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摘要：塔式起重机作为当前建筑行业中广泛应用的核心设备，是建筑作业现场的重要电气负荷，在楼宇、基建等领域发挥着巨大作用。塔式起重机用电量较高，同时大部分负荷为电机负荷，多数基于数字变频器驱动等设备，线路对地漏电流容易出现超过保护设定值而触发漏电保护，实际作业现场频繁发生漏电跳闸现象，十分影响建筑作业进度，同时存在安全隐患，增加了作业触电事故风险，本文根据建筑现场塔式起重机电气系统构成，对其电路共模电压、电流进行分析，得出了塔式起重機漏电原因，并针对用电回路的结构特征提出了降低正常用电漏电流抑制措施。
关键词：塔式起重机；漏电流分析
1前言
近些年我国的经济发展迅速，进人全面小康社会，国民财富和国家实力得到了极大提升。在国家大力推进城镇化的进程中，居民楼宇、公共建筑设施、交通建设工程等得到了翻天覆地的改变。这些建设进程中，塔式起重机是作业现场普遍采用的核心设备，一个作业现场往往配置两台以上的塔式起重机，在整个建设任务进程中，会一直运行。塔式起重机属于重复使用的设备，使用周期基本与建筑建设周期相同，达到一年以上的连续运行时间，同时建筑现场不同于工业生产现场，塔式起重机工作在露天条件下，长期耐受雨淋、日晒等自然环境，塔上设备往往产生生锈、腐蚀和老化等现象，尤其是塔上电气系统，产生设备线路腐蚀、绝缘老化等，造成设备共模回路阻抗下降、漏电流增加，频繁出现漏电跳闸现象，影响操作人员安全和施工进度，因此分析塔式起重机漏电流过大、漏电保护频繁触发的原因和研究降低塔式起重机系统漏电流措施，对于提高操作人员作业安全水平和设备运行可靠性意义重大。
2塔式起重机配电与负荷系统结构
2.1塔式起重机负荷结构
塔式起重机电气负荷配置一般主要包括动力负荷和二次负荷，其中动力负荷主要由起升电机、回转电机、变幅电机、行走机构电机和顶升机构电机构成，二次负荷主要是小功率的单相负荷，包括驾驶室内的监控系统、空调，以及起重机照明系统等。
2.2塔式起重机配电系统接地方式
接地是影响塔式起重机漏电保护方式的关键因素。《塔式起重机安全规程》规定，塔机金属结构、轨道、所有电气设备的金属外壳、金属管线、安全照明的变压器低压侧等均应可靠接地。塔式起重机塔体本身为金属体，往往有施工现场将塔体直接作为地线，由于塔体中标准节之间的压力高达数十吨，可以认为表面接触基本电气导通，但是顶升作业过程中有可能出现脱节，是一种例外的工况。正确方式仍旧是采用可靠的接地电缆进行良好的接地。
塔式起重机负荷供电系统属于三相四线制供电，加上保护地线为三相五线制系统。按接地方式的不同，国际电工委员会（IEC）对常用的供电系统作了统一规定，称为TT系统、TN系统、IT系统，作业现场中，塔式起重机主要采用TN系统和TT系统，尤其是TN系统。
（1）TT系统中，将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统。该接地系统中，认为塔体金属结构为保护地线系统，系统中负载的所有接地均称为保护接地。采用这种接地系统，每台设备直接外壳接地，当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性；同时需要塔体的接地回路电阻比较小，否则发生漏电接地短路不能及时触发短路保护，如果漏电电流比较小，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要断路器作保护。
（2）TN系统是将电气设备的金属外壳与专用保护零线相接的保护系统，称作接零保护系统。由于地线和零线间线路阻抗很小，一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为较大的短路电流，及时触发保护，使故障设备断电，保证工作人员减少触电风险，比较安全。而在实际施工现场，往往采用TN-C和TN-S两种，TN-C系统中，零线与保护地合一，由于塔式起重机有单相负荷，因此零线会有显著电流，在零线回路阻抗下，存在一定的电压。TN-S系统中，零线与保护地线分开，保护性能最好，但是需要专门的铺设保护地线，在施工现场不一定能够方便提供，而且塔体实际为金属接地结构，塔上设备往往会金属外壳直接安装，构成接地，因此在实际系统中，往往是TN方式下的外壳直接接地的混合式系统。
实际上，塔上系统，不同于地面系统，大地本身相比金属体而言，不是一个良好的导体，而塔体本身为一个相对导电良好的金属等电位体，离地面较远，设备外壳会可靠接等电位，因此对于站在塔上的工作人员一般不会出现外壳高电位触电，而塔机电位变高使得钢丝绳和吊钩与大地有电位差在实际工地现场也有发生，本文不做该问题的具体讨论。同时由于塔身的金属低阳抗特性，一旦塔上设备发生漏电，漏电流就比较大，能促成漏电跳间。
3塔式起重机负荷电路共模电流分析
在共模回路中，供电系统、用电设备和接地的塔身构成共模回路，如果供电系统经过用电设备，对塔身泄漏电流，就是产生了共模电流，也就是漏电流。一般认为三相电压通过共模通道对PE的等效阻抗（至少是绝缘阻抗）比较大，发生泄漏的共模电流比较小，这就取决于系统中共模通道的阻抗分布参数的大小。在塔式起重机电气系统中，用电负荷绝大部分是动力负荷，即电机负荷，因此电机和电机驱动电路的共模阻抗就决定了系统正常工作的漏电量。变频器漏电流分析变频器工作特性与共模漏电流.
塔式起重机一般有四种电机频繁运行：起升电机、回转电机、变幅电机与行走电机，电机变频器电路首先经过全桥不控整流电路将400V交流电压整为530V直流电压，然后又经逆变电路，进行PWM调制，生成驱动电机的变频、变幅电压来驱动电机。变频电路的PWM调制方式：在半个周期内载波和所得PWM波形都在两个极性范围变化。
4结语
塔式起重机在建设施工现场广泛使用，起重机的动力多数采用变频驱动，造成的正常运行漏电流过大引发漏电保护误动作频发的问题，通过分析得出，塔式起重机的漏电流保护主要由电机驱动系统共模电流造成，尤其是变频器工作在PWM调制状态，高频分量大，变频器、控制电路、电机线缆、电机绕组以及系统其它设备均对塔身有寄生电容，提供了共模通道，在高频噪声源的作用下，激发较大的共模漏电流，引发漏电保护频发，通过增加隔离变压器、电抗器、变频器滤波器等方式可以降低塔式起重机运行时的共模漏电流，提高系统的稳定可靠性。
参考文献：
[1]李杰，任向癸，李耀彬，余伟伟，陈兆文.高空倾斜断裂塔式起重机恢复技术应用[J].施工技术，2019（03）：114-117.
[2]朱俊星，王伟超，郭建斌，魏吉祥.塔式起重机漏电流分析及抑制措施[J].建设机械技术与管理，2018，31（02）：81-85.
[3]刘子薇.基于PLC的塔式起重机控制系统设计与研究[D].合肥工业大学，2017.
（作者单位：沈阳三洋建筑机械有限公司）
关键词：塔式起重机；漏电流分析
1前言
近些年我国的经济发展迅速，进人全面小康社会，国民财富和国家实力得到了极大提升。在国家大力推进城镇化的进程中，居民楼宇、公共建筑设施、交通建设工程等得到了翻天覆地的改变。这些建设进程中，塔式起重机是作业现场普遍采用的核心设备，一个作业现场往往配置两台以上的塔式起重机，在整个建设任务进程中，会一直运行。塔式起重机属于重复使用的设备，使用周期基本与建筑建设周期相同，达到一年以上的连续运行时间，同时建筑现场不同于工业生产现场，塔式起重机工作在露天条件下，长期耐受雨淋、日晒等自然环境，塔上设备往往产生生锈、腐蚀和老化等现象，尤其是塔上电气系统，产生设备线路腐蚀、绝缘老化等，造成设备共模回路阻抗下降、漏电流增加，频繁出现漏电跳闸现象，影响操作人员安全和施工进度，因此分析塔式起重机漏电流过大、漏电保护频繁触发的原因和研究降低塔式起重机系统漏电流措施，对于提高操作人员作业安全水平和设备运行可靠性意义重大。
2塔式起重机配电与负荷系统结构
2.1塔式起重机负荷结构
塔式起重机电气负荷配置一般主要包括动力负荷和二次负荷，其中动力负荷主要由起升电机、回转电机、变幅电机、行走机构电机和顶升机构电机构成，二次负荷主要是小功率的单相负荷，包括驾驶室内的监控系统、空调，以及起重机照明系统等。
2.2塔式起重机配电系统接地方式
接地是影响塔式起重机漏电保护方式的关键因素。《塔式起重机安全规程》规定，塔机金属结构、轨道、所有电气设备的金属外壳、金属管线、安全照明的变压器低压侧等均应可靠接地。塔式起重机塔体本身为金属体，往往有施工现场将塔体直接作为地线，由于塔体中标准节之间的压力高达数十吨，可以认为表面接触基本电气导通，但是顶升作业过程中有可能出现脱节，是一种例外的工况。正确方式仍旧是采用可靠的接地电缆进行良好的接地。
塔式起重机负荷供电系统属于三相四线制供电，加上保护地线为三相五线制系统。按接地方式的不同，国际电工委员会（IEC）对常用的供电系统作了统一规定，称为TT系统、TN系统、IT系统，作业现场中，塔式起重机主要采用TN系统和TT系统，尤其是TN系统。
（1）TT系统中，将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统。该接地系统中，认为塔体金属结构为保护地线系统，系统中负载的所有接地均称为保护接地。采用这种接地系统，每台设备直接外壳接地，当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性；同时需要塔体的接地回路电阻比较小，否则发生漏电接地短路不能及时触发短路保护，如果漏电电流比较小，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要断路器作保护。
（2）TN系统是将电气设备的金属外壳与专用保护零线相接的保护系统，称作接零保护系统。由于地线和零线间线路阻抗很小，一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为较大的短路电流，及时触发保护，使故障设备断电，保证工作人员减少触电风险，比较安全。而在实际施工现场，往往采用TN-C和TN-S两种，TN-C系统中，零线与保护地合一，由于塔式起重机有单相负荷，因此零线会有显著电流，在零线回路阻抗下，存在一定的电压。TN-S系统中，零线与保护地线分开，保护性能最好，但是需要专门的铺设保护地线，在施工现场不一定能够方便提供，而且塔体实际为金属接地结构，塔上设备往往会金属外壳直接安装，构成接地，因此在实际系统中，往往是TN方式下的外壳直接接地的混合式系统。
实际上，塔上系统，不同于地面系统，大地本身相比金属体而言，不是一个良好的导体，而塔体本身为一个相对导电良好的金属等电位体，离地面较远，设备外壳会可靠接等电位，因此对于站在塔上的工作人员一般不会出现外壳高电位触电，而塔机电位变高使得钢丝绳和吊钩与大地有电位差在实际工地现场也有发生，本文不做该问题的具体讨论。同时由于塔身的金属低阳抗特性，一旦塔上设备发生漏电，漏电流就比较大，能促成漏电跳间。
3塔式起重机负荷电路共模电流分析
在共模回路中，供电系统、用电设备和接地的塔身构成共模回路，如果供电系统经过用电设备，对塔身泄漏电流，就是产生了共模电流，也就是漏电流。一般认为三相电压通过共模通道对PE的等效阻抗（至少是绝缘阻抗）比较大，发生泄漏的共模电流比较小，这就取决于系统中共模通道的阻抗分布参数的大小。在塔式起重机电气系统中，用电负荷绝大部分是动力负荷，即电机负荷，因此电机和电机驱动电路的共模阻抗就决定了系统正常工作的漏电量。变频器漏电流分析变频器工作特性与共模漏电流.
塔式起重机一般有四种电机频繁运行：起升电机、回转电机、变幅电机与行走电机，电机变频器电路首先经过全桥不控整流电路将400V交流电压整为530V直流电压，然后又经逆变电路，进行PWM调制，生成驱动电机的变频、变幅电压来驱动电机。变频电路的PWM调制方式：在半个周期内载波和所得PWM波形都在两个极性范围变化。
4结语
塔式起重机在建设施工现场广泛使用，起重机的动力多数采用变频驱动，造成的正常运行漏电流过大引发漏电保护误动作频发的问题，通过分析得出，塔式起重机的漏电流保护主要由电机驱动系统共模电流造成，尤其是变频器工作在PWM调制状态，高频分量大，变频器、控制电路、电机线缆、电机绕组以及系统其它设备均对塔身有寄生电容，提供了共模通道，在高频噪声源的作用下，激发较大的共模漏电流，引发漏电保护频发，通过增加隔离变压器、电抗器、变频器滤波器等方式可以降低塔式起重机运行时的共模漏电流，提高系统的稳定可靠性。
参考文献：
[1]李杰，任向癸，李耀彬，余伟伟，陈兆文.高空倾斜断裂塔式起重机恢复技术应用[J].施工技术，2019（03）：114-117.
[2]朱俊星，王伟超，郭建斌，魏吉祥.塔式起重机漏电流分析及抑制措施[J].建设机械技术与管理，2018，31（02）：81-85.
[3]刘子薇.基于PLC的塔式起重机控制系统设计与研究[D].合肥工业大学，2017.
（作者单位：沈阳三洋建筑机械有限公司）