塔式起重機(jī)漏電流分析及抑制措施

馬憲海 趙事洋

摘要：塔式起重機(jī)作為當(dāng)前建筑行業(yè)中廣泛應(yīng)用的核心設(shè)備，是建筑作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的重要電氣負(fù)荷，在樓宇、基建等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。塔式起重機(jī)用電量較高，同時(shí)大部分負(fù)荷為電機(jī)負(fù)荷，多數(shù)基于數(shù)字變頻器驅(qū)動(dòng)等設(shè)備，線路對(duì)地漏電流容易出現(xiàn)超過(guò)保護(hù)設(shè)定值而觸發(fā)漏電保護(hù)，實(shí)際作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)頻繁發(fā)生漏電跳閘現(xiàn)象，十分影響建筑作業(yè)進(jìn)度，同時(shí)存在安全隱患，增加了作業(yè)觸電事故風(fēng)險(xiǎn)，本文根據(jù)建筑現(xiàn)場(chǎng)塔式起重機(jī)電氣系統(tǒng)構(gòu)成，對(duì)其電路共模電壓、電流進(jìn)行分析，得出了塔式起重機(jī)漏電原因，并針對(duì)用電回路的結(jié)構(gòu)特征提出了降低正常用電漏電流抑制措施。

關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；漏電流分析

1前言

近些年我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，進(jìn)人全面小康社會(huì)，國(guó)民財(cái)富和國(guó)家實(shí)力得到了極大提升。在國(guó)家大力推進(jìn)城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中，居民樓宇、公共建筑設(shè)施、交通建設(shè)工程等得到了翻天覆地的改變。這些建設(shè)進(jìn)程中，塔式起重機(jī)是作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)普遍采用的核心設(shè)備，一個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)往往配置兩臺(tái)以上的塔式起重機(jī)，在整個(gè)建設(shè)任務(wù)進(jìn)程中，會(huì)一直運(yùn)行。塔式起重機(jī)屬于重復(fù)使用的設(shè)備，使用周期基本與建筑建設(shè)周期相同，達(dá)到一年以上的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)建筑現(xiàn)場(chǎng)不同于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，塔式起重機(jī)工作在露天條件下，長(zhǎng)期耐受雨淋、日曬等自然環(huán)境，塔上設(shè)備往往產(chǎn)生生銹、腐蝕和老化等現(xiàn)象，尤其是塔上電氣系統(tǒng)，產(chǎn)生設(shè)備線路腐蝕、絕緣老化等，造成設(shè)備共模回路阻抗下降、漏電流增加，頻繁出現(xiàn)漏電跳閘現(xiàn)象，影響操作人員安全和施工進(jìn)度，因此分析塔式起重機(jī)漏電流過(guò)大、漏電保護(hù)頻繁觸發(fā)的原因和研究降低塔式起重機(jī)系統(tǒng)漏電流措施，對(duì)于提高操作人員作業(yè)安全水平和設(shè)備運(yùn)行可靠性意義重大。

2塔式起重機(jī)配電與負(fù)荷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1塔式起重機(jī)負(fù)荷結(jié)構(gòu)

塔式起重機(jī)電氣負(fù)荷配置一般主要包括動(dòng)力負(fù)荷和二次負(fù)荷，其中動(dòng)力負(fù)荷主要由起升電機(jī)、回轉(zhuǎn)電機(jī)、變幅電機(jī)、行走機(jī)構(gòu)電機(jī)和頂升機(jī)構(gòu)電機(jī)構(gòu)成，二次負(fù)荷主要是小功率的單相負(fù)荷，包括駕駛室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)，以及起重機(jī)照明系統(tǒng)等。

2.2塔式起重機(jī)配電系統(tǒng)接地方式

接地是影響塔式起重機(jī)漏電保護(hù)方式的關(guān)鍵因素。《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》規(guī)定，塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)、軌道、所有電氣設(shè)備的金屬外殼、金屬管線、安全照明的變壓器低壓側(cè)等均應(yīng)可靠接地。塔式起重機(jī)塔體本身為金屬體，往往有施工現(xiàn)場(chǎng)將塔體直接作為地線，由于塔體中標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間的壓力高達(dá)數(shù)十噸，可以認(rèn)為表面接觸基本電氣導(dǎo)通，但是頂升作業(yè)過(guò)程中有可能出現(xiàn)脫節(jié)，是一種例外的工況。正確方式仍舊是采用可靠的接地電纜進(jìn)行良好的接地。

塔式起重機(jī)負(fù)荷供電系統(tǒng)屬于三相四線制供電，加上保護(hù)地線為三相五線制系統(tǒng)。按接地方式的不同，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)常用的供電系統(tǒng)作了統(tǒng)一規(guī)定，稱為T(mén)T系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng)，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，塔式起重機(jī)主要采用TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，尤其是TN系統(tǒng)。

（1）TT系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng)，稱為保護(hù)接地系統(tǒng)。該接地系統(tǒng)中，認(rèn)為塔體金屬結(jié)構(gòu)為保護(hù)地線系統(tǒng)，系統(tǒng)中負(fù)載的所有接地均稱為保護(hù)接地。采用這種接地系統(tǒng)，每臺(tái)設(shè)備直接外殼接地，當(dāng)電氣設(shè)備的金屬外殼帶電（相線碰殼或設(shè)備絕緣損壞而漏電）時(shí)，由于有接地保護(hù)，可以大大減少觸電的危險(xiǎn)性；同時(shí)需要塔體的接地回路電阻比較小，否則發(fā)生漏電接地短路不能及時(shí)觸發(fā)短路保護(hù)，如果漏電電流比較小，即使有熔斷器也不一定能熔斷，所以還需要斷路器作保護(hù)。

（2）TN系統(tǒng)是將電氣設(shè)備的金屬外殼與專用保護(hù)零線相接的保護(hù)系統(tǒng)，稱作接零保護(hù)系統(tǒng)。由于地線和零線間線路阻抗很小，一旦設(shè)備出現(xiàn)外殼帶電，接零保護(hù)系統(tǒng)能將漏電電流上升為較大的短路電流，及時(shí)觸發(fā)保護(hù)，使故障設(shè)備斷電，保證工作人員減少觸電風(fēng)險(xiǎn)，比較安全。而在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)，往往采用TN-C和TN-S兩種，TN-C系統(tǒng)中，零線與保護(hù)地合一，由于塔式起重機(jī)有單相負(fù)荷，因此零線會(huì)有顯著電流，在零線回路阻抗下，存在一定的電壓。TN-S系統(tǒng)中，零線與保護(hù)地線分開(kāi)，保護(hù)性能最好，但是需要專門(mén)的鋪設(shè)保護(hù)地線，在施工現(xiàn)場(chǎng)不一定能夠方便提供，而且塔體實(shí)際為金屬接地結(jié)構(gòu)，塔上設(shè)備往往會(huì)金屬外殼直接安裝，構(gòu)成接地，因此在實(shí)際系統(tǒng)中，往往是TN方式下的外殼直接接地的混合式系統(tǒng)。

實(shí)際上，塔上系統(tǒng)，不同于地面系統(tǒng)，大地本身相比金屬體而言，不是一個(gè)良好的導(dǎo)體，而塔體本身為一個(gè)相對(duì)導(dǎo)電良好的金屬等電位體，離地面較遠(yuǎn)，設(shè)備外殼會(huì)可靠接等電位，因此對(duì)于站在塔上的工作人員一般不會(huì)出現(xiàn)外殼高電位觸電，而塔機(jī)電位變高使得鋼絲繩和吊鉤與大地有電位差在實(shí)際工地現(xiàn)場(chǎng)也有發(fā)生，本文不做該問(wèn)題的具體討論。同時(shí)由于塔身的金屬低陽(yáng)抗特性，一旦塔上設(shè)備發(fā)生漏電，漏電流就比較大，能促成漏電跳間。

3塔式起重機(jī)負(fù)荷電路共模電流分析

在共模回路中，供電系統(tǒng)、用電設(shè)備和接地的塔身構(gòu)成共模回路，如果供電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)用電設(shè)備，對(duì)塔身泄漏電流，就是產(chǎn)生了共模電流，也就是漏電流。一般認(rèn)為三相電壓通過(guò)共模通道對(duì)PE的等效阻抗（至少是絕緣阻抗）比較大，發(fā)生泄漏的共模電流比較小，這就取決于系統(tǒng)中共模通道的阻抗分布參數(shù)的大小。在塔式起重機(jī)電氣系統(tǒng)中，用電負(fù)荷絕大部分是動(dòng)力負(fù)荷，即電機(jī)負(fù)荷，因此電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的共模阻抗就決定了系統(tǒng)正常工作的漏電量。變頻器漏電流分析變頻器工作特性與共模漏電流.

塔式起重機(jī)一般有四種電機(jī)頻繁運(yùn)行：起升電機(jī)、回轉(zhuǎn)電機(jī)、變幅電機(jī)與行走電機(jī)，電機(jī)變頻器電路首先經(jīng)過(guò)全橋不控整流電路將400V交流電壓整為530V直流電壓，然后又經(jīng)逆變電路，進(jìn)行PWM調(diào)制，生成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻、變幅電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。變頻電路的PWM調(diào)制方式：在半個(gè)周期內(nèi)載波和所得PWM波形都在兩個(gè)極性范圍變化。

4結(jié)語(yǔ)

塔式起重機(jī)在建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)廣泛使用，起重機(jī)的動(dòng)力多數(shù)采用變頻驅(qū)動(dòng)，造成的正常運(yùn)行漏電流過(guò)大引發(fā)漏電保護(hù)誤動(dòng)作頻發(fā)的問(wèn)題，通過(guò)分析得出，塔式起重機(jī)的漏電流保護(hù)主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共模電流造成，尤其是變頻器工作在PWM調(diào)制狀態(tài)，高頻分量大，變頻器、控制電路、電機(jī)線纜、電機(jī)繞組以及系統(tǒng)其它設(shè)備均對(duì)塔身有寄生電容，提供了共模通道，在高頻噪聲源的作用下，激發(fā)較大的共模漏電流，引發(fā)漏電保護(hù)頻發(fā)，通過(guò)增加隔離變壓器、電抗器、變頻器濾波器等方式可以降低塔式起重機(jī)運(yùn)行時(shí)的共模漏電流，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。

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（作者單位：沈陽(yáng)三洋建筑機(jī)械有限公司）