關(guān)于起重機(jī)械檢驗中接地問題的探討

張劍敏 劉慶福 王秀民

（東營市特種設(shè)備檢驗研究院 東營 257000）

起重機(jī)械接地保護(hù)的目的是在設(shè)備發(fā)生接地故障時能夠及時快速地將故障電路切除或降低接地故障時的人身傷害。但是,由于從業(yè)人員的水平差異以及對標(biāo)準(zhǔn)的理解存在分歧,造成了設(shè)備檢驗時很難對檢驗結(jié)果做出一個合理的判定,從而會影響設(shè)備的安全使用。在此,筆者結(jié)合多年起重機(jī)檢驗經(jīng)驗對適用標(biāo)準(zhǔn)以及起重機(jī)械檢驗中的接地問題進(jìn)行探討。

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對起重機(jī)接地的規(guī)定

GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》中7.4.10.2條要求起重機(jī)所有電氣設(shè)備的金屬外殼、金屬導(dǎo)線管、金屬支架及金屬線槽等均應(yīng)可靠接地。宜采用專門設(shè)置的接地線,保證電氣設(shè)備的可靠接地。7.4.10.4條要求嚴(yán)禁用接地線作為載流零線。

GB/T 6067.1—2010《起重機(jī)械安全規(guī)程 第1部分：總則》中8.8.1條要求交流供電起重機(jī)電源應(yīng)采用三相（3Φ+PE）供電方式。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)不同電網(wǎng)采用不同型式的接地故障保護(hù),并由用戶負(fù)責(zé)實施。8.8.3條要求起重機(jī)械所有電氣設(shè)備外殼、金屬導(dǎo)管、金屬支架及金屬線槽均應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)情況進(jìn)行可靠接地（保護(hù)接地或保護(hù)接零）。

GB/T 5031—2019《塔式起重機(jī)》中5.5.2.3 條要求應(yīng)采用TN-S接零保護(hù)系統(tǒng)供電。工作零線應(yīng)與塔機(jī)的接地線（保護(hù)零線）嚴(yán)格分開。

GB 10055—2007《施工升降機(jī)安全規(guī)程》中13.4條要求施工升降機(jī)金屬結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備的金屬外殼均應(yīng)接地,接地電阻不超過4 Ω。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于接地的術(shù)語過時，未能對接國際標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語

起重機(jī)各標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于接地的要求仍然停留在過時的術(shù)語表述中。我國標(biāo)準(zhǔn)化法已明確要求采用國際標(biāo)準(zhǔn),我國現(xiàn)行國家和電力行業(yè)電氣工程設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)已等效或等同采用國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)[1]。不再使用“零線”“接地線”等概念不清的術(shù)語,改為含義更為清晰的“N線”“PE線”的國際術(shù)語,尤其GB/T 6067.1—2010中8.8.3條提到了保護(hù)接地或保護(hù)接零的說法,“保護(hù)接地”在標(biāo)準(zhǔn)中其本意是指TT系統(tǒng)的單獨接地型式,“保護(hù)接零”則是指TN系統(tǒng)的接地線保護(hù)型式,但是“保護(hù)接零”的說法卻無法準(zhǔn)確地區(qū)別出TN系統(tǒng)中TN-S、TN-C、TN-C-S三種型式,名詞術(shù)語及概念不夠嚴(yán)謹(jǐn),導(dǎo)致檢驗人員對標(biāo)準(zhǔn)實質(zhì)含義的理解出現(xiàn)偏差,不利于檢驗工作中接地問題的結(jié)論判定。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)中各類型起重機(jī)關(guān)于接地的要求不統(tǒng)一，內(nèi)容差異較大

同樣是起重機(jī)械用電設(shè)備的接地要求,內(nèi)容卻不統(tǒng)一,各類型起重機(jī)在系統(tǒng)接地型式選擇方面有的是根據(jù)不同電網(wǎng)采用不同型式的接地故障保護(hù)；有的起重機(jī)只能選擇一種類型的接地故障保護(hù),例如：塔式起重機(jī)按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5031—2019中5.5.2.3 條要求應(yīng)采用TN-S接零保護(hù)系統(tǒng)供電；在施工升降機(jī)的GB 10055—2007要求中只是簡單地提到“施工升降機(jī)金屬結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備的金屬外殼均應(yīng)接地,接地電阻不超過4 Ω?！敝劣谄溥x擇的型式未做詳細(xì)的闡釋；而GB/T 6067.1—2010規(guī)定“設(shè)計者應(yīng)根據(jù)不同電網(wǎng)采用不同型式的接地故障保護(hù)”。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對起重機(jī)接地要求的不統(tǒng)一,表述含糊,及其要求內(nèi)容的較大差異,都對檢驗結(jié)論的精準(zhǔn)判斷產(chǎn)生影響。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)對接地的要求只側(cè)重了接地型式而忽視了故障保護(hù)方式的選擇

采用接地保護(hù)的初衷是用電設(shè)備在發(fā)生接地故障時,供電系統(tǒng)能快速自動地將故障電路切除或降低接地故障對人身的傷害,確保設(shè)備及人身安全。然而僅靠采用什么型式的接地系統(tǒng)本身不能達(dá)到這一保護(hù)要求,迅速自動切除故障電路還需要接地故障保護(hù)裝置的配合,接地型式只是能夠在發(fā)生設(shè)備接地故障時創(chuàng)造一個條件使接地故障保護(hù)裝置迅速做出動作,共同完成保護(hù)設(shè)備及人身安全的任務(wù)。標(biāo)準(zhǔn)中只是側(cè)重性地強(qiáng)調(diào)了接地保護(hù)應(yīng)選用的接地類型而未談及對接地故障保護(hù)裝置的配合使用。

2 檢驗中接地問題處理方案的探討

檢驗中,尤其老舊車間內(nèi)新裝及移裝起重機(jī)的監(jiān)檢或首檢中,由于老舊車間供電系統(tǒng)及設(shè)備本身老舊等因素的影響,起重機(jī)接地的檢驗過程中會出現(xiàn)較多問題,而對這些問題的整改方案每個人都有各自的理解,現(xiàn)就常遇到的接地問題的處理方案做如下探討：

2.1 老舊車間新裝起重機(jī)遇到的TN-C供電系統(tǒng)三相不平衡問題

由于TN-C系統(tǒng)存在一個防護(hù)缺陷,即線路中出現(xiàn)僅有單項用電設(shè)備以及三相負(fù)載不平衡時[2],會造成所有采取保護(hù)的設(shè)備金屬外殼帶電,給人員觸電帶來較大的風(fēng)險。

由于老舊車間內(nèi)的供電系統(tǒng)較多地使用TN-C供電系統(tǒng),且車間內(nèi)三相用電設(shè)備及單項用電設(shè)備繁多,這就造成了車間供電系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)三相負(fù)載不平衡的情況,當(dāng)三相負(fù)載不平衡時,TN-C供電系統(tǒng)的PEN線上就會出現(xiàn)不平衡電流,從而造成起重機(jī)使用過程中會經(jīng)常出現(xiàn)吊鉤帶電問題。然而,重新鋪設(shè)電纜采用防護(hù)性能更好的TN-S系統(tǒng)的做法耗時耗力,耽誤生產(chǎn),增加較大資金投入,能否采取其他措施整改值得探討。

●2.1.1 對PEN線進(jìn)行拆分處理的方案分析

從起重機(jī)配電柜起對供電系統(tǒng)中的PEN線進(jìn)行拆分,分出獨立的PE線和N線,N線承擔(dān)載流功能,PE線進(jìn)入起重機(jī)接地保護(hù)。實際上這種整改方案就是把原來的TN-C供電系統(tǒng)變成了TN系統(tǒng)中較為特殊的TN-C-S系統(tǒng)。從針對接地故障防護(hù)相對靈敏的剩余電流動作保護(hù)裝置（RCD）的工作原理可知,保護(hù)接地導(dǎo)體不能穿過保護(hù)裝置,否則其將無法檢測出故障電流而不動作,因此TN-C系統(tǒng)中作為中性線(N線)與接地線（PE線）二合一的PEN線將無法與RCD搭配使用。但是,將PEN線拆分使用使得TN-C系統(tǒng)變?yōu)門N-C-S系統(tǒng)后,N線與PE線就相互獨立不再電氣連接,從而為采用RCD裝置創(chuàng)造了條件,當(dāng)供電系統(tǒng)再次出現(xiàn)三相負(fù)載不平衡而造成設(shè)備外殼帶電傷人時,RCD就能起到很好的防護(hù)作用。

●2.1.2 對起重機(jī)進(jìn)行單獨接地保護(hù)的可行性探討

從車間外部單獨做接地樁引入PE線接到起重機(jī)配電柜內(nèi),對起重機(jī)進(jìn)行單獨接地保護(hù)的方案比較易于執(zhí)行。這時起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)及用電設(shè)備都與引入的PE線有效連接進(jìn)行接地保護(hù),此時的PE線是獨立于電源中性點的,其本質(zhì)也就是從起重機(jī)開始供電系統(tǒng)由TN系統(tǒng)變?yōu)門T系統(tǒng)。

同一供電系統(tǒng)中能否將TN系統(tǒng)與TT系統(tǒng)混用？有人認(rèn)為TN、TT、IT各系統(tǒng)不兼容、不能混用,其實從系統(tǒng)接地型式的概念和防護(hù)意義就能明白實際并不存在這樣的問題。以TN系統(tǒng)與TT系統(tǒng)為例,有人認(rèn)為不能混用,其原因是TN系統(tǒng)中在發(fā)生相線與地的短路故障時,可以形成一個阻抗足夠小的回路,以保證能在回路中產(chǎn)生足夠大的短路電流（能達(dá)100～1 000 A）,從而能在規(guī)定的時間內(nèi)使回路中的過電流保護(hù)裝置動作,切斷回路故障狀態(tài)下的供電,TN系統(tǒng)常與過電流保護(hù)裝置搭配完成保護(hù),圖1多種供電系統(tǒng)兼容使用示意圖中起重機(jī)僅僅采取與PE線連接保護(hù)措施的話,假如起重機(jī)發(fā)生接地故障,則在相線—起重機(jī)—PE線及接地點—電源中性點接地點—PEN線就形成一回路。單獨接地的接地電阻要求為R1不大于4 Ω,電源中性點接地的接地電阻要求R0也不大于4 Ω,取最大值演算時起重機(jī)單根相線發(fā)生接地故障時的故障電流[3]Ie=220 V/(4+4) Ω=27.5 A,故障電流遠(yuǎn)小于電源系統(tǒng)過電流保護(hù)裝置的動作電流,就存在過電流保護(hù)裝置不動作的可能,從而造成PEN線帶有近似110 V的對地電壓,進(jìn)而對人身安全產(chǎn)生較大安全隱患,顯然在TN系統(tǒng)中部分設(shè)備僅僅采用直接單獨接地而未更新故障保護(hù)方式的做法不可取。

圖1 多種供電系統(tǒng)兼容使用示意圖

那么,舉例中的TN系統(tǒng)與TT系統(tǒng)就真的不能混用嗎？[4]JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中12.2.7條要求“應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)安全保護(hù)所具備的條件,并結(jié)合工程實際情況,確定系統(tǒng)接地型式。在同一低壓配電系統(tǒng)中,當(dāng)全部采用TN系統(tǒng)有困難時,也可部分采用TT系統(tǒng)接地型式。采用TT系統(tǒng)供電部分均應(yīng)裝設(shè)自動切除接地故障的裝置（包括剩余電流動作保護(hù)裝置）或經(jīng)由隔離變壓器供電。自動切除故障的時間,應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。”雖然JGJ 16—2008被后來的GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》所代替,但是GB 51348—2019中12.4.2條規(guī)定“低壓配電系統(tǒng)的接地型式應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)電氣安全防護(hù)的具體要求確定”,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接地型式的選用原則是確保電氣的安全防護(hù),當(dāng)原有的供電系統(tǒng)在特定的條件或環(huán)境中局部不能起到有效的安全防護(hù)時,就應(yīng)在不影響原有供電系統(tǒng)防護(hù)作用的前提下在這一局部選擇其他有效的供電系統(tǒng)進(jìn)行電氣安全的防護(hù)。

TT接地系統(tǒng)中短路電流Ie較小,不能搭配過電流裝置實現(xiàn)保護(hù),因此應(yīng)采用與之更加匹配的剩余電流動作保護(hù)裝置（RCD）,可以在規(guī)定的時間內(nèi)切斷故障回路的供電實現(xiàn)接地故障保護(hù),既能對TT部分有效保護(hù)又不影響TN系統(tǒng)的防護(hù)功能。又如醫(yī)院手術(shù)室的用電,就是一個局部需要采用IT系統(tǒng)的。以圖1多種供電系統(tǒng)兼容使用示意圖為例,就如圖中用電設(shè)備B在原有的TN供電系統(tǒng)中通過隔離變壓器A隔離變壓,并且隔離變壓器的二次端不做接地獲得IT供電系統(tǒng),此IT系統(tǒng)的起點是變比為1:1的隔離變壓器A的二次繞組。因此,同一供電電路中根據(jù)電氣安全防護(hù)的需要,在不影響其他系統(tǒng)安全防護(hù)的前提下,同一供電電路中多種供電系統(tǒng)是可以兼容使用的。

因此,上述的整改方案中起重機(jī)單獨接地保護(hù)應(yīng)采用與之適應(yīng)的剩余電流動作保護(hù)裝置（RCD）,在起重機(jī)發(fā)生接地故障時能迅速地將故障電路切除的整改方案可以滿足電氣安全防護(hù)的需要,同時也避免了原TN-C系統(tǒng)中三相不平衡時引起的起重機(jī)吊鉤帶電問題。對比重新鋪設(shè)電纜既耗時耗力,耽誤生產(chǎn),增加較大資金投入的做法,這種措施也不失為一種整改方案。

2.2 起重機(jī)本體金屬結(jié)構(gòu)與保護(hù)導(dǎo)線可靠連接問題

受老標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的影響,部分施工人員對起重機(jī)本體金屬結(jié)構(gòu)與保護(hù)導(dǎo)線可靠連接的認(rèn)知仍停留在過時的要求狀態(tài)。在GB/T 3811—1983以及GB/T 6067—1985等老舊標(biāo)準(zhǔn)中,車輪與軌道之間、鉸鏈（螺栓）連接的端梁之間都被認(rèn)為是可靠連接,但現(xiàn)行的GB/T 3811—2008、GB/T 6067.1—2010等新標(biāo)準(zhǔn)中不再把上述連接認(rèn)為是可靠連接。新標(biāo)準(zhǔn)要求起重機(jī)械本體的金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)與供電線路的保護(hù)導(dǎo)體可靠連接。起重機(jī)主梁與端梁、端梁之間、起重機(jī)本體與司機(jī)室等采用非焊接連接的金屬結(jié)構(gòu)間應(yīng)采取跨接線的方式確?？煽窟B接（其中司機(jī)室與起重機(jī)本體接地點之間應(yīng)采用雙保護(hù)導(dǎo)線連接）。金屬結(jié)構(gòu)可靠連接的檢驗經(jīng)驗探討：

1）對于塔式起重機(jī)、施工升降機(jī)等特殊類型的起重機(jī)械設(shè)備,可以使用萬用表的電阻檔來檢驗確認(rèn),首先從地面上設(shè)備的配電箱開始,把去往設(shè)備的PE線從PE接線排上拆下[5],然后用萬用表的200 Ω電阻檔測量拆下的PE線與設(shè)備基礎(chǔ)節(jié)或基礎(chǔ)節(jié)接地樁之間的電阻,金屬結(jié)構(gòu)連接可靠情況下,萬用表顯示的電阻值一般會在幾歐姆之間（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的數(shù)量對其會略有影響）,一般不會太大。

2）對于不容易采用上述方法的橋門式起重機(jī),則需要對每個非焊接連接的金屬結(jié)構(gòu)間用萬用表的200 Ω電阻檔逐一進(jìn)行測量[6],金屬結(jié)構(gòu)連接可靠情況下,萬用表顯示數(shù)值一般不會大于0.5 Ω。

3）金屬結(jié)構(gòu)可靠連接的檢測只是接地連接的一部分,起重機(jī)械上的電氣設(shè)備的接地連接可靠性同樣要采用類似的方式進(jìn)行檢驗,而不應(yīng)是僅僅查看是否與PE線有連接,更不應(yīng)被忽視。

3 結(jié)束語

隨著檢驗技術(shù)及認(rèn)知的不斷更新及提升,需要廣大從業(yè)者對起重機(jī)械接地相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范提出寶貴意見,以推動標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善。作為一名檢驗人員更需要不斷地探索接地保護(hù)的新型式,在接地型式與故障保護(hù)方式的選擇與搭配中找到更適合實際情況的合理方案,解決接地問題,保障設(shè)備運(yùn)行安全。