淺議起重機械接地電阻的檢測

張 烈（上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院 上海 200333）

淺議起重機械接地電阻的檢測

張 烈
（上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院 上海 200333）

近年來，隨著起重機械在電氣系統(tǒng)上的長足發(fā)展，起重機械電氣系統(tǒng)的復雜化給予檢驗檢測人員帶來較多困惑，同時起重機械由于漏電而造成的安全事故也時有發(fā)生，此類事故又多與接地系統(tǒng)缺失或不完備有關。在起重機械電氣系統(tǒng)中，最為基礎，同時也是最為重要的部分是起重機械的接地系統(tǒng)，接地系統(tǒng)的安全設置，可以避免因為漏電所造成的操作人員觸電事故。本文對起重機械接地系統(tǒng)進行完整分析，并對檢驗人員現(xiàn)場檢驗起重機械接地系統(tǒng)給出相關建議。

起重機械 接地系統(tǒng) 檢驗 電氣系統(tǒng) 漏電保護

近年來，起重機械由于設備未接地或接地不正確而導致的漏電、觸電事故頻頻發(fā)生，越來越多的特種設備檢測機構把起重機械接地作為重點檢驗項目。接地電阻的大小是衡量接地裝置好壞的一個重要技術參數(shù)，如何準確地判斷出起重機械接地方式并測量出接地電阻的數(shù)值尤為重要。

2011年，在某市某石材加工廠內，室外有1臺上世紀七十年代的5T電動葫蘆，手電門由地面控制，手電門為金屬外殼。某工人在操作該臺起重機時，左手按住手電門，按動總電源啟動按鈕，接通總電源，右手扶起重物就位，結果發(fā)生了觸電事故[1]。經(jīng)檢查，該手電門外殼為金屬材質，但在安裝起重機械接地系統(tǒng)時，由于疏忽，該外殼未與電源接地線PEN連接，同時，操作人員也沒有配備相應的防觸電裝備（如橡膠鞋等），這是這起事故的主要原因[5]。

上述事故看似由幾個巧合同時發(fā)生形成，但背后體現(xiàn)了一個大問題，即起重機械安裝人員、操作人員及檢驗人員對于起重機械電氣系統(tǒng)的概念模糊。一般接觸起重機械的人員對于起重機的機械結構較為熟悉，特別對于機械故障的控制較為注意，但對于起重機械電氣部分的內容了解甚少，但是很小的電氣故障或問題即會造成巨大的安全事故。

在起重機械電氣系統(tǒng)中，最為基礎也是最為重要的部分是起重機械的接地系統(tǒng)，接地系統(tǒng)的安全設置，可以避免因為漏電所造成的操作人員觸電事故。以下對起重機械接地系統(tǒng)的知識進行整理，并對檢驗人員現(xiàn)場檢驗起重機械接地系統(tǒng)給出相關建議。

1 接地電阻分析

1.1 接地電阻概念

起重機械上與大地緊密接觸并形成電氣連接的導體叫做接地極，接地極的對地電位與通過接地極的接地短路電流的比，稱為接地電阻。接地電阻的大小等于土壤電阻率ρ與電容C的比率乘以介電系數(shù)ε，它與接地裝置內部的引線長度無關。

1.2 國家關于起重機械接地的規(guī)定

為了確保起重機械使用安全，2008年8月國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布實施TSG Q7015-2008《起重機械定期檢驗規(guī)則》[2]，2010年12月國家質檢總局對此規(guī)則做適當修改，并于2011年1月起重新頒布實施。新法規(guī)中B7.3.2中明確對金屬結構接地做以下要求：“采用整體金屬結構做接地干線時，整體金屬結構與供電電源保護接地線應當可靠連接。不采用整體金屬結構做接地干線時，電氣設備正常情況下不帶電的外露可導電部分應當直接與供電電源保護接地線連接。采用TN接地系統(tǒng)是，零線重復接地每一處的接地電阻不大于10Ω（測量時把接地線從重復接地體上斷開）；采用TT接地系統(tǒng)時，起重機電器設備的外露可導電部分（電源保護接地線）的接地電阻不大于4Ω或者起重機械金屬結構的接地電阻與漏電保護器動作電流的乘積不大于50V；采用IT接地系統(tǒng)時，起重機電氣設備的外露可導電部分（電源保護接地線）的接地電阻不大于4Ω”。

1.3 起重機械接地種類

一般接地電阻分為兩大類，一類為高壓系統(tǒng)，適用于電壓等級為3～66kV；另一類為低壓系統(tǒng)。起重機械的供電電源一般采用380V/220V的低壓系統(tǒng)，可細分為TT、TN和IT三類接地系統(tǒng)，其中TT和TN系統(tǒng)為中性點直接接地的低壓供電系統(tǒng)，IT系統(tǒng)為中性點不接地或經(jīng)1000Ω接地的低壓供電系統(tǒng)。

●1.3.1 TT接地系統(tǒng)

TT接地系統(tǒng)中，第一個符號T表示電力系統(tǒng)中性點直接接地；第二個T表示負載設備外露且不與帶電體相接的金屬導電部分與大地直接聯(lián)接（如圖1所示）。在此類接地系統(tǒng)中，當起重機的金屬外殼帶電時由于有接地保護，可以大大減少觸電的危險。但是，低壓斷路器不一定能跳閘，造成漏電設備的外殼對地電壓高于安全電壓，有操作危險。

圖1 TT接地系統(tǒng)

GB 14050-1993《系統(tǒng)接地的形式及安全技術要求》[3]中規(guī)定了TT系統(tǒng)的技術要求，TT系統(tǒng)接地電阻應不大于50/In（In為系統(tǒng)出現(xiàn)相線與橋式起重機金屬結構相碰的事故時保護電器的動作電流）。當起重機上設置有漏電保護器，In應為漏電保護器的額定漏電動作電流，這個電流和接地電阻的乘積應不大于50V；考慮到接地電阻應在漏電保護器失效時有降低起重機金屬結構上對地電壓的要求，這個接地電阻一般應不大于4Ω。

●1.3.2 TN接地系統(tǒng)

TN接地系統(tǒng)可細分為三類，TN-C、TN-S和TN-C-S[4]。

1）TN-C接地系統(tǒng)是把工作零線兼作為接零保護線的系統(tǒng)。（如圖2所示）

圖2 TN-C接地系統(tǒng)

2）TN-S接地系統(tǒng)是把工作零線N和專用保護線

PE嚴格分開的供電系統(tǒng)。系統(tǒng)正常運行時，專用保護線PE上沒有電流，只是工作零線上有不平衡電流。PE線對地沒有電壓，所以起重機金屬外殼接地保護是接在專用保護線上的，安全可靠。（如圖3所示）

圖3 TN-S接地系統(tǒng)

3）TN-C-S接地系統(tǒng)是TN-C和TN-S前后組合而成的接地系統(tǒng)，在三相負載較為平衡時可保持接地情況良好，在三相負載不平衡時，存有安全隱患。（如圖4所示）

圖4 TN-C-S接地系統(tǒng)

●1.3.3 IT接地系統(tǒng)

IT 方式供電系統(tǒng) I 表示電源側沒有工作接地，或經(jīng)過高阻抗接地；第二個字母 T 表示負載側電氣設備進行接地保護。（如圖5所示）

圖5 IT接地系統(tǒng)

IT 方式供電系統(tǒng)在供電距離不是很長時，供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場所，或者是要求嚴格地連續(xù)供電的地方，例如電力煉鋼、大醫(yī)院的手術室、地下礦井等處。地下礦井內供電條件比較差，電纜易受潮。運用 IT 方式供電系統(tǒng)，即使電源中性點不接地，一旦設備漏電，單相對地漏電流較小，不會破壞電源電壓的平衡，所以比電源中性點接地的系統(tǒng)還安全。 但是，如果用在供電距離很長時，供電線路對大地的分布電容就不能忽視了。在負載發(fā)生短路故障或漏電使設備外殼帶電時，漏電電流經(jīng)大地形成架路，保護設備不一定動作，這是危險的。只有在供電距離不太長時才比較安全。

2 現(xiàn)場檢測接地系統(tǒng)的判別方式

一般日常檢驗中，檢驗人員有對起重機接地方式判別不清的情況發(fā)生，這對檢驗開展較為不利，往往造成現(xiàn)場混亂，無法針對性施檢的情況。橋門式起重機是起重機械檢驗中最常碰到的設備類型，以下就以橋門式起重機作為范例，闡述現(xiàn)場檢測接地系統(tǒng)的判別方式[5]。

2.1 TN接地系統(tǒng)的判別方式

1）在供電變壓器處確定中性點直接接地，在低壓電源的中性點處確定。

2）找到從變壓器輸出的接地線PE或PEN。為確保連續(xù)性，應目視檢查：

(1)在變壓器輸出配電屏的低壓母線處找到總電源的保護接零線PE或PEN；

(2)在車間的總電源配電箱處找到總電源的保護接零線PE或PEN；

(3)在起重機地面的總電源開關處找到保護接零線PE或PEN。

3）找到PE或PEN與金屬結構或打車軌道的連接點。

2.2 TT接地系統(tǒng)的判別方式

1）在供電變壓器處確定中性點直接接地。在低壓電源中性點處確定。

2）找到從變壓器輸出的零線N

(1)在變壓器輸出配電屏的低壓母線處找到總電源的零線N；

(2)在車間的總電源配電箱處找到總電源的零線N；

(3)在起重機地面的總電源開關處找到零線N。（這根N線不接在起重機的金屬結構或大車軌道上）

3）找到起重機的金屬結構或打車軌道與電源保護接地線PE的連接點。找到這根接地線PE的來源，應是來自獨立于電源的中性點的接地裝置。測量接地裝置的接地電阻Rd，Rd不大于1～4Ω。測量時不必把接地線從接地體上拆下。

2.3 IT接地系統(tǒng)的判別方式

1）在供電變壓器處確定中性點不接地，在低壓電源的中性點處確定。

2）找到從變壓器輸出的接地線PE或PEN。為確保連續(xù)性，應目視檢查：

(1)在變壓器輸出配電屏的低壓母線處找到總電源的保護接零線PE或PEN；

(2)在車間的總電源配電箱處找到總電源的保護接零線PE或PEN；

(3)在起重機地面的總電源開關處找到保護接零線PE或PEN。

3）找到PE或PEN與金屬結構或打車軌道的連接點。

3 接地電阻的測量

3.1 傳統(tǒng)接地電阻測試儀

傳統(tǒng)接地電阻測試儀采用電壓表-電流表原理，依據(jù)電路歐姆定律（如圖6所示），測試時直流電源經(jīng)過開關電路轉換后，產生恒定電流輸出于接地體E端，經(jīng)大地—電流極C端，形成回路。通過測量電壓極P與接地體E端之間的電壓U，電流I是恒定的，R=U/I，即可測量出被測接地體的接地電阻。

圖6 傳統(tǒng)接地電阻儀測量原理圖

用傳統(tǒng)接地電阻測量儀測量接地電阻時，要求采用20m～40m的布極方法。接地電阻測量儀都配有20m、40m的專用線。為了消除互電阻的影響，電壓接地極P與電流接地極C的局里不小于20m。電流接地極C和電壓接地極P可以布置在被測接地網(wǎng)G的兩側；或電流接地極C和電壓接地極P、被測接地網(wǎng)G三者成三角形，每邊長為20m。

3.2 鉗形接地電阻測試儀

鉗形接地電阻測試儀的基本原理是測量回路電阻。鉗表的鉗口部分由電壓線圈及電流線圈組成。電壓線圈提供激勵信號，并在被測回路上感應一個電勢E。在電勢E的作用下將在被測回路產生電流I。鉗表對E和I進行測量，并通過歐姆定律得到被測接地電阻R。

與傳統(tǒng)接地電阻測量儀相比較，操作更加簡便，不用將被測的接地極從接地系統(tǒng)中分離，無須將電壓及電流極按規(guī)定的距離打入土壤中作為輔助電極測量，只需將鉗表鉗口鉗繞被測接地線，即可從液晶屏上讀出接地電阻值。當然在采用扁鐵或鋼條作為接地引線時由于測試儀外形限制，只能采用傳統(tǒng)接地電阻測試儀測量。

4 現(xiàn)場檢測注意事項

本文對接地電阻的相關概念、要求、種類、判別方式以及測量方法進行了介紹和分析，總結得出了進行現(xiàn)場檢測應該注意的地方：

1）起重機械未設置接地線路；

2）接地回路導電不連續(xù)，連接點存在接觸不良的情況；

3）金屬軟管、電纜金屬護套（編織鎧甲、鉛護套）未與供電電源的“保護接地線”連接；

4）接地型式不符合安全要求；

5）接地電阻數(shù)值不符合安全技術規(guī)范要求。

1 陳新棟. 一起起重機觸電的事故分析[J]. 裝備制造技術，2013（2).

2 TSG Q7015-2008 起重機械定期檢驗規(guī)則[S].

3 GB 14050-1993 系統(tǒng)接地的型式及安全技術要求[S].

4 劉笙.電氣工程基礎[M]. 北京科學技術出版社，2002.

5 趙國.起重機械電氣安全技術檢驗[M].大連：大連理工大學出版社，2008.

Analyze on Grounding Resistance Inspection of Lifting Machine

Zhang Lie
(Shanghai institute of special equipment inspection and technical research Shanghai 200333)

In recent years, the hoisting machinery have great developed in both the mechanical structure and electrical system. The crane electrical system is more and more complicated that brings more confusion to the inspector; mean while, safety accidents caused by electrical leakage in hoisting machinery have occurred sometimes, which is always related to the missing grounding system or incomplete grounding system, so the grounding system detection has attracted more and more attention.

Hoisting machinery Ground system Inspection Electric leakage system Protection system

X934

B

1673－257X(2014)07－46－04

張烈（1986～),男，助理工程師，從事起重機械定期檢驗工作。

2014－04－08）