起重機(jī)械接地型式判定方法研究

引言

起重機(jī)械正確接地是有效避免其使用過程中操作人員觸電的重要安全保護(hù)措施。檢驗(yàn)人員正確識(shí)別起重機(jī)械的接地型式,現(xiàn)場判斷接地保護(hù)是否符合要求,并提出合理的整改意見,及時(shí)消除安全隱患,對于使用單位安全使用起重機(jī)械發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

1起重機(jī)械常見的接地型式

起重機(jī)械常見的接地型式有3種:TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)。

1.1TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng),即電源端中性點(diǎn)直接接地,電氣設(shè)備可導(dǎo)電外殼與保護(hù)中性導(dǎo)體連接,包含TN-C系統(tǒng)、TN-s系統(tǒng)、TN-C-s系統(tǒng)。

TN-C系統(tǒng)俗稱三相四線制,N線和PE線合在一起為PEN線,用電設(shè)備外露導(dǎo)電部分接到PEN線。其優(yōu)點(diǎn)是施工方便,節(jié)約成本,能快速切除故障設(shè)備的電源:缺點(diǎn)是單相負(fù)荷較多或者三相不平衡時(shí),PEN線會(huì)有電流經(jīng)過,適用于三相負(fù)荷相對平衡的用電負(fù)荷。

TN-s系統(tǒng)俗稱三相五線制,即N線與PE線獨(dú)立分開,僅在變壓器中性點(diǎn)處共同接地外,之后兩線無任何電氣連接。其優(yōu)點(diǎn)是中性線N帶電時(shí),而PE線不會(huì)帶電,供電系統(tǒng)安全性高:缺點(diǎn)是成本較高。

TN-C-s系統(tǒng),N線與PE線有一部分是合在一起的,在A點(diǎn)處共同接地后,之后就永久分開沒有任何電氣連接,因此后端PE線始終不會(huì)帶電,綜合了TN-C系統(tǒng)成本低和TN-s系統(tǒng)比較安全的優(yōu)點(diǎn)。

1.2TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng),電源中性點(diǎn)直接接地,外露設(shè)備外殼通過PE線直接與大地連接,N線與PE線無任何電氣連接,在三相不平衡中性線N線帶電情況下,PE線卻不會(huì)帶電。其缺點(diǎn)是接地故障靈敏度不高,設(shè)備外殼的接地保護(hù)不能及時(shí)切斷故障電源,存在人員觸電危險(xiǎn),所以必須安裝漏電保護(hù)器,及時(shí)切斷故障電流。

1.3lT系統(tǒng)

IT系統(tǒng),俗稱三相三線制,電源中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地,沒有中性線N,只有線電壓無相電壓,設(shè)備外殼上的保護(hù)PE線各自獨(dú)立與大地連接。其優(yōu)點(diǎn)是單相接地時(shí),外殼的故障電流不會(huì)很大,不用整個(gè)供電系統(tǒng)切斷運(yùn)行:缺點(diǎn)是有大量220V單相用電設(shè)備不適用,適用于煤礦井下等有爆炸性氣體的危險(xiǎn)環(huán)境。

2起重機(jī)械接地型式判定方法

在對起重機(jī)械供電電源接地保護(hù)型式判定的檢驗(yàn)中,當(dāng)供電系統(tǒng)采用接地同零或外供電源時(shí),檢驗(yàn)人員現(xiàn)場無法看到PE線,供電電源中性點(diǎn)是否接地也無法目測檢驗(yàn),無法對起重機(jī)械供電電源的接地型式做出正確判定。本文介紹通過儀器測量電壓和電阻的辦法實(shí)現(xiàn)對接地型式的判定。

2.1用測量電壓法辨別TN/TT系統(tǒng)和lT系統(tǒng)

2.1.1中性點(diǎn)接地的TT系統(tǒng)

中性點(diǎn)接地的TT系統(tǒng),萬用表電壓讀數(shù)如圖1所示。

圖1TT系統(tǒng)電壓測量

V表TT=U0×R表/(R0+Rx＋R線＋R表）(1）式中,U0表示空載時(shí)的相電壓,U0=Ux/√3,Ux表示空載時(shí)的線電壓:R表表示萬用表內(nèi)阻:R0表示電源中性點(diǎn)接地電阻:Rx表示起重機(jī)械接地裝置接地電阻:R線表示測量回路中0、A之間的線路電阻。

在式(1）中,R0和Rx按照《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50065—2011）規(guī)定R0≤40,Rx≤100,R線也是不會(huì)大于100,比R表小得多,因此在TT系統(tǒng)中,V表TT≈U0。

2.1.2接地同零的TN系統(tǒng)

接地同零的TN系統(tǒng),萬用表電壓讀數(shù)如圖2所示。

式中,RL表示接地裝置A與電源中性點(diǎn)0之間地下鋼筋網(wǎng)的電阻。

在式(2）中,TN系統(tǒng)接地保護(hù)采用過電流保護(hù),按照《系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求》(GB14050一2008）規(guī)定:

式中,Id表示保證保護(hù)電器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)動(dòng)作切斷供電的電流:對于自動(dòng)斷路器,Id指對于配電回路或只給固定設(shè)備供電的末端回路,為不超過5s的動(dòng)作電流。

對于工業(yè)上常用的自動(dòng)斷路器,其額定電流16A≤In≤125A,不超過5s的Id一般大于5倍的整定電流Ir,當(dāng)In≤125A時(shí),In=Ir。

取最小In=16A,則Id=5In=80A,式(4）中(RL＋R線）≤2.75Ω,如果起重機(jī)上的自動(dòng)斷路器In>16A,(RL＋R線）應(yīng)小于2.75Ω,式(2）中(RL＋R線）比R表小得多,因此在TN系統(tǒng)中,V表TN≈Uo。2.1.3中性點(diǎn)不接地的ⅠT系統(tǒng)

中性點(diǎn)不接地的ⅠT系統(tǒng),萬用表電壓讀數(shù)如圖3所示。

圖31T系統(tǒng)電壓測量

ⅠT系統(tǒng)在正常狀態(tài)下,各相對地分布絕緣電阻r1=r2=r3=r,各相對地分布電容C1=C2=C3=C,各相對地的絕緣阻抗ZA=ZB=ZC=Zo,則電壓表的讀數(shù):

式中,EA表示電源相電壓,EA=EB=EC。

對于小規(guī)模的輸配電線路長度不大于1km的電網(wǎng),當(dāng)不考慮對地電容的影響時(shí),電壓表的讀數(shù)應(yīng)是:

在式(6）中,如果測量用的電壓表阻抗R表遠(yuǎn)大于各相對地分布絕緣電阻r,則V表≈EA=Uo。但如果R表≤r,或者當(dāng)R表>r時(shí),在電壓表的兩端并聯(lián)一電阻r'≤r,則V表ⅠT≤3Uo/4。

由于各相線對地的絕緣電阻在帶電的情況下是難以測量的,但可以認(rèn)為一般不會(huì)小于1MΩ,因此在其中一相線和接地裝置之間接入一阻抗較大的白熾燈,其兩端電壓應(yīng)小于3/4的相電壓。

根據(jù)以上分析,可以得出辨別電源是ⅠT系統(tǒng)還是TN或TT系統(tǒng)的方法:用阻抗不大于相線對地絕緣電阻的交流電壓表測量相線與起重機(jī)械接地裝置之間的電壓:或者在其中一相線和接地裝置之間接入一阻抗較大的白熾燈,而后測量相線與起重機(jī)械接地裝置之間的電壓,如果讀數(shù)不大于相電壓的3/4,可判定電源中性點(diǎn)不直接接地(即ⅠT系統(tǒng)）,如果讀數(shù)與相電壓相近(約220V）,可判定電源中性點(diǎn)直接接地(即TT或TN系統(tǒng)）。

2.2用測量電阻法辨別TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)

2.2.1TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng),測量N線與接地裝置A之間的電阻,如圖4所示。由于大地是電容體,采用萬用表測量時(shí)使用的是直流電

圖4TT系統(tǒng)電阻測量

壓,在測量回路中,電容對直流電會(huì)產(chǎn)生較大的阻抗,測出的電阻值較大:而采用日本共立4105型接地電阻儀測量時(shí)使用的是交流電壓,大地這個(gè)電容體對交流電產(chǎn)生的阻抗很小,測出的電阻值基本上是Ro與Rx之和,所以用萬用表測量與用接地電阻儀測量A、B之間的電阻會(huì)不同。

2.2.2TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng),測量N線與接地裝置A之間的電阻,如圖5所示。

圖5TN系統(tǒng)電阻測量

測量回路是由鋼筋網(wǎng)、接地線和導(dǎo)線組成,測量儀表的讀數(shù)R測應(yīng)為所測量回路的導(dǎo)體電阻R回=RL＋R線。無論使用萬用表測,還是用接地電阻儀測,其讀數(shù)應(yīng)基本一致。

根據(jù)以上分析,可以采用測量電阻法判定電源是TT系統(tǒng)還是TN系統(tǒng)的方法:當(dāng)安裝現(xiàn)場電源有N線或PE線時(shí),分別使用接地電阻儀和萬用表測量電源的N線或PE線和起重機(jī)械接地裝置之間的電阻,如果它們的值基本相同,且電阻值與所測量回路電阻R回估算值也基本相同,可基本判定是TN系統(tǒng):否則,可基本判定是TT系統(tǒng)。

3結(jié)語

在起重機(jī)械檢驗(yàn)過程中,供電電源接地型式的判定一直是檢驗(yàn)人員的薄弱點(diǎn)。特別是采用目測查線法時(shí),由于現(xiàn)場條件的限制,無法查看并作出準(zhǔn)確判定時(shí),本文介紹的儀器測量電壓法和電阻法,無疑可以作為判定方式的一種有效補(bǔ)充,為準(zhǔn)確判定起重機(jī)械的接地型式提供一種新的方法。