在相電壓220 V/ 線電壓380 V 的標稱電壓供電系統中,為了防止人體受到意外電擊(即間接接觸防護)和保證電網安全正常運行,通常採用TN、TT 或IT 系統接地保護制式。其中TT 系統也是目前起重機常用的一種接地保護制式,在該系統中所裝設的用於間接接觸防護的保護電器(以下簡稱RCD)的動作參數及起重機外露可導電部分的接地電阻是避免人身遭受電擊的關鍵技術指標和具體防護條件。TSG Q7015—2016《起重機械定期檢驗規則》(以下簡稱《定檢規》)中對TT 系統作了相關規定,但與國家其他標準的規定要求存有一定差異。為此,對起重機TT 系統的RCD 動作參數選擇及接地電阻的要求提出一些觀點。
起重機TT 系統示意圖如圖1 所示。該TT 系統中起重機供電電源的中性點N直接接地,即工作接地R 0;起重機的外露可導電部分(起重機金屬結構、電氣設備金屬外殼等金屬導電部分)通過保護PE 線與保護接地體R d 連接後直接接地,整個TT 系統中採用RCD 作為系統漏電故障的保護元件。
當起重機發生漏電故障(如供電電源相線碰殼、電氣設備因絕緣損壞而漏電),且故障電流達到系統中保護電器(RCD)的額定剩餘動作電流值時,RCD 在規定的時間內自動切除起重機的供電電源,同時要求保證RCD 的額定剩餘動作電流與起重機外露可導電部分保護接地電阻的乘積不超過安全電壓50 V。例如,當供電電源中的相線L3 與起重機外露可導電部分間發生漏電故障時,則故障電流I a 由相線L3 經起重機外露可導電部分 — 保護PE 線 — 保護接地R d — 供電電源工作接地R 0 — 供電電源中性點N構成迴路(圖1 中虛線迴路)。此時,系統中的RCD 即會檢測出不平衡電流(剩餘電流),亦即故障電流I a;當這一不平衡電流達到RCD的額定剩餘動作電流值時,隨即促使RCD 在規定的時間內動作,並自動迅速地切斷故障電源,以避免起重機外露可導電部分的危險對地電壓對人體產生傷害,從而達到間接接觸防護的目的。
流過人體電流的大小和電流的持續時間是決定人體是否會遭受電擊的兩大關鍵因素。通常情況下,當電流越大或電流持續時間越長,則對人體的危害越大,人體遭受電擊的可能性也就越大。據相關測試分析得出結論,當流過人體的工頻(50 Hz)交流電流超過50 mA,且該電流持續時間超過數秒時,就會對人體產生危害,嚴重時會有致命危險。
1)保護接地裝置即保護PE 線和保護接地體R d 的總稱。保護PE 線的一端通常通過供電電源集電器滑接方式與起重機的外露可導電部分連接,或者直接與起重機上的接地樁進行螺栓連接;而保護PE 線的另一端則一般採用焊接或螺栓連接方式與保護接地體R d 連接。
2)如圖2 所示,當採用RCD 的起重機TT 系統因供電電源集電器滑接鬆動、保護PE 線脫焊或螺栓連接處鬆動等而導致保護接地裝置斷路時,若此時恰巧供電電源某相(如相線L3)帶電部分碰連起重機的外露可導電部分,則故障電流I a 將通過相線L3 — 起重機外露可導電部分 — 人體— 供電電源工作接地R 0 — 供電電源中性點N 而構成迴路(圖中虛線迴路)。此時,只有當故障電流I a 達到RCD 的額定剩餘動作電流值時,RCD 才能在規定的動作時間內切斷故障電源。顯然,若不對RCD 的動作參數(額定剩餘動作電流值、動作時間)加以選擇限定,那麼人體就極易遭受電擊,且在起重機械作業過程中,人體接觸吊鉤(起重機的金屬導電部分)或懸掛於吊鉤上的金屬重物機會較多,根據這一作業特點又增加了人體遭受電擊的可能性。
按照《定檢規》C8.9.2.2 條關於接地電阻的規定:「採用TT 接地系統時,起重機設置漏電保護裝置,電氣設備的外露可導電部分(電源保護接地線)的接地電阻不大於4 Ω。」
3.2 GB 14050—2008 關於TT 系統的規定按照GB 14050—2008《系統接地的型式及安全技術要求》(以下簡稱GB14050—2008)5.3 款「TT 系統」中的5.3.2 條規定,系統中所裝設的用於間接接觸防護的保護電器的特性和電氣裝置外露可導電部分與大地間的電阻值應滿足式(1)要求R A· I a ≤ 50V (1)
式中:R A 為電氣裝置的外露可導電部分與大地間的電阻,Ω;I a 為在系統出現接地故障時保證保護電器能自動動作的電流,A。當保護電器為剩餘電流動作保護裝置時,式(1)中的 I a 為額定剩餘電流動作電流I △ n。
3.3 GB 13955—2005 關於RCD 的規定按照GB13955—2005《剩餘電流動作保護裝置安裝和運行》(以下簡稱GB13955—2005)5.7.1 條規定:手持式電動工具、移動電器、家用電器等設備應優先選用額定剩餘動作電流不大於30 mA、一般型(無延時)的剩餘電流保護裝置。
1)由上述《定檢規》與國家其他相關標準關於TT系統的要求比較可以看出,《定檢規》雖然規定了起重機TT 系統應設置漏電保護裝置(即RCD),而且也對接地電阻(圖1、圖2 中保護接地體R d 的接地電阻與保護PE 線連接電阻之和,即公式(1)中的R A 值)作了規定,但是並未對RCD 的額定剩餘動作電流與接地電阻的乘積小於等於安全電壓50V 作出規定。該電壓即為起重機的對地電壓(亦即人體接觸電壓),若不對此進行限定,當起重機發生漏電故障時,該TT 系統也就不能起到間接接觸防護作用。因此,建議在《定檢規》中能明確該安全電壓值的要求。
2) 《定檢規》未對RCD 的額定剩餘動作電流值及保護器動作型式作出規定。鑑於電力驅動起重機普遍具有水平移動搬運重物的作業特性,故通常可將其視同為移動電器。建議TT 系統起重機RCD 的動作參數應按照GB 13955—2005 關於移動電器的RCD 動作參數規定要求加以選擇,即選用額定剩餘動作電流不大於30mA的無延時型(目前產品一般為≤ 0.1 s 的瞬時動作型)RCD。這樣,當TT 系統出現保護接地裝置斷路且起重機又發生漏電故障時,便可大大減輕或避免人體遭受電擊而造成傷亡的可能性。
3)《定檢規》關於「採用TT 接地系統時,電氣設備的外露可導電部分(電源保護接地線)的接地電阻不大於4 Ω。」這一要求筆者認為過於嚴格,且實際意義並不大,同時又缺乏相關標準為基礎依據。而GB14050—2008 則要求RCD 的額定剩餘動作電流與接地電阻的乘積小於等於安全電壓50 V。這樣,當TT 系統選用額定剩餘動作電流不大於30 mA 的RCD 時,其接地電阻確定範圍的寬泛度顯而易見,這對於土壤電阻率較高、接地電阻難以達標的地區是有利的。接地電阻固然越小越好,但要取決於具體的系統接地保護制式和安全運行條件;對其要求過高則勢必會浪費大量的人力、物力和財力(降低接地電阻的施工方法有:接地體延長法、化學處理法等)。因此,建議對於TT 系統起重機,只要選用額定剩餘動作電流不大於30 mA 的RCD,並同時滿足額定剩餘動作電流與接地電阻的乘積小於等於安全電壓50 V 即可。
TT 系統是起重機重要的系統接地保護制式,它在防止人體遭受電擊的間接接觸防護中具有舉足輕重的作用。在TT 系統中,對RCD 動作參數的選擇和接地電阻的要求是保證人身和設備安全的前提。通過對《定檢規》與國家其他相關標準關於TT 系統相關參數要求的比較,提出一些看法和建議,其目的是為了能更好地開展起重機檢驗工作。
[1] TSG Q7015—2016 起重機械定期檢驗規則. 特種設備安全技術規範[S].
[2] GB 14050—2008 系統接地的型式及安全技術要求[S].
[3] GB 13955—2005 剩餘電流動作保護裝置安裝和運行[S].