起重機(jī)械接地保護(hù)與檢驗(yàn)檢測(cè)方法研究

劉 龍

（陜西省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院 西安 710000）

起重機(jī)械屬于大型機(jī)電類(lèi)設(shè)備,主要用于運(yùn)輸重物,功率要求較高,常常需要依靠高電壓輔助作業(yè)。實(shí)際使用起重機(jī)械,由于多數(shù)運(yùn)動(dòng)部件屬于金屬結(jié)構(gòu),同時(shí)長(zhǎng)期暴露于環(huán)境中,一旦出現(xiàn)帶電問(wèn)題將引發(fā)人員觸電風(fēng)險(xiǎn),需要安裝接地保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)人員生命安全,避免漏電流給設(shè)備帶來(lái)破壞。因此在完成起重機(jī)械接地保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)安裝后,需要及時(shí)開(kāi)展檢驗(yàn)檢測(cè)工作,保證機(jī)械設(shè)備的安全性。

1 起重機(jī)械的接地保護(hù)組成

在對(duì)起重機(jī)械實(shí)施接地保護(hù)時(shí),通?？梢詫⒄麄€(gè)保護(hù)系統(tǒng)劃分為電氣設(shè)備接地、金屬結(jié)構(gòu)接地、接地電阻3個(gè)部分,需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行配置。

首先,在電氣設(shè)備接地方面,起重機(jī)械體積大,使用時(shí)需要移動(dòng)用電設(shè)備和采取接地保護(hù)線路,如采用滑觸線、電纜、集電導(dǎo)線等。未能合理應(yīng)用接地保護(hù),將引發(fā)斷路、接觸不良等問(wèn)題,應(yīng)重點(diǎn)檢查PE線、接地線、PEN線與等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)情況,通過(guò)連續(xù)檢測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題[1]。交叉使用保護(hù)導(dǎo)線和中性線將影響電流裝置狀態(tài),引發(fā)導(dǎo)線斷連情況,因此應(yīng)重點(diǎn)保護(hù),檢驗(yàn)測(cè)量時(shí)提前斷開(kāi)電源,切斷進(jìn)線的N線,用萬(wàn)用表檢測(cè)確認(rèn)是否連接,以免系統(tǒng)喪失保護(hù)功能。日常使用機(jī)械,在大容量空開(kāi)或用鐵絲替換熔斷絲的情況下,容易出現(xiàn)安全隱患,需要做好電流裝置的接地保護(hù)配置。針對(duì)車(chē)載電源等,需要與車(chē)上保護(hù)端子連接,引入外部電源連接提供獨(dú)立保護(hù)導(dǎo)線,確保用電安全。應(yīng)用外部接地保護(hù),應(yīng)采用與等電位連接相同方式,及時(shí)發(fā)現(xiàn)電阻電流不良情況,充分發(fā)揮連接保護(hù)作用。

其次,針對(duì)起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu),需要單獨(dú)配置保護(hù)導(dǎo)線,牽引至饋電位置,需根據(jù)接地方式考慮內(nèi)部YF等線路管控問(wèn)題,確認(rèn)是否連通接地保護(hù)體。針對(duì)連接的非焊接位置,需要另外設(shè)置接地干線或跨接線處理,禁用金屬結(jié)構(gòu)和接地作為載流零線。

此外,在接地電阻設(shè)計(jì)上,采用的防護(hù)系統(tǒng)主要包含TT、TN、IT三類(lèi),可以根據(jù)電源端中性點(diǎn)和用電設(shè)備外露導(dǎo)電部分接地情況劃分。TT系統(tǒng)的電源端中性點(diǎn)接地,引出中性線,金屬外殼接地。發(fā)生相線故障,電流由大地返回電源側(cè),故障相保護(hù)電流較小,需加裝漏電保護(hù),以免熔斷器或繼電器無(wú)法正常發(fā)揮保護(hù)作用[2]。TN系統(tǒng)同樣進(jìn)行中性點(diǎn)接地,引出中性線,將金屬外殼公共保護(hù)線與中性點(diǎn)連接,實(shí)施保護(hù)接零。IT系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地或高阻抗接地,用金屬外殼接地保護(hù),不引出中性導(dǎo)體。系統(tǒng)一次故障電流較小,不會(huì)造成設(shè)備產(chǎn)生觸電電壓,可以不采用漏電保護(hù)。二次故障通常位于中性線或另一相線,應(yīng)迅速切斷以免燒毀電源、線路等。

2 起重機(jī)械的接地保護(hù)檢驗(yàn)要求

在起重機(jī)械間接觸電防護(hù)方面,接地檢驗(yàn)為重要內(nèi)容,需要滿(mǎn)足TSG Q7015—2016《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》等相關(guān)規(guī)范要求。作為現(xiàn)場(chǎng)的安裝和檢驗(yàn)人員,都應(yīng)理解規(guī)范對(duì)設(shè)備接地保護(hù)提出的要求,以免遺留安全隱患。

2.1 共性要求

針對(duì)起重機(jī)械的不同接地系統(tǒng),首先都要求外露可導(dǎo)電部分直接連接電源接地保護(hù)線。如電動(dòng)機(jī)、變壓器等本身外殼能導(dǎo)電的設(shè)備,屬于TT或IT接地系統(tǒng)需要連接獨(dú)立于電源端的接地引出PE線,屬于TN系統(tǒng)應(yīng)連接合一PEN線或電源端接地體引出線[3]。塔式起重機(jī)械等帶有標(biāo)準(zhǔn)節(jié),通常將導(dǎo)電部分與“接地端子排”連接,然后利用滑觸線等連接接地線,禁止導(dǎo)電部分相互串接,如圖1所示。而通用門(mén)式起重機(jī)械等設(shè)備難以采取該種連接方式,通常先將導(dǎo)電部分就近連接至金屬結(jié)構(gòu),將其當(dāng)成接地干線,之后與接地線連接。

圖1 外露導(dǎo)電部分接地示意圖

針對(duì)機(jī)械上設(shè)備外殼和金屬的支架、導(dǎo)線管和線槽,需要實(shí)施可靠接地。所謂的設(shè)備外殼,指的是用于保護(hù)設(shè)備的柜體、箱體等結(jié)構(gòu),如控制柜、接線盒等。根據(jù)配電網(wǎng)條件,采用跨接或螺栓等形式可靠連接接地體。無(wú)論采用哪種接地連接方式,除整個(gè)系統(tǒng)電壓在安全電壓范圍內(nèi),都不能將金屬結(jié)構(gòu)和接地線當(dāng)成載流零線。如采用380 V供電的起重機(jī),即便通過(guò)變壓器為局部電路提供36 V電壓,但整體電壓超50 V,因此不能將接地當(dāng)成載流零線[4]。

此外,需要做好接地體和接地線檢查。將電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分直接連接地線,要求采用專(zhuān)用接地線,現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)存在其他用途說(shuō)明不合格。如采用三線式供電電纜或滑觸線,應(yīng)確認(rèn)接地專(zhuān)用線不上車(chē),也不能接在軌道上。將鋼軌連接至接地保護(hù)電路,也不能取代機(jī)械保護(hù)導(dǎo)線。將金屬結(jié)構(gòu)當(dāng)成接地干線,則要求檢查是否存在非焊接等缺陷,確保導(dǎo)電可靠。如果結(jié)構(gòu)連接位置未能實(shí)現(xiàn)金屬熔合,而是采取螺栓、銷(xiāo)軸等連接方式,受環(huán)境腐蝕等因素影響可能出現(xiàn)接觸面無(wú)法可靠導(dǎo)電問(wèn)題,需另設(shè)接地干線或?qū)嵤┛缃泳€。

為避免因起重機(jī)械的線路漏電引發(fā)安全威脅,要求在額定電壓不超500 V時(shí),線路對(duì)地絕緣電阻至少達(dá)到1 MΩ,如果為防爆型機(jī)械則要求達(dá)到1.5 MΩ。針對(duì)絕緣起重機(jī)械,利用千兆歐表對(duì)滑輪與吊鉤、車(chē)架與大車(chē)間等線路絕緣值進(jìn)行測(cè)量,至少應(yīng)達(dá)到1 MΩ[5]。針對(duì)全部外部線路,要求在發(fā)生短路或接地故障時(shí)提供過(guò)電流保護(hù)。

2.2 專(zhuān)項(xiàng)要求

采用TT、TN、IT三種接地系統(tǒng),需要達(dá)到各自的接地保護(hù)要求,確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地將起重機(jī)械上殘余電流導(dǎo)入大地,避免給設(shè)備帶來(lái)傷害。

采用TT系統(tǒng),需要實(shí)施漏電保護(hù),確認(rèn)外露導(dǎo)電部分連接的接地電阻不超4 Ω。從原理上來(lái)看,如圖2所示,設(shè)備外殼一旦漏電,系統(tǒng)將降低外殼對(duì)地電壓。如果接地電阻過(guò)大,將引起電壓升高問(wèn)題,給人員帶來(lái)威脅。配置漏電保護(hù)裝置,能夠提供雙重保護(hù),避免因接地電阻變化造成人員因接觸設(shè)備外殼觸電。

圖2 TT接地系統(tǒng)工作原理圖

在TN系統(tǒng)中,需要利用PE線重復(fù)接地。針對(duì)各接地部分,應(yīng)確認(rèn)電阻不超10 Ω。因?yàn)門(mén)N系統(tǒng)需要利用相線對(duì)地回路獲得大電流,迫使斷路器斷開(kāi)或熔絲熔斷,確保電源回路安全。只有通過(guò)重復(fù)接地,才能提供有效保護(hù)。

最后針對(duì)IT系統(tǒng),應(yīng)確認(rèn)外露導(dǎo)電部分接地電阻不超4 Ω。在系統(tǒng)工作過(guò)程中,變壓器中性點(diǎn)不接地,正常情況下單相漏電電流較小,使系統(tǒng)更加安全。但在起重機(jī)械使用環(huán)境復(fù)雜,如果需要長(zhǎng)距離供電,需要考慮電線對(duì)大地的分布電容,因此應(yīng)實(shí)施接地保護(hù),降低設(shè)備外殼電壓。

3 起重機(jī)械接地保護(hù)的檢驗(yàn)檢測(cè)方法

針對(duì)起重機(jī)械不同的接地保護(hù)部分,由于采取的接地方式并不相同,需要采取不同的檢驗(yàn)檢測(cè)方法,確保各部分保護(hù)方案合格,能夠從整體上保障機(jī)械的安全性。

3.1 防護(hù)系統(tǒng)判別與檢驗(yàn)

開(kāi)展起重機(jī)械接地保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)工作,時(shí)常遇到用戶(hù)未按國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)接線的情形,需要先確定采取的接地保護(hù)形式,然后根據(jù)對(duì)應(yīng)要求實(shí)施檢驗(yàn)檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的隱患。在以往實(shí)踐工作中,多采用現(xiàn)場(chǎng)查線法,先檢查設(shè)備PE線,然后從配電接線端向變壓器進(jìn)行反向檢查,確認(rèn)各接線是否符合要求。為簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)操作,加快檢驗(yàn)檢測(cè)進(jìn)度,近年來(lái)多采用測(cè)量法,利用交流電壓表、接地電阻儀等儀器測(cè)量固定位置的電壓或電阻,用于判別系統(tǒng)接地保護(hù)形式。

采用電壓法測(cè)量,可以確定電源端中性點(diǎn)是否接地,從而進(jìn)行接地系統(tǒng)區(qū)分。如圖3所示,對(duì)相線和起重機(jī)械接地裝置間的電壓進(jìn)行測(cè)量,需要選用交流電壓表,確認(rèn)其阻抗不超相線對(duì)地絕緣電阻。此外,也可以在電壓表兩端并聯(lián)小于相線對(duì)地絕緣電阻的電阻,然后利用電壓表測(cè)量。在測(cè)得結(jié)果不超相電壓3/4,確定為IT接地。因?yàn)橄到y(tǒng)中性點(diǎn)對(duì)地存在高阻抗,發(fā)揮分壓作用,與電壓表串聯(lián)成回路。從理論上來(lái)看,測(cè)得數(shù)值應(yīng)不超相電壓1/2,但實(shí)際高阻抗與儀表內(nèi)阻接近,因此將影響測(cè)量精度,產(chǎn)生一定誤差。如果結(jié)果接近相電壓,說(shuō)明電源端中性導(dǎo)體接地,接地線內(nèi)阻遠(yuǎn)小于儀表內(nèi)阻,因此系統(tǒng)為T(mén)T或TN接地。

圖3 測(cè)電壓判別接地形式的示意圖

想要進(jìn)一步對(duì)TN和TT接地形式進(jìn)行區(qū)分,可以使用接地電阻儀對(duì)電源N線與接地裝置間的電阻進(jìn)行測(cè)量,記錄為r,并對(duì)PE線與裝置間的電阻進(jìn)行測(cè)量,記錄為R,根據(jù)二者大小確認(rèn)設(shè)備金屬外殼是否與電源端接地相互分離。如果測(cè)得的2個(gè)結(jié)果相等,同時(shí)阻值和所測(cè)回路導(dǎo)體電阻估算結(jié)果大致相同,說(shuō)明從中性線引出了PE線,為接零保護(hù),即為T(mén)N接地。如果阻值相差較大,說(shuō)明為接地保護(hù),在金屬外殼接地的情況下,中性線和接地線間電阻為接地體本體及之間的電阻、接地線電阻、接地體與大地接觸電阻之和,即為T(mén)T接地。

根據(jù)防護(hù)系統(tǒng)類(lèi)型,需要做好防護(hù)電氣設(shè)置檢驗(yàn)。針對(duì)IT系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn),應(yīng)確認(rèn)完成電流防護(hù)器和剩余電流裝置設(shè)置,有效降低二次接地故障發(fā)生概率。而剩余電流裝置應(yīng)進(jìn)行科學(xué)整定,確認(rèn)參數(shù)設(shè)置達(dá)到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)器,需要配置預(yù)警裝置。通過(guò)逐次審查,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)防護(hù)不符合規(guī)范的部位。對(duì)TN系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn),應(yīng)確認(rèn)做好電流防護(hù)期設(shè)置,確保在電流過(guò)大時(shí)能夠?qū)⒕€路自動(dòng)切斷,有效限制故障發(fā)生范圍,避免給人員帶來(lái)傷害。結(jié)合實(shí)際需求,還應(yīng)做到電流裝置設(shè)置。對(duì)TT系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn),應(yīng)確認(rèn)電流防護(hù)電器設(shè)置是否符合要求,實(shí)際可以利用絕緣監(jiān)測(cè)器代替,并完成電流裝置布置,確保在絕緣水平低于整定值時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警,為機(jī)械提供漏電保護(hù)。

3.2 保護(hù)電路的檢驗(yàn)檢測(cè)

對(duì)接地保護(hù)電路進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè),應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注3方面內(nèi)容。首先,應(yīng)確認(rèn)連接點(diǎn)和導(dǎo)線暢通。保護(hù)導(dǎo)線應(yīng)為黃色或綠色,利用序號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)記,方便人員查找和檢測(cè)。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)確認(rèn)線路最小截面滿(mǎn)足要求。使用非銅導(dǎo)線,應(yīng)確認(rèn)單位長(zhǎng)度電阻比銅導(dǎo)線低,截面至少達(dá)到17 mm2。結(jié)合相關(guān)資料核對(duì),應(yīng)利用工具做好導(dǎo)線測(cè)量,確認(rèn)接地線路連接的正確性。其次,對(duì)機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)和供電線路的保護(hù)電路進(jìn)行檢驗(yàn),應(yīng)確認(rèn)能夠與底線滑觸器精準(zhǔn)連接,可以將漏電流順利導(dǎo)入大地。針對(duì)駕駛室和金屬結(jié)構(gòu),應(yīng)采用雙導(dǎo)線,保證可靠連接。針對(duì)各金屬構(gòu)件和電氣設(shè)備,同樣需要做好接地檢查,確認(rèn)使用專(zhuān)門(mén)滑觸線作為中性線,并使用集中導(dǎo)線作為保護(hù)導(dǎo)線。而配置的集電器能夠順利收集相關(guān)數(shù)據(jù),確保機(jī)械始終處于監(jiān)控狀態(tài)。按照現(xiàn)有規(guī)定,可以通過(guò)目測(cè)方式檢測(cè),保證接線良好。最后,應(yīng)確保接地導(dǎo)線獨(dú)立設(shè)置,禁止與其他線路混淆。分開(kāi)布設(shè)中性線和保護(hù)導(dǎo)線,應(yīng)確認(rèn)未接入其他電器或開(kāi)關(guān),確保能夠發(fā)揮完整保護(hù)作用。在有必要的情況下,可以利用萬(wàn)用表等儀表對(duì)PE線、零線等進(jìn)行檢測(cè),確保線路暢通。

3.3 外部接地的檢驗(yàn)檢測(cè)

針對(duì)外部接地部分實(shí)施檢測(cè),需要對(duì)接地體接地電阻進(jìn)行測(cè)量,并做好保護(hù)連接導(dǎo)線和等電位連接檢驗(yàn)。首先,可以根據(jù)各防護(hù)系統(tǒng)規(guī)定對(duì)接地電阻進(jìn)行測(cè)量?？梢圆捎玫臏y(cè)量?jī)x器主要有鉗形類(lèi)和輔助電極類(lèi),需要結(jié)合實(shí)際需求選擇。目前,輔助電極類(lèi)設(shè)備較為成熟,不再過(guò)多敘述,而鉗形類(lèi)儀器使用容易產(chǎn)生誤差,應(yīng)掌握正確測(cè)量方法。如在測(cè)量TN系統(tǒng)的接地電阻時(shí),重復(fù)測(cè)量阻值應(yīng)利用兩點(diǎn)法,先選取2個(gè)接地點(diǎn),以免因無(wú)法構(gòu)成閉合回路而失敗。具體來(lái)講,需選擇待測(cè)接地體和附近接地良好的接地體,如建筑物接地扁鐵等,使用導(dǎo)線連接后,從供電電源PE線斷開(kāi)。測(cè)量結(jié)果為待測(cè)接地體、附近接地體和導(dǎo)線電阻之和,在確定附近接地體大小后,可以確定待測(cè)阻值大小。想要精確測(cè)量,也可以采用三點(diǎn)法,與附近2個(gè)獨(dú)立接地體構(gòu)成回路測(cè)量,建立兩兩接地體間的方程。針對(duì)TT系統(tǒng)的接地體進(jìn)行測(cè)量,應(yīng)確認(rèn)電流裝置需要電流,其與接地電阻相乘所得結(jié)果應(yīng)在50 V以下。測(cè)量IT系統(tǒng)的接地電阻,應(yīng)確認(rèn)一次接地故障電流和接地電阻相乘后結(jié)果不超50 V。為做到精確測(cè)量,應(yīng)采用精密檢測(cè)設(shè)備,保證結(jié)果準(zhǔn)確性。其次,對(duì)保護(hù)連接導(dǎo)線進(jìn)行檢驗(yàn),只需目測(cè)連線是否正確。如在TN系統(tǒng)中,應(yīng)確認(rèn)PEN端子和PE端子連接接地導(dǎo)線。最后,檢驗(yàn)等電位連接情況也主要采用目測(cè)方法,需要將PEN干線和機(jī)械金屬附件、軌道、電位端子板等連接,確認(rèn)各部分導(dǎo)線連接正常,不存在錯(cuò)接、漏接問(wèn)題。在檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)踐中,考慮主要通過(guò)目測(cè)和簡(jiǎn)單測(cè)量接地電阻等方式檢查接地結(jié)構(gòu),為保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)隱患,應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)資料收集,并對(duì)以往檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié),編制科學(xué)的檢驗(yàn)檢測(cè)方案,通過(guò)科學(xué)、有序地開(kāi)展工作保證接地系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論

全面掌握起重機(jī)械接地保護(hù)系統(tǒng)組成,明確系統(tǒng)各部分檢驗(yàn)要求,能夠?yàn)榻拥乇Ｗo(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)檢測(cè)工作提供科學(xué)指導(dǎo)。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn),針對(duì)接地線路、外部接地等部分,存在共性檢驗(yàn)要求,同時(shí)對(duì)TT、TN、IT三種接地系統(tǒng)提出了專(zhuān)項(xiàng)要求。運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行防護(hù)系統(tǒng)類(lèi)型判別的基礎(chǔ)上,可以進(jìn)行合理檢驗(yàn),同時(shí)做好保護(hù)電路、外部接地的檢驗(yàn)檢測(cè),確保整個(gè)接地系統(tǒng)能夠?yàn)槠鹬貦C(jī)械提供有效保護(hù)。