淺析塔式起重機(jī)接地系統(tǒng)及檢驗(yàn)

張曉勛+倪振磊

摘 要：通過對(duì)《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》及國家標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)條款關(guān)于起重機(jī)械接地保護(hù)相關(guān)要求的理解，結(jié)合特種設(shè)備檢驗(yàn)工作的具體實(shí)踐，對(duì)塔式起重機(jī)的接地進(jìn)行分析，解決工程建筑中使用的塔式起重機(jī)接地系統(tǒng)的檢驗(yàn)問題。對(duì)于一些特殊比較困難的檢驗(yàn)現(xiàn)場環(huán)境給出了一些可靠的檢驗(yàn)方法，這些方法值得在相關(guān)的檢驗(yàn)中推廣應(yīng)用，具有創(chuàng)新意義，其檢驗(yàn)結(jié)果也具有較高的準(zhǔn)確性及權(quán)威性。

關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；電氣設(shè)備接地；金屬結(jié)構(gòu)接地；供電系統(tǒng)

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

1 起重機(jī)械接地

塔式起重機(jī)作為建筑施工的重要象征與主要運(yùn)輸機(jī)械，在建筑業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。它的工作特點(diǎn)是，根據(jù)建筑需要將物品在很大空間內(nèi)升降和搬運(yùn)，屬危險(xiǎn)作業(yè)。其中，接地是塔式起重機(jī)的重要保護(hù)措施，在塔式起重機(jī)設(shè)備檢查及安全檢驗(yàn)中是一項(xiàng)必要的保證項(xiàng)目。以下為《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》的相關(guān)規(guī)定：

1.1 電氣設(shè)備接地

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

1.2 金屬結(jié)構(gòu)接地

接地線：（1）檢查是否設(shè)置專用接地線，金屬結(jié)構(gòu)的連接有非焊接處，對(duì)于非焊接處是否進(jìn)行了必要處理，且處理是否正確恰當(dāng)；（2）檢查是否按照規(guī)定禁用金屬結(jié)構(gòu)和接地作為載流零線（電氣系統(tǒng)電壓為安全電壓除外）。

接地電阻：測量起重機(jī)械接地電阻時(shí)可選用接地電阻測量儀。重復(fù)接地電阻測量時(shí)，應(yīng)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(shí)把接地線從重復(fù)接地體上斷開，選用TN接地系統(tǒng)時(shí)，要求PE線重復(fù)接地每一處的接地電阻都≤10Ω；（2）選用TT接地系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將漏電保護(hù)裝置設(shè)置在起重機(jī)上，外露的電氣設(shè)備可導(dǎo)電部分的接地電阻應(yīng)≤4Ω；（3）選用IT接地系統(tǒng)時(shí)，外露起重機(jī)電氣設(shè)備的可導(dǎo)電部分的接地電阻≤4Ω。

2 基本供電系統(tǒng)簡介

基本供電系統(tǒng)包括三相三線制和三相四線制等，但由于這些名詞術(shù)語內(nèi)涵并不統(tǒng)一，給相關(guān)工作帶來了不便，為此，國際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)其進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定，稱為IT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)。其中TN系統(tǒng)包括TN-C-S系統(tǒng)、TN-S、TN-C。

2.1 TN系統(tǒng)

TN保護(hù)系統(tǒng)采用保護(hù)接零方式，具體是中變壓器中性點(diǎn)直接接地，而塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備的金屬外殼部分，用保護(hù)線通過中性線與系統(tǒng)中性點(diǎn)相連。分析保護(hù)線和中性線之間的組合關(guān)系，可將TN系統(tǒng)分為三類，具體如下：

2.1.1 TN-C系統(tǒng)

觀察該系統(tǒng)，如圖1所示PEN線，中性線N和保護(hù)線PE是合一的。保護(hù)中性線PEN直接連接系統(tǒng)中塔機(jī)電氣設(shè)備的金屬外殼，如此即使金屬外殼出現(xiàn)意外，也能借零線形成相零回路，瞬時(shí)產(chǎn)生較大的短路電流，使線路上的保護(hù)裝置快速反應(yīng)并動(dòng)作，將故障電源切除，起到保護(hù)作用。一般情況下，TN-C系統(tǒng)適用于單相負(fù)荷容量較小但三相負(fù)荷較平衡的場所。

在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，若實(shí)際施工中存在單相用電設(shè)備且三相負(fù)荷不平衡問題，那么其中性線會(huì)出現(xiàn)一定的電流，導(dǎo)致中性點(diǎn)偏移。究其原因發(fā)現(xiàn)只要中性線阻抗不為零，而實(shí)際上中性線阻抗為零的情況出現(xiàn)概率很小，電流通過中性線勢必會(huì)影響到其負(fù)載中性點(diǎn)的偏移，一旦中性點(diǎn)出現(xiàn)偏移，電位會(huì)隨著阻抗的增加而不斷增加，當(dāng)達(dá)到某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，接地點(diǎn)完全有可能引起較高的電壓，換句話說設(shè)備外殼可能帶有較高的電壓，這也是設(shè)備外殼有時(shí)有麻電感的原因。

綜上分析發(fā)現(xiàn)，要想防止麻電問題，應(yīng)使接地點(diǎn)盡量前移，當(dāng)前移到達(dá)極限時(shí)就形成了三相五線制系統(tǒng)，即TN-S系統(tǒng)。

2.1.2 TN-S系統(tǒng)

觀察其系統(tǒng)，如圖2所示，該系統(tǒng)整個(gè)電網(wǎng)的保護(hù)線PE與中性線N是分開的。雖然設(shè)備外殼接在PE上，但一般情況下沒有電流經(jīng)過保護(hù)線，因此設(shè)備外殼不帶電，有效杜絕了麻電問題。通常電流不會(huì)經(jīng)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(jìn)行重復(fù)接地，在保護(hù)零線上接上設(shè)備外殼，此時(shí)線路上沒有電壓，設(shè)備也就得到了有效保護(hù)。此種系統(tǒng)，PE 線必須重復(fù)接地，否則一旦PE斷線，那么系統(tǒng)就會(huì)處于既不接地也不接零狀態(tài)，得不到任何保護(hù)，后果不堪設(shè)想。

TN-S系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)接地后等于具備了雙重保障，若PE正常，那么系統(tǒng)處于接零保護(hù)狀態(tài)；若PE斷線，那么系統(tǒng)處于接地保護(hù)狀態(tài)，即PE斷線后由TN-S轉(zhuǎn)變成TT系統(tǒng)的保護(hù)方式。當(dāng)大地和相線斷線出現(xiàn)短路問題時(shí)，PE線電位會(huì)因?yàn)楣收想娏鞯拇嬖诙?，此時(shí)一旦斷線點(diǎn)與大地間電阻較小，那么PE線的電位就會(huì)超過安全電壓，影響到整個(gè)設(shè)備的安全使用，甚至威脅到相關(guān)工作人員的生命安全。基于此，TN-S系統(tǒng)必須進(jìn)行重復(fù)接地，因?yàn)橹貜?fù)接地電阻會(huì)分擔(dān)一部分接地電壓，降低PE線對(duì)地電壓，有效減少了發(fā)生觸電安全事故的概率。主要注意的是保護(hù)接零的措施對(duì)其設(shè)備的要求較高，尤其是過載短路保護(hù)裝置，必須保證其處于正確的狀態(tài)，只有這樣保護(hù)接零措施才能真正的發(fā)揮作用和優(yōu)勢。

2.1.3 TN-C-S系統(tǒng)

實(shí)際施工中由于諸多客觀因素的影響，三相五線制有時(shí)存在操作難度，這時(shí)可采用TN-C-S系統(tǒng)，如圖3所示。該系統(tǒng)PEN線自某個(gè)點(diǎn)起分開為保護(hù)線（PE）和中性線（N）。分開以后N線應(yīng)對(duì)地絕緣。為防止PE線與N線混淆，應(yīng)分別給PE線和PEN線涂上黃綠相間的色標(biāo)，N線涂以淺藍(lán)色色標(biāo)。此外，自分開后，PE線不能再與N線再合并。TN-C-S系統(tǒng)是一個(gè)廣泛采用的配電系統(tǒng)，無論在工礦企業(yè)還是在民用建筑中，其線路結(jié)構(gòu)簡單，又能保證一定安全水平。

如圖3所示，該系統(tǒng)中部分中性線與保護(hù)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(shè)保護(hù)線。GB5144-2006中 “零線和接地線必須分開”實(shí)際上指的就是這種情況。

2.2 TT式系統(tǒng)

此種供電系統(tǒng)是指將電氣設(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)，也稱TT系統(tǒng)。電源端有一點(diǎn)直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點(diǎn)在電氣上獨(dú)立于電源端的接地點(diǎn)。在TT系統(tǒng)中負(fù)載的所有接地均稱為保護(hù)接地。

2.3 IT式系統(tǒng)

IT式系統(tǒng)如圖5所示，其中I表示電源側(cè)沒有工作接地，或經(jīng)過高阻抗接地。第二個(gè)字母T表示負(fù)載側(cè)電氣設(shè)備進(jìn)行接地保護(hù)。IT方式供電系統(tǒng)在供電距離不是很長時(shí)，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(yán)格地連續(xù)供電的地方，例如連續(xù)生產(chǎn)裝置、大醫(yī)院的手術(shù)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(jī)的施工現(xiàn)場，塔式起重機(jī)的接地宜采用三相五線制的用電系統(tǒng)，這樣才能起到較理想的保護(hù)作用。筆者所處地區(qū)均為采用三相五線制的施工現(xiàn)場，故在此只是簡單分析一下采用TN-S系統(tǒng)的接地檢驗(yàn)。

3 TN-S保護(hù)接地的檢驗(yàn)

3.1 地面電箱的檢查

地面電箱應(yīng)在塔式起重機(jī)3米范圍內(nèi)設(shè)置，內(nèi)配置額定動(dòng)作電流小于或等于30mA、額定動(dòng)作時(shí)間小于0.1s的漏電保護(hù)器。在進(jìn)線側(cè)工作零線和三相動(dòng)力線接入漏電保護(hù)器，工作零線和保護(hù)零線相互之間明顯區(qū)分，各負(fù)其責(zé)，永不混接。且總配電箱、分配電箱、開關(guān)箱內(nèi)，包括起重機(jī)上的配電箱，必須設(shè)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?，F(xiàn)場檢驗(yàn)時(shí)可根據(jù)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(shí)，國標(biāo)規(guī)定的電纜的顏色在實(shí)際接線中有可能接錯(cuò)。此時(shí)，可根據(jù)母排與地絕緣與否來區(qū)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(hù)零線的直徑為三相主電源的50%左右。

在現(xiàn)場檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)于電源線采用四芯電纜的塔式起重機(jī)，最好是讓施工單位更換為五芯電纜。或是動(dòng)力和照明分路設(shè)置，動(dòng)力線路由三根相線和一根保護(hù)零線組成，照明線路由一根相線、一根工作零線、一根保護(hù)零線組成，這樣四芯電纜也可滿足要求。動(dòng)力和照明還可各自保護(hù)。

3.2 檢查零線是否重復(fù)接地

首先檢查地面電箱內(nèi)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(jī)的線，一條接電箱外殼；當(dāng)塔機(jī)電氣設(shè)備距離變壓器中性點(diǎn)接地裝置或零線其它接地點(diǎn)大于50m時(shí)，還會(huì)有一根電箱的的重復(fù)接地線，從電箱內(nèi)的母排接一根PE線在電箱附近直接接地。此時(shí)，可以確定該塔式起重機(jī)采用了重復(fù)接地。檢查重復(fù)接地時(shí)，需要注意的是電箱和塔吊分別都有接地體才稱作重復(fù)接地，有的施工工地，在塔式起重機(jī)基礎(chǔ)節(jié)或支腿上會(huì)有多條接地體與基礎(chǔ)混凝土連接，一般認(rèn)為此種做法只是單純的增加同一電氣設(shè)備接地體的截面積，變相的減小接地電阻，不能認(rèn)為其為重復(fù)接地體。

3.3 接地體的檢查

首先檢查塔式起重機(jī)底座上是否預(yù)留有接地體，一般廠家出廠時(shí)會(huì)在塔式起重機(jī)基礎(chǔ)節(jié)或預(yù)埋支腿上焊一只M12的螺栓，保護(hù)體線截面積要大于150mm2，一般取—40×4的扁鐵作接地導(dǎo)線埋入混凝土基礎(chǔ)中。有一些老的設(shè)備，廠家出廠時(shí)未預(yù)留接地點(diǎn)，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(chǔ)節(jié)及混凝土基礎(chǔ)連接，接點(diǎn)用電焊焊牢，并進(jìn)行防銹處理，接點(diǎn)不允許采用螺絲緊固連接.在軌道上工作的起重機(jī)，通常用車輪和軌道接地。對(duì)于一些要求較高的項(xiàng)目，也可采用另設(shè)專用接地滑線等有效措施，最大限度的降低觸電事故的發(fā)生率。

3.4 接地電阻的測量

測量接地電阻時(shí)，應(yīng)把零線從重復(fù)接地體上斷開。接地電阻測量儀一般由主機(jī)、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(dǎo)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(yīng)插在含水量高的土質(zhì)上，遇干地或碎石地時(shí)，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(guān)轉(zhuǎn)換至接地電壓擋EARTHVOLTAGE。此時(shí)，顯示屏若顯示一電壓值，表示系統(tǒng)中有接地電壓存在，請(qǐng)確認(rèn)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(huì)產(chǎn)生誤差，此時(shí)應(yīng)將使用此被測接地體的設(shè)備斷電，等接地電壓下降后再進(jìn)行測量。測量過程應(yīng)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(gè)量程，如顯示值還低，再降低至更低擋進(jìn)行測量。當(dāng)讀數(shù)穩(wěn)定并能讀出讀數(shù)時(shí)，此時(shí)的顯示值即為被測接地電阻值。若顯示無窮大或不穩(wěn)定，那么說明輔助接地體的接地電阻太大，此時(shí)應(yīng)盡快找到問題所在，檢查輔助接地體周圍土質(zhì)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(shí)的發(fā)現(xiàn)問題并找到有效解決方案。

測量接地電阻時(shí)要注意測量線與輔助接地線的端子間會(huì)產(chǎn)生最大50V的交流電壓，因此為了避免發(fā)生安全事故，禁止接觸測試導(dǎo)線。

4 等電位聯(lián)結(jié)的檢查

起重機(jī)上所有電氣設(shè)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(jié)構(gòu)間有可靠的接地連接。這是我們俗稱的等電位聯(lián)結(jié)，等電位聯(lián)結(jié)是指將具有相同對(duì)地電位的各個(gè)可導(dǎo)電部分做的電氣連接。等電位聯(lián)結(jié)分總等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)。塔式起重機(jī)上一般將電箱外殼，電機(jī)接線盒接地端，變壓器鐵心等裝置做等電位聯(lián)結(jié)。

塔式起重機(jī)的等電位聯(lián)結(jié)可采用導(dǎo)通性進(jìn)行檢驗(yàn)，用萬用表或鉗形表的導(dǎo)通檔測量兩個(gè)被測物之間的導(dǎo)通性。檢查時(shí)，先取一個(gè)參考點(diǎn)（如地面電箱的PE接線端子），將去往塔機(jī)上的電纜中的PE斷開，測量斷開的PE線和基礎(chǔ)節(jié)或支腿上的接地點(diǎn)，看兩者是否導(dǎo)通，如導(dǎo)通，則塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間電氣聯(lián)結(jié)良好，然后去到塔機(jī)上測量需要測量的電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼等裝置與塔機(jī)上配電箱中的PE線是否導(dǎo)通。由此可以判斷，該塔機(jī)的等電位聯(lián)結(jié)是否良好。

5 塔式起重機(jī)接地和接地檢驗(yàn)的注意事項(xiàng)

（1）安裝塔式起重機(jī)時(shí)，為確保電氣連接無異常，應(yīng)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(yīng)插在含水量高的土質(zhì)上；

（3）當(dāng)接地電阻值稍大于規(guī)定要求時(shí)，可移動(dòng)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(shí)進(jìn)行測量；

（5）接地電阻儀表攜帶、使用時(shí)須小心輕放，避免劇烈震動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] TSG Q7015-2016起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].

[2]王福綿.起重機(jī)械技術(shù)檢驗(yàn)[M].北京：學(xué)苑出版社，2000.

[3] GB14050-2008 系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求[S].