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。國際電工委員會對設(shè)備接地導體（通常稱為保護導體 PE）在電氣設(shè)備安裝中做出了強制性的規(guī)范要求。 有效的設(shè)備接地可以將意外觸電導致的人員傷害降至*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接地。 保護接地適用于中性點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。因為電氣設(shè)備有一定的對地電位，地表也有一定的接地電阻，當電氣設(shè)備與地表連接時，電阻越大，發(fā)生故障時造成的破壞就越大。 從當前 EMS 吊具實際運行情況來看，隨著時間不斷地增加，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重，不僅會對整個吊具的運行產(chǎn)生影響，同時，也會加大安全事故的發(fā)生概率。 因此，在系統(tǒng)集成時，引入德國 ELABO公司型號為 94-1F Z807 的接地故障檢測設(shè)備對吊具接地電阻進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)那些接地電阻阻值超標的吊具設(shè)備。

1 保護接地安全性評估方法綜述

技術(shù)標準 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險，該標準引入了一些新的術(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”的一篇論文中對這些新術(shù)語做了**的闡述。 其中較大篇幅的對“暴露導體”ECP（Exposed Conductive Parts）進行了概念說明，及被定義為 ECP 后其接地對人身保護的重要意義。 Mitolo 博士的研究從保護接地安全性評估的角度來講，主要對導電體的分類進行了討論，以及對于不同分類的導電體（是否為 ECP）做出了定性分析與評估，*后闡明 ECP 保護接地的必要性。

除了定性評估， 業(yè)內(nèi)很多專家學者亦對保護接地安全性評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描述了基于 IEC60364-5-54 的 PE 截面積計算方法。 理論結(jié)合數(shù)據(jù)闡述了故障電流、安全響應(yīng)時間、溫度、PE 材質(zhì)等因素對 PE 截面積的影響，這對 PE 安裝的研發(fā)、設(shè)計在技術(shù)上及法律上有重要的指導意義。

當前中/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估， 這可能會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致嚴重觸電的危險中。針對這一情形，Datsios 引入一種安全性能評估方法。該方法依托安全性能曲線，具體評估接地配置和安裝的保護裝置，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 某主機廠 EMS 工況簡介

2.1 系統(tǒng)組成

某主機廠 EMS 由 160 臺吊具及總長 1.6km 的電氣化單軌組成，負責車身的輸送工作。4 根固定在單軌內(nèi)的滑觸線（3 根動力，1 根 PE）是系統(tǒng)的重要組成部分，為吊具提供動力及接地保護。吊具通過安裝在自身的 4 極碳刷與 4 根滑觸線移動接觸，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時向PLC 反饋自己的位置信息。*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， 其與安裝在吊具上的柱狀天線共同實現(xiàn)了兩個 PLC 間 Profinet 通訊的物理連接。 系統(tǒng)

2.2 存在的風險

采用移動動力傳輸是 EMS 的一個顯著特點，這為系統(tǒng)集成提供了靈活性及可行性， 但同時對動力及 PE 的有效連接形成了巨大挑戰(zhàn)。 隨著生產(chǎn)活動的不斷進行，吊具碳刷與滑觸線之間的摩擦無時無刻不在進行，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 阻值會逐漸增加。 當?shù)蹙呓^緣遭到破壞而導致金屬外殼帶電時， 如果 PE 阻值增大到超過一定標準，將導致設(shè)備外殼電位與地電位不一致，從而產(chǎn)生有害壓差，此時將導致本身具有導電性的操作人員觸電危險。

2.3 風險應(yīng)對

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

3 94-1F Z807 接地故障檢測設(shè)備改造

3.1 接地保護有效性判斷

某主機廠吊具采用兩點直接接地的方式， 吊具的金屬外殼與大地之間進行兩點連接。 由于 EMS 系統(tǒng)的電氣特性及對安全的較高要求，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地線的方法與大地相接。

對于接地保護有效性的判斷各行各業(yè)都有自己的基本原則，遵循首先按照國標給定的標準執(zhí) 行，若 地 方 標 準、行 業(yè) 標 準 高 于國家標準的方可執(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，判定其接地保 護 有 效；反 之，當?shù)蹙叩慕拥仉娮枳柚荡笥?4Ω 時，則判定為保護接地失效，此時吊具將被 PLC 認定為故障狀態(tài)， 將被強制下線，自動進入維修區(qū)等待維修。

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

德國 ELABO 公司型號為 94-1F Z807的接地故障檢測設(shè)備是針對主機廠開發(fā)的應(yīng)用于輕、 重載 EMS 接地電阻有效性檢測的一種專用設(shè)備，在國內(nèi)外各主機廠有著廣泛的應(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接地失效。 然而，隨著吊具 PE 碳刷的不斷摩擦導致的老化， 吊具接地電阻阻值必然會升高， *終大量接地電阻大于0.3Ω 的吊具被PLC 認定為故障狀態(tài)，遭強制下線，自動進入維修區(qū)等待維修。 這種案例導致的結(jié)果是：**，由于被下線吊具數(shù)量異常龐大，導致線上吊具數(shù)量減少，影響生產(chǎn)節(jié)拍；**，導致維修區(qū)擁堵，那些有正常保養(yǎng)需求的吊具將無法實施保養(yǎng)工作。 這嚴重影響了日常生產(chǎn)活動的正常進行，對生產(chǎn)目標的達成形成了嚴峻挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)， 一些主機廠不得不將 94-1F Z807 接地故障檢測設(shè)備旁路，強制給 PLC 一個接地檢測通過輸入。 這樣，每一臺被檢測的吊具都會被認定為接地有效而進入生產(chǎn)線，保障了生產(chǎn)活動的正常進行。

上述應(yīng)對措施解決了生產(chǎn)活動的痛點，卻存在這巨大的風險。94-1F Z807 接地故障檢測設(shè)備旁路后， 那些真實的保護接地失效的吊具將不能被檢測出，這些吊具電氣部分一旦絕緣破壞，將不可避免地對設(shè)備造成損害及導致操作人員觸電。由此可見，簡單旁路接地檢測設(shè)備并非**解決方案。 如何既能保障生產(chǎn)活動的順利進行，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：**，所有吊具全覆蓋進行接地有效性檢測，不漏檢；**，接地電阻阻值（0.3，4）Ω 區(qū)間的吊具認定為正常吊具，不誤檢。 策略中**點是關(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**點的實施提供了法理支持。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 接地故障檢測設(shè)備工作原理

對于保護等級為 1 級的設(shè)備進行 PE 電阻阻值的測量原理比較容易理解。 首先，通過一個 12VAC 保護性超低電壓將電流通過 PE 連接導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)的電流即可計算出 PE 阻值。 94-1F Z807 接地故障檢測設(shè)備的典型 PE 電阻阻值的閾值為 0.3Ω，然而，根據(jù)不同的場景及被測設(shè)備，亦可采用其他閾值。 94-1F Z807 電氣圖紙如圖 2 所示：

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

3.5 94-1F Z807 接地故障檢測設(shè)備改造的實施

流經(jīng) 17 號端子與 20 號端子之間的電流大小， 根據(jù)歐姆定律，取決于 17 號端子與 20 號端子之間的電壓大小，即分壓電阻R2 兩端電壓 UR2 的大小。 測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)備手冊中的參數(shù)描述，R2=0.4Ω， 當 RPE=0.3Ω 時，判斷為接地有效，即設(shè)備接地電阻的標準閾值為 0.3Ω。經(jīng)過生產(chǎn)實踐的檢驗，顯然該數(shù)值不具有實際應(yīng)用意義，嚴重影響了生產(chǎn)活動的正常進行。 94-1F Z807 接地故障檢測設(shè)備改造的目標就是在國標的框架內(nèi)提高接地電阻的標準閾值。 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，即可在功能上實現(xiàn)只有那些PE 電阻阻值大于 4Ω 的吊具才會判定為接地故障， 從而實現(xiàn)既能保障生產(chǎn)活動的順利進行，又能保障設(shè)備及人員安全的目標。有了原理理論，接下來的工作是電阻 R2 的選型，*終在市

場上選擇一款功率 120W 電 阻 為 2.7Ω 的 標 準 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 的吊具才會判定為接地故障， 該標準高于國家標準的4Ω，遵循了首先按照國標給定的標準執(zhí)行，若地方標準、行業(yè)標準高于國家標準的方可執(zhí)行的原則。

4 結(jié)束語

某主機廠共有 3 條輕載 EMS 輸送線，1 條 重 載 EMS 輸 送線， 均使用了德國 ELABO 公司型號為 94-1F Z807 的接地故障檢測設(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)實際生產(chǎn)運營驗證效果良好， 為公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，該改造項目被公司評為優(yōu)良可持續(xù)性改造提案，接下來會將剩余的 EMS 輸送線改造完畢。 該改造項目的成功為某主機廠的長期發(fā)展奠定了基礎(chǔ)， 在增強其競爭力方面有著重要意義。 同時， 希望對于同樣采用德國 ELABO 公司型號為 94-1FZ807 接地故障檢測設(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。