起重机电源接地型式判别及起重机接地常见误区

张志坚 柯 韬 石琪晟 俞 朝 张 芳

（宁波市特种设备检验研究院 宁波 315048）

起重机电源接地型式判别及起重机接地常见误区

张志坚 柯 韬 石琪晟 俞 朝 张 芳

（宁波市特种设备检验研究院 宁波 315048）

自动切断电源是起重机间接接触防护中最常用的措施，采用自动切断电源这种防护措施需协调三方面的要求：电源接地系统型式、不同地基的保护联结系统的接地阻抗值和检测绝缘故障保护器件的特性。正确判别起重机电源接地型式是对起重机接地检验首要的任务，本文对判别各种接地型式的方法进行了详细的介绍，并指出了起重机接地的常见误区以及正确的处理措施。

起重机 接地系统 间接接触防护 电击防护 TN系统 TT系统

1　引言

1.1起重机的间接接触防护

起重机接地最主要的目的是防止电击，保护作业人员的人身安全。起重机接地是起重机间接接触防护措施之一，根据GB 5226.2ü2002《机械安全 机械电气安全 第32部分：起重机械技术条件》［1］的规定，间接接触防护是用以防止带电部分与外露可导电部分之间绝缘失效时所产生的危险情况，其防护效果应能达到：防止出现危险触摸电压或在触及触摸电压可能造成危险之前自动切断电源，对于起重机的电气设备每个电路或部分，至少应采用上述措施之一。

防止产生危险接触电压主要采用Ⅱ类设备或等效的绝缘的防护和采用电气隔离作防护两种，在实践中，由于起重机结构特点和成本等原因，起重机上只能较少或部分采用防止产生危险接触电压这一措施。自动切断电源是间接接触防护中最常用的措施，起重机也不例外，可以采用自动切断电源作为起重机的整体间接接触防护措施，即在出现绝缘故障情况下，这种措施经保护器件自动操作切断一路或多路相线，且切断应在极短时间内出现，以限制触摸电压并使其在持续时间内没有危险。

1.2确定电源接地型式的重要性

根据GB 5226.2ü2002，采用自动切断电源进行防护这种措施需协调三方面的要求：电源接地系统型式、不同地基的保护联结系统的接地阻抗值和检测绝缘故障保护器件的特性。这三方面的要求缺一不可，只有这三方面协调配合好，才能使自动切断电源这种间接接触防护措施起作用，不至于让人员触及触摸电压产生危险。

低压配电和电击防护通用规范GB 16895.21—2011［2］、GB 50054—2011［3］和GB 14050—2008［4］等对于采用自动切断电源进行防护的要求是一致的。

对于TN系统，应满足：

对于TT系统，则应满足：

式（1）和式（2）中ZS和RA就是上述的接地阻抗值，Ia是检测故障保护器件的特性，TN系统确定了U0= 220V（对于低压电网），TT系统则确定了50V。应根据不同的电源接地型式来选用不同的公式，即正确判别电源接地型式是确定自动切断电源措施是否有效最基本的前提。

起重机的间接接触防护措施同样应先确定起重机电源接地型式，即起重机的接地应与其电源接地型式相适应。如起重机的接地方式未和电源接地型式匹配，则无法达到电击防护的目的，也就无法保证起重机作业人员的人身安全。因此，正确判别起重机电源接地型式是对起重机接地检验首要的任务。

2　电源接地型式的判别

2.1起重机电源来源判别

判别起重机电源接地型式应在电源端判别，而不应从负载端——起重机处进行判别［5］。目前起重机大多采用低压电网（380V/220V）供电，判别起重机电源接地型式就是判别低压电网的系统接地型式；而要判别低压电网的系统接地型式，必须确定低压电网来自何处，就其来源而言无非两种：来自于供电局的公用电网或来自于独立变电所的低压电网。

检验人员可以通过询问使用单位管理人员来确定，如该使用单位厂区内没有变压器则说明起重机的电源来自于供电局的公用电网，供电局公用电网的系统接地型式只能向当地供电部门咨询来确定，不能自行决定；如该使用单位厂区有变压器则说明起重机的电源来自于该使用单位独立变电所的低压电网。

2.2电源中性点是否接地的判别

对于拥有独立变电所的使用单位，应通过电源中性点是否接地来确定电源的接地型式，如果电源中性点不接地或通过高阻抗接地，则可判定其电源的接地型式为IT系统，如果电源中性点直接接地，则可能是TT或TN系统。

值得注意的是，不能把电源中性点接地理解成变压器中性点接地，不能因为变压器中性点未接地就轻易认为电源中性点未接地而判定为IT系统。

电源中性点接地一般有以下2种形式：

1）变压器中性点直接接地。变压器中性点直接接地可以达到电源中性点直接接地的目的，如农村的低压公用电网采用杆上变压器，其低压端通过架空线直接把电输送到各居民家中，不存在配电柜，杆上变压器的中性点和外壳相连，并直接接地，达电源中性点接地的目的。

2）低压柜的N排直接和变压器的中性点相连并接地。对于小容量的变电所，其变压器一般采用干式变压器，且和高低压柜并列安装在一起，低压柜的N排直接和变压器的中性点相连并接地，可以达到电源中性点接地的目的；对于大容量变电所，高低压配电柜和变压器是分别安装在不同的房间内，低压配电柜通过四线母线槽和变压器低压侧的四个输出端子相连，只要低压配电柜的N排直接接地也可以达到电源中性点接地的目的。在以上两种情况下，从变压器到低压配电柜的一段线路很短，可将变电所看成一个电源点，与配电线路全长的阻抗相比，变压器内部和外部的一小段N线的阻抗可忽略不计，此时在N排变压器端直接接地和在N排低压配电柜内直接接地是没有区别的。只要电源点的中性点是直接接地的，则从电源点的低压配电柜可同时引出相线、N线、PEN线或PE线，换而言之，可同时引出除中性点不接地的IT系统以外的TN、TT等不同接地系统的供电电源。

检查电源的中性点是否直接接地除了可以直接肉眼观察检查外，还可以在停电的情况下用万用表的欧姆档检查，如果测量电源中性点和工作接地引上线之间的电阻在几欧姆以内，这表明中性点是直接接地，可以肯定不属于IT系统而属于TT或TN系统；如果电源中性点不接地或者通过高阻抗接地，则可判定其电源的接地型式为IT系统。

2.3TT系统和TN系统的判别

TT系统和TN系统的区别在于，TN系统的N线和PE线是通过金属导线连接在一起的，而TT系统的N线和PE线之间无直接电气连接。要判别TT系统和TN系统，应在断电的情况下，测量N排和PE排之间的绝缘电阻。如是TN系统，由于N排和PE排在电源端是作电气连接的，因此N排和PE排之间的绝缘电阻应该在1Ω以内。如是TT系统，与系统接地相连的N排和与保护接地相连的PE排两者之间是绝缘的，电阻约几百欧姆。

2.4TN-C、TN-C-S和TN-S系统判别

如在上述基础上确定是TN系统的话，对于TN-C、TN-C-S和TN-S系统只要在总配电箱处用肉眼观察即可。如果总配电箱内N排和PE排是用导线连成一体的，那么进总配电箱的电源线是四根，第四根接在N排或PE排上，则为TN-C系统或TNC-S系统，如图1所示。而对于TN-C系统或TNC-S系统的区别在于设备处是有四根导线还是五根导线连接，如果是四根导线为TN-C系统，反之则为TN-C-S系统。如果总配电箱内N排和PE排是分开的，进总配电箱的电源线是五根，其中两根线分别接在PE排和N排，则为TN-S系统，如图2所示。

图1　TN-C或TN-C-S系统　

图2　TN-S系统

3　起重机接地的常见误区

由于对电击防护特别对间接接触防护的原理了解不够，起重机施工单位和使用单位在对起重机进行接地时常常出现一些错误的做法，为起重机的安全使用埋下了隐患，以下是笔者在日常检验中遇到的一些错误的做法。

3.1电源接地型式为TT系统

●3.1.1 未采用RCD作为保护电器

在某些小型工业区中，未设置独立的变压器，各厂房的电源来自于供电局的公用电网，而有些供电局公用电网的电源采用TT系统供电，因TT系统只输出N线而不输出PE线或PEN线，厂房内的起重机金属结构无法连接到PE线或PEN线，起重机金属结构只能由大车车轮连接轨道通过轨道与大地相连（通过接地线或钢结构承轨梁与大车轨道相连）。在接地故障情况下，故障电流Id流向如图3所示，要想在接地故障时人处于安全状态，即接地故障时人在接触起重机金属结构的接触电压不大于50V，必须使因，取其最大值RB=4Ω，求得，。要满足RA处的接地电阻如此之小，耗资巨大，且在有些场合也不可能办到。因而在TT系统中，如采用RCD来作为切断电源的保护电器，只要满足式（2），即使人员触电但因为此处预期接触电压不大于50V，人员也是安全的。根据 RA×Ia≤50V ，由，即包括金属结构与车轮、轨道及接地线（或承轨梁）的电阻不大于1666Ω时就可以让RCD动作，从而切断电源保护相关人员，如此大电阻很容易满足。

图3　TT系统故障电流示意图

●3.1.2 起重机错误采用TN接地型式

在有些厂房，供电电源采用TT系统，但把起重机的金属结构和N线连在一起（如图4所示），即起重机采用了TN接地型式。TT系统中，N线的电位只有在和系统接地点相连处的电位是地电位，离系统接地点越远，N线对地的电位越高；三相越不平衡，流过N线的电流越大，N线对地的电位就越高；即使三相完全平衡，只要存在非线性用电器，就会产生三次谐波，三次谐波在N线不是相互抵消，而是相互叠加，使N线对地电位升高。在TT系统中，若局部设备采取TN接地型式，其外壳的电位就会随着N线对地电位的升高而升高。更为严重的是，TT部分如图4中的M1的相线碰壳而在故障未解除前，N线的电位就升高，若系统接地和保护接地的接地电阻相等，N线的电位可升到110V，M2的电气设备外壳和电位如此高的N线相连，当然是十分危险的，因此采用TT系统供电的起重机不允许出现TN接地型式。

图4　TT系统不允许采用TN接地

3.2电源接地型式为TN系统

●3.2.1 TN-C系统采用RCD作为保护器件

RCD的中文名字是剩余电流动作保护装置，即俗称的漏电保护器。TN-C系统是将PE线和N线合二为一成PEN线，如图5所示，如PEN线穿过剩余电流动作保护器RCD，因接地故障电流产生的磁场在RCD内互相抵消，RCD将无法检测出故障电流而不动作［6］，所以在 TN-C系统内不能装用RCD防电击。对于TN-C系统，应将其改成TN-C-S系统，如图6所示，在RCD的电源侧将PEN线分成PE线和中性线N，中性线和相线一起穿过RCD，而PE线则不经过RCD的电流互感器直接接到被保护回路中的外露导电部分（如起重机电机外壳），只有这样RCD才能检测出接地故障电流而动作。

图5　RCD因穿入PEN线而拒动

图6　RCD未穿入PE线可正确动作

●3.2.2 局部TT系统未配用RCD

在检验实践中发现，起重机供电电源采用TN系统，本应将起重机的金属结构与PE（PEN）线连接，但不少施工单位或使用单位并未将PE线与金属结构连接，有的在露天起重机处另设接地极，并引出另一保护接地线将金属结构与接地极相连，有的则通过大车车轮与轨道及承轨梁与大地相连，此处其实形成了所谓局部TT系统，如图7所示。局部TT系统和前述3.1.1的TT系统一样，因接地故障电流过小不能使熔断器或断路器动作而切断电源，因此不能采用过电流保护器件作为保护器件，而应采用RCD作为保护器件，即在此回路的始点必须装设RCD，以保证在该回路发生接地故障时有效切断电源。

图7　局部TT系统

4　结束语

1）电源接地系统型式、不同地基的保护联结系统的接地阻抗值和检测绝缘故障保护器件的特性，是自动切断电源防护措施中缺一不可的三个方面，使用中必须注意协调这三方面的要求。

2）正确判别起重机电源接地型式是起重机接地检验的关键问题，必须保证起重机的接地应与其电源接地型式相适应。

3）必须注意避免起重机接地经常出现的各种错误做法，消除起重机使用中的安全隐患。

［1］ GB 5226.2—2002 机械安全 机械电气安全 第32部分：起重机械技术条件［S］.

［2］ GB 16895.21—2011 低压电气装置 第4-41部分：安全防护 电击防护［S］.

［3］ GB 50054—2011 低压配电设计规范［S］.

［4］ GB 14050—2008 系统接地的型式及安全技术要求［S］.

［5］ 王常余，邹跃平.电气接地防雷190问［M］.上海：上海科学技术出版社，2009：114.

［6］ 王厚余.建筑物电气装置600问［M］.北京：中国电力出版社，2013：181.

Identification of Crane Power Ground Type and its Common Mistakes

Zhang Zhijian Ke Tao Shi Qisheng Yu Chao Zhang Fang
（Ningbo special equipment inspection and research institute Ningbo 315048）

Protection by automatic disconnection of power supply is the most commonly used measure of protection against indirect contact for cranes, protection by automatic disconnection of power supply necessitates coordination between: the type of supply and earthing system, the impedance values of the different elements of the protective bonding system, and the characteristics of the protective devices that detect insulation faults. Correct identification of the type of supply and earthing system is the primary task of the crane earthing test. In this paper， we introduce the method to distinguish various earthing types, and point out the common mistakes and correct handling measures of crane earthing.

Crane Earthing system Protection against indirect contact Protection against electric shock TN system TT system

X941

B

1673-257X（2016）07-0050-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.07.013

张志坚（1981～），男，本科，副部长，高级工程师，从事机电类特种设备检验检测工作。
（

2015-11-13）