塔式起重機(jī)作和建筑施工中的常用機(jī)械，由于其工作環(huán)境較為惡劣，長期的日曬雨淋可能導(dǎo)致電氣設(shè)備絕緣的失效而發(fā)生漏電，因此起重機(jī)保護(hù)接地顯得尤為重要。GB5144-94《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》中第8.1.3條規(guī)定：“起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)、軌道及所有電氣設(shè)備的金屬外殼……等均須可靠接地”。對(duì)規(guī)程中“接地”兩字不少人在實(shí)際工作中望文生義，以為接地就是要直接接到大地，因此安裝塔機(jī)時(shí)，用獨(dú)立的接地體對(duì)金屬結(jié)構(gòu)直接進(jìn)行接地。事實(shí)上GB5144-94中所指的“接地”包含保護(hù)接地和保護(hù)接零兩種含義，在具體條件下應(yīng)采用保護(hù)接地還是采取保護(hù)接零要根據(jù)供電電網(wǎng)的條件決定。
1、保護(hù)接地的原理
在塔機(jī)供電系統(tǒng)中，除某些特殊情況外絕大部分是變壓器中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，其目的是為了滿足220V單相用電設(shè)備工作電壓的要求，在此重點(diǎn)分析TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)。
1.1TN系統(tǒng)
TN保護(hù)系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)直接接地，塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備的金屬外殼用保護(hù)線通過中性線與系統(tǒng)中性點(diǎn)相連，這就是所謂的保護(hù)接零，按照中性線與保護(hù)線的組合情況，TN系統(tǒng)可分為以下三種形式。
1.1TN-C系統(tǒng)
該系統(tǒng)中保護(hù)線PE和中性線N是合一的，如圖1所示PEN線。在這種系統(tǒng)中塔機(jī)電氣設(shè)備的金屬外殼直接接到保護(hù)中性線PEN上，當(dāng)一相絕緣損壞發(fā)生碰殼時(shí)，借零線形成相零回路，產(chǎn)生足夠大的短路電流，迫使線路上的保護(hù)裝置（斷路器或熔斷器）迅速動(dòng)作，切除故障電源。TN-C系統(tǒng)通常適用于三相負(fù)荷較平衡且單相負(fù)荷容量較小的場(chǎng)所。
建筑工地如果存在單相用電設(shè)備且三相負(fù)荷不平衡，則在中性線上將流過一定的電流，引起中性點(diǎn)偏移。根據(jù)電路理論，除非中性線阻抗為零，否則中性線中的電流會(huì)引起負(fù)載中性點(diǎn)的偏移，中性點(diǎn)偏移后在PEN線上出現(xiàn)圖1所示的電位分布。顯然設(shè)備接地點(diǎn)E離I變壓器中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，則阻抗越大、電位也就越高；當(dāng)距離較遠(yuǎn)而不平衡電流又較大時(shí)，*可能在E點(diǎn)引起較高的電壓，也即設(shè)備外殼可能帶有較高的電壓，這就是這種系統(tǒng)中設(shè)備外殼經(jīng)常有麻電感的原因
從上面分析可知，要避免麻電現(xiàn)象只有盡量將E點(diǎn)前移，前移的情況就是下面的三相五線制系統(tǒng)即TN-S系統(tǒng)。
1.1.2TN-S系統(tǒng)
這種保護(hù)系統(tǒng)是指整個(gè)電網(wǎng)的中性線N與保護(hù)線PE是分開的，如圖2所示。即將設(shè)備外殼接在PE上，在正常情況下保護(hù)線上沒有電流流過，所以設(shè)備外殼不帶電，這樣就防止了不平衡電流引起的麻電現(xiàn)象。但一般建筑工地上如果I變壓器距離較遠(yuǎn)，三相五線制并不是總能實(shí)現(xiàn)的，如果無法實(shí)現(xiàn)可采取一種折衷的辦法，即采用TN-C-S系統(tǒng)。
1.1.3TN-C-S系統(tǒng)
該系統(tǒng)中部分中性線與保護(hù)線是合一的，局部采用專設(shè)保護(hù)線，目的是盡量減少中性線電流，如圖3所示。GB5144-94中第8.2.6條“保護(hù)零線和接地線必須分開”實(shí)際上指的就是這種情況。
筆者發(fā)現(xiàn)建筑工地的供電情況絕大多數(shù)是TN-C-S系統(tǒng)，少部分為TN-S系統(tǒng)，因此塔機(jī)采用了保護(hù)接零，當(dāng)然保護(hù)接零的前提條件是相零回路阻抗校驗(yàn)必須合格。其具體接線方式應(yīng)是從零線送到司機(jī)室控制箱或者地面配電箱的某一接線端開始，始終分成保護(hù)零線和工作零線，之后保護(hù)零線再接在金屬結(jié)構(gòu)上。
1.2TT系統(tǒng)
TT保護(hù)系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)直接接地，并將塔機(jī)電氣設(shè)備的金屬外殼通過與系統(tǒng)接地?zé)o關(guān)的獨(dú)立接地體直接接地，如圖4所示。
圖中D表示塔機(jī)電氣設(shè)備，一般認(rèn)為塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)與電氣設(shè)備外殼連接是可靠的。電氣設(shè)備外殼通過金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)接地，接地電阻RD≤4Ω，電源中性點(diǎn)O接地電阻RO≤4Ω，當(dāng)電氣設(shè)備絕緣破壞相線碰殼時(shí)，事故電流IR經(jīng)RO和RD形成回路。則
I(xiàn)R=220/（RO+RD）=27.
RD上的電壓UD=IR×RD=110V
顯然UD=110V對(duì)人體是危險(xiǎn)電壓，此時(shí)IR不能引起相線上熔斷器F熔斷，因?yàn)?7.的電流只能使用6.9A的熔斷器，這樣設(shè)備上的110V危險(xiǎn)電壓會(huì)長期存在，這是不安全的。
理論上可以采取降低保護(hù)接地電阻RD的方法來降低事故設(shè)備對(duì)地電壓，我們把事故設(shè)備對(duì)地電壓限制在安全電壓以內(nèi)，取UD=36V,則
RD=UD/UO×RO=36/（220-36）×RO=0.2RO
如RO=4Ω，則RD=0.8Ω，得到這樣小的接地電阻，耗資很大，多數(shù)場(chǎng)合不可能辦到。因此在中性點(diǎn)直接接地的低壓供電系統(tǒng)中，若沒有采取其它措施則嚴(yán)禁采用TT系統(tǒng)。
2、保護(hù)接地的檢驗(yàn)
1）檢查塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)與電氣設(shè)備外殼電氣連接是否良好。TN-C-S系統(tǒng)零線zui遲應(yīng)在地面配電箱或者司機(jī)室控制箱分成保護(hù)零線PE和工作零線N，且始終分開。
2）檢查零線是否重復(fù)接地。實(shí)測(cè)重復(fù)接地電阻≤10Ω時(shí)，可以用埋入地面的塔身基礎(chǔ)作重復(fù)接地體，否則須設(shè)獨(dú)立接地體作重復(fù)接地。測(cè)量時(shí)應(yīng)把零線從重復(fù)接地體上斷開，塔機(jī)電氣設(shè)備距離變壓器中性點(diǎn)接地裝置或零線其它接地點(diǎn)不大于50m時(shí)，零線可不必重復(fù)接地。
3）單相短路電流應(yīng)校驗(yàn)合格。首先檢查塔機(jī)總電流回路有無短路保護(hù)裝置，選擇和整定是否符合規(guī)定，記錄熔斷器熔體的額定電流IRE或斷路器動(dòng)作整定電流IKZ；然后計(jì)算或定量測(cè)試相零回路阻抗ZEN，算出單相短路電流IDD=220/|ZEN｜，應(yīng)滿足IDD≥4IRE或I(xiàn)DD≥1.5IKZ。
4）對(duì)漏電保護(hù)裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。如果相零回路阻抗校驗(yàn)不合格、采用保護(hù)接零也難于合格時(shí)，塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)可以采取保護(hù)接地即TT系統(tǒng)。實(shí)測(cè)接地電阻≤4Ω，此時(shí)起重機(jī)必須設(shè)置有效的漏電保護(hù)裝置。
3、其它問題
1）重復(fù)接地TN系統(tǒng)中，把零線上一處或多處通過接地裝置與大地再次連接，稱為重復(fù)接地。重復(fù)接地可以降低漏電設(shè)備外殼上的對(duì)地電壓，零線斷線時(shí)可以減輕斷線后漏電設(shè)備外殼的觸電危險(xiǎn)，增大相線中的短路電流，加速線路上保護(hù)裝置的動(dòng)作。特別是對(duì)于塔機(jī)，重復(fù)接地還可以起到向大地泄放電流的作用，起到I防雷作用。
2）接零與接地混用同一臺(tái)變壓器供電系統(tǒng)中，不允許一部分電氣設(shè)備采用保護(hù)接零、而另一部分采用保護(hù)接地。如塔機(jī)采取保護(hù)接零、而砼攪拌機(jī)采取保護(hù)接地，當(dāng)攪拌機(jī)上電氣設(shè)備發(fā)生碰殼時(shí)短路電流一般較小，保護(hù)裝置不可能動(dòng)作，同時(shí)零線電位和塔機(jī)電氣設(shè)備外殼的對(duì)地電位將升高到90～147V，這是不允許的。
相關(guān)產(chǎn)品：DHX-II高壓核相器
