起重机异常带电案例分析及对策

王智杰

（福建省特种设备检验研究院宁德分院，福建 宁德 352100）

起重机异常带电案例分析及对策

王智杰

（福建省特种设备检验研究院宁德分院，福建 宁德 352100）

由于起重机触电事故频发，从一起起重机触电事故入手，通过现场勘查和分析，结合事故致因理论，找出事故发生的根本原因，提出相应的对策，避免类似事故再次发生。

事故案例；案例分析；对策

某工厂员工李某，在使用车间一台电动单梁起重机起吊一捆物料时，由于不按操作规程办事，一手操作手电门，一手扶吊钩保持物料平衡，最后发生触电事故，最终导致李某必须住院治疗。本文针对该台起重机械接地故障保护失效进行研究，以期使设计者、安装、使用以及检验单位在设备的存续期间明确起重机的接地保护形式的选择。

1 事故现场分析

1.1 事故直接原因查找

（1）断开电源开关，检查手电门绝缘是否破损，因绝缘盒未破损，所以未测量手电门控制电源电压（应不大于50 V）。

（2）合上电源开关，用万用表测量吊钩与地面总电源开关箱内N线之间的电压（测量值为225V），表明吊钩带电。正常情况下当发生接地故障时，间接接触防护要求应能在规定时间内切断供电电源，防止出现危险接触电压，即电源供电系统接地故障保护失效。

供电系统分为三种；TN系统、TT系统、IT系统。其中，TT系统仅限于局部对接地要就高的电子设备场合；IT系统主要用于10kV及35kV的高压系统和矿山井下某些低压供电系统。起重机供电系统普遍采用TN系统，图1所示是三种不同TN系统。

图1 三种不同TN系统

1.2 确认该台电动单梁起重机供电系统形式

首先，检查电动单梁起重机供电的变压器至电动单梁起重机地面总电源开关箱线路。变压器低压侧共四个接线柱，引出三根相线一个根性线，其中中性线接线柱又与变压器下的接地线连接。四个接线柱引出的四根电缆（三根相线一个根中性线）直接连接至电动单梁起重机地面总电源开关箱处，中性线连接在开关盒的N接线柱上。测量电源中性点的接地电阻R0为2Ω。

其次，检查地面电源开关箱及开关箱与电动单梁起重机之间导线。地面总电源开关箱中有PE接线柱、N接线柱、以及额定电流为20 A的自动断路器。PE接线柱由开关箱外壳引出。N接线柱上连接由变压器低压侧中性点引出的中性线，为起重机供电的四根导线中的一根由PE接线柱引出，连接至电动单梁起重机上电源开关箱中的PE接线柱上（如图2所示）。测量起重机自然接地电阻Rd为50Ω。

图2 金属结构不与TN系统的电源保护接地线PE连接示意图

最后，断开地面总电源开关后，进行接地回路导电连续性检验，即用万用表欧姆档测量起重机接地线与电源中性线之间电阻为30Ω。也就是说，电源中性点与起重机上易于带点的金属结构未连接，即该单梁起重机直接接地，并未对保护零线做重复接地。

由此可以判定该电动单梁起重机供电电源系统为故障的是TN-C-S系统。

1.3 寻找接地故障点

接地故障指相线对地发生短路或与地有关系的导电体之间短路。因此断开总电源开关，使用绝缘电阻仪测量各机构电动机各相线对地绝缘。其中起升机构电动机有一相电源对地绝缘电阻为零。遂检查起升机构电动机该相电源线线路上是否有绝缘破损，发现在该电动机接线盒中，该相接线柱上一个引线上绝缘层已经破损，其与金属接线盒搭碰在一起，故而使得吊钩在起吊货物时带电。

2 接地故障防护失效原因

如图2所示，该电动单梁起重机设置Q10、Q11两个额定电流为20 A的自动断路器，则该型号自动断路器瞬时电流脱钩器整定电流为200 A。根据GB50054-2011第6.2.4条：“当短路保护电器为短路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍”，则Q10、Q11瞬时动作电流应为260 A。如图3所示，发生接地故障时形成的短路回路，短路电流Id=U/(Ro+Rd）=4.33 A<

图3 故障的TN-C-S系统接地故障短路回路示意图

因此，接地故障防护失效原因是易带电金属结构未与电源中性点连接，线路上自动断路器短路电流远小于瞬时动作电流，自动断路器无法动作切断供电电源，这也是吊钩带点的主要原因。

3 解决措施

（1）更改起重机接地的接线方式。首先，消除接地故障，更换起升机构电动机中接线盒内引线。其次，将电动单梁起重机易于带点的金属机构与TN系统电源中性点连接，如图4所示。最后，为起重机设置一个重复接地点使得Rd不大于10Ω。

图4 系统接地故障短路回路示意图

依据 GB50054-2011条款5.2.8：“TN系统中配电线路的间接接触防护电器的动作特性满足Ia≤Uo/Zs（其中，Ia为自动断路器瞬时动作电流（A）；Zs为接地故障回路阻抗（Ω）；Uo相导体对地标称电压）。图4中接地故障回路为相零回路，一般值很小，取0.5Ω。

在上述故障回路中，短路电流Id=U0/Zs=450 A，自动断路器瞬时动作电流Ia（260A），满足上式要求，即发生接地故障时，自动断路器能在规定时间内切断故障电源。

（2）保持接线方式不变，将自动断路器更换成剩余电流动作保护装置。首先，消除接地故障，更换绝缘损坏引线。其次，将自动断路器Q10、Q11更换成剩余电流动作保护装置,以及在所有线路上设置剩余电流保护装置。最后，设置独立于电源中性点的接地装置使得I△nRd≤50，其中一般要求Rd不大于1～4Ω。I△n为剩余电流动作保护装置额定剩余动作电流（mA×10-3）。发生接地故障后故障回路如图5所示。发生接地故障，漏电电流大于I△n时，剩余电流动作保护装置动作切断供电电源。

图5 TT系统接地故障短路回路示意图

该电动单梁起重机经由上述两种方式整改后，能实现发生接地故障时，在接触电压尚未产生危险时自动切除供电，使得吊钩不可能长期带电，从而发生触电事故。

4 结束语

设计者，安装、使用以及检验单位应根据不同电网采用不用的接地故障保护形式，包括防止出现危险接触电压（切除供电）和防止产出危险接触电压（可导电部分的接触电压不大于50 V）。因此在设备存续过程中应加强供电系统类型判断以及相应接地故障防护功能性验证。采用TN系统时应检验接地回路导电连续性，即电气设备的接地端子与电源中性点O之间的导电连续性的检验以及所选用的自动断路器是否合适。采用TT系统时各线路上都应有剩余电流动作保护装置，起重机接地装置应独立于电源中性点接地装置且起重机接地装置接地电阻Rd不大于1～4Ω。

[1]GB 50054-2011，低压配电设计规范[S].

[2]GB 14050-2008，系统接地的型式及安全技术要求[S].

Analysis and Countermeasures on AbnormalCharged Case of Crane

WANG Zhi-jie
(Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute，Ningde Branch Institute，Ningde Fujian 352100，China)

Hoistingmachinery electric shock accidents frequently occurred,this paper from the electric shock accidents of crane,through field investigation and analysis,combined with the accident causing theory,find out the root cause of the accident,and puts forward the corresponding countermeasures,avoid similaraccident to happen again.

accidentcases；case analysis；countermeasures

TH21

B

1672-545X（2014）04-0261-03

2014-01-05

王智杰（1986—），男，助理工程师，主要从事特种设备检验检测工作。