浅析塔式起重机接地系统及检验

张晓勋+倪振磊

摘 要：通过对《起重机械定期检验规则》及国家标准相应条款关于起重机械接地保护相关要求的理解，结合特种设备检验工作的具体实践，对塔式起重机的接地进行分析，解决工程建筑中使用的塔式起重机接地系统的检验问题。对于一些特殊比较困难的检验现场环境给出了一些可靠的检验方法，这些方法值得在相关的检验中推广应用，具有创新意义，其检验结果也具有较高的准确性及权威性。

关键词：塔式起重机；电气设备接地；金属结构接地；供电系统

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

1 起重机械接地

塔式起重机作为建筑施工的重要象征与主要运输机械，在建筑业得到了广泛应用。它的工作特点是，根据建筑需要将物品在很大空间内升降和搬运，属危险作业。其中，接地是塔式起重机的重要保护措施，在塔式起重机设备检查及安全检验中是一项必要的保证项目。以下为《起重机械定期检验规则》的相关规定：

1.1 电气设备接地

检查是否符合以下要求：（1） 电气设备无异常，若外露可导电部分不带电，可直接连接供电电源保护接地线；（2）起重机械上所有电气设备外壳、金属导线管、金属支架及金属线槽均根据配电网情况进行可靠接地（保护接地或者保护接零）。

1.2 金属结构接地

接地线：（1）检查是否设置专用接地线，金属结构的连接有非焊接处，对于非焊接处是否进行了必要处理，且处理是否正确恰当；（2）检查是否按照规定禁用金属结构和接地作为载流零线（电气系统电压为安全电压除外）。

接地电阻：测量起重机械接地电阻时可选用接地电阻测量仪。重复接地电阻测量时，应在接地装置上将PE线断开，检查是否满足以下条件：（1）测量时把接地线从重复接地体上断开，选用TN接地系统时，要求PE线重复接地每一处的接地电阻都≤10Ω；（2）选用TT接地系统时，应将漏电保护装置设置在起重机上，外露的电气设备可导电部分的接地电阻应≤4Ω；（3）选用IT接地系统时，外露起重机电气设备的可导电部分的接地电阻≤4Ω。

2 基本供电系统简介

基本供电系统包括三相三线制和三相四线制等，但由于这些名词术语内涵并不统一，给相关工作带来了不便，为此，国际电工委员会（IEC）对其进行了统一规定，称为IT系统、TN系统、TT系统。其中TN系统包括TN-C-S系统、TN-S、TN-C。

2.1 TN系统

TN保护系统采用保护接零方式，具体是中变压器中性点直接接地，而塔机金属结构及电气设备的金属外壳部分，用保护线通过中性线与系统中性点相连。分析保护线和中性线之间的组合关系，可将TN系统分为三类，具体如下：

2.1.1 TN-C系统

观察该系统，如图1所示PEN线，中性线N和保护线PE是合一的。保护中性线PEN直接连接系统中塔机电气设备的金属外壳，如此即使金属外壳出现意外，也能借零线形成相零回路，瞬时产生较大的短路电流，使线路上的保护装置快速反应并动作，将故障电源切除，起到保护作用。一般情况下，TN-C系统适用于单相负荷容量较小但三相负荷较平衡的场所。

在实践中我们发现，若实际施工中存在单相用电设备且三相负荷不平衡问题，那么其中性线会出现一定的电流，导致中性点偏移。究其原因发现只要中性线阻抗不为零，而实际上中性线阻抗为零的情况出现概率很小，电流通过中性线势必会影响到其负载中性点的偏移，一旦中性点出现偏移，电位会随着阻抗的增加而不断增加，当达到某个标准时，接地点完全有可能引起较高的电压，换句话说设备外壳可能带有较高的电压，这也是设备外壳有时有麻电感的原因。

综上分析发现，要想防止麻电问题，应使接地点尽量前移，当前移到达极限时就形成了三相五线制系统，即TN-S系统。

2.1.2 TN-S系統

观察其系统，如图2所示，该系统整个电网的保护线PE与中性线N是分开的。虽然设备外壳接在PE上，但一般情况下没有电流经过保护线，因此设备外壳不带电，有效杜绝了麻电问题。通常电流不会经过PE线，PE首端连接电源端的工作零线，中间不跟任何工作零线连接，末端进行重复接地，在保护零线上接上设备外壳，此时线路上没有电压，设备也就得到了有效保护。此种系统，PE 线必须重复接地，否则一旦PE断线，那么系统就会处于既不接地也不接零状态，得不到任何保护，后果不堪设想。

TN-S系统进行重复接地后等于具备了双重保障，若PE正常，那么系统处于接零保护状态；若PE断线，那么系统处于接地保护状态，即PE断线后由TN-S转变成TT系统的保护方式。当大地和相线断线出现短路问题时，PE线电位会因为故障电流的存在而升高，此时一旦断线点与大地间电阻较小，那么PE线的电位就会超过安全电压，影响到整个设备的安全使用，甚至威胁到相关工作人员的生命安全。基于此，TN-S系统必须进行重复接地，因为重复接地电阻会分担一部分接地电压，降低PE线对地电压，有效减少了发生触电安全事故的概率。主要注意的是保护接零的措施对其设备的要求较高，尤其是过载短路保护装置，必须保证其处于正确的状态，只有这样保护接零措施才能真正的发挥作用和优势。

2.1.3 TN-C-S系统

实际施工中由于诸多客观因素的影响，三相五线制有时存在操作难度，这时可采用TN-C-S系统，如图3所示。该系统PEN线自某个点起分开为保护线（PE）和中性线（N）。分开以后N线应对地绝缘。为防止PE线与N线混淆，应分别给PE线和PEN线涂上黄绿相间的色标，N线涂以浅蓝色色标。此外，自分开后，PE线不能再与N线再合并。TN-C-S系统是一个广泛采用的配电系统，无论在工矿企业还是在民用建筑中，其线路结构简单，又能保证一定安全水平。

如图3所示，该系统中部分中性线与保护线是合一的，为了最大限度的降低中性线电流，局部采用专设保护线。GB5144-2006中 “零线和接地线必须分开”实际上指的就是这种情况。

2.2 TT式系统

此种供电系统是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称TT系统。电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。在TT系统中负载的所有接地均称为保护接地。

2.3 IT式系统

IT式系统如图5所示，其中I表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。第二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护。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，例如连续生产装置、大医院的手术室、地下矿井等处。

通过了解了不同的接地形式和分析塔式起重机的施工现场，塔式起重机的接地宜采用三相五线制的用电系统，这样才能起到较理想的保护作用。笔者所处地区均为采用三相五线制的施工现场，故在此只是简单分析一下采用TN-S系统的接地检验。

3 TN-S保护接地的检验

3.1 地面电箱的检查

地面电箱应在塔式起重机3米范围内设置，内配置额定动作电流小于或等于30mA、额定动作时间小于0.1s的漏电保护器。在进线侧工作零线和三相动力线接入漏电保护器，工作零线和保护零线相互之间明显区分，各负其责，永不混接。且总配电箱、分配电箱、开关箱内，包括起重机上的配电箱，必须设置工作零线N、接地线PE母排。工作零线N母排与“地”绝缘，接地线PE母排与“地”不必绝缘。现场检验时可根据母排的固定来确定N线母排和PE线母排是否与地绝缘与否。由于建筑工地工况和供配电施工有差异，接线时，国标规定的电缆的颜色在实际接线中有可能接错。此时，可根据母排与地绝缘与否来区分PE和N线。此外，还要检查五条电缆线的直径，一般，工作零线和保护零线的直径为三相主电源的50%左右。

在现场检验时，对于电源线采用四芯电缆的塔式起重机，最好是让施工单位更换为五芯电缆。或是动力和照明分路设置，动力线路由三根相线和一根保护零线组成，照明线路由一根相线、一根工作零线、一根保护零线组成，这样四芯电缆也可满足要求。动力和照明还可各自保护。

3.2 检查零线是否重复接地

首先检查地面电箱内的PE线是否都接在PE线的母排上，一般一条为母线。一条为接塔式起重机的线，一条接电箱外壳；当塔机电气设备距离变压器中性点接地装置或零线其它接地点大于50m时，还会有一根电箱的的重复接地线，从电箱内的母排接一根PE线在电箱附近直接接地。此时，可以确定该塔式起重机采用了重复接地。检查重复接地时，需要注意的是电箱和塔吊分别都有接地体才称作重复接地，有的施工工地，在塔式起重机基础节或支腿上会有多条接地体与基础混凝土连接，一般认为此种做法只是单纯的增加同一电气设备接地体的截面积，变相的减小接地电阻，不能认为其为重复接地体。

3.3 接地体的检查

首先检查塔式起重机底座上是否预留有接地体，一般厂家出厂时会在塔式起重机基础节或预埋支腿上焊一只M12的螺栓，保护体线截面积要大于150mm2，一般取—40×4的扁铁作接地导线埋入混凝土基础中。有一些老的设备，厂家出厂时未预留接地点，可采用焊接方式直接焊接一根截面满足要求的接地体将基础节及混凝土基础连接，接点用电焊焊牢，并进行防锈处理，接点不允许采用螺丝紧固连接.在轨道上工作的起重机，通常用车轮和轨道接地。对于一些要求较高的项目，也可采用另设专用接地滑线等有效措施，最大限度的降低触电事故的发生率。

3.4 接地电阻的测量

测量接地电阻时，应把零线从重复接地体上断开。接地电阻测量仪一般由主机、测试线、辅助接地棒等组成。测试前先检查电池电压。打开仪器，首先检查电池电压，如果电压不够则需更换电池。然后将测试线的插头插入仪器的测试端。将辅助接地棒用导线与仪器连接，辅助接地棒与被测接地体成一条直线摆开，辅助接地棒打入地下，且应插在含水量高的土质上，遇干地或碎石地时，须将碎石清除，在辅助接地棒处灌水，保持潮湿，利于减少辅助接地体的接地电阻。把测量连接线接入仪器端子，各测试线不得相互缠绕。完成以上工作后，将接地电阻仪量程选择开关转换至接地电压挡EARTHVOLTAGE。此时，显示屏若显示一电压值，表示系统中有接地电压存在，请确认此电压值在10V以下，如果电压值在10V以上，则接地电阻的测量值可能会产生误差，此时应将使用此被测接地体的設备断电，等接地电压下降后再进行测量。测量过程应从大量程档开始，按下“TEST”键，LED灯亮表示在测试中，若显示值过小， 则降低一个量程，如显示值还低，再降低至更低挡进行测量。当读数稳定并能读出读数时，此时的显示值即为被测接地电阻值。若显示无穷大或不稳定，那么说明辅助接地体的接地电阻太大，此时应尽快找到问题所在，检查辅助接地体周围土质是否湿度不够、辅助接地棒埋得是否正确、各接线是否松开等，及时的发现问题并找到有效解决方案。

测量接地电阻时要注意测量线与辅助接地线的端子间会产生最大50V的交流电压，因此为了避免发生安全事故，禁止接触测试导线。

4 等电位联结的检查

起重机上所有电气设备正常不带电的金属外壳、变压器铁心及金属隔离层等均与金属结构间有可靠的接地连接。这是我们俗称的等电位联结，等电位联结是指将具有相同对地电位的各个可导电部分做的电气连接。等电位联结分总等电位联结和局部等电位联结。塔式起重机上一般将电箱外壳，电机接线盒接地端，变压器铁心等装置做等电位联结。

塔式起重机的等电位联结可采用导通性进行检验，用万用表或钳形表的导通档测量两个被测物之间的导通性。检查时，先取一个参考点（如地面电箱的PE接线端子），将去往塔机上的电缆中的PE断开，测量断开的PE线和基础节或支腿上的接地点，看两者是否导通，如导通，则塔机标准节之间电气联结良好，然后去到塔机上测量需要测量的电气设备正常不带电的金属外壳等装置与塔机上配电箱中的PE线是否导通。由此可以判断，该塔机的等电位联结是否良好。

5 塔式起重机接地和接地检验的注意事项

（1）安装塔式起重机时，为确保电气连接无异常，应将各连接处之间的油污，脏物清除；

（2）接地电阻辅助接地棒应插在含水量高的土质上；

（3）当接地电阻值稍大于规定要求时，可移动辅助接地棒的位置再测量；

（4）禁止在有雷电或被测物带电时进行测量；

（5）接地电阻仪表携带、使用时须小心轻放，避免剧烈震动。

参考文献：

[1] TSG Q7015-2016起重机械定期检验规则[S].

[2]王福绵.起重机械技术检验[M].北京：学苑出版社，2000.

[3] GB14050-2008 系统接地的型式及安全技术要求[S].