引言
起重機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措施。檢驗人員正確識別起重機械的接地型式,現場判斷接地保護是否符合要求,并提出合理的整改意見,及時消除安全隱患,對于使用單位安全使用起重機械發(fā)揮著至關重要的作用。
1起重機械常見的接地型式
起重機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),即電源端中性點直接接地,電氣設備可導電外殼與保護中性導體連接,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,用電設備外露導電部分接到PEN線。其優(yōu)點是施工方便,節(jié)約成本,能快速切除故障設備的電源:缺點是單相負荷較多或者三相不平衡時,PEN線會有電流經過,適用于三相負荷相對平衡的用電負荷。
TN-s系統(tǒng)俗稱三相五線制,即N線與PE線獨立分開,僅在變壓器中性點處共同接地外,之后兩線無任何電氣連接。其優(yōu)點是中性線N帶電時,而PE線不會帶電,供電系統(tǒng)安全性高:缺點是成本較高。
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。
1.2TT系統(tǒng)
TT系統(tǒng),電源中性點直接接地,外露設備外殼通過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線卻不會帶電。其缺點是接地故障靈敏度不高,設備外殼的接地保護不能及時切斷故障電源,存在人員觸電危險,所以必須安裝漏電保護器,及時切斷故障電流。
1.3lT系統(tǒng)
IT系統(tǒng),俗稱三相三線制,電源中性點不接地或經高阻抗接地,沒有中性線N,只有線電壓無相電壓,設備外殼上的保護PE線各自獨立與大地連接。其優(yōu)點是單相接地時,外殼的故障電流不會很大,不用整個供電系統(tǒng)切斷運行:缺點是有大量220V單相用電設備不適用,適用于煤礦井下等有爆炸性氣體的危險環(huán)境。
2起重機械接地型式判定方法
在對起重機械供電電源接地保護型式判定的檢驗中,當供電系統(tǒng)采用接地同零或外供電源時,檢驗人員現場無法看到PE線,供電電源中性點是否接地也無法目測檢驗,無法對起重機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現對接地型式的判定。
2.1用測量電壓法辨別TN/TT系統(tǒng)和lT系統(tǒng)
2.1.1中性點接地的TT系統(tǒng)
中性點接地的TT系統(tǒng),萬用表電壓讀數如圖1所示。
式中,U0表示空載時的相電壓,U0=Ux/V3,Ux表示空載時的線電壓:R表表示萬用表內阻:R0表示電源中性點接地電阻:Rx表示起重機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計規(guī)范》(GB/T50065—2011）規(guī)定R0≤4Q,Rx≤10Q,R線也是不會大于10Q,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),萬用表電壓讀數如圖2所示。
式中,RL表示接地裝置A與電源中性點0之間地下鋼筋網的電阻。
在式(2）中,TN系統(tǒng)接地保護采用過電流保護,按照《系統(tǒng)接地的型式及安全技術要求》(GB14050一2008）規(guī)定:
式中,Id表示保證保護電器在規(guī)定的時間內自動動作切斷供電的電流:對于自動斷路器,Id指對于配電回路或只給固定設備供電的末端回路,為不超過5s的動作電流。
對于工業(yè)上常用的自動斷路器,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In≤125A時,In=Ir。
取最小In=16A,則Id=5In=80A,式(4）中(RL＋R線）≤2.75Ω,如果起重機上的自動斷路器In>16A,(RL＋R線）應小于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中性點不接地的IT系統(tǒng)中性點不接地的IT系統(tǒng),萬用表電壓讀數如圖3所示。
圖3lT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:
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,當不考慮對地電容的影響時,電壓表的讀數應是:
在式(6）中,如果測量用的電壓表阻抗R表遠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R表>r時,在電壓表的兩端并聯一電阻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,但可以認為一般不會小于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,其兩端電壓應小于3/4的相電壓。
根據以上分析,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械接地裝置之間的電壓,如果讀數不大于相電壓的3/4,可判定電源中性點不直接接地(即IT系統(tǒng)）,如果讀數與相電壓相近(約220V）,可判定電源中性點直接接地(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,采用萬用表測量時使用的是直流電壓,在測量回路中,電容對直流電會產生較大的阻抗,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使用的是交流電壓,大地這個電容體對交流電產生的阻抗很小,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之間的電阻會不同。
圖4TT系統(tǒng)電阻測量
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、接地線和導線組成,測量儀表的讀數R測應為所測量回路的導體電阻R回=RL＋R線。無論使用萬用表測,還是用接地電阻儀測,其讀數應基本一致。
根據以上分析,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:當安裝現場電源有N線或PE線時,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結語
在起重機械檢驗過程中,供電電源接地型式的判定一直是檢驗人員的薄弱點。特別是采用目測查線法時,由于現場條件的限制,無法查看并作出準確判定時,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充,為準確判定起重機械的接地型式提供一種新的方法。
