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起重机械接地电阻测量与安全

为了保证起重机械安全，国家质量监督检验检疫总局于2002年x月xx日公布施行了《起重机械监督检验规程》并在第6.7.2重要项目中对金属结构的接地提出了要求：“当起重机供电电源为中性点直接接地的低压系统时，整体金属结构的接地型式应采纳TN或TT接地系统。接地电阻不大于412;零线重复接地的接地电阻不大于10Ω。采纳TT接地系统时，起重机金属结构的接地电阻与漏电保护器动作电流的乘积应不大于50V〞。而要想做到正确地对《检规》中第6.7.2重要项目的检测就必须弄清楚有关接地电阻的概念和起重机械接地电阻测量的特点，本文就接地电阻的概念、接地电阻的测量、测量接地电阻时应注意的事项和起重机械接地电阻的测量与安全作一些介绍。
1 接地电阻的概念
与大地紧密接触并形成电气连接的一个或一组导体，叫接地极。通过接地极与大地相连接，称之为接地。接地按用途分，有防雷接地、防静电接地、防触电接地、工作接地、零线的重复接地、还有逻辑接地。工频电流或冲击电流从接地极向四周大地流散时，土壤浮现的电阻称为接地电阻。
通过接地极流入大地的电流作半球形散开，半球形的球面，在距接地极越远，电阻越小，20m以外的地方，已无电阻的存在，也就无电压降了。20m以外的地方，电位等于零，称为电气上的零电位，也称地电位。在接地体分布密集的地方很难找到电气上的接地。
在电子设备的各级电路中，有一个参照电位，这个电位称为逻辑地。它可以是电子设备的机壳、底座、印刷电路板的地线、建筑物内总接地端子、接地干线。逻辑地，可以与大地相连接，也可以不连接，逻辑地没有接地电阻的概念。
接地电阻的数值等于接地极的对地电位与通过接地极的接地短路电流的比。所谓接地电阻是表征工频电流或冲击电流通过接地极向四周大地流散的能力。接地电阻愈小，流散愈快。接地电阻不能用从接地极到大地某点的电阻来表达，因此，不能用欧姆表测量接地电阻。
可以认为，接地电阻虽然具有直流电阻相同的量纲，但实际上是土壤电阻率ρ与电容的比率乘以介电系数ε因此，确切地说，接地电阻应称为接地阻抗。同时，由于接地电阻R含有电容C这一分量。因此，测量时，不能使用直流电源。也不宜使用功率法来测量，用功率法的指示值只反映电阻分量。而且一般功率法的误差与功率因数COSφ有关。随着COSφ的降低，误差较大。接地电阻的阻抗角一般都是在φ=cos-1(0.5—0.7)之间，因此，不宜使用功率法来测量。由此可见，接地电阻与一般导体的电阻R=P•L/S的物理概念是不一样的。其值与土壤电阻率p和介电系数ε的乘积成正比，与电容C成反比，而与接地装置内部的引线长度无关。
2 接地电阻的测量
(1)测量原理
接地装置工频接地电阻的数值，等于接地装置的对地电压与通过接地装置流入大地中的工频电流的比值，因此测量接地电阻必须测量接地装置的对地电压和流入大地中的工频电流。接地装置的对地电压是指接地装置与大地中电流场的实际的零电位区之间的电位差。因此，必须在接地体中通过流人大地中的工频电流，电源的一端接在接地装置上，另一端接在能与被测接地极构成回路的辅助电流接地极上。电压表的一端接在接地装置上，另一端接在处于实际的零电位区的电压接地极上。
由于，单根接地极的零电位区在距单根接地极20m以外的地方，同时电流接地极与电压接地极避免互相干扰，电压接地极必须设在距离被测接地极和电流接地极20m以外的地方，因此，被测单根接地极、电流接地极、电压接地极三者应成20m～40m的直线布极方法。而测量的电流不能过小，但也没有必要大到接近系统实际短路电流的数值，一般采纳实际短路电流的20%;电源应为独立电源，其容量约为5KvA~10KVA;电源电压应在65V～220V，一般可采纳交流电焊机的次级作为电源。
接地电阻测量仪，它一般也输出一个空载电压为6V的交流电源，电流为恒定10A或25A的交流源加到被测两点间，该仪器可测出两点间的电压降，并依据欧姆定律，直接显示出被测两点间的电阻。
(2)测量方法
①电压表一电流表法：
合适测量小于0.5Ω的接地装置。当接地装置是单根接地极时，其被测单根接地极、电流接地极、电压接地极三者应成20m～40m的直线布极方法。
当接地装置是接地网时，其被测接地网G、电流接地极C、电压接地极P三者也应成直线布极方法。电流接地极c与被测接地网G的边缘的距离应为DGC=(4～5)D，被测接地网G与电压接地极P的距离应为DGP=(0.5～0.618)DGC，D为被测接地网G的对角线最大长度。电压接地极P放在地中电流场的实际的零电位区，想找到地中电流场的实际的零电位区，可以把电压接地极P沿GC的连线方向移动三次，每次移动的距离约为GC的5%，测量PG之间的电压。如果电压表的三次指示值之间的误差不超过5%，则可以把中间的位置作为测量用的电压极的位置。电压表指示数值与电流表指示数值的商即为被测接地网G的接地电阻。
②接地电阻测量仪的测量方法：
用接地电阻测量仪测量接地电阻时，产品说明干要求采纳20m~40m的布极方法。接地电阻测量仪都配有20m、40m的专用线。为了消除互电阻的影响，电压接地极P与电流接地极c的距离不小于20m。如电流接地极c距电压接地极P的以外是建筑物，电流接地极C无法布置。电流接地极C和电压接地极P可以布置在被测接地网G的两侧;或电流接地极C和电压接地极P、被测接地网G三者成三角形，每边长为20m。

当被测接地网G的四周都是沥青或混凝土路面，可将两块平整钢(250mm×250mm)放在路面上，之间浇水。测试夹夹在钢板上。也可在路面上放一些能存住水的布质物料。带水的布质物料裹住辅助接地极;也可采用在路面上堆沙放水的方法，将辅助接地极放在沙堆的水坑中。电流接地极C和电压接地极P的接地电阻不能很大，一般100Ω左右，不影响误差。
3 测量接地电阻时应注意的安全事项
(1)电压极必须处在被测接地体电流极的零电位点上，电压极的四周(20m)之内不能有与被测接地体电流极相连的接地体。
(2)不要在接地网中进行接地电阻的测量。
(3)不要在雨中、或雨后马上进行接地电阻的测量。
(4)在测量接地电阻前应将零线从接地体上拆下。
(5)当出现接地通零时不进行接地电阻的测量。
4 起重机械接地电阻测量的特点
起重机械的供电电源一般采纳380V/220V的低压系统。一般分为TN和TT系统(中性点直接接地的低压供电系统)和IT系统(中性点不接地或经1000Ω接地的低压供电系统)。
(1)TN系统(中性点直接接地的低压供电系统)。
GBJ65—1983《工业与民用电力装置接地制定规范》4.2.2条规定：中性点直接接地的低压供电系统中，架空线路的干线的终端以及沿线每1km处，零线应重复接地。电缆或架空线在引入车间或大型建筑物处，零线应重复接地(但距接地点不超过50m者除外)。假设室内配电屏、控制屏有接地装置时，也可将零线接在接地装置上。低压线路零线每一重复接地装置的接地电阻不大于10Ω。在电力设备接地装置的接地电阻同意1012的电力网中，每一重复接地电阻不应超过300，但重复接地不应少于3次。零线的重复接地应充分利用自然接地体。
GBJ65—1983《工业与民用电力装置接地制定规范》4.2.1条规定：低压电力设备接地装置的接地电阻，不宜超过4Ω。使用同一接地装置的并列运行的发电机、变压器等电力设备，当其总容量不超过100KVA时，接地电阻不宜大于10Ω。
重复接地的接地电阻不大于10Ω。应按GBJ65—1983《工业与民用电力装置接地制定规范》4.2.2条规定理解，它不是起重机的接地电阻。TN系统中，未规定电气设备接零的同时必须与接地极相连。实际上车间都采纳了环形接地网，零线接在环形接地网上，或电气设备与环形接地网相连又与零线相连。此时环形接地网的接地电阻也应测量，它应是零线的重复接地电阻。
GB14050—1993《系统接地的型式及安全技术要求》的第4.2条中规定了TN系统的技术要求。在这个系统中，桥式起重机金属结构应接零线，漏电时起重机的总电源短路保护动作，切断故障电源。TN系统中零线应重复接地，此时，系统中有两个接地电阻，一个是中性点工作接地电阻，按GBJ65—1983规定，不大于4Ω，它由供电部门负责;另一个就是零线重复接地电阻，按GBJ65—1983规定，不大于10Ω。
(2)TT系统(中性点直接接地的低压供电系统)。
GBl4050—1993《系统接地的型式及安全技术要求》的第4.3条中规定了TT系统的技术要求。在这个系统中，桥式起重机金属结构应与独立于中性点的接地极相连接，即桥式起重机金属结构采纳接地保护，按GB14050—1993《系统接地的型式及安全技术要求》的第4.3.2条的规定，这个接地电阻应不大于50/In(其中：In为系统出现相线与桥式起重机金属结构相碰的故障时保护电器的动作电流)。因为在这个系统中，桥式起重机金属结构采纳接地保护。同时，必须设漏电保护器，此时，In应为漏电保护器的额定漏电动作电流，这个电流与接地保护的接地电阻的乘积应不大于50V;但上述标准未规定接地电阻的数值，100MA的漏电保护器的额定漏电动作电流，R≤500Ω，200MA的漏电保护器的额定漏电动作电流，R≤25012，500MA的漏电保护器的额定漏电动作电流R≤100Ω;同时，这个接地电阻还应有在漏电保护器失效时，有降低桥式起重机金属结构上对地电压的作用。因此，这个接地电阻一般应不大于2Ω～4Ω。国外规定这个接地电阻不大于500Ω。在TT系统中，电气设备应与独立于电源的接地极相连，所以这个接地极的接地电阻应当进行测量。
(3)IT系统(中性点不接地或经1000Ω接地的低压供电系统)。
GB14050—1993《系统接地的型式及安全技术要求》的第4.4条中规定了IT系统的技术要求。在这个系统中，桥式起重机金属结构采纳接地保护，按GB14050—1993《系统接地的型式及安全技术要求》的第4.4.2条的规定，这个接地电阻应不大于50/In(其中：In为系统发生相线与桥式起重机金属结构相碰的第一次接地故障时，桥式起重机金属结构的接地短路电流)，但上述标准未规定接地电阻的数值。在接地电阻上的电压应不大于50v。因此IT系统第一次接地故障时的安全条件是，IdRd≤50;Id是第一次接地故障电流，Rd是电气设备接地电阻。此时不必切除供电。
在IT系统中，一般有三种不同状况应当引起重视：
①供电半径不大于1km时，电源的中性点不接地，电气设备应与接地极相连，这个接地极的接地电阻R应测量。且应满足：3 RU/(3 R+r)≤50，r是相线对地电阻。按规定：r≥0.38MΩ，R≤50012即可满足IT系统第一次接地故障时的安全条件。为了使相线对地电阻r下降后也能满足IT系统第一次接地故障时的安全条件，一般要求R≤2Ω～4Ω，矿山一般要求R≤2Ω。
②电源的中性点经1000Ω的电阻接地，电气设备与独立于电源的接地极相连，两个或几个电气设备共用一个接地极，这个接地极的接地电阻应测量，R≤29412即可满足IT系统第一次接地故障时的安全条件。为了防止接地电阻r增大后不能满足IT系统第一次接地故障时的安全条件，一般要求尺≤2Ω~4Ω，矿山一般要求R≤2Ω。
③电源的中性点经1000Ω的电阻接地，电气设备与电源的中性点1000Ω的电阻共用一个接地极接地，这个接地极的接地电阻不必测量。因第一次接地故障时这个接地极的接地电阻不流过接地电流，只检查电气设备与1000Ω电阻之间的连接线不断线就行了。
第二次异相接地故障时，电气设备都各自单独接地时，故障电路成TT系统型式，电源为两相电源即线电压。系统中的电阻是两个设备的接地电阻，与中性点无关。TT系统型式应采纳漏电保护器切除第二次异相接地故障电源。这几个接地电阻R分别与漏电保护器的额定动作电流的乘积应不大于50V，这也是IT系统第二次异相接地故障时的安全条件之一。由于IT系统第一次接地故障的安全条件是，IdRd≤50，Id是第一次接地故障电流，Rd是电气设备接地电阻。第二次异相接地故障时，要满足：InDd≤50，In是漏电保护器的额定动作电流，Rd是电气设备接地电阻。因为，要求第一次接地故障时，漏电保护器不动作，即，d≤In≤1000MA。由于IT系统第一次接地故障时一般要求尺≤50Ω，完全可满足，InRd≤50的安全要求。
IT系统中，两个或几个电气设备的外露可导电部分用接地线连接在一起后共同使用一个接地极，在出现第二次异相接地故障时，这个共同接地极中不流过接地电流，因此，不必校验这个共同接地电阻与漏电保护器的额定动作电流的乘积不大于50V。
因此，IT系统中，只测量电气设备接地电阻。
IT系统第一次接地故障的安全条件是，IdRd≤50，Id是第一次接地故障电流，Rd是电气设备接地电阻。
第二次异相接地故障，电气设备单相接地时，要满足：InRd≤50，In是漏电保护器的额定动作电流，Rd是电气设备接地电阻。共同接地时不校验。