起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備，有的企業(yè)為了節(jié)約成本，在各方面動(dòng)足腦筋，如用工成本的壓縮，材料以次充好，工藝不到位等，甚至各地普遍存在起重機(jī)大車(chē)等采用三極滑觸線，而不使用四極滑觸線來(lái)節(jié)約成本。采用三極滑觸線會(huì)給起重機(jī)帶來(lái)什么影響，采用四極滑觸線是否就安全，以下通過(guò)對(duì)新老標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比、使用三極和四極滑線的狀況做安全分析，以及平時(shí)在檢驗(yàn)中的注意點(diǎn)作闡述。由于 IT 系統(tǒng)目前在我國(guó)低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用很少，本文主要分析電源端有一點(diǎn)直接接地的配電系統(tǒng)。
1 接地保護(hù)的相關(guān)規(guī)定
1. 1 GB /T 3811—1983 《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于接地保護(hù)的規(guī)定
1) 條款 5. 11. 1 起重機(jī)所有電氣設(shè)備，正常不帶電的金屬外殼、金屬線管、電纜金屬外皮、安全照明變壓器低壓側(cè)一端等均需可靠接地。當(dāng)電氣設(shè)備直接固定在金屬結(jié)構(gòu)上，并有可靠電氣接觸 時(shí)，可不必另裝電氣連接線。但 電 壓 大 于1 000 V的供電場(chǎng)合必須有接到金屬結(jié)構(gòu)上的地線。
2) 條款 5. 11. 2 一般情況下，可認(rèn)為起重機(jī)車(chē)輪與軌道有可靠的電氣連接，不導(dǎo)電灰塵沉積等原因造成車(chē)輪與軌道有不可靠的電氣連接時(shí)，起重機(jī)應(yīng)有專用接地線或其他使之接觸良好的措施，鋼結(jié)構(gòu)非焊接處較多的場(chǎng)合宜設(shè)接地干線。
對(duì) GB /T 3811—1983 接地保護(hù)規(guī)定的理解，其*主要在于: 一般情況下，可認(rèn)為起重機(jī)車(chē)輪與軌道有可靠的電氣連接。即通過(guò)起重機(jī)本體金屬的車(chē)輪和軌道有可靠的電氣連接，不必須采用專用接地線與供電電源的地線相連接。顯然，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)使用三極滑線是允許的。
1. 2 GB /T 3811—2008 《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于接地保護(hù)的規(guī)定
1) 條款 7. 4. 10. 1 起重機(jī)本體的金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)與供電線路的地線可靠連接。大車(chē)與小車(chē)的車(chē)輪、任何其他的滾輪或端梁連接采用的鉸鏈均不能替代必須的導(dǎo)電連接，而應(yīng)另外用專門(mén)的接地線將各部分結(jié)構(gòu)件上的接地點(diǎn)連接; 司機(jī)室與起重機(jī)本體接地點(diǎn)之間應(yīng)用雙接地線連接。
對(duì)本條款可以理解為: 為了保證接地可靠性，接地滑線或接地線滑環(huán)要采用雙集電器; 同時(shí)，大車(chē)軌道要與電源保護(hù)接地線連接，但不能替代接地滑線、接地滑環(huán)、接地導(dǎo)線的接地連接［3］。故應(yīng)采用專門(mén)的接地線與供電電源的地線可靠連接。顯然，三極滑線是無(wú)法滿足要求的，應(yīng)采用四極滑觸線，以提供專門(mén)的接地線。
2) 條款 7. 4. 10. 2 起重機(jī)所有電氣設(shè)備的金屬外殼、金屬導(dǎo)線管、金屬支架及金屬線槽等均應(yīng)可靠接地。宜采用專門(mén)設(shè)置的接地線，保證電氣設(shè)備的可靠接地。
對(duì)本條款可以理解為: 可用本體金屬結(jié)構(gòu)做接地干線，即起重機(jī)上接地線母排上引出接地線PE 與本體金屬結(jié)構(gòu)連接。起重機(jī)所有電氣設(shè)備的金屬外殼、金屬導(dǎo)線管、金屬支架及金屬線槽等在連接到本體金屬結(jié)構(gòu)上，優(yōu)先采用接地導(dǎo)線或電纜接地芯線做接地干線，其接地保護(hù)的連接方法有樹(shù)干式和放射式 2 種方法。
1. 3 GB 6067. 1—2010 《起重機(jī)械安全規(guī)程 第 1部分: 總則》中接地保護(hù)的規(guī)定
1) 條款 8. 8. 2 起重機(jī)械本體的金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)與供電線路的保護(hù)可靠連接。起重機(jī)械的鋼軌可連接到保護(hù)接地電路上。但是，它們不能取代從電源到起重機(jī)械的保護(hù)導(dǎo)線 ( 如電纜、集電導(dǎo)線或滑觸線) ，司機(jī)室與起重機(jī)本體接地之間應(yīng)用雙保護(hù)導(dǎo)線連接。
2) 起重機(jī)械所有電氣設(shè)備外殼、金屬導(dǎo)線管、金屬支架及金屬線槽均應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)進(jìn)行可靠接地 ( 保護(hù)接地或保護(hù)接零) 。
2011 年 6 月實(shí)施的國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該說(shuō)更加明確了起重機(jī)械的鋼軌不能取代從電源到起重機(jī)械的保護(hù)線，說(shuō)明起重機(jī)械使用三極滑觸線是無(wú)法滿足要求的，應(yīng)采用四極滑觸線。
2 橋式起重機(jī)使用三極滑觸線的常見(jiàn)狀況及分析
2. 1 起重機(jī)本體金屬結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備的金屬外殼等無(wú)任何的接地
起重機(jī)不采用任何接地措施，如果碰殼事故時(shí)，人體將承受 220 V 電壓，電流經(jīng)過(guò)人體和變壓器接地電阻 Ｒ0 構(gòu)成回路，通常 Ｒ0 ＜ 4 Ω，人體的電阻 Ｒr 通常在 800 ～ 1 000 Ω，如果按 1 000 Ω 考慮，則通過(guò)人體的電流 Ir = U /( Ｒ0 + Ｒr ) ≈220 /1 000 = 0. 22 A = 220 mA。通常認(rèn)同 50 mA 為流經(jīng)
人體的電流的極限值，人體可承受的*大電壓為50 V。所以，220 mA 的電流給人帶來(lái)的危險(xiǎn)可想而知，如圖 1 所示。
2. 2 只有起重機(jī)大車(chē)軌道直接接地
根據(jù) GB /T 3811—1983 接地保護(hù)規(guī)定，大車(chē)軌道與車(chē)輪視為可靠連接，本系統(tǒng)可以視為一個(gè)TT 系統(tǒng)，是使用比較普遍的一種接地方式。一般起重機(jī)接地電阻 Ｒd 和電源中心點(diǎn)接地電阻 Ｒ0 不超過(guò) 4 Ω。如果起重機(jī)發(fā)生碰殼短路時(shí)，電流通過(guò)人體 Ｒr、Ｒd 和 Ｒ0 形成回路，由于 Ｒr 和 Ｒd 處于并聯(lián)位置，ＲdＲr，所以 Id ≈U /( Ｒ0 + Ｒd ) = 27. 5 A，Ud = IdＲd = 27. 5 × 4 = 110 V。該電壓對(duì)人是很危險(xiǎn)的。同時(shí) 27. 5 A 的接地電流不足以引起線路上的保護(hù)裝置動(dòng)作，即故障會(huì)長(zhǎng)時(shí)間存在，導(dǎo)致引發(fā)觸電事故。根據(jù) GB 14050—2008 《系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求》，一般需要加裝漏電保護(hù)裝
置，且要符合接地電阻與漏電保護(hù)裝置的動(dòng)作電流的乘積不大于 50 V。如果不裝漏電保護(hù)裝置，這樣后果也是很?chē)?yán)重的，如圖 2 所示。
根據(jù) GB /T 3811—2008 接地保護(hù)規(guī)定，因大車(chē)軌道與車(chē)輪視為不可靠接地，所以這樣的接地措施不可靠。
2. 3 電源接地保護(hù)線連接到軌道端頭或滑觸線拉緊器上
根據(jù) GB /T 3811—1983 接地保護(hù)規(guī)定，大車(chē)軌道與車(chē)輪視為可靠連接的話，本系統(tǒng)就是一個(gè)TN 系統(tǒng)。如果發(fā)生碰殼短路時(shí)，電流經(jīng)金屬導(dǎo)體構(gòu)成回路，形成設(shè)備外殼相線對(duì)零線的單相短路，從而產(chǎn)生足夠大的短路電流，使保護(hù)裝置如熔斷器等可靠動(dòng)作，將故障切除，以消除隱患，保障人身安全，如圖 3 所示。
根據(jù) GB /T 3811—2008 接地保護(hù)規(guī)定，因大車(chē)軌道與車(chē)輪視為不可靠接地，所以這樣的接地措施也是不可靠。
由以上分析可知，新裝起重機(jī)械如果采用三級(jí)滑觸線，無(wú)論采取何種接地方法，起重機(jī)本體的金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)與供電線路的地線都不能可靠連接，所以都不能滿足要求。
3 橋式起重機(jī)使用四極滑觸線的常見(jiàn)狀況及分析
3. 1 電源接地保護(hù)線連接不規(guī)范
某些單位為了應(yīng)付檢驗(yàn)或缺乏相應(yīng)知識(shí)，雖然采用了四極滑觸線，卻沒(méi)有把接地保護(hù)線連接到位。保護(hù)線未連接到滑觸線上或只連接到滑觸線上，此時(shí)的起重機(jī)如同沒(méi)有接地; 保護(hù)線通過(guò)滑線連接到大車(chē)控制箱，而未連接到電動(dòng)葫蘆控制箱。
此時(shí)，起重機(jī)本體金屬結(jié)構(gòu)及大車(chē)控制箱外殼、金屬導(dǎo)線管、金屬支架及金屬線槽等能夠可靠連接，但是電動(dòng)葫蘆沒(méi)有通過(guò)專門(mén)的接地線連接。如果電動(dòng)葫蘆電機(jī)發(fā)生碰殼事故，可能因小車(chē)車(chē)輪的不可靠連接，人碰到吊鉤引發(fā)觸電事故。目前電動(dòng)葫蘆接地還是普遍缺乏，平時(shí)應(yīng)引起重視，如圖 4 所示。
3. 2 起重機(jī)本體金屬結(jié)構(gòu)通過(guò)專門(mén)的接地線直接接地
不少單位直接把專門(mén)的接地線通過(guò)打地樁的形式直接接地，而沒(méi)有和供電線路的地線連接，這也是使用普遍的一種接地方式。本系統(tǒng)可以視為一個(gè) TT 系統(tǒng)，由上分析可知，需要加裝漏電保護(hù)器，并且要符合接地電阻與漏電保護(hù)裝置的動(dòng)作電流的乘積不大于 50 V。TT 系統(tǒng)的漏電保護(hù)器系指地面總電源開(kāi)關(guān)、起重機(jī)上的總斷路器、起重機(jī)上的所有分支電源過(guò)電流保護(hù)裝置均應(yīng)是漏電斷路器，如圖 5 所示。
3. 3 同一低壓配電系統(tǒng)，不同設(shè)備采用保護(hù)接地或保護(hù)接零的不同方法
起重機(jī) A 為保護(hù)接零，起重機(jī) B 為保護(hù)接地。當(dāng)起重機(jī) B 發(fā)生碰殼時(shí)，電流通過(guò) Ｒ'd 和 Ｒ0，形成回路。如同 TT 系統(tǒng)，如果沒(méi)有漏電保護(hù)器，因?yàn)殡娏鞑粫?huì)太大，線路可能不會(huì)斷開(kāi)，但是故障將長(zhǎng)時(shí)間存在。這時(shí)，除了接觸起重機(jī) B 的人員可能有觸電危險(xiǎn)，由于零線讀地電壓升到 U0 = UＲ0 /( Ｒ0 + Ｒd ) = 220 × 4 /( 4 + 4) ＞ 50 V ，致使所有接觸起重機(jī) A 的人員都有觸電的危險(xiǎn)，如圖 6 所示。
3. 4 起重機(jī)重復(fù)接地
很多單位做得比較規(guī)范，除了接地線與供電線路地線可靠連接，還在起重機(jī)配電柜重復(fù)接地，大車(chē)軌道重復(fù)接地等。重復(fù)接地不但降低了起重機(jī)漏電時(shí)的對(duì)地電壓，減輕了零線斷線的危險(xiǎn)性，縮短故障時(shí)間，也為改善防雷性能起到了重要的作用。
4 起重機(jī)接地檢驗(yàn)中的注意點(diǎn)
4. 1 新裝起重機(jī)械應(yīng)采用四極滑觸線
通常企業(yè)采用三相四線制供電，不管是保護(hù)接地的 TT 系統(tǒng)，還是保護(hù)接零的 TN 系統(tǒng)，新裝起重機(jī)都應(yīng)采用四極滑觸線。同時(shí)，接地線應(yīng)連到電動(dòng)葫蘆的控制箱，在起重機(jī)安裝前應(yīng)對(duì)安裝單位提出相應(yīng)要求，安裝單位應(yīng)按新標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。對(duì)于定期檢驗(yàn)的起重機(jī)械，如采用三級(jí)滑觸線的起重機(jī)，至少應(yīng)按照 GB /T 3811—1983 的要求接地。
4. 2 分清配電系統(tǒng)的接地方式
由起重機(jī)電源總開(kāi)關(guān)進(jìn)線端電纜的芯數(shù)容易辨別是 3 芯的 IT 系統(tǒng)還是 5 芯的 TN － S 系統(tǒng)，比較容易混淆的是 TT 系統(tǒng)和 TN － C 系統(tǒng)。通常企業(yè)采用三相四線制供電，一般從總配電柜中容易識(shí)別，不需要找供電變壓器來(lái)確認(rèn)。當(dāng)斷路器采用逐級(jí)或末端采用漏電保護(hù)型開(kāi)關(guān)時(shí)，用電設(shè)備采用 TT 供電系統(tǒng)，這時(shí)起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)采用專門(mén)的接地線做可靠接地 ( 不同于供電電源的接地) 。若不是 TT 系統(tǒng)，則起重機(jī)供電系統(tǒng)采用的為 TN 系統(tǒng)，這時(shí) PE ( 或 PEN) 線需在配電柜重復(fù)接地，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)通過(guò)專門(mén)的接地線與供電電源的地線可靠連接。
4. 3 同一低壓配電系統(tǒng)中不允許保護(hù)接零和保護(hù)接地共用
因?yàn)樵诘蛪号潆娤到y(tǒng)采用接地和接零保護(hù)方式混用時(shí)，接地設(shè)備漏電時(shí)，其他所有接零設(shè)備即使不漏電，也會(huì)帶來(lái)觸電危險(xiǎn)。由于 IT 系統(tǒng)應(yīng)用很少，TT 系統(tǒng)成本太高，TN 系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用*為普遍。如果起重機(jī)接零保護(hù)有困難必須采用接地保護(hù) ( TT 系統(tǒng)) 時(shí)，只是地面總電源開(kāi)關(guān)是漏電斷路器是不夠的。起重機(jī)上的總斷路器、起重機(jī)上所有的分支電源，如照明、控制電源的過(guò)電流保護(hù)裝置均應(yīng)是漏電保護(hù)器。
4. 4 接地電阻的測(cè)量
如果是 TT 系統(tǒng)，直接用鉗形電阻測(cè)量?jī)x去夾住接地線，這樣測(cè)量的結(jié)果往往比較大，因?yàn)槠鹬貦C(jī)的接地線和大車(chē)軌道的自然接地通過(guò)大地構(gòu)成一個(gè)回路，所測(cè)的值是起重機(jī)的接地電阻和大車(chē)軌道自然接地電阻之和。需要用一根導(dǎo)線一端與一個(gè)接地電阻較小的接地樁相連，另一端與需要測(cè)量的接地線的上樁頭相接，構(gòu)成回路。如果大車(chē)軌道有多處接地，直接夾住接地線，讀數(shù)便可近似認(rèn)為該接地電阻的數(shù)值，接地電阻與漏電保護(hù)裝置的動(dòng)作電流的乘積不大于 50 V。
如果是 TN 系統(tǒng)，*好做重復(fù)接地，重復(fù)接地在降低漏電設(shè)備對(duì)地電壓、減輕零線斷線的危險(xiǎn)性、縮短故障時(shí)間等方面起著重要作用，重復(fù)接地電阻實(shí)測(cè)不大于 10 Ω。
5 結(jié)束語(yǔ)
起重機(jī)能否按要求良好接地，不但需要起重機(jī)設(shè)計(jì)制造安裝維修單位在源頭上按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，還需要起重機(jī)監(jiān)督檢驗(yàn)人員熟悉接地的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，提高檢驗(yàn)?zāi)芰Γ枰褂脝挝桓叨戎匾暎訌?qiáng)日常檢查和維護(hù)，確保起重機(jī)接地的可靠。
