起重机械接地型式判定方法研究

引言

起重机械正确接地是有效避免其使用过程中操作人员触电的重要安全保护措施。检验人员正确识别起重机械的接地型式,现场判断接地保护是否符合要求,并提出合理的整改意见,及时消除安全隐患,对于使用单位安全使用起重机械发挥着至关重要的作用。

1起重机械常见的接地型式

起重机械常见的接地型式有3种:TN系统、TT系统、IT系统。

1.1TN系统

TN系统,即电源端中性点直接接地,电气设备可导电外壳与保护中性导体连接,包含TN-C系统、TN-s系统、TN-C-s系统。

TN-C系统俗称三相四线制,N线和PE线合在一起为PEN线,用电设备外露导电部分接到PEN线。其优点是施工方便,节约成本,能快速切除故障设备的电源:缺点是单相负荷较多或者三相不平衡时,PEN线会有电流经过,适用于三相负荷相对平衡的用电负荷。

TN-s系统俗称三相五线制,即N线与PE线独立分开,仅在变压器中性点处共同接地外,之后两线无任何电气连接。其优点是中性线N带电时,而PE线不会带电,供电系统安全性高:缺点是成本较高。

TN-C-s系统,N线与PE线有一部分是合在一起的,在A点处共同接地后,之后就永久分开没有任何电气连接,因此后端PE线始终不会带电,综合了TN-C系统成本低和TN-s系统比较安全的优点。

1.2TT系统

TT系统,电源中性点直接接地,外露设备外壳通过PE线直接与大地连接,N线与PE线无任何电气连接,在三相不平衡中性线N线带电情况下,PE线却不会带电。其缺点是接地故障灵敏度不高,设备外壳的接地保护不能及时切断故障电源,存在人员触电危险,所以必须安装漏电保护器,及时切断故障电流。

1.3lT系统

IT系统,俗称三相三线制,电源中性点不接地或经高阻抗接地,没有中性线N,只有线电压无相电压,设备外壳上的保护PE线各自独立与大地连接。其优点是单相接地时,外壳的故障电流不会很大,不用整个供电系统切断运行:缺点是有大量220V单相用电设备不适用,适用于煤矿井下等有爆炸性气体的危险环境。

2起重机械接地型式判定方法

在对起重机械供电电源接地保护型式判定的检验中,当供电系统采用接地同零或外供电源时,检验人员现场无法看到PE线,供电电源中性点是否接地也无法目测检验,无法对起重机械供电电源的接地型式做出正确判定。本文介绍通过仪器测量电压和电阻的办法实现对接地型式的判定。

2.1用测量电压法辨别TN/TT系统和lT系统

2.1.1中性点接地的TT系统

中性点接地的TT系统,万用表电压读数如图1所示。

图1TT系统电压测量

V表TT=U0×R表/(R0+Rx＋R线＋R表）(1）式中,U0表示空载时的相电压,U0=Ux/√3,Ux表示空载时的线电压:R表表示万用表内阻:R0表示电源中性点接地电阻:Rx表示起重机械接地装置接地电阻:R线表示测量回路中0、A之间的线路电阻。

在式(1）中,R0和Rx按照《交流电气装置的接地设计规范》(GB/T50065—2011）规定R0≤40,Rx≤100,R线也是不会大于100,比R表小得多,因此在TT系统中,V表TT≈U0。

2.1.2接地同零的TN系统

接地同零的TN系统,万用表电压读数如图2所示。

式中,RL表示接地装置A与电源中性点0之间地下钢筋网的电阻。

在式(2）中,TN系统接地保护采用过电流保护,按照《系统接地的型式及安全技术要求》(GB14050一2008）规定:

式中,Id表示保证保护电器在规定的时间内自动动作切断供电的电流:对于自动断路器,Id指对于配电回路或只给固定设备供电的末端回路,为不超过5s的动作电流。

对于工业上常用的自动断路器,其额定电流16A≤In≤125A,不超过5s的Id一般大于5倍的整定电流Ir,当In≤125A时,In=Ir。

取最小In=16A,则Id=5In=80A,式(4）中(RL＋R线）≤2.75Ω,如果起重机上的自动断路器In>16A,(RL＋R线）应小于2.75Ω,式(2）中(RL＋R线）比R表小得多,因此在TN系统中,V表TN≈Uo。2.1.3中性点不接地的ⅠT系统

中性点不接地的ⅠT系统,万用表电压读数如图3所示。

图31T系统电压测量

ⅠT系统在正常状态下,各相对地分布绝缘电阻r1=r2=r3=r,各相对地分布电容C1=C2=C3=C,各相对地的绝缘阻抗ZA=ZB=ZC=Zo,则电压表的读数:

式中,EA表示电源相电压,EA=EB=EC。

对于小规模的输配电线路长度不大于1km的电网,当不考虑对地电容的影响时,电压表的读数应是:

在式(6）中,如果测量用的电压表阻抗R表远大于各相对地分布绝缘电阻r,则V表≈EA=Uo。但如果R表≤r,或者当R表>r时,在电压表的两端并联一电阻r'≤r,则V表ⅠT≤3Uo/4。

由于各相线对地的绝缘电阻在带电的情况下是难以测量的,但可以认为一般不会小于1MΩ,因此在其中一相线和接地装置之间接入一阻抗较大的白炽灯,其两端电压应小于3/4的相电压。

根据以上分析,可以得出辨别电源是ⅠT系统还是TN或TT系统的方法:用阻抗不大于相线对地绝缘电阻的交流电压表测量相线与起重机械接地装置之间的电压:或者在其中一相线和接地装置之间接入一阻抗较大的白炽灯,而后测量相线与起重机械接地装置之间的电压,如果读数不大于相电压的3/4,可判定电源中性点不直接接地(即ⅠT系统）,如果读数与相电压相近(约220V）,可判定电源中性点直接接地(即TT或TN系统）。

2.2用测量电阻法辨别TT系统和TN系统

2.2.1TT系统

TT系统,测量N线与接地装置A之间的电阻,如图4所示。由于大地是电容体,采用万用表测量时使用的是直流电

图4TT系统电阻测量

压,在测量回路中,电容对直流电会产生较大的阻抗,测出的电阻值较大:而采用日本共立4105型接地电阻仪测量时使用的是交流电压,大地这个电容体对交流电产生的阻抗很小,测出的电阻值基本上是Ro与Rx之和,所以用万用表测量与用接地电阻仪测量A、B之间的电阻会不同。

2.2.2TN系统

TN系统,测量N线与接地装置A之间的电阻,如图5所示。

图5TN系统电阻测量

测量回路是由钢筋网、接地线和导线组成,测量仪表的读数R测应为所测量回路的导体电阻R回=RL＋R线。无论使用万用表测,还是用接地电阻仪测,其读数应基本一致。

根据以上分析,可以采用测量电阻法判定电源是TT系统还是TN系统的方法:当安装现场电源有N线或PE线时,分别使用接地电阻仪和万用表测量电源的N线或PE线和起重机械接地装置之间的电阻,如果它们的值基本相同,且电阻值与所测量回路电阻R回估算值也基本相同,可基本判定是TN系统:否则,可基本判定是TT系统。

3结语

在起重机械检验过程中,供电电源接地型式的判定一直是检验人员的薄弱点。特别是采用目测查线法时,由于现场条件的限制,无法查看并作出准确判定时,本文介绍的仪器测量电压法和电阻法,无疑可以作为判定方式的一种有效补充,为准确判定起重机械的接地型式提供一种新的方法。