起重机械接地检验技术

起重机械接地检验技术丁高耀2012年8月31日起重机械接地型式

保护接地的作用：保护接地是防止人或动物与故障情况下变为带电的外露导电部分的接触而引起的间接接触电击。采用保护接地措施，需要根据不同供电系统接地型式，进行不同的接地连接、设置相应防护电器来自动切断电源。起重机接地保护型式主要分为发下几种：

一、TN系统TN系统是将电气设备的保护导线与供电电源的保护导线（PE线）或保护中性线（PEN线）端子连接，有接地故障时，较大的接地故障电流（短路电流）通过PE线或PEN线返回电源，依靠设置的过电流防护电器（断路器或熔断器）在规定动作的时间内自动切断电源。1、根据GB14050-2008《系统接地的型式及安全技术要求》TN系统可分为：

一、TN系统一、TN系统

TN-S系统为三相五线，是一个三相四线加PE线的接地系统。它的特点是，中性线N与保护接地线PE仅在变压器中性点共同接地，其它地方两线不再有任何电气连接。在中性线N带电的情况下，而PE线不带电。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时，始终不会带电。该系统由于多了一根PE线，而且对PE线的截面有要求，对设计、施工等会带来一些工作量，但是由于PE线作为专用保护接地线，会大大增加防电击的安全性；同时由于PE线的存在，可以采用四极开关在分断相线时把带电的N线也分断，减少碰触N线引起的电击、火灾及爆炸的危险。

一、TN系统一、TN系统TN-C系统为三相四线，中性线N与保护接地线PE合二为一，通称PEN线。该系统的特点是线路简单，安装施工方便，接地故障灵敏度高，对切除故障设备电源快速。但是对于负荷中含有较多的单相负荷或三相不平衡时，PEN线会带电，而且带电情况非常复杂，随时随地会变化。TN-C系统适用于三相负荷比较平衡的动力负荷。由于PEN线上流过的电流较小，其截面可以小于相线截面。在采用过电流保护时，因故障回路阻抗较小，故障电流相对较大，所以保护动作灵敏度较高。

一、TN系统一、TN系统

TN-C-S系统由两个接地系统组成，第一部分是TN-C系统，第二部分是TN-S系统，分界面在N线与PE线的连接点。它的特点是中性线N与保护接地线PE在A处共同接地后，不能再有任何电气连接。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时，始终不会带电。这种系统兼有TN-C系统的价格便宜和TN-S系统的比较安全且电磁适应性比较强的特点。

一、TN系统2、TN系统的保护要求及计算

一、TN系统在接零系统中，单相短电流越大，保护元件动作越快；反之，动作越慢。单相短路电流决定于配电网电压和相零线回路阻抗。稳态单相短路电流ISS按下式计算：式中：U=配电网相电压；

ZL=相线阻抗；

ZPE=保护零线阻抗；

ZE=回路中电器元件阻抗；

ZT=变压器计算阻抗；

Z=相零线回路阻抗，Z=ZL+ZPE+ZE+ZT一、TN系统根据GB14050-2008《系统接地的型式及安全技术要求》和低压配电设计规范（GB50054—2011）：TN系统中配电线路的间接接触防护电器的动作特性，应符合下式的要求：式中：

Zｓ——接地故障回路的阻抗（Ω）；

Ia——保证保护电器在规定时间内自动动作切断供电的电流（A）

Uo——相导体对地标称电压（V）。TN系统中配电线路的间接接触防护电器切断故障回路的时间，应符合下列规定：1)配电线路或仅供给固定式电气设备用电技术的末端线路，不宜大于5s；2)供给手持式电气设备和移动式电气设备用电的末端线路或插座回路，TN系统的最长切断时间不应大于0.4S。一、TN系统3、实际起重机使用场地接地原理图一、TN系统4、TN系统适用领域

TN-S系统可用于有爆炸危险、火灾危险性较大或安全要求较高的场所，宜用于独立附设变电站的车间；TN-C-S系统宜用于厂内设有总变电站，厂内低压配电的场所及民用楼房；TN-C系统可用于无爆炸危险、火灾危险性不大、用电设备较少、用电线路简单且安全条件下较好的场所。二、TT系统TT系统是将电气设备的保护导线与现场的接地系统直接连接。有接地故障时，接地故障电流通过PE线、保护接地极、大地、系统接地极返回电源。因接地故障电流较小，故障部分电源通过设置的剩余电流动作保护器（RCD）来切断。1、根据GB14050-2008《系统接地的型式及安全技术要求》TT系统形式：二、TT系统二、TT系统

TT系统通常称为三相四线接地控制系统。该系统在正常运行时，不管三相负荷平衡或不平衡，在中性线N带电情况下，PE线不会带电。只有在单相接地故障时，由于保护接地灵敏度低，故障不能及时切断，设备外壳才可能带电。TT系统的主要特点是N线与PE线无任何电气连接。它的缺点是接地故障灵敏度不高，设备外壳虽有接地保护，由于不能及时切断电源，也可能会引起电击等危险，因此，TT系统必须装有漏电保护器，提高切除设备电源的灵敏度。

二、TT系统2、TT系统的保护要求及计算二、TT系统TT系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下式要求：式中：RA—外露可导电部分的接地电阻和PE线电阻(Ω)；Ia—保证保护电器切断故障回路的动作电流(A)。当采用过电流保护电器时，反时限特性过电流保护电器的Ia为保证在5s内切断的电流；采用瞬时动作特性过电流保护电器的Ia为保证瞬时动作的最小电流。当采用漏电电流动作保护器时，Ia为其额定动作电流I△n。系统一般宜采用剩余电流动作保护装置作电击保护，只有在RA非常低的条件下，才有可能以过电流保护电器兼作电击保护二、TT系统3、实际起重机使用场地接地原理图二、TT系统4、TT系统适用领域TT系统主要用于低压共用用户——即用于未装备配电变压器，从外面引进行低压电源的小型用户；另外部分场地起重机输送电路与配电变压器的实际距离过长，造成TN系统中的相零阻抗过大，单相短路电流达到规定的动作会值，从而采用了TT系统。三、IT系统

IT系统是将电气设备的保护导线与现场的接地系统直接相连接，有接地故障时，接地故障电流通过PE线、保护接地极、大地、另外两个非故障相导体对地的电容返回电源。故障电流为两对地电容电流的相量和，其值很小，故障电压很低，不用切断电源，但需用装设在回路相线与地这间的绝缘监测器进行监测。当发生第二次接地故障时，此时已为相间短路，需用根据不同的故障形式，通过过电流防护电器或RCD切断电源1、根据GB14050-2008《系统接地的型式及安全技术要求》TT系统形式：三、IT系统三、IT系统

IT系统是三相三线式接地系统，该系统变压器中性点不接地或经阻抗接地，无中性线N，供电线路简单，接地电位稳定，只有线电压无相电压，保护接地线PE各自独立接地，正常时，保护接地线PE不带电。它的优点是当一相接地时，不会使外壳带有较大的故障电流，系统可以正常运行。缺点是不适用于具有大量220V单相用电设备的供电。IT系统主要在煤矿井下等有爆炸性气体混合物存在的环境中的供电使用。三、IT系统2、IN系统的保护要求及计算三、IT系统在IT系统的配电线路中，当发生第一次接地故障时，应由绝缘监视电器发出音响或灯光信号，其动作电流应符合下式要求：式中：RA—外露可可导电部分的接地极电阻(Ω)；Id—相线和外露可导电部分间第一次短路故障的故障电流(A)，它计及泄漏电流和电气装置全部接地阻抗值的影响。注：IT系统—在此系统内，电源与地绝缘或一点经阻抗接地，电气装置外露可导电部分则接地。其定义应符合现行国家标准《交流电气装置接地设计规范》的规定。

IT系统的外露可导电部分可用共同的接地极接地，亦可个别地或成组地用单独的接地极接地。当外露可导电部分为单独接地，发生第二次异相接地故障时，故障回路的切断应符合TT系统接地故障保护的要求。当外露可导电部分为共同接地，则发生第二次异相接地故障时，故障回路的切断应符合TN系统接地故障保护的要求。

IT系统的配电线路，当发生第二次异相接地故障时，应由过电流保护电器或漏电电流动作保护器切断故障电路，并应符合下列要求：1）当IT系统不引出N线，线路标称电压为220/380V时，保护电器应在0.4s内切断故障回路，并符合下式要求：式中：Zs—包括相线和PE线在内的故障回路阻抗(Ω)；Ia—保护电器切断故障回路的动作电流(A)。2）当IT系统引出N线，线路标称电压为220/380V时，保护电器应在0.8s内切断故障回路，并应符合下式要求：式中：Zs—包括相线、N线和PE线在内的故障回路阻抗(Ω)。IT系统不宜引出N线。三、IT系统三、IT系统3、实际起重机使用场地接地原理图三、IT系统4、IT系统适用领域IT方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如电力炼钢、大医院的手术室、地下矿井等处。地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。运用IT方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。但是，如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成架路，保护设备不一定动作，这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。这种供电方式在起重机械上很少见。重复接地

重复接地是起重机行业普遍采用的措施，是指在TN-C和TN-C-S系统中，将PEN线作重复接地。为了避免产生杂散电流。TT系统和TN-S系统N线尽量不作重复接地（当然，PE线接地越多越好）。在起重机的实际安装使用地点，往往有大量基础钢筋、金属管道等，有些就是金属结构厂房，这些构成了良好的自然接地，只要与配电箱内的PE母排作等电位联结，就相当于对PE线和PEN线作了重复接地，对其接地电阻的测量亦无多大必要。事实上，PEN线的重复接地仅仅只是降低PEN线因中性线电流而产生的对地电压，若接地故障防护系统失效，重复接地并不能防止电击的危险。起重机现实中，因为一味强调所谓有“零线重复接地”，导致N线接地，产生剩余电流，致使RCD频繁动作而无法使用。当然，对于室外起重机，对重复接地极、保护接地极接地电阻的测量还是有一定的必要。保护接地电路的基本要求参照GB5226.2—2002《机械安全机械电气设备第32部分：起重机械技术条件》的相关要求，保护接地电路由下列部分组成：

--PE端子；

—电气设备和起重机械的导电结构件；

—起重机械设备上的保护导线,包括作为电路部分的滑动触头。对具有车载电源的流动式起重机,其保护电路、外露可导电部分和外部可导电部分均应连接到保护接地端子以对电击提供防护。当流动式起重机也可连接外部引人电源时，保护接地端子应是外部保护导线的连接点．注：当电能的供给是装在设备的固定、活动或可拆件内的车载电源，且没有外部连接电源时（如不连接车载电池充电器时），不需要将这些设备接到外部保护导线上．保护接地电路的基本要求保护接地电路的连续性：电气设备和起重机械的所有外露可导电部分都应连接到保护接地电路上。若由于任何原因（如日常维护）拆掉一部分时，则不应使余留部分的保护接地电路中断。万一绝缘失效，保护接地电路任何部分的电阻不应导致外露可导电部分呈现危险的接触电压。金属软管、硬管和电缆金属护套不应用作保护导线。然而，这些金属管道和所有连接电缆的金属护套（如编织恺甲、铅护套）均应连接到保护接地电路上。电气设备安装在罩、门或盖板上时，应确保其保护接地电路的连续性，并建议采用保护导线。保护接地电路的基本要求

电气设备或起重机械的任何结构部分可以用作保护接地电路部分，只要该部分满足GB16895.3《建筑物电气装置第5部分：电气设备的选择和安装第54章：接地配置和保护导体》要求。

GB/T3811-2008中“大车与小车的车轮、任何其他的滚轮或端梁连接采用的铰链均不能代替必需的导电连接，而应另外用专门的接地线将各部分结构件上的接地点连接”

GB6067.1-2010“起重机械本体的金属结构应与供电线路的保护导线可靠连接。起重机械的钢轨可连接到保护接地电路上。但是，它们不能取代从电源到起重机械的保护导线（如电缆、集电导线或滑触线）”。

保护接地电路的基本要求解释：

因为起重机械的制作特点，金属结构可作为保护导线使用，但是应所有部件的联接满足以上条款。过去安装的起重机往往只有3根相线上车，起重机轨道与车轮长期作为起重机械本体保护接地电路的保护导线使用。经常因轨道上的集灰、起重机运行中的弹跳、轨道接头的接触不良等造成保护导线事实上的中断，而这种中断经常难以发现，留下极大的安全隐患。等电位联接IEC一个很重要的理念是：对电击的防护，应尽可能发挥等电位联结的作用。保护接地事实上就是等电位联结：即是以大地电位为参考电位，在地球表面实施的等电位联结。若有完善的等电位联结，很小接地极接地电阻阻值的作用将不是很必要。而完善的等电位联结，将形成事实上的很小接地极接地电阻阻值。等电位联接保护接地检验内容1、专用保护导线的要求：

1）每个保护导线连接点都应有标记，采用IEC60417–2:1998中5019的符号。或者连接保护导线的接线端子可以用黄／绿组合双色标记。2）保护导线应采用铜导线，铜导线的最小截面积应符合有关规定。在使用非铜质导线的场合，其单位长度电阻不应超过允许的铜导线单位长度电阻，并且它的截面积应不小于16MM2。保护接地检验内容2、接地连续性的要求1）金属结构接地：起重机本体的金属结构应与供电线路的地线滑触器可靠连接。司机室与起重机本体接地点之间必须用双保护导线连接。2）电气设备接地：起重机所有电气设备的金属外壳，金属导线管、金属支架及金属线槽等均应可靠接地。宜采用专门设置的保护导线，保证电气设备的可靠接地。3）集电导线、滑触线和滑环组件：保护导线(PE)和中性线(N)应分别使用一条单独的集电导线、滑触线或滑环。应采取复式集电器、连续性监控等适当措施，保证采用滑动触头的保护导线电路的连续性。4）保护导线集电器的形状或结构应使它们不能与其他集电器互换。集电器应是滑动触头型的。5）电缆卷筒、悬挂电缆小车：应防止电缆在运动过程中被磨损和发生过度弯曲。保护接地检验内容3、接地独立性1）严禁串接：电气设备和起重机械的所有外露可导电部分都应连接到保护接地电路上。若由于任何原因(如日常维护)拆掉一部分时，则不应使余留部分的保护接地电路中断。2）严禁中断：保护接地电路禁止开关器件接入，不应接有开关电器、过电流保护器件，也不应接有这些器件的电流检测装置。3）严禁载流：保护导线(PE)和中性线(N)应始终分开，严禁保护导线当中性线使用。保护接地检验内容4、防护电器的设置1）型式：对TN系统，应设置能切断接地故障电流的过电流防护电器，必要时应设置RCD；对于TT系统，应设置能切断接地故障电流的RCD；对于IT系统，应设置当电气装置的绝缘水平降至整定值以下时它即动作于发出信号的绝缘监测器和用以发生第二次接地故障时切断电源的过电流防护电器或RCD。

保护接地检验内容2）整定值过电流防护电器(断路器或熔断器)、RCD的整定值应符合有关规范、标准的要求。熔断器熔体的额定电流应按起重机尖峰电流的0.5—0.625倍选择；自动断路器瞬时动作的过电流脱扣器，其动作电流整定值应随断路器的型式而定，即DZ型其整定电流约为起重机尖峰电流的1.7—2.0倍，DW型约为起重机尖峰电流的1.35—1.40倍。

如：漏电保护器R主要参数：

额定电压380V50HZ

额定电流40A

短路分断能力Icu3000A

额定剩余动作电流50mA

额定剩余不动作电流25mA

分断时间≤0.2s保护接地检验内容5、保护导线连接型式1）1对TN系统，应将起重机械的保护导线与供电电源的PE或PEN端子可靠连接2）对TT、IT系统，应将起重机械的保护导线与埋入地下的保护接地极直接连接。6、接地极接地电阻1）对TT系统，保护接地极接地电阻与RCD动作电流的乘积不大于50V。2）对IT系统，保护接地极接地电阻与第一次接地故障电流的乘积不大于50V。保护接地检验内容3）接地电阻的测量

a)——ZC29B型接地电阻测试仪：有三个接线柱E、P、C，分别接于被测接地体、电压极、电流极。直线布置时，分别相距5～10m。（对单根接地体而言，20m外为零电位），三角形布置时，夹角约为29°注意事项

测量重复接地电阻时，必须把保护零线从接地体上断开。

当构成接地网时，应在接地网外测量。

电极应在起重机大车轨道一端或与大车轨道垂直的远离起重机的方向上布置，不得布置在两条轨道的内侧。保护接地检验内容b)C.A6415型接地电阻测试仪：钳式接地电阻测仪量时，不必使用辅助接地棒，也不须中断待测设备之接地，只要钳夹住接地线或棒，就能量测出对地电阻达0.1Ω。

保护接地检验内容7、等电位联结应尽量实施总等电位联结，将PE、PEN干线、轨道、金属附件等接向建筑物总等电位联结端子板。定检规要求TSGQ7015-2008《起重机械定期检验规则》B7.3.1电气设备接地进行以下检查，必要时用仪表测量：(1)检查用整体金属结构做接地干线时，金属结构的连接有非焊接处，是否采用另设接地干线或者跨接线的处理；——主要针对过去安装的起重机，GB6067.1-2010实施以下的起重机一般由专用保护导线。(2)检查起重机械上所有电气设备正常不带电的金属外壳、变压器铁芯及其金属隔离层、穿线金属管槽、电缆金属护层等是否与金属结构间有可靠的接地连接。——主要针对过去安装的起重机（一般比较少，采用跨接线型式）。定检规要求B7.3.2金属结构接地采用整体金属结构做接地干线时，整体金属结构与供电电源保护接地线应当可靠连接。不采用整体金属结构做接地干线时，电气设备正常情况下不带电的外露可导电部分应当直接与供电电源保护接地线连接。——此条款现实存在，特别是GB6067.1-2010实施以后均采取此型式，但由于《检规》条款放置错误，故不在报告书中体现。“检查接地型式，用接地电阻测量仪测量起重机械接地电阻。测量重复接地电阻时，应当把零线从接地装置上断开。检查是否符合以下要求：“(1)采用TN接地系统时，零线重复接地每一处的接地电阻不大于10Ω（测量时把接地线从重复接地体上断开）；——如不是重复接地，此条款不作要求，TN系统重复接地前面已提及，钢结构厂房可算为重复接地，但接地电阻测量不必要，而且难度较大。定检规要求“(2)采用TT接地系统时，起重机电气设备的外露可导电部分（电源保护接地线）的接地电阻不大于4Ω或者起重机械金属结构的接地电阻与漏电保护器动作电流的乘积不大于50V；——TT系统接地电阻不大于4Ω，对真正意义上的接地故障效果并不明显，真正意义为“接地电阻与漏电保护器动作电流的乘积不大于50V”，故检查漏电保护器的设置同样重要。“(3)采用IT接地系统时，起重机电气设备的外露可导电部分（电源保护接地线）的接地电阻不大于4Ω。——IT系统中心点不接地，故与大地构成回路的电阻无限大，其外露可导部分接地电阻不大于4Ω足以保证不超过50V。GB6067.1-2010接地与防雷交流供电起重机电源应采用三