电梯接地保护相关问题的探讨*

马立新 姚国龙 石 乐 高宇轩

宁夏特种设备检验检测院 银川 750000

0 引言

正常情况下，电气设备金属外壳不带电，设备内部带电体与外壳相互绝缘，但某些情况下绝缘被破坏，外壳将会带有电压，若此时已经通过导线将其与接地线连接，外壳电压被有效降低到人体可接受的安全水平即能达到接地保护的目的。电梯接地保护主要分为供电电源接地，保护接零及含有电气安全装置的电路等装置接地。

目前TSG T7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》（以下简称检规）中规定：接地检验属于C类检验项目，资料确认无质疑即可，否则才需进行检验。但是正因如此，并未引起相关人员的足够重视，维护保养不到位。从检验人员的角度来看，长期以来，检验机构因检验工作量矛盾突出，检验时间有限，接地检验得不到重视，加之部分检验人员检验知识内容欠缺，对检规标准理解片面，仅按照检规要求检查零地分开和一些电气设备的可导电外壳是否接地，对安全回路发生接地故障时能否及时切断驱动主机的电源未做检验，均可能导致有缺陷的电梯投入使用后发生故障事故，给电梯的安全运行留下隐患，故必须更加重视对电梯接地保护的理解与检验。

1 供电电源接地

1.1 常见的接地保护系统

目前，我国供电网络主要是以低压系统为主，并且其中性点是直接接地的。低压供电系统可以分为TT、TN、IT，前后2个字母分别表示变压器中性点、负载侧外露导电部分与地连通的关系，其中TN系统又可以分为TN-C、TN-C-S、TN-S 3种类型[1]。

其中I（Isolation隔离）表示电变压器中性点不接地或经一阻抗接地，T（Terre大地）表示变压器中性点或负载侧金属外壳直接与大地连通，N（Neutre中性点），表示负载侧外露导电部分通过电源中性点实现接地，即负载侧有2种接地方式，直接接地称为保护接地，通过变压器中性点接地则为保护接零。

检规第2.10项规定：供电电源自进入机房（机器设备间）起，中性线（N，零线）与保护线（PE，地线）应当始终分开。因此，电梯供电系统的接地形式只能采用TN-S或TN-C-S形式，如图1、图2所示。

图1 TN-S系统

图2 TN-C-S系统

1.2 电梯接地保护系统选用

IT系统的特点是变压器中性点不接地或经一阻抗接地，当产生接地故障时，无法形成回路或回路阻值很大，故障电流很小。但当供电线路很长时，其产生的分布电容将使得电气保护装置不能及时动作，产生危险，故不适用于电梯。

与IT系统相比，TT系统同样可大幅降低故障电流，但是，通过大地做回路，阻值变化很大，电气保护装置也可能不动作，且需漏电保护器作保护。但目前电梯普遍采用变频控制，在正常运行时存在较大的漏电电流，若采用TT系统会使其电梯频繁停机，严重干扰电梯的正常使用。TT系统接地故障时故障仍然存在一定的危险电压，再加上其施工复杂，同样也不适用。

对于TN-C系统，当用电设备负载平衡时其表现良好，反之，负载不平衡或单相负载等因素会使用电设备金属外壳产生故障电压，同时还可能干扰控制系统，使其运行不稳定，故不适用于电梯。

TN-C-S和TN-S系统均是采用零地分开的五线制，对于TN-C-S系统，电梯从变压器引出4根线，在到达总配电箱时，PEN线分开为零线和地线，不再接触。两者都能保证正常情况下不平衡电流只从零线返回变压器而地线不带电。当发生接地故障时，系统能立即将漏故障转变为短路故障，电流的突变会使熔断器、低压断路器在第一时间立即动作，保障人身安全。与IT及TT系统较低的漏电电流相比，反应更快、更安全。

综上所述，TN-C-S和TN-S系统更适合做电梯的接地保护系统。

1.3 重复接地

当电梯负载不平衡及变压器中性点接地端较远时，电气设备外壳电压并不能完全消除，故需要再次接地降低电压，称为重复接地。重复接地不是直接与地面连接，而是接在建筑物专用接地网上。一般情况下，如果电梯距离变压器中性点接地处50 m以上，就需要进行重复接地，重复接地的接地电阻一般不大于10 Ω[2]。

若未重复接地，在零线断开或接触不良的情况下，一旦设备漏电很容易产生人身伤害。重复接地能将发生故障时的金属外壳对地电压迅速降低，有效降低故障持续时间，可极大地降低甚至消除人体触电的几率。

1.4 识别伪接地

1.4.1 伪接地

中性点接地也称工作接地。工作接地在降低触电风险，预防事故发生等方面起着重要作用。在电气设备绝缘层由于老化等原因破损失效而发生接地故障时，在中性点接地并与设备导电外壳连通的情况下能形成故障回路，产生短路电流，使安全保护装置动作，防止人员触电。

对于TN-S或TN-C-S系统，负载侧的零线与地线都是通过导线与变压器中性点连通的。对于这一点的检验检规并没有做要求，但一旦出现问题，会产生巨大的安全隐患。

在电梯安装过程中，部分安装单位和使用单位出于经济、安装进度等因素的考虑，会在机房墙体上安装一金属结构接地桩，然后将电梯接地干线连接到该接地装上，而不是变压器中性点。根据前述，此接地为TT接地系统，很多建筑工地在电梯监督检验时，还没有通上正式电，也会采用TT系统供电，同样存在较大的安全隐患。检验人员现场检验时，电梯安装公司为了使检验顺利通过，虽然目测能看到机房配电箱有接地端子，是5根线，但实际上，接地线并非取自变压器中性点。这种做法就是所谓的伪接地，是电梯常见的问题之一，通常仅靠目测观察无法发现。因此，在平时检验特别是监督检验中要特别注意识别伪接地。

1.4.2 检验方法

通过测量零线和地线的阻值来识别：1）断开机房总开关，并用万用表或验电笔确认，在配电箱端子排上分别拆除电源进线侧的零线和地线。2）万用表打至欧姆挡，测量进线侧的零线和地线阻值，若电阻值较小，说明该电梯为TN-S或TN-C-S系统；若电阻值较大，说明导线接触不良、有虚接，应检查线路；若阻值无穷大，则说明进入机房的零线和地线是分开的，应先检查是否有断线。然后可通过接地电阻测试仪测量其接地电阻，若其不大于4 Ω，则基本确定是TT接地系统[3]。

1.5 零地分开

零线和地线在变压器中性点是连通的，但是自进入机房以后应始终分开，检规对此也有要求。若零线和地线相互接触，会导致电路零点飘移现象，使用电设备金属外壳产生对地电压，对电器和人员都会产生伤害。

零地分开的检验方法与伪接地基本相同，只不过测量的是配电箱出线侧的零地线阻值，若测量值无穷大，证明零地完全分开，否则不符合要求，应检查线路是否有接地等故障。

需要注意的是，主开关并不能断开轿厢照明、井道照明、插座等单相负载，此时零线上存在相电压，万用表测量了带交流电的负载上，其结果自然不正确。故需要断开其他单相负载开关或断开主开关的前一级断路器。

2 负载侧接地保护

2.1 保护接零与保护接地

保护接地的主要作用是限制设备漏电后的对地电压，保护接零的主要作用是使设备漏电故障转化为短路故障，触发安全保护装置，切断电梯供电回路。只有中性点直接接地时，才能应用保护接零。对于电梯采用的是保护接零。

电梯电气设备及金属部件的接地主要是指电梯的用电设备、电气安全装置、金属构件等易引发接地故障的可导电部分与接地线路进行连接，这些接地线经过控制柜，最后连接到配电箱接地端子排上。

接地保护应该注意：1）接地线应分别与接地端子直接连接，严禁相互串联。2）接地线直径应大于电源导线的直径，且不同材质的接地保护线不能直接对接。3）接地端子排应专用，严禁多根保护线接在同一螺栓上。4）接地线不得单独与地面连接实现接地。

2.2 不需要做接地的情况

根据 GB/T 7588.1—2020《电梯制造与安装安全规范 第1部分：乘客电梯和载货电梯》14.1.1.3的要求，所有电气安全装置都应该进行接地保护。因此，检验员在现场检验时，若发现某些电气安全装置未接地线，将要求维保或施工单位进行整改。通常情况下，电气安全装置的接地保护是由接地线连接到接地装置上实现的，但对于Ⅱ类电气设备则不需要。

用电设备按防间接接触电击条件分为4类：0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类设备。其中电梯主要使用Ⅰ、Ⅱ类设备。Ⅱ类设备采用双重绝缘或加强绝缘措施，绝缘性能优异，正常情况下几乎不可能发生接地故障，因此，不需要再进行接地保护，可通过铭牌上的回字形符号进行辨别，如图3所示。对于Ⅲ类电气设备，由于其低压特性，本身不会造成人身伤害，故无需通过接地线再进行接地保护。对于上述情况，检验员在现场检验时要注意辨别此类情况，否则容易发生错检。

图3 回字形标志

3 电气安全回路接地保护

电梯电气安全回路包括安全回路及门锁回路，电气安全回路应该进行有效的接地保护，否则可能导致部分安全装置失效进而引发事故。例如某一层门锁由于安全回路接地保护设置错误，门锁意外接地被短接使电梯能开门运行，留下巨大的安全隐患。检规以及其修改单中也没有针对该项目的具体要求，但根据GB/T 7588.1—2020《电梯制造与安装安全规范 第1部分：乘客电梯和载货电梯》中对电气故障的防护、故障分析和电气安全装置的要求14.1.1.3：如果含有电气安全装置的电路接地或接触金属构件而造成接地，应使电梯驱动主机立即停止运转；或在第一次正常停止运转后，防止电梯驱动主机再启动。恢复电梯运行只能通过手动复位[4]。

由此可知，安全回路及门锁回路的任一接地故障都应该得到有效的防护。

3.1 电气安全回路接地保护原理

正常的电气安全回路接地故障的保护功能主要包含3个部分，即2个电源端子附近的接地保护线、负载和熔断器，其中熔断器在一侧，接地保护线和负载在另一侧。接地保护线的作用是与接地故障点形成短路，负载通常包括安全回路继电器、门锁继电器及电路板等电气装置，熔断器负责短路时断开安全回路，使继电器失电，制停电梯或防止其运行。如图4所示，100、101是安全回路供电端子，FU是熔断器，MSJ是门锁继电器，S1～S5是电气安全装置，当电梯运行时，S4与S5之间某点意外接地时，其与接地保护线共同作用将负载MSJ旁路，安全回路短路，FU过热熔断，MSJ失电，使得电梯停止运行。

图4 安全回路接地保护原理图

3.2 常见电气安全回路接地故障类型

3.2.1 熔断器动作电流过大

若电气安全回路中熔断器熔断电流过大，其他部分正常，当回路中某一点接地故障，门锁继电器由于接地故障时被旁路而失电动作，电梯停止运行，但是此时熔断器因为动作电流过大并没有动作，安全回路并没有断开。当接地故障被消除后，重新启动电梯仍然能正常运行。虽然表象无问题，但并不符合GB/T 7588.1—2020中14.1.1.3 b）的相关要求，即恢复电梯需要手动复位的要求。正常情况下，需要更换保险丝才能恢复电梯。且若接地故障点带有一定的阻值，门锁继电器并不能完全被短路，长时间运行电路会发热，且动作不可靠，容易引发事故。通常排查发现，熔断器动作电流过大的情况是电梯维保人员用铜丝代替保险丝导致，此隐患不易发现且危害性极大。

3.2.2 没有设置接地线保护线

若没有设置接地保护线，电梯正常运行同样也不会受到影响，但是一旦发生安全回路中2点同时接地的情况，则2点之间所有的电气安全装置将被旁路失效，留下巨大安全隐患，如图5所示，S2和S3将失效。

图5 无接地线保护线安全回路

3.2.3 接地保护线设置错误

电气安全回路接地保护线应设置在负载和最靠近负载的接线端子101之间，若接地保护线设置错误，电梯能正常运行，但是一旦回路中某点接地故障时，将短接其与接地保护点之间的所有电气安全装置。由于此时门锁继电器并不在被短路回路中，不会失电动作，且不能形成短路电流，熔断器不会动作，电梯依然能正常运行，安全隐患巨大。如图6所示，S1、S2及S3将失效，若此时电梯在S2处层门开启进行检修，极易发生剪切事故。由此可知，相比于未设置接地线，接地线设置错误更加危险，此情况下，回路只要发生一点绝缘损坏的对地短路情况，将造成短路点之前的所有电气安全装置全部失效的重大风险。

图6 接地线保护线设置错误安全回路

3.2.4 安全回路产生漏电电流

某些年限长的老电梯电气安全回路因线路老化等因素会产生漏电电流，漏电点经过大地与接地线构成回路[5]。由于存在漏电电阻，并不能与旁路负载形成短路电流，但总电流会增大，此种情况下，电源超额定负荷输出，导致电气元器件易发热并损坏。同时门锁接触器线圈电压降低，导致接触器易发热且吸合可靠性降低，电梯故障率明显升高。若线路绝缘破损严重，可能会引起火灾事故。

3.2.5 熔断器的接线位置错误

熔断器必须接在负载的前端，如果误接在其后端，在发生意外接地故障时，故障电流会跨过熔断器、直接流回变压器形成短路，由于短路电流不能被及时切断，可能会引起线路烧毁，严重时还可能引发火灾。

3.3 检验方法

首先查阅电梯的电气原理图，确认原理图接地保护是否设计有误，如无误，与现场对照是否进行了相应的保护设置，包括设置位置、状态参数等信息。

人为制造一处电气安全回路接地故障，如门锁接地，观察此时门锁继电器和熔断器是否动作。若门锁继电器动作且保险丝烧断，证明安全回路接地保护设置正确，否则表明存在问题。若门锁继电器动作但是保险丝并没有烧断，证明所选用保险丝不合适，动作电流太大。若门锁继电器和保险丝均未动作，一是没有设置接地保护线，二是接地保护线设置错误，需要进一步测试判断。将安全回路电源2个接线端子断开，所有电气安全装置闭合，万用表打欧姆挡测量安全回路对地电阻，若阻值接近零，说明接地保护线设置错误；若阻值较大，说明存在漏电；若电阻无穷大则说明没有设置接地保护线。

5 总结

GB/T 7588.1—2020《电梯制造与安装安全规范 第1部分：乘客电梯和载货电梯》5.11.1.1规定:5.11.1.2中所列出的任何单一电气设备故障，除了5.11.1.3和（或）GB/T 7588.2—2020《电梯制造与安装安全规范 第2部分：电梯部件的设计原则、计算和检验》中5.15所述的情况外，其本身不应成为导致电梯危险故障的原因[4]。电梯接地保护功能首先应满足国标的规定，其要点是单一电气设备故障不应使电梯出现安全故障。而5.11.1.2中所列出的故障类型如电压降低、导体（线）中断、绝缘损坏等几乎全部都在接地保护故障中有所体现，这些故障涉及从供电电源、负载到控制回路几乎所有电气线路，可见虽然检验项目为C类项，但其重要性不言而喻。检验员应该对此引起足够重视，不断提升检验技能，共同保障电梯的安全运行。