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摘要：分析了起重机在实际应用中未能正确实施保护接地的原因，并对起重机保护接地在实际应用中存在的问题进行安全分析，论述了起重机保护接地在实际应用中的要点。
关键词：起重机；保护接地；
Abstract: The reasons for the failure of the crane to implement protective earthing in practical applications are analyzed, and the safety problems of the crane protective earthing in practical applications are analyzed. The main points of the crane protective earthing in practical applications are discussed.
Keywords: crane; protective earthing;
起重机是现代工业生产活动中不可缺少的设备，是实现工业过程机械化和自动化必不可少的重要环节，广泛应用于国民经济各部门。国家相关标准及安全技术规范都对起重机保护接地作了明确规定，然而，在实际的检验检测过程中，发现很大一部分的起重机都未能正确实施保护接地，导致其长期带病运行，给事故的发生埋下了隐患。本文分析了起重机在实际应用中未能正确实施保护接地的原因，并对起重机保护接地在实际应用中存在的问题进行安全分析，论述了起重机保护接地在实际应用中的要点。为了便于说明，本文将以最常见的通用桥式起重机为例进行讲述。
1 起重机未能正确实施保护接地的原因
1.1 主观原因
部分起重机的制造单位、安装单位以及使用单位为了达到节约成本的目的，偷工减料，没有为起重机配齐接地所需的保护接地线。如：
（1）连接至电动葫芦小车的电缆线没有预留保护接地线。
（2）没有给起重机设置专用的保护接地干线和接地分支线，而是把起重机的本体金属结构作为保护接地干线。
（3）起重机安装的滑触线本来应该是带保护接地线的四极滑触线，可实际只安装了三极的滑触线。
（4）连接至起重机主电源配电箱的电缆线只有三根相线，没有保护接地线（PE/PEN）。
1.2 客观原因
部分起重机的使用单位或安装单位人员缺少对起重机保护接地相关知识的认识和了解，未能设置正确的防间接接触电击措施。起重机相关标准及安全技术规范的重新修订，使原来能满足旧标准的保护接地要求不能满足新的标准。如：
起重机用的配电系统是TT系统，但是起重机的各级电源开关使用的却是没有漏电保护功能的过电流保护电器。
起重机用的配电系统是TN系统，但是进入建筑物的保护接地线（PEN/PE）却未按要求进行重复接地。
GB/T 3811-1983《起重机设计规范》认为起重机车轮与轨道之间有可靠的电气连接，是可以作为保护接地线来用的，但GB/T 3811-2008《起重机设计规范》认为车轮与轨道之间的电气连接是不可靠的，规定必须另外设置专门的保护接地线。这也是为什么目前很多在用的采用三极滑触线（不含保护接地线）供电的起重机要改成四极滑触线（含保护接地线）的原因。
2 起重机保护接地在实际应用中存在的问题及其安全分析
2.1 起重机没有进行保护接地
安全分析：如图2.1.1所示，如果未做保护接地，电气设备发生相线碰外壳故障时，电气设备外壳的预期接触电压
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达220V，其故障电压传导路径如图中红色虚线所示，人体若接触到此故障设备外壳，电击致死的危险非常大。如果按图2.1.2作了保护接地，则电气设备外壳的预期接触电压
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为故障电流
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在
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上的电压降，通常情况下相线L1的阻抗以若干
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计，保护接地电阻
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及系统接地电阻
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以若干
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计，即
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，则
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，通常情况下要求
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，起重机检规要求
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，假设
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，
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，代入等式得
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，其值比220V小很多，同时故障电流还能使配电线路上的保护电器动作从而切断故障部分回路的供电，接触此故障设备外壳的人可不致电击致死。并且由等式可知，在
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不变的情况下，保护接地电阻
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越小，电气设备外壳的预期接触电压也越小。即保护接地降低了电气设备外壳在发生相线碰外壳故障时的接触电压（对地电压）。
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图2.1.1 不作保护接地发生相线碰外壳故障时的预期接触电压Ut1
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图2.1.2 作保护接地后发生相线碰外壳故障时的预期接触电压Ut2
2.2 在TN接地系统中没有对保护接地线（PEN/PE）线进行重复接地
安全分析：以TN-S系统为例，如图2.2.1所示，TN-S系统的PE线没有进行重复接地，当发生相线碰外壳故障时，虽然配电线路上的过电流保护电器能在规定的时间内自动切断发生故障部分回路的供电，但在切断供电之前，电气设备外壳的预期接触电压
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，其中
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为故障电流
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在PE线上产生的电压降。
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图2.2.1 TN-S系统PE线未进行重复接地时的预期接触电压Ut1
如果按图2.2.2所示对PE线做了重复接地后，电气设备外壳的预期接触电压
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，把重复接地前后的预期接触电压相比较，得
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，即
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，由等式可知，PE线进行重复接地后，当发生相线碰外壳故障时，电气设备外壳的预期接触电压
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比PE线未进行重复接地的
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小很多。
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图2.2.2 TN-S系统PE线进行重复接地后的预期接触电压Ut2
并且由等式可知，在
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不变的情况下，重复接地电阻
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的值越小，电气设备外壳的预期接触电压
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也越小，由并联原理知道，重复接地电阻的数量越多，总的接地电阻就越小，则
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值也越小，其等效电路如图2.2.3所示，这就是为什么要求TN系统的保护接地线（PEN/PE）应尽可能多的进行重复接地的原因。
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图2.2.3 发生相线碰外壳故障时PE/PEN线重复接地等效电路图
此外，PE线的重复接地还能减轻因PE线断线引起的电击危险，当PE线发生断线后，如果没有重复接地，则
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,进行重复接地后，
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，其值比220V小很多，其原理同2.1所述，在此不再赘述。
2.3 在TT接地系统中装设了过电流保护电器，但没有装设剩余电流保护电器
安全分析：如图2.3所示，当TT系统的电气设备发生相线碰外壳故障时，故障电流
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,通常情况下要求
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，起重机检规要求
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，假设
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，
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，代入等式得
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，此故障电流通常不足以使配电线路上的过电流保护电器动作，同时预期接触电压
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，此故障电压的长时间存在将对人身产生电击危险。如果按要求装设了剩余电流保护电器，此剩余电流保护电器在检测到此漏电电流后能迅速的切断故障部分回路的供电，接触此故障设备的人可不致电击致死。
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图2.3 TT系统发生相线碰外壳故障时的预期接触电压Ut
2.4 起重机用的配电系统是TN-C系统，为什么在检验时建议整改成TN-C-S系统或形成局部的TT系统
安全分析：TN-C系统由于其PEN线兼做PE线和N线，与TN-S系统、TN-C-S系统以及TT系统相比虽然节省了一根导线，比较经济，但从电气安全角度进行分析，TN-C系统存在以下问题。
（1）如图2.4所示，当一个单相回路的PEN线折断后，所有与折断点后的PEN线有连接的电气设备外壳都将对地带220V的故障电压，其220V故障电压传导路径如图中红色虚线所示，人体若接触到此故障设备外壳，电击致死的危险极大。
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图2.4 PEN线折断后单相设备金属外壳对地带220V危险电压
（2）TN-C系统中由于PE线和N线合在一起，不能装设剩余电流保护电器，失去一道有效的防护屏障。
（3）TN-C系统中的PEN线由于含有PE线而不允许断开，无法实现电气检修隔离来保证维修人员的安全。
（4）TN-C系统中的PEN线因流过中性线电流产生电压降而对地带危险电位，此电位有可能在易燃易爆场所内打火引爆，因此很多易燃易爆场所是禁止使用TN-C系统的。
由于上述的一些不安全因素，除特殊情况外，现时TN-C系统已很少采用。
2.5 如何防范起重机总电源配电箱的防护电器失效拒动而导致的电击致死事故
安全分析：如图2.5.1所示，一TN-S系统的建筑物内只作了重复接地，当电气设备发生相线碰外壳故障时，故障电流
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经相线—设备外壳—PE线返回电源变压器，设备外壳的预期接触电压
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。如果按图2.5.2所示在建筑物内作了总等电位联结（MEB），则设备外壳的预期接触电压
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。如果按图2.5.3所示在建筑物内的局部范围内作了局部等电位联结（LEB），则设备外壳的预期接触电压
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。
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图2.5.1 作重复接地后的预期接触电压Ut1
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图2.5.2 作总等电位联结后的预期接触电压Ut2
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图2.5.3 作局部等电位联结后的预期接触电压Ut3
由此可知，当TN系统建筑物内的电气设备发生相线碰外壳故障时，重复接地可在一定程度上降低预期接触电压
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，作总等电位联结可更多地降低
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，但由于ab段的PE线有时会很长，因此
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还是有可能大于接触电压限值
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（在干燥、潮湿、水下场所
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值分别规定为50V、25V、12V）。而在作局部等电位联结后，由于ad段PE线通常很短，因此
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值可以降至
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值以下，如此，即使电源配电箱的保护电器由于失效拒动，接触故障设备外壳的人也不致电击致死。需要注意的是，LEB只能用作附加防护，不能取代保护电器作为Ⅰ类设备自动切断电源的防间接接触电击措施。
3 起重机保护接地要点总结
3.1 配电系统接地型式的分辨
常见的220/380V低压配电系统有TN系统、TT系统、IT系统，其中TN系统又可分为TN-C系统、TN-C-S系统、TN-S系统。由于IT系统目前在我国低压配电系统中应用很少，TN-C系统由于其本身固有的一些不安全因素也已经很少采用，以下仅针对TT系统、TN-C-S系统、TN-S系统的接地型式进行分辨，只有弄清楚配电系统接地的型式，才能采取相应的防间接接触电击措施。
TT系统：TT系统从配电变压器低压侧引至建筑物第一级配电箱有三根相线（A、B、C）以及中性线（N），中性线（N）会引至该配电箱的中性线母排，而接地线（PE）一般是单独从就近的接地极引至该配电箱的接地母排。
TN-C-S系统：TN-C-S系统从配电变压器低压侧引至建筑物第一级配电箱有三根相线（A、B、C）以及保护中性线（PEN），保护中性线（PEN）会首先引至该配电箱的接地母排，再通过一块连接板（线）接中性线母排，然后从接地母排和中性线母排分别引出接地线（PE）和中性线（N），接地母排还需要引出接地线连接至就近的接地极进行重复接地。
TN-S系统：TN-S系统从配电变压器低压侧引至建筑物第一级配电箱有三根相线（A、B、C）、中性线（N）、以及接地线（PE），中性线（N）会引至中性线母排，接地线（N）会引至接地母排，接地母排还需要引出接地线连接至就近的接地极进行重复接地。
3.2 起重机总电源配电箱保护接地线与末端设备连接的连续性
当按3.1的方法确定了配电系统接地的型式后，下一步就是要确认来自起重机总电源配电箱的保护接地线（PE）与末端设备（如起重机本体金属结构、起重机轨道、电气设备正常情况下不带电的外露可导电部分、金属导线管、金属支架、金属线槽等）连接的连续性，只有保证这种连接的连续性，才能确保起重机可靠接地，如图3.2所示，在A点与B点之间，任何部位由于任何原因导致的保护接地线（PE）的断开都会导致起重机不能可靠接地。起重机各金属结构之间的连接如果不是采用焊接连接的方式，必须设置跨接线，这不仅仅实现了各金属结构的接地，更实现了起重机各机构的等电位联结，对防范起重机延PE/PEN线传导来的别处的故障电压引起的电击具有重要意义。
需要特别注意的是，起重机本体金属结构是不能作为接地干线用的，因为TSG Q7015-2016《起重机械定期检验规则》第C8.9.1条明确规定电气设备正常情况下不带电的外露可导电部分直接与供电电源保护接地线连接，第C8.9.2.1条规定：检查是否设置专用接地线，且国家强制标准GB 14050-2008《系统接地的型式及安全技术要求》第5.1.6条明确规定严禁将金属构件用作保护导体。
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图3.2 桥式起重机总电源配电箱保护接地线与末端设备的连接
3.3 TN系统和TT系统防间接接触电击措施
TN系统
TN系统一般主要由过电流保护电器提供间接接触电击防护，当使用过电流保护电器不能满足使用现场的要求时，还可以采用总等电位联结或局部等电位联结措施，也可增设剩余电流保护电器，或结合采用这几种间接接触电击防护措施来满足要求。
需要注意的是，TSG Q7016-2016《起重机械定期检验规则》只要求PE线重复接地每一处的接地电阻不大于10Ω，并无采用总等电位联结或局部等电位联结的要求，而IEC标准要求建筑物电气装置必须作等电位联结而不要求必须作重复接地。从2.5的分析可知，采用总等电位联结或局部等电位联结比采用重复接地能更多地降低预期接触电压。因此，起重机的使用单位应根据实际情况在满足起重机检规关于重复接地要求的前提下，尽量采用总等电位联结或局部等电位联结的手段，进一步降低发生接地故障时设备外壳的预期接触电压。
TT系统
TT系统一般主要由剩余电流保护电器提供间接接触电击防护，只有当保护接地电阻
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的值非常小的情况下，才有可能用过电流保护电器提供间接接触电击防护，但在实际应用中
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通常很难做到很小，因此在TT系统极少采用过电流保护电器提供间接接触电击防护。
需要注意的是，TSG Q7016-2016《起重机械定期检验规则》要求TT系统的接地电阻不大于4Ω，由2.1可知，当
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，
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，发生接地故障的设备外壳的预期接触电压
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，远远大于接触电压限值
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。因此，与TN系统一样，起重机的使用单位应根据实际情况在满足起重机检规关于接地电阻要求的前提下，尽量采用总等电位联结或局部等电位联结的手段，进一步降低发生接地故障时设备外壳的预期接触电压。
3.4 TN系统和TT系统的优缺点比较
TN系统优于TT系统的地方：
TN系统通常采用过电流保护电器作为防间接接触电击措施，应用起来比较简单，而TT系统通常需要逐级安装剩余电流保护电器作为防间接接触电击措施，需要考虑上下级间剩余电流保护电器动作的选择性以减少停电范围，比较复杂。
TN-C-S系统的共模电压干扰小于TT系统，适用于信息技术设备比较多的场所。
TT系统优于TN系统的地方：
（1）在由同一变压器供电范围内的TN系统内各电气设备外壳的PE线都是连通的，在此范围内任一电气设备发生接地故障，其故障电压可延PE线传导至其它电气设备外壳，使接触非故障电气设备外壳的人也遭受电击危害。在TT系统内可视具体情况给各个电气设备或各组电气设备设置电气上互不连接的接地装置，从而消除故障转移电压的危害。
（2）TT系统往往可在建筑物的附近或直接在建筑物内就地打接地极引出接地线（PE），而TN系统则需要自电源变压器处引出PE/PEN线拉至建筑物，因此在部分离电源变压器比较远的建筑物内TN系统设置PE/PEN线的投资会比较大。
4 结束语
起重机能否正确地实施保护接地，关系到起重机能否正常、可靠、安全地运行，需要起重机的制造单位、安装单位以及使用单位落实各方的主体责任，制造单位需要在源头上按照国家标准与合同的要求生产符合要求的产品，安装单位在安装过程中应按规定落实各方面的安装质量，确保保护接地线连接的连续性和全面性，使用单位应保证所使用的起重机能满足国家相关标准和安全技术规范等对起重机保护接地的要求，并加强日常的检查和维护工作，确保起重机正确地实施保护接地。
参考文献：
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