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简析起重机的电击防护要求

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摘要:本文根据通用低压配电和电击防护标准,介绍了一般电气设备和起重机械的电击防护措施,并结合起重机检验标准及检验要求着重对起重机械电击防护进行详细解读与探讨。

关键词:起重机械;电击防护;接地保护;安全电压

1引言

对起重机械的电击防护要求主要通过GB/T3811-2008《起重机设计规范》[1]、GB6067.1-2010《起重机械安全规程第1部分:总则》[2]、TSGQ7015-2008《起重机械定期检验规则》及其第1号修改单[3]等相关标准来规范的。其主要对起重机械接地形式、接地部件及材料,以及相关电气保护装置的相关要求进行了理论性表述和条文上的规范。而在实际生产使用中,起重机械种类繁多,不同设备需要相关电击防护的位置,采用的电击防护形式也是多种多样的,同时市场上也存在部分起重机械电击防护设置不规范,个别电气保护元件设计不合理等情况,一方面使检验人员在实际检验过程中难以判断设备的电击防护措施是否得当,另一方面也导致使用单位在使用起重机械时面临较大的安全隐患。因此除了熟悉上述规范标准的外,通过对GB/T17045-2008《电击防护装置和设备的通用部分》[4]、GB16895.21-2011《低压电气装置第4-41部分:安全防护电击防护》[5]等标准的解读,有助于深刻理解起重机械的电击防护要求,以帮助实际使用和检验过程中对起重机械电击防护相关项目的区别和判断,同时消除相应的电气安全隐患,本文就以GB/T17045-2008《电击防护装置和设备的通用部分》、GB16895.21-2011《低压电气装置第4-41部分:安全防护电击防护》、GB50054-2011《低压配电设计规范》[6]、GB14050-2008《系统接地的型式及安全技术要求》[7]为出发点,对与起重机械相关电击防护内容进行梳理和解读。

2一般电气设备电击防护

GB50054-2011《低压配电设计规范》、GB14050-2008《系统接地的型式及安全技术要求》中明确了电气设备电气系统设计及电气设备的配置应符合该标准的要求;且电击的防护也应符合上述标准及GB16895.21-2004/IEC60363-4-41:2001《建筑物电气装置第4-41部分:安全防护电击防护》中的相关条款的要求。因此起重机械也应遵循以上规范标准。在GB/T17045-2008《电击防护装置和设备的通用部分》中,将电击防护分为两类,即正常条件下的电击防护与单一故障条件下的电击防护,两者的防护分别由基本防护和故障防护来提供,另外在需要的情况下辅以加强防护。这两种基本的防护方式在GB50054-2011中被表述为直接接触防护和间接接触防护,分别对应基本防护和故障防护。根据GB50054-2011和GB14050-2008的表述及要求,一般电气设备的电击防护措施主要有:(1)直接接触防护措施,即无故障条件下的电击防护措施,主要有将带电部分绝缘,采用遮拦,外护物和阻挡物,置于伸臂范围之外,用剩余电流动作保护器的附加防护等措施。(2)间接接触电击防护,即单一故障条件下的电击防护措施,主要有自动切除供电,采用电气分隔,特低电压供电,采用Ⅱ类设备或与之等效绝缘,将电气设备安装在非导电环境内,设置不接地的等电位联接等措施。

3起重机械的电击防护要求

根据起重机的使用特性分析,部分电气设备使用环境状况较差,容易出现老化、腐蚀、磨损等现象,需要进行经常性的检查和更换,例如小车电缆、大车电缆、地面随行操作盒电缆、地面随行操作盒、裸露于走台电缆及控制箱内部线缆等其基本绝缘防护都较容易被破坏,故起重机的防电击措施应采用直接和间接接触电击防护二者相结合的方法。

(1)起重机械的直接接触电击防护的主要措施和要求是:电气设备的所有电路或部件,都应采用外壳或基本绝缘进行防护,并在必要时采取对剩余电压的防护,若这些防护措施不适用,可采用电压限制、隔离、遮挡、置于伸臂范围以外或用阻挡物的防护。起重机械上目前广泛采用的基本防护措施有:电气装置接线盒、控制柜采用绝缘外壳进行防护,导线采用基本绝缘进行防护,而地操手柄操纵装置除了自身外壳保护外,应采用不大于50V的低压控制方式进行防护,即电压限制这一基本防护措施。

(2)起重机械的间接接触电击防护要求是:电气设备的电路部分,为防止带电部分与外露可导电部分之间绝缘失效时所产生的危险情况,应当采用自动切断电源或防止产生危险接触电压两种防护措施之一。其中,防止产生危险接触电压的措施包括采用电气隔离作防护和采用Ⅱ类设备或等效的绝缘防护两种,但由于成本和起重机械结构特点的原因,在实际应用中,较少或只能部分采用防止产生危险接触电压措施这一故障防护措施。起重机械的接地故障防护措施多采用与接地装置连接、设置不接地的等电位连接、自动切断电源以及前两者与自动切断电源方式的共同防护。对于起重机械的接地要求TSGQ7015-2008《起重机械定期检验规则》及其第1号修改单中表述为:B7.3.1电气设备接地检查用整体金属结构做接地干线时,金属结构的连接有非焊处,是否采用另设接地干线或者跨接线的处理;检查起重机械上所有电气设备正常不带电的金属外壳、变压器铁芯及金属隔离层、穿线金属管槽等是否与金属结构间有可靠的接地连接。B7.3.2金属结构接地采用整体金属结构做接地干线时,整体金属结构与供电电源保护接地线应当可靠连接。

不采用整体金属结构做接地干线时,电气设备正常情况下不带电的外露可导电部分应当直接与供电电源保护接地线连接。检查接地型式,用接地电阻测量仪测量起重机械接地电阻。测量重复接地电阻时,应当把零线从接地装置上断开。检查是否符合以下要求:①采用TN接地系统时,零线重复接地每一处的接地电阻不大于(测量时把接地线从重复接地体上断开);②采用TT接地系统时,起重机电气设备的外露可导电部分(电源保护接地线)的接地电阻不大于或者起重机械金属结构的接地电阻与漏电保护器动作电流的乘积不大于;③采用IT接地系统时,起重机电气设备的外露可导电部分(电源保护接地线)的接地电阻不大于。我国早期的起重机械多采用TT系统的形式进行接地,将起重机械的金属结构作为主要接地导体,通过车轮轨道与接地装置相连,而接地装置也主要是直接埋入地底的接地桩形式。GB16895.3-2004/IEC60364-5-54:2002《建筑物电气装置第5-54部分:电气设备选择和安装接地装置、保护导体和保护联结导体》[9]中对保护导体和保护联结导体做了相应的规定,不允许将正常使用中承受机械应力的结构部分用作保护导体或保护连接导体,因此之后起重机械上大多都采用了另设电缆作为接地干线的方式。而接地方式根据保护线来源的不同,存在TT系统TN系统两种。

TT系统中,起重机械上的接地干线经由接地桩与地直接相连,而TN系统中,起重机械上的接地干线则直接与来自电源端的保护线相连。设置不接地的等电位连接多使用在不由电网供电的起重机械中,如轮胎起重机、轮胎集装箱门式起重机等。这类起重机械不由电网供电,则无法与电网接地网连接,同时这类起重机械大多需要整体移动,因此无法通过接地桩的形式与地连接。为防止该类起重机械上发生电击事故,则采用设置不接地的等电位连接作为间接接触防护。其具体做法是将起重机械上所有正常运行时不带电的金属外壳、线槽、金属外护管等零部件与起重机械整体金属结构连接成一个等电位体。这样当发生线路绝缘破损时,线路对金属外壳发生短路,而由于起重机械的所有金属结构为等电位,因此在起重机械上的操作人员和维修人员与金属结构接触位置不存在电位差,避免电击事故的发生。在故障情况下,通过采用自动切断电源的防护措施,经保护器件自动操作切断一路或多路相线,在极短时间内实现切断,以限制触摸危险电压时间,使其在持续时间内没有危险。采用自动切断电源进行防护包括两部分内容:在TN系统中检测到绝缘故障时过电流保护器件自动切断电源和外露可导电部分的保护联结。在TN系统中,检测到绝缘故障时自动切断电源的过电流保护器件主要为熔断器、过电流保护电器和剩余电流保护器。保护联结电路由PE端子、电气设备和起重机械的导电结构件、起重机械电器设备上的保护导线(包括作为电路部分的滑动触头)三部分组成。

(3)采用安全电压形式,安全电压又称安全特低电压,其保护原理是:通过限制系统中可能作用于人体的电压,抑制触电时流过人体的电流值,将触电危险性控制在安全范围之内。特低电压电击防护类型分为安全特低电压(SELV)、保护特低电压(PELV)和功能特低电压(FELV)。起重机上使用安全电压SELV和PELV系统电源的基本要求:①由安全隔离变压器供电,且符合现行国家标准GB13028《隔离变压器和安全变压器技术要求》[8];②具备与安全隔离变压器同等安全程度的电源;③电化学电源或与高于交流方均根值50V电压的回路无关的其他电源,④符合相应标准,保证该电源即使内部发生故障也能使出线端子的电压不超过交流方均根值50V。当发生直接或者间接接触时,电子器件能保证出线端子的电压立即降低到等于小于交流方均根值50V时,出线端子的电压可高于交流方均根值50V的电压。

4结语

GB/T17045-2008《电击防护装置和设备的通用部分》提出了电击防护的基本原则,可以归纳为在正常条件下和单一故障条件下,危险的带电部分不应是可触及的,而可触及的可导电部分不应是危险的带电部分。电击防护包括直接接触防护和间接接触防护两种,应根据不同的环境、不同的设备选用其具体防护措施。GB5226.2-2002《机械安全机械电气设备第32部分:起重机械技术条件》[10]对起重机械的电击防护措施(包括直接接触防护和间接接触防护两种)提出了具体的要求。起重机电击防护是起重机安全技术领域非常重要的内容,理解和掌握起重机械电击防护要求,对于规范起重机械生产,保证使用单位安全使用,保障相关作业人员人身安全具有重要意义。

参考文献

[1]GB/T3811-2008《起重机设计规范》[S].北京:中国标准出版社.

[2]GB6067.1-2010《起重机械安全规程第1部分:总则》[S].北京:中国标准出版社.

[3]TSGQ7015-2008《起重机定期检验规则》及其第1号修改单[Z].

[4]GB/T17045-2008《电击防护装置和设备的通用部分》[S].北京:中国标准出版社.

[5]GB16895.21-2011/IEC60364-4-41:2005,低压电气装置第4-41部分:安全防护电击防护[S].北京:中国标准出版社.

[6]GB50054-2011《低压配电设计规范》[S].北京:中国标准出版社.

[7]GB14050-2008系统接地的型式及安全技术要求[S].北京:中国标准出版社.

[8]GB13028《隔离变压器和安全变压器技术要求》[S].北京:中国标准出版社.

[9]GB16895.3-2004/IEC60364-5-54:2002,建筑物电气装置第5-54部分:电气设备的选择和安装接地配置、保护导体和保护联结导体[S].北京:中国标准出版社.

[10]GB5226.2-2002《机械安全机械电气设备第32部分:起重机械技术条件》.北京:中国标准出版社.

作者:虞伟杰 郭聪 仇佳捷 单位:宁波市特种设备检验研究院

电源学报责任编辑:陈老师    阅读:人次