane

Qiu Jiajie Zhang Zhijian Ke Tao Shi Qisheng Yu Weijie Yu Chao
( Ningbo Special Equipment Inspection and Research Institute Ningbo 315048)

Abstract There are lots of irrationalities about the requirements of earthing inspection in the existing safety technology specifi cations, and there is some misunderstanding about those clauses. The necessity and rationality of those earthing inspection requirements is analyzed, and the necessity of import relevant standards about the fault loop impedance and earthing system of high-voltage is discussed.

Keywords Crane Earthing protection Fault loop impedance Earthing system of high voltage

起重機(jī)械的接地檢驗是以TSG Q7015—2008《起重機(jī)械定期檢驗規(guī)則》及其第1號修改單（以下簡稱“定檢規(guī)”）附錄B7.3的相關(guān)要求來實施的，但對于定檢規(guī)接地項目檢驗要求的合理性也有業(yè)內(nèi)人士提出了質(zhì)疑[1]。

接地保護(hù)作為起重機(jī)械一種主要的間接接觸防護(hù)形式，其目的是保護(hù)起重機(jī)械作業(yè)人員以及其他人員免受電擊傷害。接地保護(hù)配合合適的保護(hù)電器可以形成一套較好的間接接觸防護(hù)措施[2]，以達(dá)到保護(hù)相關(guān)人員人身健康和生命安全的目的。本文從接地保護(hù)設(shè)立的目的出發(fā)，結(jié)合我國通用低壓配電標(biāo)準(zhǔn)以及電擊防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)對現(xiàn)行定檢規(guī)中值得商榷的地方進(jìn)行探討。同時本文還對1kV以上10kV以下高壓供電的起重機(jī)械接地保護(hù)的相關(guān)要求進(jìn)行了分析，隨著港口國際標(biāo)準(zhǔn)電壓的推行改造，將高壓供電起重機(jī)械接地保護(hù)相關(guān)要求編入定檢規(guī)也有其一定的合理性和必要性。

1 現(xiàn)行起重機(jī)接地檢驗標(biāo)準(zhǔn)分析

1.1定檢規(guī)接地檢驗標(biāo)準(zhǔn)要求

定檢規(guī)B7.3項對于起重機(jī)械電氣設(shè)備接地的要求描述為[3]：

B7.3.1 電氣設(shè)備接地

檢查用整體金屬結(jié)構(gòu)做接地干線時，金屬結(jié)構(gòu)的連接有非焊處，是否采用另設(shè)接地干線或者跨接線的處理；

檢查起重機(jī)械上所有電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼、變壓器鐵芯及金屬隔離層、穿線金屬管槽等是否與金屬結(jié)構(gòu)間有可靠的接地連接。

B7.3.2 金屬結(jié)構(gòu)接地

采用整體金屬結(jié)構(gòu)做接地干線時，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，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。

檢查接地型式，用接地電阻測量儀測量起重機(jī)械接地電阻。測量重復(fù)接地電阻時，應(yīng)當(dāng)把零線從接地裝置上斷開。檢查是否符合以下要求：

1）采用TN接地系統(tǒng)時，零線重復(fù)接地每一處的接地電阻不大于10Ω（測量時把接地線從重復(fù)接地體上斷開）；

2）采用TT接地系統(tǒng)時，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；

3）采用IT接地系統(tǒng)時，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。

1.2 定檢規(guī)檢驗標(biāo)準(zhǔn)合理性分析

本條標(biāo)準(zhǔn)在文字表達(dá)上前后重復(fù)、混亂。

起重機(jī)械接地方式可以分為采用整體金屬結(jié)構(gòu)作為接地干線和采用專門接地干線兩種方式。采用整體金屬結(jié)構(gòu)作為接地干線時其接地要求就是B7.3.1兩條要求以及B7.3.2中“采用金屬結(jié)構(gòu)做接地干線時，整體金屬結(jié)構(gòu)與供電電源保護(hù)接地線應(yīng)可靠連接。”而不采用金屬結(jié)構(gòu)作為接地干線時，起重機(jī)械需要另外從供電電源接地線處直接引一條接地干線。這種接地方式的要求可以表述為：起重機(jī)械上所有電器設(shè)備正常不帶電的金屬外殼、變壓器鐵芯及其金屬隔離層、穿線金屬管槽、電纜金屬護(hù)層等應(yīng)直接與接地干線相連，不允許出現(xiàn)串聯(lián)形式；起重機(jī)械整體金屬結(jié)構(gòu)也應(yīng)與接地干線可靠連接，且金屬結(jié)構(gòu)上非焊接處也應(yīng)與接地干線相連或采用跨接線處理。

以上內(nèi)容可以合并歸類為“電氣設(shè)備接地”，而B7.3.2中后半部分主要是接地電阻的檢驗項目，是否采用金屬結(jié)構(gòu)作為接地干線均適用，與其標(biāo)題“金屬結(jié)構(gòu)接地”是矛盾的，所以應(yīng)當(dāng)分立出來。這樣分類和表述更加合理。

對于本條標(biāo)準(zhǔn)中是否要去掉起重機(jī)械整體金屬結(jié)構(gòu)作為接地干線相關(guān)部分要求，一律推行采用專用接地干線方式的討論是一個業(yè)內(nèi)討論的重點(diǎn)。其依據(jù)主要來源于GB 16895.3—2004/IEC 60364-5-54:2002 中543.2.3，該條明確規(guī)定[4]“正常使用中承受機(jī)械應(yīng)力的結(jié)構(gòu)部分”“不允許用作保護(hù)導(dǎo)體或保護(hù)連接導(dǎo)體”。而起重機(jī)械整體金屬結(jié)構(gòu)中的主要受力結(jié)構(gòu)件顯然屬于承受機(jī)械應(yīng)力的結(jié)構(gòu)部分，而在《起重機(jī)械安全監(jiān)察規(guī)定》第十條明確將主要受力結(jié)構(gòu)件規(guī)定為“主梁、主副吊臂、主副支腿、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)”，而其他金屬部分的受力情況就很難確認(rèn)。而在GB 16895.3—2004/IEC 60364-5-54:2002中543.2.1規(guī)定“固定安裝的裸露的或者絕緣的導(dǎo)體”可以作為保護(hù)導(dǎo)體的組成部分，因此將起重機(jī)械整體金屬結(jié)構(gòu)作為接地干線的相關(guān)要求去掉是不合理的。而事實上在實際檢驗過程中采用起重機(jī)械整體結(jié)構(gòu)作為接地干線的情況是十分常見的，由于金屬結(jié)構(gòu)本身均相互連接，形成了類似網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，無法區(qū)分是受力構(gòu)件作為接地干線還是線槽、金屬外護(hù)管、護(hù)欄等其他金屬部分作為接地干線。因此保留相關(guān)要求是符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及實際檢驗情況的，而實際檢驗實施中還應(yīng)參照GB 3811—2008和GB 6067.1—2010中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

對于本條標(biāo)準(zhǔn)的另一個討論重點(diǎn)就是關(guān)于各接地形式下接地電阻測量以及標(biāo)準(zhǔn)值的合理性與必要性。實際上主張取消接地電阻標(biāo)準(zhǔn)值的解讀，主要是對于1）中TN系統(tǒng)中重復(fù)接地電阻標(biāo)準(zhǔn)值10Ω設(shè)置的理解是存在誤解的。該標(biāo)準(zhǔn)值來源實際為GB 16895.21—2011/IEC 60364-4-41:2005的411.4.1注解中公式[5]，其中，為所有并聯(lián)接地極的接地電阻，為當(dāng)線導(dǎo)體通過不連接到保護(hù)導(dǎo)體的外界可導(dǎo)電部分可能發(fā)生接地故障時的對地最小接觸電阻，為對地標(biāo)稱交流電壓方均根值。因此該條防護(hù)要求是針對線導(dǎo)體通過不連接到保護(hù)導(dǎo)體的外界可導(dǎo)電部分可能發(fā)生的接地故障，也就是說起重機(jī)帶電導(dǎo)體（如供電電源線）直接接地故障，而非通過外殼或者保護(hù)導(dǎo)體接地。如圖1所示，此時線導(dǎo)體W發(fā)生了直接接地故障，電流從線導(dǎo)體W通過接地故障點(diǎn)，以及所有接地保護(hù)導(dǎo)體流回中性點(diǎn)。此時在中性點(diǎn)與地直接產(chǎn)生電壓差，因為TN系統(tǒng)中PE線與所有電氣設(shè)備外殼相連，因此這個電壓將會表現(xiàn)在所有電氣設(shè)備的外殼上，形成可能造成電擊事故的接觸電壓。而本公式就是要保證該接觸電壓小于等于50V。因此，文獻(xiàn)[1]對于該條的論述以及所舉的例子的合理性值得商榷。但是本條文中對于這個10Ω的取值的確缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性。該條文源于IEC標(biāo)準(zhǔn)，而IEC標(biāo)準(zhǔn)則借鑒了德國的相關(guān)經(jīng)驗[6]，在德國計算時大約為10Ω實用中不考慮更低的值，因此以計算約為3Ω，因此假設(shè)中性點(diǎn)接地電阻為4Ω，用電設(shè)備兩處重復(fù)接地，滿足10Ω要求，則小于3Ω。但是，從公式看的取值是要完全取決于的，而的取值則取決于線導(dǎo)體接地故障點(diǎn)的狀況，比如線導(dǎo)體跌落至干燥地面還是潮濕土壤，的取值就顯然差別很大，因此確定的值也更加困難。因此固定10Ω標(biāo)準(zhǔn)值時有失嚴(yán)謹(jǐn)性的，但此條文確有其存在意義的。

圖1　TN系統(tǒng)線導(dǎo)體直接接地故障示意圖

從B7.3.2的（2）中的表述中不難發(fā)現(xiàn)，“或者”前后的兩個保護(hù)選項實際上是為了起到同一個目的，也就是當(dāng)對地短路時保證金屬外殼電壓小于50V。如果采用漏電保護(hù)器時，由于動作電流整定一般為幾十mA，則對接地電阻要求是容易滿足的，若采用過電流保護(hù)器或者不采用保護(hù)裝置，故障回路上阻抗即為電源阻抗、線路阻抗、及供電側(cè)和用電側(cè)兩處接地阻抗，則即使?jié)M足了4Ω的要求，金屬外殼上的電壓也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了50V的安全電壓。因此接地電阻4Ω的設(shè)置要求是不合理的。

對于IT系統(tǒng)而言，為了保證連續(xù)供電的要求，第一次故障時往往不切斷電源，因此，其接地電阻的設(shè)置應(yīng)當(dāng)要保證在第一次故障發(fā)生時，故障電流與接地電阻的乘積小于50V，因此單純的設(shè)置接地電阻小于4Ω也是不合理的。

2 故障回路阻抗引入的合理性

從前文的分析發(fā)現(xiàn)，定檢規(guī)對于TT，IT系統(tǒng)接地電阻的要求是基于線導(dǎo)體通過保護(hù)導(dǎo)體（如，接地金屬外殼）發(fā)生接地故障狀態(tài)的，唯獨(dú)對于TN系統(tǒng)的接地電阻要求是基于線導(dǎo)體直接發(fā)生接地故障的，而實際上如果TN系統(tǒng)線導(dǎo)體通過保護(hù)導(dǎo)體發(fā)生接地故障時金屬外殼上的電壓依然是可以造成電擊傷害的非安全電壓，因此引入相關(guān)的接地保護(hù)要求是有必要的。

我國通用低壓配電和電擊防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，如GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》、GB 16895.21—2011/IEC 60364-4-41:2005《低壓電氣設(shè)備 第4-41部分：安全防護(hù) 電擊防護(hù)》和GB 14050—2008《系統(tǒng)接地型式及安全技術(shù)要求》中對于TN系統(tǒng)的接地要求中都有涉及線導(dǎo)體通過保護(hù)導(dǎo)體發(fā)生對地故障的保護(hù)要求。以GB 16895.21—2011/IEC 60364-4-41:2005中411.4.3表述為例：

保護(hù)電器（見411.4.5）的特性以及回路的阻抗應(yīng)滿足下列要求[5]：

式中：

采用剩余電流保護(hù)器時，其動作電流是按照411.3.2.2或411.3.2.3規(guī)定的時間內(nèi)切斷電源的剩余動作電流；

故障阻抗的引入應(yīng)當(dāng)作為接地保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的增加項，而不能代替現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中對于TN系統(tǒng)接地電阻的要求。現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TN系統(tǒng)接地電阻要求是針對線導(dǎo)體不通過保護(hù)導(dǎo)體直接接地發(fā)生的接地故障，此時整個故障回路的電流取決于整個故障回路的阻抗，包含電源內(nèi)阻、電源至故障點(diǎn)線導(dǎo)體阻抗、電源及所有保護(hù)導(dǎo)體的接地電阻以及故障點(diǎn)的接地電阻，此時決定保護(hù)電器能否動作的關(guān)鍵就在于故障點(diǎn)的接地電阻，如果故障點(diǎn)的接地電阻較大，則故障回路的電流就不足以使保護(hù)電器動作，此時PE線上就會有電壓存在，因此就需要現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的接地電阻來限制這個電壓以保護(hù)相關(guān)人員的安全。綜上，故障回路阻抗引入是必要的，而現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中對接地電阻的要求也是不可缺少的。

3 高壓檢驗標(biāo)準(zhǔn)引入的合理性

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中對起重機(jī)械的接地要求都是基于低壓配電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來制定的，但起重機(jī)械中大量的港口設(shè)備則是通過大于1kV的高電壓電源來供電的[7]，而隨著接軌國際化的岸基供電系統(tǒng)的建設(shè)和改造，岸基供電電壓也將逐步與國際化接軌采用6.6kV/60Hz供電接口。雖然如GB/T 15361—2009《岸邊集裝箱起重機(jī)》這樣的專門標(biāo)準(zhǔn)[8]對接地也提出了相關(guān)要求，但是是對高低壓接地形式上沒有任何要求。實際上，高壓供電的起重機(jī)械內(nèi)部往往既有高壓部分也有低壓部分，兩者均需要進(jìn)行接地，而兩者是否獨(dú)立接地對于接地系統(tǒng)的要求是不同的，如果設(shè)計上存在隱患就有可能在發(fā)生接地故障時損壞設(shè)備甚至帶來人身傷害的事故。

GB 5266.3—2005/IEC 60204-11:2000《機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備 第11部分：電壓高于1000Va.c.或1500Vd.c但不超過36kV的高壓設(shè)備的技術(shù)條件》中對相關(guān)項目進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)范。首先在供電系統(tǒng)接地方式的選擇上建議采用[9]“與地隔離，或設(shè)計成中性點(diǎn)對地有高阻抗的電源系統(tǒng)”，也就是IT系統(tǒng)，因此要求其“應(yīng)提供接地故障檢測設(shè)備，以便在檢測到接地故障時發(fā)出警報”。而對于用電側(cè)接地形式的規(guī)范上則引用了德國標(biāo)準(zhǔn)HD 637:1999的相關(guān)內(nèi)容。其中對高低電壓是否共用接地系統(tǒng)的不同要求在國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中是少見的，但實際上這往往會影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因為采用IT系統(tǒng)的供電系統(tǒng)在一次故障時往往可以繼續(xù)帶電運(yùn)行，如果發(fā)生接地故障部分是高壓部分，由于設(shè)計不當(dāng)，高壓部分的故障很有可能會使低壓部分的相關(guān)器件損壞甚至擊穿，導(dǎo)致設(shè)備破壞，因此理解相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并適當(dāng)借鑒可以有效規(guī)范高壓供電起重機(jī)械設(shè)計。

HD 637:1999中對高低壓共用接地系統(tǒng)的要求[10]是1）低壓系統(tǒng)上不能出現(xiàn)危險的接觸電壓；2）低壓設(shè)備的相應(yīng)元器件應(yīng)力電壓不能超過其設(shè)計值。當(dāng)不能同時滿足以上兩條時，必須采用高低壓設(shè)備分開接地的方式，此時對兩者接地極之間的距離也有特殊的要求，同時還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)措施以避免因為接地極與接地極間出現(xiàn)放電電弧致使兩接地極相連的可能性。而在HD 637:1999的相關(guān)條文中是建議采用高低電壓共用接地系統(tǒng)的接地方式的。

4 結(jié)束語

我國的起重機(jī)械安全技術(shù)規(guī)范中提出的接地及其檢驗要求是必要的，但目前的內(nèi)容設(shè)置及條文表述存在一定的不合理不科學(xué)的問題。同時，業(yè)內(nèi)對于相關(guān)內(nèi)容的解讀上也存在一定的誤解。

有必要對參照國內(nèi)外相關(guān)高低壓供配電標(biāo)準(zhǔn)對相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行修改和必要的解讀，以便起重機(jī)械設(shè)計人員及檢驗人員更好的把握安全技術(shù)規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 先強(qiáng),柳光利,郭曉峰，等.起重機(jī)械接地檢驗項目合理性探討[J].中國特種設(shè)備安全，2015,31(02):13-20.

[2] 王厚余．低壓電氣裝置的設(shè)計安裝和檢驗(第三版) [M].北京:中國電力出版社,2012.

[3] TSG Q7015—2008 起重機(jī)定期檢驗規(guī)則及其第1號修改單[Z].

[4] GB 16895.3—2004/IEC 60364-5-54:2002 建筑物電氣裝置 第5-54部分：電氣設(shè)備的選擇和安裝接地配置、保護(hù)導(dǎo)體和保護(hù)聯(lián)結(jié)導(dǎo)體[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[5] GB 16895.21—2011/IEC 60364-4-41:2005 低壓電氣裝置 第4-41部分：安全防護(hù) 電擊防護(hù)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[6] 蔣麥占．《低壓配電設(shè)計規(guī)范》中不可泛用IR≤50V—論IEC標(biāo)準(zhǔn)需要深入研究[J].電氣工程應(yīng)用,2008,4:2-7.

[7] 符敦鑒.岸邊集裝箱起重機(jī)[M].湖北:湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[8] GB/T 15361—2009 岸邊集裝箱起重機(jī)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[9] GB 5266.3—2005/IEC 60204-11:2000 機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備 第11部分：電壓高于1000Va.c.或1500Vd. c但不超過36kV的高壓設(shè)備的技術(shù)條件[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[10] HD 637—1999 Power Installations Exceeding 1 Kv A.c.[S].

收稿日期：（2015-09-15）

作者簡介：仇佳捷(1987～)，男，碩士，檢驗員，工程師，從事機(jī)電類設(shè)備的檢驗工作。

文章編號：1673-257X(2016)03-0040-04

DOI:10.3969/j.issn.1673-257X.2016.03.009

中圖分類號:X941

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B