電梯接地保護相關問題的探討*

馬立新 姚國龍 石 樂 高宇軒

寧夏特種設備檢驗檢測院 銀川 750000

0 引言

正常情況下，電氣設備金屬外殼不帶電，設備內部帶電體與外殼相互絕緣，但某些情況下絕緣被破壞，外殼將會帶有電壓，若此時已經通過導線將其與接地線連接，外殼電壓被有效降低到人體可接受的安全水平即能達到接地保護的目的。電梯接地保護主要分為供電電源接地，保護接零及含有電氣安全裝置的電路等裝置接地。

目前TSG T7001—2009《電梯監督檢驗和定期檢驗規則—曳引與強制驅動電梯》（以下簡稱檢規）中規定：接地檢驗屬于C類檢驗項目，資料確認無質疑即可，否則才需進行檢驗。但是正因如此，并未引起相關人員的足夠重視，維護保養不到位。從檢驗人員的角度來看，長期以來，檢驗機構因檢驗工作量矛盾突出，檢驗時間有限，接地檢驗得不到重視，加之部分檢驗人員檢驗知識內容欠缺，對檢規標準理解片面，僅按照檢規要求檢查零地分開和一些電氣設備的可導電外殼是否接地，對安全回路發生接地故障時能否及時切斷驅動主機的電源未做檢驗，均可能導致有缺陷的電梯投入使用后發生故障事故，給電梯的安全運行留下隱患，故必須更加重視對電梯接地保護的理解與檢驗。

1 供電電源接地

1.1 常見的接地保護系統

目前，我國供電網絡主要是以低壓系統為主，并且其中性點是直接接地的。低壓供電系統可以分為TT、TN、IT，前后2個字母分別表示變壓器中性點、負載側外露導電部分與地連通的關系，其中TN系統又可以分為TN-C、TN-C-S、TN-S 3種類型[1]。

其中I（Isolation隔離）表示電變壓器中性點不接地或經一阻抗接地，T（Terre大地）表示變壓器中性點或負載側金屬外殼直接與大地連通，N（Neutre中性點），表示負載側外露導電部分通過電源中性點實現接地，即負載側有2種接地方式，直接接地稱為保護接地，通過變壓器中性點接地則為保護接零。

檢規第2.10項規定：供電電源自進入機房（機器設備間）起，中性線（N，零線）與保護線（PE，地線）應當始終分開。因此，電梯供電系統的接地形式只能采用TN-S或TN-C-S形式，如圖1、圖2所示。

圖1 TN-S系統

圖2 TN-C-S系統

1.2 電梯接地保護系統選用

IT系統的特點是變壓器中性點不接地或經一阻抗接地，當產生接地故障時，無法形成回路或回路阻值很大，故障電流很小。但當供電線路很長時，其產生的分布電容將使得電氣保護裝置不能及時動作，產生危險，故不適用于電梯。

與IT系統相比，TT系統同樣可大幅降低故障電流，但是，通過大地做回路，阻值變化很大，電氣保護裝置也可能不動作，且需漏電保護器作保護。但目前電梯普遍采用變頻控制，在正常運行時存在較大的漏電電流，若采用TT系統會使其電梯頻繁停機，嚴重干擾電梯的正常使用。TT系統接地故障時故障仍然存在一定的危險電壓，再加上其施工復雜，同樣也不適用。

對于TN-C系統，當用電設備負載平衡時其表現良好，反之，負載不平衡或單相負載等因素會使用電設備金屬外殼產生故障電壓，同時還可能干擾控制系統，使其運行不穩定，故不適用于電梯。

TN-C-S和TN-S系統均是采用零地分開的五線制，對于TN-C-S系統，電梯從變壓器引出4根線，在到達總配電箱時，PEN線分開為零線和地線，不再接觸。兩者都能保證正常情況下不平衡電流只從零線返回變壓器而地線不帶電。當發生接地故障時，系統能立即將漏故障轉變為短路故障，電流的突變會使熔斷器、低壓斷路器在第一時間立即動作，保障人身安全。與IT及TT系統較低的漏電電流相比，反應更快、更安全。

綜上所述，TN-C-S和TN-S系統更適合做電梯的接地保護系統。

1.3 重復接地

當電梯負載不平衡及變壓器中性點接地端較遠時，電氣設備外殼電壓并不能完全消除，故需要再次接地降低電壓，稱為重復接地。重復接地不是直接與地面連接，而是接在建筑物專用接地網上。一般情況下，如果電梯距離變壓器中性點接地處50 m以上，就需要進行重復接地，重復接地的接地電阻一般不大于10 Ω[2]。

若未重復接地，在零線斷開或接觸不良的情況下，一旦設備漏電很容易產生人身傷害。重復接地能將發生故障時的金屬外殼對地電壓迅速降低，有效降低故障持續時間，可極大地降低甚至消除人體觸電的幾率。

1.4 識別偽接地

1.4.1 偽接地

中性點接地也稱工作接地。工作接地在降低觸電風險，預防事故發生等方面起著重要作用。在電氣設備絕緣層由于老化等原因破損失效而發生接地故障時，在中性點接地并與設備導電外殼連通的情況下能形成故障回路，產生短路電流，使安全保護裝置動作，防止人員觸電。

對于TN-S或TN-C-S系統，負載側的零線與地線都是通過導線與變壓器中性點連通的。對于這一點的檢驗檢規并沒有做要求，但一旦出現問題，會產生巨大的安全隱患。

在電梯安裝過程中，部分安裝單位和使用單位出于經濟、安裝進度等因素的考慮，會在機房墻體上安裝一金屬結構接地樁，然后將電梯接地干線連接到該接地裝上，而不是變壓器中性點。根據前述，此接地為TT接地系統，很多建筑工地在電梯監督檢驗時，還沒有通上正式電，也會采用TT系統供電，同樣存在較大的安全隱患。檢驗人員現場檢驗時，電梯安裝公司為了使檢驗順利通過，雖然目測能看到機房配電箱有接地端子，是5根線，但實際上，接地線并非取自變壓器中性點。這種做法就是所謂的偽接地，是電梯常見的問題之一，通常僅靠目測觀察無法發現。因此，在平時檢驗特別是監督檢驗中要特別注意識別偽接地。

1.4.2 檢驗方法

通過測量零線和地線的阻值來識別：1）斷開機房總開關，并用萬用表或驗電筆確認，在配電箱端子排上分別拆除電源進線側的零線和地線。2）萬用表打至歐姆擋，測量進線側的零線和地線阻值，若電阻值較小，說明該電梯為TN-S或TN-C-S系統；若電阻值較大，說明導線接觸不良、有虛接，應檢查線路；若阻值無窮大，則說明進入機房的零線和地線是分開的，應先檢查是否有斷線。然后可通過接地電阻測試儀測量其接地電阻，若其不大于4 Ω，則基本確定是TT接地系統[3]。

1.5 零地分開

零線和地線在變壓器中性點是連通的，但是自進入機房以后應始終分開，檢規對此也有要求。若零線和地線相互接觸，會導致電路零點飄移現象，使用電設備金屬外殼產生對地電壓，對電器和人員都會產生傷害。

零地分開的檢驗方法與偽接地基本相同，只不過測量的是配電箱出線側的零地線阻值，若測量值無窮大，證明零地完全分開，否則不符合要求，應檢查線路是否有接地等故障。

需要注意的是，主開關并不能斷開轎廂照明、井道照明、插座等單相負載，此時零線上存在相電壓，萬用表測量了帶交流電的負載上，其結果自然不正確。故需要斷開其他單相負載開關或斷開主開關的前一級斷路器。

2 負載側接地保護

2.1 保護接零與保護接地

保護接地的主要作用是限制設備漏電后的對地電壓，保護接零的主要作用是使設備漏電故障轉化為短路故障，觸發安全保護裝置，切斷電梯供電回路。只有中性點直接接地時，才能應用保護接零。對于電梯采用的是保護接零。

電梯電氣設備及金屬部件的接地主要是指電梯的用電設備、電氣安全裝置、金屬構件等易引發接地故障的可導電部分與接地線路進行連接，這些接地線經過控制柜，最后連接到配電箱接地端子排上。

接地保護應該注意：1）接地線應分別與接地端子直接連接，嚴禁相互串聯。2）接地線直徑應大于電源導線的直徑，且不同材質的接地保護線不能直接對接。3）接地端子排應專用，嚴禁多根保護線接在同一螺栓上。4）接地線不得單獨與地面連接實現接地。

2.2 不需要做接地的情況

根據 GB/T 7588.1—2020《電梯制造與安裝安全規范 第1部分：乘客電梯和載貨電梯》14.1.1.3的要求，所有電氣安全裝置都應該進行接地保護。因此，檢驗員在現場檢驗時，若發現某些電氣安全裝置未接地線，將要求維?；蚴┕挝贿M行整改。通常情況下，電氣安全裝置的接地保護是由接地線連接到接地裝置上實現的，但對于Ⅱ類電氣設備則不需要。

用電設備按防間接接觸電擊條件分為4類：0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類設備。其中電梯主要使用Ⅰ、Ⅱ類設備。Ⅱ類設備采用雙重絕緣或加強絕緣措施，絕緣性能優異，正常情況下幾乎不可能發生接地故障，因此，不需要再進行接地保護，可通過銘牌上的回字形符號進行辨別，如圖3所示。對于Ⅲ類電氣設備，由于其低壓特性，本身不會造成人身傷害，故無需通過接地線再進行接地保護。對于上述情況，檢驗員在現場檢驗時要注意辨別此類情況，否則容易發生錯檢。

圖3 回字形標志

3 電氣安全回路接地保護

電梯電氣安全回路包括安全回路及門鎖回路，電氣安全回路應該進行有效的接地保護，否則可能導致部分安全裝置失效進而引發事故。例如某一層門鎖由于安全回路接地保護設置錯誤，門鎖意外接地被短接使電梯能開門運行，留下巨大的安全隱患。檢規以及其修改單中也沒有針對該項目的具體要求，但根據GB/T 7588.1—2020《電梯制造與安裝安全規范 第1部分：乘客電梯和載貨電梯》中對電氣故障的防護、故障分析和電氣安全裝置的要求14.1.1.3：如果含有電氣安全裝置的電路接地或接觸金屬構件而造成接地，應使電梯驅動主機立即停止運轉；或在第一次正常停止運轉后，防止電梯驅動主機再啟動?；謴碗娞葸\行只能通過手動復位[4]。

由此可知，安全回路及門鎖回路的任一接地故障都應該得到有效的防護。

3.1 電氣安全回路接地保護原理

正常的電氣安全回路接地故障的保護功能主要包含3個部分，即2個電源端子附近的接地保護線、負載和熔斷器，其中熔斷器在一側，接地保護線和負載在另一側。接地保護線的作用是與接地故障點形成短路，負載通常包括安全回路繼電器、門鎖繼電器及電路板等電氣裝置，熔斷器負責短路時斷開安全回路，使繼電器失電，制停電梯或防止其運行。如圖4所示，100、101是安全回路供電端子，FU是熔斷器，MSJ是門鎖繼電器，S1～S5是電氣安全裝置，當電梯運行時，S4與S5之間某點意外接地時，其與接地保護線共同作用將負載MSJ旁路，安全回路短路，FU過熱熔斷，MSJ失電，使得電梯停止運行。

圖4 安全回路接地保護原理圖

3.2 常見電氣安全回路接地故障類型

3.2.1 熔斷器動作電流過大

若電氣安全回路中熔斷器熔斷電流過大，其他部分正常，當回路中某一點接地故障，門鎖繼電器由于接地故障時被旁路而失電動作，電梯停止運行，但是此時熔斷器因為動作電流過大并沒有動作，安全回路并沒有斷開。當接地故障被消除后，重新啟動電梯仍然能正常運行。雖然表象無問題，但并不符合GB/T 7588.1—2020中14.1.1.3 b）的相關要求，即恢復電梯需要手動復位的要求。正常情況下，需要更換保險絲才能恢復電梯。且若接地故障點帶有一定的阻值，門鎖繼電器并不能完全被短路，長時間運行電路會發熱，且動作不可靠，容易引發事故。通常排查發現，熔斷器動作電流過大的情況是電梯維保人員用銅絲代替保險絲導致，此隱患不易發現且危害性極大。

3.2.2 沒有設置接地線保護線

若沒有設置接地保護線，電梯正常運行同樣也不會受到影響，但是一旦發生安全回路中2點同時接地的情況，則2點之間所有的電氣安全裝置將被旁路失效，留下巨大安全隱患，如圖5所示，S2和S3將失效。

圖5 無接地線保護線安全回路

3.2.3 接地保護線設置錯誤

電氣安全回路接地保護線應設置在負載和最靠近負載的接線端子101之間，若接地保護線設置錯誤，電梯能正常運行，但是一旦回路中某點接地故障時，將短接其與接地保護點之間的所有電氣安全裝置。由于此時門鎖繼電器并不在被短路回路中，不會失電動作，且不能形成短路電流，熔斷器不會動作，電梯依然能正常運行，安全隱患巨大。如圖6所示，S1、S2及S3將失效，若此時電梯在S2處層門開啟進行檢修，極易發生剪切事故。由此可知，相比于未設置接地線，接地線設置錯誤更加危險，此情況下，回路只要發生一點絕緣損壞的對地短路情況，將造成短路點之前的所有電氣安全裝置全部失效的重大風險。

圖6 接地線保護線設置錯誤安全回路

3.2.4 安全回路產生漏電電流

某些年限長的老電梯電氣安全回路因線路老化等因素會產生漏電電流，漏電點經過大地與接地線構成回路[5]。由于存在漏電電阻，并不能與旁路負載形成短路電流，但總電流會增大，此種情況下，電源超額定負荷輸出，導致電氣元器件易發熱并損壞。同時門鎖接觸器線圈電壓降低，導致接觸器易發熱且吸合可靠性降低，電梯故障率明顯升高。若線路絕緣破損嚴重，可能會引起火災事故。

3.2.5 熔斷器的接線位置錯誤

熔斷器必須接在負載的前端，如果誤接在其后端，在發生意外接地故障時，故障電流會跨過熔斷器、直接流回變壓器形成短路，由于短路電流不能被及時切斷，可能會引起線路燒毀，嚴重時還可能引發火災。

3.3 檢驗方法

首先查閱電梯的電氣原理圖，確認原理圖接地保護是否設計有誤，如無誤，與現場對照是否進行了相應的保護設置，包括設置位置、狀態參數等信息。

人為制造一處電氣安全回路接地故障，如門鎖接地，觀察此時門鎖繼電器和熔斷器是否動作。若門鎖繼電器動作且保險絲燒斷，證明安全回路接地保護設置正確，否則表明存在問題。若門鎖繼電器動作但是保險絲并沒有燒斷，證明所選用保險絲不合適，動作電流太大。若門鎖繼電器和保險絲均未動作，一是沒有設置接地保護線，二是接地保護線設置錯誤，需要進一步測試判斷。將安全回路電源2個接線端子斷開，所有電氣安全裝置閉合，萬用表打歐姆擋測量安全回路對地電阻，若阻值接近零，說明接地保護線設置錯誤；若阻值較大，說明存在漏電；若電阻無窮大則說明沒有設置接地保護線。

5 總結

GB/T 7588.1—2020《電梯制造與安裝安全規范 第1部分：乘客電梯和載貨電梯》5.11.1.1規定:5.11.1.2中所列出的任何單一電氣設備故障，除了5.11.1.3和（或）GB/T 7588.2—2020《電梯制造與安裝安全規范 第2部分：電梯部件的設計原則、計算和檢驗》中5.15所述的情況外，其本身不應成為導致電梯危險故障的原因[4]。電梯接地保護功能首先應滿足國標的規定，其要點是單一電氣設備故障不應使電梯出現安全故障。而5.11.1.2中所列出的故障類型如電壓降低、導體（線）中斷、絕緣損壞等幾乎全部都在接地保護故障中有所體現，這些故障涉及從供電電源、負載到控制回路幾乎所有電氣線路，可見雖然檢驗項目為C類項，但其重要性不言而喻。檢驗員應該對此引起足夠重視，不斷提升檢驗技能，共同保障電梯的安全運行。