設(shè)備接地指將系統(tǒng)內(nèi)非帶電金屬部分與接地體連接起來。國際電工委員會(huì)對(duì)設(shè)備接地導(dǎo)體（通常稱為保護(hù)導(dǎo)體 PE）在電氣設(shè)備安裝中做出了強(qiáng)制性的規(guī)范要求。 有效的設(shè)備接地可以將意外觸電導(dǎo)致的人員傷害降至*低程度。 PE 的阻值要足夠小，這樣在設(shè)備金屬外殼意外帶電的情況下，電流在流經(jīng) PE 時(shí)不至于產(chǎn)生有害壓降。

將電氣設(shè)備在正常情況下不帶電的金屬外殼或架構(gòu)用足夠粗的金屬線與接地體連接起來叫做保護(hù)接地。 保護(hù)接地適用于中性點(diǎn)不接地的低壓供電系統(tǒng)。我國 GB 規(guī)定低壓電氣設(shè)備的接地電阻一般不能大于 4Ω。接地技術(shù)的應(yīng)用能夠有效防止電擊，當(dāng)電氣設(shè)備和地表連接后，設(shè)備內(nèi)部的電位就很接近地表的電位。因?yàn)殡姎庠O(shè)備有一定的對(duì)地電位，地表也有一定的接地電阻，當(dāng)電氣設(shè)備與地表連接時(shí)，電阻越大，發(fā)生故障時(shí)造成的破壞就越大。 從當(dāng)前 EMS 吊具實(shí)際運(yùn)行情況來看，隨著時(shí)間不斷地增加，接地線路出現(xiàn)問題的概率逐漸增大。 其中*明顯的問題就是線路老化以及 PE 碳刷破損的情況。 在這種情況下，如果吊具損傷情況比較嚴(yán)重，不僅會(huì)對(duì)整個(gè)吊具的運(yùn)行產(chǎn)生影響，同時(shí)，也會(huì)加大安全事故的發(fā)生概率。 因此，在系統(tǒng)集成時(shí)，引入德國 ELABO公司型號(hào)為 94-1F Z807 的接地故障檢測(cè)設(shè)備對(duì)吊具接地電阻進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)那些接地電阻阻值超標(biāo)的吊具設(shè)備。

1 保護(hù)接地安全性評(píng)估方法綜述

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 在 P3003.2“工業(yè)及商業(yè)電力系統(tǒng)設(shè)備接地及連接指南” 中對(duì)工業(yè)及商業(yè)電力系統(tǒng)設(shè)備接地及連接的概念做出了基本定義。 為了更大程度地減少觸電風(fēng)險(xiǎn)，該標(biāo)準(zhǔn)引入了一些新的術(shù)語。 來自意大利的 Mitolo 博士在其發(fā)表于“IEEE 工業(yè)應(yīng)用交流”的一篇論文中對(duì)這些新術(shù)語做了**的闡述。 其中較大篇幅的對(duì)“暴露導(dǎo)體”ECP（Exposed Conductive Parts）進(jìn)行了概念說明，及被定義為 ECP 后其接地對(duì)人身保護(hù)的重要意義。 Mitolo 博士的研究從保護(hù)接地安全性評(píng)估的角度來講，主要對(duì)導(dǎo)電體的分類進(jìn)行了討論，以及對(duì)于不同分類的導(dǎo)電體（是否為 ECP）做出了定性分析與評(píng)估，*后闡明 ECP 保護(hù)接地的必要性。

除了定性評(píng)估， 業(yè)內(nèi)很多專家學(xué)者亦對(duì)保護(hù)接地安全性評(píng)估方面做出了很多定量分析的研究。 劉**等在其一份論文中詳細(xì)描述了基于 IEC60364-5-54 的 PE 截面積計(jì)算方法。 理論結(jié)合數(shù)據(jù)闡述了故障電流、安全響應(yīng)時(shí)間、溫度、PE 材質(zhì)等因素對(duì) PE 截面積的影響，這對(duì) PE 安裝的研發(fā)、設(shè)計(jì)在技術(shù)上及法律上有重要的指導(dǎo)意義。

當(dāng)前中/低壓配電變電站中使用的典型接地裝置通常不做安全性能評(píng)估， 這可能會(huì)使變電站工作人員以及公眾暴露在因接地故障產(chǎn)生的接觸電壓和跨步電壓而導(dǎo)致嚴(yán)重觸電的危險(xiǎn)中。針對(duì)這一情形，Datsios 引入一種安全性能評(píng)估方法。該方法依托安全性能曲線，具體評(píng)估接地配置和安裝的保護(hù)裝置，將接地故障電流與接地電阻聯(lián)系起來， 從而確保了工作人員以及公眾的安全。

2 某主機(jī)廠 EMS 工況簡介

2.1 系統(tǒng)組成

某主機(jī)廠 EMS 由 160 臺(tái)吊具及總長 1.6km 的電氣化單軌組成，負(fù)責(zé)車身的輸送工作。4 根固定在單軌內(nèi)的滑觸線（3 根動(dòng)力，1 根 PE）是系統(tǒng)的重要組成部分，為吊具提供動(dòng)力及接地保護(hù)。吊具通過安裝在自身的 4 極碳刷與 4 根滑觸線移動(dòng)接觸，從而完成取電及接地的功能。 此外，單軌內(nèi)還安裝有數(shù)值連續(xù)的條形碼， 用于吊具的定位， 吊具通過安裝在自身的讀碼器實(shí)時(shí)向PLC 反饋?zhàn)约旱奈恢眯畔ⅰ?后，安裝在單軌內(nèi)的漏波電纜是連接吊具 PLC 與主 PLC 的可訪問節(jié)點(diǎn)， 其與安裝在吊具上的柱狀天線共同實(shí)現(xiàn)了兩個(gè) PLC 間 Profinet 通訊的物理連接。 系統(tǒng)

2.2 存在的風(fēng)險(xiǎn)

采用移動(dòng)動(dòng)力傳輸是 EMS 的一個(gè)顯著特點(diǎn)，這為系統(tǒng)集成提供了靈活性及可行性， 但同時(shí)對(duì)動(dòng)力及 PE 的有效連接形成了巨大挑戰(zhàn)。 隨著生產(chǎn)活動(dòng)的不斷進(jìn)行，吊具碳刷與滑觸線之間的摩擦無時(shí)無刻不在進(jìn)行，由易損材質(zhì)制作的碳刷出現(xiàn)老化、破損的情形無法避免。 在此情況下，吊具 PE 阻值會(huì)逐漸增加。 當(dāng)?shù)蹙呓^緣遭到破壞而導(dǎo)致金屬外殼帶電時(shí)， 如果 PE 阻值增大到超過一定標(biāo)準(zhǔn)，將導(dǎo)致設(shè)備外殼電位與地電位不一致，從而產(chǎn)生有害壓差，此時(shí)將導(dǎo)致本身具有導(dǎo)電性的操作人員觸電危險(xiǎn)。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)

在 1 級(jí)防護(hù)中，對(duì)設(shè)備進(jìn)行 PE 電阻檢測(cè)對(duì)于家庭、醫(yī)療、消費(fèi)產(chǎn)品及機(jī)械工程領(lǐng)域、工廠工程、建筑等而言是*重要的檢測(cè)之一。設(shè)備金屬外殼與大地之間的保護(hù)接地的有效性，對(duì)于設(shè)備操作人員來講是生命保險(xiǎn)， 能有效地阻止在地表和設(shè)備金屬外殼之間形成危險(xiǎn)電位。 因此，在項(xiàng)目規(guī)劃的*初階段便引入德國 ELABO公司型號(hào)為 94-1F Z807 的接地故障檢測(cè)設(shè)備對(duì)吊具接地有效性進(jìn)行檢測(cè)， 以防接地保護(hù)失效且設(shè)備外殼帶電的情況下帶來的人員觸電及設(shè)備損傷的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)設(shè)備及人員進(jìn)行安全保障。

3 94-1F Z807 接地故障檢測(cè)設(shè)備改造

3.1 接地保護(hù)有效性判斷

某主機(jī)廠吊具采用兩點(diǎn)直接接地的方式， 吊具的金屬外殼與大地之間進(jìn)行兩點(diǎn)連接。 由于 EMS 系統(tǒng)的電氣特性及對(duì)安全的較高要求，吊具采用 IT 接地系統(tǒng)，即系統(tǒng)不引出中性線，外面裸露的金屬殼體部分通過保護(hù)地線的方法與大地相接。

對(duì)于接地保護(hù)有效性的判斷各行各業(yè)都有自己的基本原則，遵循首先按照國標(biāo)給定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí) 行，若 地 方 標(biāo) 準(zhǔn)、行 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 高 于國家標(biāo)準(zhǔn)的方可執(zhí)行的原則。 我國 GB 規(guī)定低 壓 電 氣 設(shè) 備 的 接 地 電 阻 一 般 不 能 大 于4Ω， 故吊具的接地電阻阻值小于 4Ω 時(shí)，判定其接地保 護(hù) 有 效；反 之，當(dāng)?shù)蹙叩慕拥仉娮枳柚荡笥?4Ω 時(shí)，則判定為保護(hù)接地失效，此時(shí)吊具將被 PLC 認(rèn)定為故障狀態(tài)， 將被強(qiáng)制下線，自動(dòng)進(jìn)入維修區(qū)等待維修。

3.2 94-1F Z807 接地故障檢測(cè)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的問題

德國 ELABO 公司型號(hào)為 94-1F Z807的接地故障檢測(cè)設(shè)備是針對(duì)主機(jī)廠開發(fā)的應(yīng)用于輕、 重載 EMS 接地電阻有效性檢測(cè)的一種專用設(shè)備，在國內(nèi)外各主機(jī)廠有著廣泛的應(yīng)用。 其判斷接地有效性的接地電阻閾值為 0.3Ω， 意味著那些接地電阻大于 0.3Ω 的吊具都被判定為保護(hù)接地失效。 然而，隨著吊具 PE 碳刷的不斷摩擦導(dǎo)致的老化， 吊具接地電阻阻值必然會(huì)升高， *終大量接地電阻大于0.3Ω 的吊具被PLC 認(rèn)定為故障狀態(tài)，遭強(qiáng)制下線，自動(dòng)進(jìn)入維修區(qū)等待維修。 這種案例導(dǎo)致的結(jié)果是：**，由于被下線吊具數(shù)量異常龐大，導(dǎo)致線上吊具數(shù)量減少，影響生產(chǎn)節(jié)拍；**，導(dǎo)致維修區(qū)擁堵，那些有正常保養(yǎng)需求的吊具將無法實(shí)施保養(yǎng)工作。 這嚴(yán)重影響了日常生產(chǎn)活動(dòng)的正常進(jìn)行，對(duì)生產(chǎn)目標(biāo)的達(dá)成形成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)， 一些主機(jī)廠不得不將 94-1F Z807 接地故障檢測(cè)設(shè)備旁路，強(qiáng)制給 PLC 一個(gè)接地檢測(cè)通過輸入。 這樣，每一臺(tái)被檢測(cè)的吊具都會(huì)被認(rèn)定為接地有效而進(jìn)入生產(chǎn)線，保障了生產(chǎn)活動(dòng)的正常進(jìn)行。

上述應(yīng)對(duì)措施解決了生產(chǎn)活動(dòng)的痛點(diǎn)，卻存在這巨大的風(fēng)險(xiǎn)。94-1F Z807 接地故障檢測(cè)設(shè)備旁路后， 那些真實(shí)的保護(hù)接地失效的吊具將不能被檢測(cè)出，這些吊具電氣部分一旦絕緣破壞，將不可避免地對(duì)設(shè)備造成損害及導(dǎo)致操作人員觸電。由此可見，簡單旁路接地檢測(cè)設(shè)備并非**解決方案。 如何既能保障生產(chǎn)活動(dòng)的順利進(jìn)行，又能保障設(shè)備及人員的安全成為亟待解決的問題。

3.3 94-1F Z807 接地故障檢測(cè)設(shè)備改造的基本原則

為了徹底解決 3.2 章節(jié)中所述問題， 采取更有效的策略是**途徑：**，所有吊具全覆蓋進(jìn)行接地有效性檢測(cè)，不漏檢；**，接地電阻阻值（0.3，4）Ω 區(qū)間的吊具認(rèn)定為正常吊具，不誤檢。 策略中**點(diǎn)是關(guān)鍵，我國 GB 規(guī)定低壓電氣設(shè)備的接地電阻一般不能大于 4Ω， 這為**點(diǎn)的實(shí)施提供了法理支持。有了合規(guī)的基礎(chǔ)，下一步的工作即要論證技術(shù)層面的可行性，并作出相應(yīng)的改變。

3.4 94-1F Z807 接地故障檢測(cè)設(shè)備工作原理

對(duì)于保護(hù)等級(jí)為 1 級(jí)的設(shè)備進(jìn)行 PE 電阻阻值的測(cè)量原理比較容易理解。 首先，通過一個(gè) 12VAC 保護(hù)性超低電壓將電流通過 PE 連接導(dǎo)入到所有的暴露的金屬部件上。 然后通過電壓壓降及回路內(nèi)的電流即可計(jì)算出 PE 阻值。 94-1F Z807 接地故障檢測(cè)設(shè)備的典型 PE 電阻阻值的閾值為 0.3Ω，然而，根據(jù)不同的場(chǎng)景及被測(cè)設(shè)備，亦可采用其他閾值。 94-1F Z807 電氣圖紙如圖 2 所示：

當(dāng)?shù)蹙咝旭傊翙z測(cè)點(diǎn)后（依靠 2.1 中所述讀碼器精準(zhǔn)定位）自動(dòng)停止， 此時(shí)吊具 PE 碳刷剛好與圖 2 中 11 號(hào)端子接通，10號(hào)端子直接與 PE 相接。 PLC 通過 5 號(hào)端子輸出啟動(dòng)測(cè)試命令，K1 接觸器吸合，變壓器 T2 副邊輸出 12VAC 保護(hù)性超低電壓到測(cè)試回路。 當(dāng)流經(jīng) 17 號(hào)端子與 20 號(hào)端子之間的電流大于 15A時(shí)，則該吊具被判定為接地有效，設(shè)備通過 2 號(hào)端子反饋給 PLC測(cè)試通過信號(hào)，吊具被放行；反之，當(dāng)流經(jīng) 17 號(hào)端子與 20 號(hào)端子之間的電流小于 15A 時(shí)，則該吊具被判定為接地故障，設(shè) 備通過 3 號(hào)端子反饋給 PLC 測(cè)試未通過信號(hào)，吊具被強(qiáng)制下線進(jìn)入維修區(qū)等待維修。

3.5 94-1F Z807 接地故障檢測(cè)設(shè)備改造的實(shí)施

流經(jīng) 17 號(hào)端子與 20 號(hào)端子之間的電流大小， 根據(jù)歐姆定律，取決于 17 號(hào)端子與 20 號(hào)端子之間的電壓大小，即分壓電阻R2 兩端電壓 UR2 的大小。 測(cè)試回路中僅有分壓電阻 R2 及設(shè)備接地電阻 RPE，根據(jù)歐姆定律，有：

UR2UPE= R2RPE（1）

由式（1）知，分壓電阻 R2 為定值的情況下：接地電阻 RPE 越小，UR2 越大。 根據(jù)設(shè)備手冊(cè)中的參數(shù)描述，R2=0.4Ω， 當(dāng) RPE=0.3Ω 時(shí)，判斷為接地有效，即設(shè)備接地電阻的標(biāo)準(zhǔn)閾值為 0.3Ω。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，顯然該數(shù)值不具有實(shí)際應(yīng)用意義，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)活動(dòng)的正常進(jìn)行。 94-1F Z807 接地故障檢測(cè)設(shè)備改造的目標(biāo)就是在國標(biāo)的框架內(nèi)提高接地電阻的標(biāo)準(zhǔn)閾值。 我國GB 規(guī)定低壓電氣設(shè)備的接地電阻一般不能大于 4Ω， 在 此 設(shè)RPE=4Ω，由式（1）有：

R24 = 0.40.3 （2）

求得 R2=5.3Ω。 綜上， 將 94-1F Z807 設(shè)備中的分壓電阻R2 由初始值的 0.4Ω 更換為 5.3Ω，即可在功能上實(shí)現(xiàn)只有那些PE 電阻阻值大于 4Ω 的吊具才會(huì)判定為接地故障， 從而實(shí)現(xiàn)既能保障生產(chǎn)活動(dòng)的順利進(jìn)行，又能保障設(shè)備及人員安全的目標(biāo)。有了原理理論，接下來的工作是電阻 R2 的選型，*終在市

場(chǎng)上選擇一款功率 120W 電 阻 為 2.7Ω 的 標(biāo) 準(zhǔn) 電 阻 作 為 R2 的替代產(chǎn)品，*終：

2.7RPE= 0.40.3 （3）

求 得 RPE=2.025Ω， 意味著只有那些 PE 電 阻 阻 值 大 于2.025Ω 的吊具才會(huì)判定為接地故障， 該標(biāo)準(zhǔn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)的4Ω，遵循了首先按照國標(biāo)給定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，若地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)的方可執(zhí)行的原則。

4 結(jié)束語

某主機(jī)廠共有 3 條輕載 EMS 輸送線，1 條 重 載 EMS 輸 送線， 均使用了德國 ELABO 公司型號(hào)為 94-1F Z807 的接地故障檢測(cè)設(shè)備，其中的兩條輸送線已經(jīng)完成本文所述的改造。 改造后的設(shè)備經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營驗(yàn)證效果良好， 為公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，該改造項(xiàng)目被公司評(píng)為優(yōu)良可持續(xù)性改造提案，接下來會(huì)將剩余的 EMS 輸送線改造完畢。 該改造項(xiàng)目的成功為某主機(jī)廠的長期發(fā)展奠定了基礎(chǔ)， 在增強(qiáng)其競(jìng)爭(zhēng)力方面有著重要意義。 同時(shí)， 希望對(duì)于同樣采用德國 ELABO 公司型號(hào)為 94-1FZ807 接地故障檢測(cè)設(shè)備、被其困擾的國內(nèi)兄弟企業(yè)，在使用方面提供借鑒與參考。