淺析塔式起重機接地系統及檢驗

張曉勛+倪振磊

摘 要：通過對《起重機械定期檢驗規則》及國家標準相應條款關于起重機械接地保護相關要求的理解，結合特種設備檢驗工作的具體實踐，對塔式起重機的接地進行分析，解決工程建筑中使用的塔式起重機接地系統的檢驗問題。對于一些特殊比較困難的檢驗現場環境給出了一些可靠的檢驗方法，這些方法值得在相關的檢驗中推廣應用，具有創新意義，其檢驗結果也具有較高的準確性及權威性。

關鍵詞：塔式起重機；電氣設備接地；金屬結構接地；供電系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.264

1 起重機械接地

塔式起重機作為建筑施工的重要象征與主要運輸機械，在建筑業得到了廣泛應用。它的工作特點是，根據建筑需要將物品在很大空間內升降和搬運，屬危險作業。其中，接地是塔式起重機的重要保護措施，在塔式起重機設備檢查及安全檢驗中是一項必要的保證項目。以下為《起重機械定期檢驗規則》的相關規定：

1.1 電氣設備接地

檢查是否符合以下要求：（1） 電氣設備無異常，若外露可導電部分不帶電，可直接連接供電電源保護接地線；（2）起重機械上所有電氣設備外殼、金屬導線管、金屬支架及金屬線槽均根據配電網情況進行可靠接地（保護接地或者保護接零）。

1.2 金屬結構接地

接地線：（1）檢查是否設置專用接地線，金屬結構的連接有非焊接處，對于非焊接處是否進行了必要處理，且處理是否正確恰當；（2）檢查是否按照規定禁用金屬結構和接地作為載流零線（電氣系統電壓為安全電壓除外）。

接地電阻：測量起重機械接地電阻時可選用接地電阻測量儀。重復接地電阻測量時，應在接地裝置上將PE線斷開，檢查是否滿足以下條件：（1）測量時把接地線從重復接地體上斷開，選用TN接地系統時，要求PE線重復接地每一處的接地電阻都≤10Ω；（2）選用TT接地系統時，應將漏電保護裝置設置在起重機上，外露的電氣設備可導電部分的接地電阻應≤4Ω；（3）選用IT接地系統時，外露起重機電氣設備的可導電部分的接地電阻≤4Ω。

2 基本供電系統簡介

基本供電系統包括三相三線制和三相四線制等，但由于這些名詞術語內涵并不統一，給相關工作帶來了不便，為此，國際電工委員會（IEC）對其進行了統一規定，稱為IT系統、TN系統、TT系統。其中TN系統包括TN-C-S系統、TN-S、TN-C。

2.1 TN系統

TN保護系統采用保護接零方式，具體是中變壓器中性點直接接地，而塔機金屬結構及電氣設備的金屬外殼部分，用保護線通過中性線與系統中性點相連。分析保護線和中性線之間的組合關系，可將TN系統分為三類，具體如下：

2.1.1 TN-C系統

觀察該系統，如圖1所示PEN線，中性線N和保護線PE是合一的。保護中性線PEN直接連接系統中塔機電氣設備的金屬外殼，如此即使金屬外殼出現意外，也能借零線形成相零回路，瞬時產生較大的短路電流，使線路上的保護裝置快速反應并動作，將故障電源切除，起到保護作用。一般情況下，TN-C系統適用于單相負荷容量較小但三相負荷較平衡的場所。

在實踐中我們發現，若實際施工中存在單相用電設備且三相負荷不平衡問題，那么其中性線會出現一定的電流，導致中性點偏移。究其原因發現只要中性線阻抗不為零，而實際上中性線阻抗為零的情況出現概率很小，電流通過中性線勢必會影響到其負載中性點的偏移，一旦中性點出現偏移，電位會隨著阻抗的增加而不斷增加，當達到某個標準時，接地點完全有可能引起較高的電壓，換句話說設備外殼可能帶有較高的電壓，這也是設備外殼有時有麻電感的原因。

綜上分析發現，要想防止麻電問題，應使接地點盡量前移，當前移到達極限時就形成了三相五線制系統，即TN-S系統。

2.1.2 TN-S系統

觀察其系統，如圖2所示，該系統整個電網的保護線PE與中性線N是分開的。雖然設備外殼接在PE上，但一般情況下沒有電流經過保護線，因此設備外殼不帶電，有效杜絕了麻電問題。通常電流不會經過PE線，PE首端連接電源端的工作零線，中間不跟任何工作零線連接，末端進行重復接地，在保護零線上接上設備外殼，此時線路上沒有電壓，設備也就得到了有效保護。此種系統，PE 線必須重復接地，否則一旦PE斷線，那么系統就會處于既不接地也不接零狀態，得不到任何保護，后果不堪設想。

TN-S系統進行重復接地后等于具備了雙重保障，若PE正常，那么系統處于接零保護狀態；若PE斷線，那么系統處于接地保護狀態，即PE斷線后由TN-S轉變成TT系統的保護方式。當大地和相線斷線出現短路問題時，PE線電位會因為故障電流的存在而升高，此時一旦斷線點與大地間電阻較小，那么PE線的電位就會超過安全電壓，影響到整個設備的安全使用，甚至威脅到相關工作人員的生命安全。基于此，TN-S系統必須進行重復接地，因為重復接地電阻會分擔一部分接地電壓，降低PE線對地電壓，有效減少了發生觸電安全事故的概率。主要注意的是保護接零的措施對其設備的要求較高，尤其是過載短路保護裝置，必須保證其處于正確的狀態，只有這樣保護接零措施才能真正的發揮作用和優勢。

2.1.3 TN-C-S系統

實際施工中由于諸多客觀因素的影響，三相五線制有時存在操作難度，這時可采用TN-C-S系統，如圖3所示。該系統PEN線自某個點起分開為保護線（PE）和中性線（N）。分開以后N線應對地絕緣。為防止PE線與N線混淆，應分別給PE線和PEN線涂上黃綠相間的色標，N線涂以淺藍色色標。此外，自分開后，PE線不能再與N線再合并。TN-C-S系統是一個廣泛采用的配電系統，無論在工礦企業還是在民用建筑中，其線路結構簡單，又能保證一定安全水平。

如圖3所示，該系統中部分中性線與保護線是合一的，為了最大限度的降低中性線電流，局部采用專設保護線。GB5144-2006中 “零線和接地線必須分開”實際上指的就是這種情況。

2.2 TT式系統

此種供電系統是指將電氣設備的金屬外殼直接接地的保護系統，稱為保護接地系統，也稱TT系統。電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點。在TT系統中負載的所有接地均稱為保護接地。

2.3 IT式系統

IT式系統如圖5所示，其中I表示電源側沒有工作接地，或經過高阻抗接地。第二個字母T表示負載側電氣設備進行接地保護。IT方式供電系統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供電的地方，例如連續生產裝置、大醫院的手術室、地下礦井等處。

通過了解了不同的接地形式和分析塔式起重機的施工現場，塔式起重機的接地宜采用三相五線制的用電系統，這樣才能起到較理想的保護作用。筆者所處地區均為采用三相五線制的施工現場，故在此只是簡單分析一下采用TN-S系統的接地檢驗。

3 TN-S保護接地的檢驗

3.1 地面電箱的檢查

地面電箱應在塔式起重機3米范圍內設置，內配置額定動作電流小于或等于30mA、額定動作時間小于0.1s的漏電保護器。在進線側工作零線和三相動力線接入漏電保護器，工作零線和保護零線相互之間明顯區分，各負其責，永不混接。且總配電箱、分配電箱、開關箱內，包括起重機上的配電箱，必須設置工作零線N、接地線PE母排。工作零線N母排與“地”絕緣，接地線PE母排與“地”不必絕緣。現場檢驗時可根據母排的固定來確定N線母排和PE線母排是否與地絕緣與否。由于建筑工地工況和供配電施工有差異，接線時，國標規定的電纜的顏色在實際接線中有可能接錯。此時，可根據母排與地絕緣與否來區分PE和N線。此外，還要檢查五條電纜線的直徑，一般，工作零線和保護零線的直徑為三相主電源的50%左右。

在現場檢驗時，對于電源線采用四芯電纜的塔式起重機，最好是讓施工單位更換為五芯電纜。或是動力和照明分路設置，動力線路由三根相線和一根保護零線組成，照明線路由一根相線、一根工作零線、一根保護零線組成，這樣四芯電纜也可滿足要求。動力和照明還可各自保護。

3.2 檢查零線是否重復接地

首先檢查地面電箱內的PE線是否都接在PE線的母排上，一般一條為母線。一條為接塔式起重機的線，一條接電箱外殼；當塔機電氣設備距離變壓器中性點接地裝置或零線其它接地點大于50m時，還會有一根電箱的的重復接地線，從電箱內的母排接一根PE線在電箱附近直接接地。此時，可以確定該塔式起重機采用了重復接地。檢查重復接地時，需要注意的是電箱和塔吊分別都有接地體才稱作重復接地，有的施工工地，在塔式起重機基礎節或支腿上會有多條接地體與基礎混凝土連接，一般認為此種做法只是單純的增加同一電氣設備接地體的截面積，變相的減小接地電阻，不能認為其為重復接地體。

3.3 接地體的檢查

首先檢查塔式起重機底座上是否預留有接地體，一般廠家出廠時會在塔式起重機基礎節或預埋支腿上焊一只M12的螺栓，保護體線截面積要大于150mm2，一般取—40×4的扁鐵作接地導線埋入混凝土基礎中。有一些老的設備，廠家出廠時未預留接地點，可采用焊接方式直接焊接一根截面滿足要求的接地體將基礎節及混凝土基礎連接，接點用電焊焊牢，并進行防銹處理，接點不允許采用螺絲緊固連接.在軌道上工作的起重機，通常用車輪和軌道接地。對于一些要求較高的項目，也可采用另設專用接地滑線等有效措施，最大限度的降低觸電事故的發生率。

3.4 接地電阻的測量

測量接地電阻時，應把零線從重復接地體上斷開。接地電阻測量儀一般由主機、測試線、輔助接地棒等組成。測試前先檢查電池電壓。打開儀器，首先檢查電池電壓，如果電壓不夠則需更換電池。然后將測試線的插頭插入儀器的測試端。將輔助接地棒用導線與儀器連接，輔助接地棒與被測接地體成一條直線擺開，輔助接地棒打入地下，且應插在含水量高的土質上，遇干地或碎石地時，須將碎石清除，在輔助接地棒處灌水，保持潮濕，利于減少輔助接地體的接地電阻。把測量連接線接入儀器端子，各測試線不得相互纏繞。完成以上工作后，將接地電阻儀量程選擇開關轉換至接地電壓擋EARTHVOLTAGE。此時，顯示屏若顯示一電壓值，表示系統中有接地電壓存在，請確認此電壓值在10V以下，如果電壓值在10V以上，則接地電阻的測量值可能會產生誤差，此時應將使用此被測接地體的設備斷電，等接地電壓下降后再進行測量。測量過程應從大量程檔開始，按下“TEST”鍵，LED燈亮表示在測試中，若顯示值過小， 則降低一個量程，如顯示值還低，再降低至更低擋進行測量。當讀數穩定并能讀出讀數時，此時的顯示值即為被測接地電阻值。若顯示無窮大或不穩定，那么說明輔助接地體的接地電阻太大，此時應盡快找到問題所在，檢查輔助接地體周圍土質是否濕度不夠、輔助接地棒埋得是否正確、各接線是否松開等，及時的發現問題并找到有效解決方案。

測量接地電阻時要注意測量線與輔助接地線的端子間會產生最大50V的交流電壓，因此為了避免發生安全事故，禁止接觸測試導線。

4 等電位聯結的檢查

起重機上所有電氣設備正常不帶電的金屬外殼、變壓器鐵心及金屬隔離層等均與金屬結構間有可靠的接地連接。這是我們俗稱的等電位聯結，等電位聯結是指將具有相同對地電位的各個可導電部分做的電氣連接。等電位聯結分總等電位聯結和局部等電位聯結。塔式起重機上一般將電箱外殼，電機接線盒接地端，變壓器鐵心等裝置做等電位聯結。

塔式起重機的等電位聯結可采用導通性進行檢驗，用萬用表或鉗形表的導通檔測量兩個被測物之間的導通性。檢查時，先取一個參考點（如地面電箱的PE接線端子），將去往塔機上的電纜中的PE斷開，測量斷開的PE線和基礎節或支腿上的接地點，看兩者是否導通，如導通，則塔機標準節之間電氣聯結良好，然后去到塔機上測量需要測量的電氣設備正常不帶電的金屬外殼等裝置與塔機上配電箱中的PE線是否導通。由此可以判斷，該塔機的等電位聯結是否良好。

5 塔式起重機接地和接地檢驗的注意事項

（1）安裝塔式起重機時，為確保電氣連接無異常，應將各連接處之間的油污，臟物清除；

（2）接地電阻輔助接地棒應插在含水量高的土質上；

（3）當接地電阻值稍大于規定要求時，可移動輔助接地棒的位置再測量；

（4）禁止在有雷電或被測物帶電時進行測量；

（5）接地電阻儀表攜帶、使用時須小心輕放，避免劇烈震動。

參考文獻：

[1] TSG Q7015-2016起重機械定期檢驗規則[S].

[2]王福綿.起重機械技術檢驗[M].北京：學苑出版社，2000.

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