張劍敏 劉慶福 王秀民

（東營(yíng)市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 東營(yíng) 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(shí)能夠及時(shí)快速地將故障電路切除或降低接地故障時(shí)的人身傷害。但是,由于從業(yè)人員的水平差異以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解存在分歧,造成了設(shè)備檢驗(yàn)時(shí)很難對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果做出一個(gè)合理的判定,從而會(huì)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(yàn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)適用標(biāo)準(zhǔn)以及起重機(jī)械檢驗(yàn)中的接地問(wèn)題進(jìn)行探討。

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

GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)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(zhuān)門(mén)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(jì)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(shí)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(kāi)。

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(guò)4 Ω。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于接地的術(shù)語(yǔ)過(guò)時(shí)，未能對(duì)接國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)

起重機(jī)各標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于接地的要求仍然停留在過(guò)時(shí)的術(shù)語(yǔ)表述中。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化法已明確要求采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家和電力行業(yè)電氣工程設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)已等效或等同采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)[1]。不再使用“零線”“接地線”等概念不清的術(shù)語(yǔ),改為含義更為清晰的“N線”“PE線”的國(guó)際術(shù)語(yǔ),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(shuō)法,“保護(hù)接地”在標(biāo)準(zhǔn)中其本意是指TT系統(tǒng)的單獨(dú)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(shuō)法卻無(wú)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(yǔ)及概念不夠嚴(yán)謹(jǐn),導(dǎo)致檢驗(yàn)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)含義的理解出現(xiàn)偏差,不利于檢驗(yàn)工作中接地問(wèn)題的結(jié)論判定。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)中各類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(jiǎn)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(guò)4 Ω?！敝劣谄溥x擇的型式未做詳細(xì)的闡釋?zhuān)欢鳪B/T 6067.1—2010規(guī)定“設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)檢驗(yàn)結(jié)論的精準(zhǔn)判斷產(chǎn)生影響。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(shí),供電系統(tǒng)能快速自動(dòng)地將故障電路切除或降低接地故障對(duì)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(dòng)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(shí)創(chuàng)造一個(gè)條件使接地故障保護(hù)裝置迅速做出動(dòng)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(lèi)型而未談及對(duì)接地故障保護(hù)裝置的配合使用。

2 檢驗(yàn)中接地問(wèn)題處理方案的探討

檢驗(yàn)中,尤其老舊車(chē)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(chē)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(yàn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較多問(wèn)題,而對(duì)這些問(wèn)題的整改方案每個(gè)人都有各自的理解,現(xiàn)就常遇到的接地問(wèn)題的處理方案做如下探討：

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

由于TN-C系統(tǒng)存在一個(gè)防護(hù)缺陷,即線路中出現(xiàn)僅有單項(xiàng)用電設(shè)備以及三相負(fù)載不平衡時(shí)[2],會(huì)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(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。

由于老舊車(chē)間內(nèi)的供電系統(tǒng)較多地使用TN-C供電系統(tǒng),且車(chē)間內(nèi)三相用電設(shè)備及單項(xiàng)用電設(shè)備繁多,這就造成了車(chē)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(shí),TN-C供電系統(tǒng)的PEN線上就會(huì)出現(xiàn)不平衡電流,從而造成起重機(jī)使用過(guò)程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)吊鉤帶電問(wèn)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(shí)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(duì)PEN線進(jìn)行拆分處理的方案分析

從起重機(jī)配電柜起對(duì)供電系統(tǒng)中的PEN線進(jìn)行拆分,分出獨(dú)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(shí)際上這種整改方案就是把原來(lái)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(duì)接地故障防護(hù)相對(duì)靈敏的剩余電流動(dòng)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(guò)保護(hù)裝置,否則其將無(wú)法檢測(cè)出故障電流而不動(dòng)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(wú)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(mén)N-C-S系統(tǒng)后,N線與PE線就相互獨(dú)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(shí),RCD就能起到很好的防護(hù)作用。

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

從車(chē)間外部單獨(dú)做接地樁引入PE線接到起重機(jī)配電柜內(nèi),對(duì)起重機(jī)進(jìn)行單獨(dú)接地保護(hù)的方案比較易于執(zhí)行。這時(shí)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(shí)的PE線是獨(dú)立于電源中性點(diǎn)的,其本質(zhì)也就是從起重機(jī)開(kāi)始供電系統(tǒng)由TN系統(tǒng)變?yōu)門(mén)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T(mén)N、TT、IT各系統(tǒng)不兼容、不能混用,其實(shí)從系統(tǒng)接地型式的概念和防護(hù)意義就能明白實(shí)際并不存在這樣的問(wèn)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(shí),可以形成一個(gè)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(shí)間內(nèi)使回路中的過(guò)電流保護(hù)裝置動(dòng)作,切斷回路故障狀態(tài)下的供電,TN系統(tǒng)常與過(guò)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(diǎn)—電源中性點(diǎn)接地點(diǎn)—PEN線就形成一回路。單獨(dú)接地的接地電阻要求為R1不大于4 Ω,電源中性點(diǎn)接地的接地電阻要求R0也不大于4 Ω,取最大值演算時(shí)起重機(jī)單根相線發(fā)生接地故障時(shí)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(guò)電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流,就存在過(guò)電流保護(hù)裝置不動(dòng)作的可能,從而造成PEN線帶有近似110 V的對(duì)地電壓,進(jìn)而對(duì)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(dú)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(jì)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(shí)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(shí),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(dòng)切除接地故障的裝置（包括剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置）或經(jīng)由隔離變壓器供電。自動(dòng)切除故障的時(shí)間,應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定?！彪m然JGJ 16—2008被后來(lái)的GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)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(shí),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(guò)電流裝置實(shí)現(xiàn)保護(hù),因此應(yīng)采用與之更加匹配的剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置（RCD）,可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)切斷故障回路的供電實(shí)現(xiàn)接地故障保護(hù),既能對(duì)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(gè)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(guò)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(diǎn)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(dú)接地保護(hù)應(yīng)采用與之適應(yīng)的剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置（RCD）,在起重機(jī)發(fā)生接地故障時(shí)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(shí)也避免了原TN-C系統(tǒng)中三相不平衡時(shí)引起的起重機(jī)吊鉤帶電問(wèn)題。對(duì)比重新鋪設(shè)電纜既耗時(shí)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(wèn)題

受老標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的影響,部分施工人員對(duì)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(guò)時(shí)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(chē)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(diǎn)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(yàn)經(jīng)驗(yàn)探討：

1）對(duì)于塔式起重機(jī)、施工升降機(jī)等特殊類(lèi)型的起重機(jī)械設(shè)備,可以使用萬(wàn)用表的電阻檔來(lái)檢驗(yàn)確認(rèn),首先從地面上設(shè)備的配電箱開(kāi)始,把去往設(shè)備的PE線從PE接線排上拆下[5],然后用萬(wàn)用表的200 Ω電阻檔測(cè)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(wàn)用表顯示的電阻值一般會(huì)在幾歐姆之間（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的數(shù)量對(duì)其會(huì)略有影響）,一般不會(huì)太大。

2）對(duì)于不容易采用上述方法的橋門(mén)式起重機(jī),則需要對(duì)每個(gè)非焊接連接的金屬結(jié)構(gòu)間用萬(wàn)用表的200 Ω電阻檔逐一進(jìn)行測(cè)量[6],金屬結(jié)構(gòu)連接可靠情況下,萬(wàn)用表顯示數(shù)值一般不會(huì)大于0.5 Ω。

3）金屬結(jié)構(gòu)可靠連接的檢測(cè)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(lèi)似的方式進(jìn)行檢驗(yàn),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(yǔ)

隨著檢驗(yàn)技術(shù)及認(rèn)知的不斷更新及提升,需要廣大從業(yè)者對(duì)起重機(jī)械接地相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范提出寶貴意見(jiàn),以推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善。作為一名檢驗(yàn)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(shí)際情況的合理方案,解決接地問(wèn)題,保障設(shè)備運(yùn)行安全。