起重機(jī)電源接地型式判別及起重機(jī)接地常見誤區(qū)

張志堅 柯 韜 石琪晟 俞 朝 張 芳

（寧波市特種設(shè)備檢驗研究院 寧波 315048）

起重機(jī)電源接地型式判別及起重機(jī)接地常見誤區(qū)

張志堅 柯 韜 石琪晟 俞 朝 張 芳

（寧波市特種設(shè)備檢驗研究院 寧波 315048）

自動切斷電源是起重機(jī)間接接觸防護(hù)中最常用的措施，采用自動切斷電源這種防護(hù)措施需協(xié)調(diào)三方面的要求：電源接地系統(tǒng)型式、不同地基的保護(hù)聯(lián)結(jié)系統(tǒng)的接地阻抗值和檢測絕緣故障保護(hù)器件的特性。正確判別起重機(jī)電源接地型式是對起重機(jī)接地檢驗首要的任務(wù)，本文對判別各種接地型式的方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并指出了起重機(jī)接地的常見誤區(qū)以及正確的處理措施。

起重機(jī) 接地系統(tǒng) 間接接觸防護(hù) 電擊防護(hù) TN系統(tǒng) TT系統(tǒng)

1　引言

1.1起重機(jī)的間接接觸防護(hù)

起重機(jī)接地最主要的目的是防止電擊，保護(hù)作業(yè)人員的人身安全。起重機(jī)接地是起重機(jī)間接接觸防護(hù)措施之一，根據(jù)GB 5226.2ü2002《機(jī)械安全 機(jī)械電氣安全 第32部分：起重機(jī)械技術(shù)條件》［1］的規(guī)定，間接接觸防護(hù)是用以防止帶電部分與外露可導(dǎo)電部分之間絕緣失效時所產(chǎn)生的危險情況，其防護(hù)效果應(yīng)能達(dá)到：防止出現(xiàn)危險觸摸電壓或在觸及觸摸電壓可能造成危險之前自動切斷電源，對于起重機(jī)的電氣設(shè)備每個電路或部分，至少應(yīng)采用上述措施之一。

防止產(chǎn)生危險接觸電壓主要采用Ⅱ類設(shè)備或等效的絕緣的防護(hù)和采用電氣隔離作防護(hù)兩種，在實踐中，由于起重機(jī)結(jié)構(gòu)特點和成本等原因，起重機(jī)上只能較少或部分采用防止產(chǎn)生危險接觸電壓這一措施。自動切斷電源是間接接觸防護(hù)中最常用的措施，起重機(jī)也不例外，可以采用自動切斷電源作為起重機(jī)的整體間接接觸防護(hù)措施，即在出現(xiàn)絕緣故障情況下，這種措施經(jīng)保護(hù)器件自動操作切斷一路或多路相線，且切斷應(yīng)在極短時間內(nèi)出現(xiàn)，以限制觸摸電壓并使其在持續(xù)時間內(nèi)沒有危險。

1.2確定電源接地型式的重要性

根據(jù)GB 5226.2ü2002，采用自動切斷電源進(jìn)行防護(hù)這種措施需協(xié)調(diào)三方面的要求：電源接地系統(tǒng)型式、不同地基的保護(hù)聯(lián)結(jié)系統(tǒng)的接地阻抗值和檢測絕緣故障保護(hù)器件的特性。這三方面的要求缺一不可，只有這三方面協(xié)調(diào)配合好，才能使自動切斷電源這種間接接觸防護(hù)措施起作用，不至于讓人員觸及觸摸電壓產(chǎn)生危險。

低壓配電和電擊防護(hù)通用規(guī)范GB 16895.21—2011［2］、GB 50054—2011［3］和GB 14050—2008［4］等對于采用自動切斷電源進(jìn)行防護(hù)的要求是一致的。

對于TN系統(tǒng)，應(yīng)滿足：

對于TT系統(tǒng)，則應(yīng)滿足：

式（1）和式（2）中ZS和RA就是上述的接地阻抗值，Ia是檢測故障保護(hù)器件的特性，TN系統(tǒng)確定了U0= 220V（對于低壓電網(wǎng)），TT系統(tǒng)則確定了50V。應(yīng)根據(jù)不同的電源接地型式來選用不同的公式，即正確判別電源接地型式是確定自動切斷電源措施是否有效最基本的前提。

起重機(jī)的間接接觸防護(hù)措施同樣應(yīng)先確定起重機(jī)電源接地型式，即起重機(jī)的接地應(yīng)與其電源接地型式相適應(yīng)。如起重機(jī)的接地方式未和電源接地型式匹配，則無法達(dá)到電擊防護(hù)的目的，也就無法保證起重機(jī)作業(yè)人員的人身安全。因此，正確判別起重機(jī)電源接地型式是對起重機(jī)接地檢驗首要的任務(wù)。

2　電源接地型式的判別

2.1起重機(jī)電源來源判別

判別起重機(jī)電源接地型式應(yīng)在電源端判別，而不應(yīng)從負(fù)載端——起重機(jī)處進(jìn)行判別［5］。目前起重機(jī)大多采用低壓電網(wǎng)（380V/220V）供電，判別起重機(jī)電源接地型式就是判別低壓電網(wǎng)的系統(tǒng)接地型式；而要判別低壓電網(wǎng)的系統(tǒng)接地型式，必須確定低壓電網(wǎng)來自何處，就其來源而言無非兩種：來自于供電局的公用電網(wǎng)或來自于獨立變電所的低壓電網(wǎng)。

檢驗人員可以通過詢問使用單位管理人員來確定，如該使用單位廠區(qū)內(nèi)沒有變壓器則說明起重機(jī)的電源來自于供電局的公用電網(wǎng)，供電局公用電網(wǎng)的系統(tǒng)接地型式只能向當(dāng)?shù)毓╇姴块T咨詢來確定，不能自行決定；如該使用單位廠區(qū)有變壓器則說明起重機(jī)的電源來自于該使用單位獨立變電所的低壓電網(wǎng)。

2.2電源中性點是否接地的判別

對于擁有獨立變電所的使用單位，應(yīng)通過電源中性點是否接地來確定電源的接地型式，如果電源中性點不接地或通過高阻抗接地，則可判定其電源的接地型式為IT系統(tǒng)，如果電源中性點直接接地，則可能是TT或TN系統(tǒng)。

值得注意的是，不能把電源中性點接地理解成變壓器中性點接地，不能因為變壓器中性點未接地就輕易認(rèn)為電源中性點未接地而判定為IT系統(tǒng)。

電源中性點接地一般有以下2種形式：

1）變壓器中性點直接接地。變壓器中性點直接接地可以達(dá)到電源中性點直接接地的目的，如農(nóng)村的低壓公用電網(wǎng)采用桿上變壓器，其低壓端通過架空線直接把電輸送到各居民家中，不存在配電柜，桿上變壓器的中性點和外殼相連，并直接接地，達(dá)電源中性點接地的目的。

2）低壓柜的N排直接和變壓器的中性點相連并接地。對于小容量的變電所，其變壓器一般采用干式變壓器，且和高低壓柜并列安裝在一起，低壓柜的N排直接和變壓器的中性點相連并接地，可以達(dá)到電源中性點接地的目的；對于大容量變電所，高低壓配電柜和變壓器是分別安裝在不同的房間內(nèi)，低壓配電柜通過四線母線槽和變壓器低壓側(cè)的四個輸出端子相連，只要低壓配電柜的N排直接接地也可以達(dá)到電源中性點接地的目的。在以上兩種情況下，從變壓器到低壓配電柜的一段線路很短，可將變電所看成一個電源點，與配電線路全長的阻抗相比，變壓器內(nèi)部和外部的一小段N線的阻抗可忽略不計，此時在N排變壓器端直接接地和在N排低壓配電柜內(nèi)直接接地是沒有區(qū)別的。只要電源點的中性點是直接接地的，則從電源點的低壓配電柜可同時引出相線、N線、PEN線或PE線，換而言之，可同時引出除中性點不接地的IT系統(tǒng)以外的TN、TT等不同接地系統(tǒng)的供電電源。

檢查電源的中性點是否直接接地除了可以直接肉眼觀察檢查外，還可以在停電的情況下用萬用表的歐姆檔檢查，如果測量電源中性點和工作接地引上線之間的電阻在幾歐姆以內(nèi)，這表明中性點是直接接地，可以肯定不屬于IT系統(tǒng)而屬于TT或TN系統(tǒng)；如果電源中性點不接地或者通過高阻抗接地，則可判定其電源的接地型式為IT系統(tǒng)。

2.3TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)的判別

TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)的區(qū)別在于，TN系統(tǒng)的N線和PE線是通過金屬導(dǎo)線連接在一起的，而TT系統(tǒng)的N線和PE線之間無直接電氣連接。要判別TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)，應(yīng)在斷電的情況下，測量N排和PE排之間的絕緣電阻。如是TN系統(tǒng)，由于N排和PE排在電源端是作電氣連接的，因此N排和PE排之間的絕緣電阻應(yīng)該在1Ω以內(nèi)。如是TT系統(tǒng)，與系統(tǒng)接地相連的N排和與保護(hù)接地相連的PE排兩者之間是絕緣的，電阻約幾百歐姆。

2.4TN-C、TN-C-S和TN-S系統(tǒng)判別

如在上述基礎(chǔ)上確定是TN系統(tǒng)的話，對于TN-C、TN-C-S和TN-S系統(tǒng)只要在總配電箱處用肉眼觀察即可。如果總配電箱內(nèi)N排和PE排是用導(dǎo)線連成一體的，那么進(jìn)總配電箱的電源線是四根，第四根接在N排或PE排上，則為TN-C系統(tǒng)或TNC-S系統(tǒng)，如圖1所示。而對于TN-C系統(tǒng)或TNC-S系統(tǒng)的區(qū)別在于設(shè)備處是有四根導(dǎo)線還是五根導(dǎo)線連接，如果是四根導(dǎo)線為TN-C系統(tǒng)，反之則為TN-C-S系統(tǒng)。如果總配電箱內(nèi)N排和PE排是分開的，進(jìn)總配電箱的電源線是五根，其中兩根線分別接在PE排和N排，則為TN-S系統(tǒng)，如圖2所示。

圖1　TN-C或TN-C-S系統(tǒng)　

圖2　TN-S系統(tǒng)

3　起重機(jī)接地的常見誤區(qū)

由于對電擊防護(hù)特別對間接接觸防護(hù)的原理了解不夠，起重機(jī)施工單位和使用單位在對起重機(jī)進(jìn)行接地時常常出現(xiàn)一些錯誤的做法，為起重機(jī)的安全使用埋下了隱患，以下是筆者在日常檢驗中遇到的一些錯誤的做法。

3.1電源接地型式為TT系統(tǒng)

●3.1.1 未采用RCD作為保護(hù)電器

在某些小型工業(yè)區(qū)中，未設(shè)置獨立的變壓器，各廠房的電源來自于供電局的公用電網(wǎng)，而有些供電局公用電網(wǎng)的電源采用TT系統(tǒng)供電，因TT系統(tǒng)只輸出N線而不輸出PE線或PEN線，廠房內(nèi)的起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)無法連接到PE線或PEN線，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)只能由大車車輪連接軌道通過軌道與大地相連（通過接地線或鋼結(jié)構(gòu)承軌梁與大車軌道相連）。在接地故障情況下，故障電流Id流向如圖3所示，要想在接地故障時人處于安全狀態(tài)，即接地故障時人在接觸起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的接觸電壓不大于50V，必須使因，取其最大值RB=4Ω，求得，。要滿足RA處的接地電阻如此之小，耗資巨大，且在有些場合也不可能辦到。因而在TT系統(tǒng)中，如采用RCD來作為切斷電源的保護(hù)電器，只要滿足式（2），即使人員觸電但因為此處預(yù)期接觸電壓不大于50V，人員也是安全的。根據(jù) RA×Ia≤50V ，由，即包括金屬結(jié)構(gòu)與車輪、軌道及接地線（或承軌梁）的電阻不大于1666Ω時就可以讓RCD動作，從而切斷電源保護(hù)相關(guān)人員，如此大電阻很容易滿足。

圖3　TT系統(tǒng)故障電流示意圖

●3.1.2 起重機(jī)錯誤采用TN接地型式

在有些廠房，供電電源采用TT系統(tǒng)，但把起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)和N線連在一起（如圖4所示），即起重機(jī)采用了TN接地型式。TT系統(tǒng)中，N線的電位只有在和系統(tǒng)接地點相連處的電位是地電位，離系統(tǒng)接地點越遠(yuǎn)，N線對地的電位越高；三相越不平衡，流過N線的電流越大，N線對地的電位就越高；即使三相完全平衡，只要存在非線性用電器，就會產(chǎn)生三次諧波，三次諧波在N線不是相互抵消，而是相互疊加，使N線對地電位升高。在TT系統(tǒng)中，若局部設(shè)備采取TN接地型式，其外殼的電位就會隨著N線對地電位的升高而升高。更為嚴(yán)重的是，TT部分如圖4中的M1的相線碰殼而在故障未解除前，N線的電位就升高，若系統(tǒng)接地和保護(hù)接地的接地電阻相等，N線的電位可升到110V，M2的電氣設(shè)備外殼和電位如此高的N線相連，當(dāng)然是十分危險的，因此采用TT系統(tǒng)供電的起重機(jī)不允許出現(xiàn)TN接地型式。

圖4　TT系統(tǒng)不允許采用TN接地

3.2電源接地型式為TN系統(tǒng)

●3.2.1 TN-C系統(tǒng)采用RCD作為保護(hù)器件

RCD的中文名字是剩余電流動作保護(hù)裝置，即俗稱的漏電保護(hù)器。TN-C系統(tǒng)是將PE線和N線合二為一成PEN線，如圖5所示，如PEN線穿過剩余電流動作保護(hù)器RCD，因接地故障電流產(chǎn)生的磁場在RCD內(nèi)互相抵消，RCD將無法檢測出故障電流而不動作［6］，所以在 TN-C系統(tǒng)內(nèi)不能裝用RCD防電擊。對于TN-C系統(tǒng)，應(yīng)將其改成TN-C-S系統(tǒng)，如圖6所示，在RCD的電源側(cè)將PEN線分成PE線和中性線N，中性線和相線一起穿過RCD，而PE線則不經(jīng)過RCD的電流互感器直接接到被保護(hù)回路中的外露導(dǎo)電部分（如起重機(jī)電機(jī)外殼），只有這樣RCD才能檢測出接地故障電流而動作。

圖5　RCD因穿入PEN線而拒動

圖6　RCD未穿入PE線可正確動作

●3.2.2 局部TT系統(tǒng)未配用RCD

在檢驗實踐中發(fā)現(xiàn)，起重機(jī)供電電源采用TN系統(tǒng)，本應(yīng)將起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)與PE（PEN）線連接，但不少施工單位或使用單位并未將PE線與金屬結(jié)構(gòu)連接，有的在露天起重機(jī)處另設(shè)接地極，并引出另一保護(hù)接地線將金屬結(jié)構(gòu)與接地極相連，有的則通過大車車輪與軌道及承軌梁與大地相連，此處其實形成了所謂局部TT系統(tǒng)，如圖7所示。局部TT系統(tǒng)和前述3.1.1的TT系統(tǒng)一樣，因接地故障電流過小不能使熔斷器或斷路器動作而切斷電源，因此不能采用過電流保護(hù)器件作為保護(hù)器件，而應(yīng)采用RCD作為保護(hù)器件，即在此回路的始點必須裝設(shè)RCD，以保證在該回路發(fā)生接地故障時有效切斷電源。

圖7　局部TT系統(tǒng)

4　結(jié)束語

1）電源接地系統(tǒng)型式、不同地基的保護(hù)聯(lián)結(jié)系統(tǒng)的接地阻抗值和檢測絕緣故障保護(hù)器件的特性，是自動切斷電源防護(hù)措施中缺一不可的三個方面，使用中必須注意協(xié)調(diào)這三方面的要求。

2）正確判別起重機(jī)電源接地型式是起重機(jī)接地檢驗的關(guān)鍵問題，必須保證起重機(jī)的接地應(yīng)與其電源接地型式相適應(yīng)。

3）必須注意避免起重機(jī)接地經(jīng)常出現(xiàn)的各種錯誤做法，消除起重機(jī)使用中的安全隱患。

［1］ GB 5226.2—2002 機(jī)械安全 機(jī)械電氣安全 第32部分：起重機(jī)械技術(shù)條件［S］.

［2］ GB 16895.21—2011 低壓電氣裝置 第4-41部分：安全防護(hù) 電擊防護(hù)［S］.

［3］ GB 50054—2011 低壓配電設(shè)計規(guī)范［S］.

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

［5］ 王常余，鄒躍平.電氣接地防雷190問［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2009：114.

［6］ 王厚余.建筑物電氣裝置600問［M］.北京：中國電力出版社，2013：181.

Identification of Crane Power Ground Type and its Common Mistakes

Zhang Zhijian Ke Tao Shi Qisheng Yu Chao Zhang Fang
（Ningbo special equipment inspection and research institute Ningbo 315048）

Protection by automatic disconnection of power supply is the most commonly used measure of protection against indirect contact for cranes, protection by automatic disconnection of power supply necessitates coordination between: the type of supply and earthing system, the impedance values of the different elements of the protective bonding system, and the characteristics of the protective devices that detect insulation faults. Correct identification of the type of supply and earthing system is the primary task of the crane earthing test. In this paper， we introduce the method to distinguish various earthing types, and point out the common mistakes and correct handling measures of crane earthing.

Crane Earthing system Protection against indirect contact Protection against electric shock TN system TT system

X941

B

1673-257X（2016）07-0050-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.07.013

張志堅（1981～），男，本科，副部長，高級工程師，從事機(jī)電類特種設(shè)備檢驗檢測工作。
（

2015-11-13）