电焊机保护接地技术

电焊机保护接地技术探讨
王水成
(平顶山煤业集团大宏焦化公司，河南省平顶山市467021)
王永成先生关于把焊机输出端也接入接地保护系统的理论，的确非常实用，使焊机操作的安全得到实质性提升；可是，在实际工作中，没有厂家的产品这样设计，市场上，也没有遇到过这样的产品，这么好的方案，为什么不能得到推广？焊机国家标准也找不到相关要求条款；在焊机生产上，这样设计，有什么障碍没有？请各位专业人士，多提建议！
摘要：从保护焊接作业过程中的人身安全和设备安全的角度出发，分析了电焊机保护接地的原理，探讨了电焊机保护接地措施的实施方法，介绍了电焊机保护接地措施对接地系统的技术要求。

关键词：电焊机机壳保护接地接地电阻接地线
1：前言
电焊机在运行过程中由于自身发生故障、外部因素影响或使用不当等原因，可能导致人员触电、引发火灾等事故。

所以，电焊作业对于操作者及其周围人员和设施的安全是具有重大危害的因素，被国家确定为特种作业。

下面针对电焊作业的危害因素，对电焊机保护接地技术进行探讨。

2：电焊机保护接地原理
2. 1电焊机的电击危险部位
就焊接作业中的电击伤害而言，主要危险因素可以归结为以下两点。

其一是电焊机机壳带有危险电压。

主要原因有：电焊机内部绝缘存在先天性缺陷(主要指修理缺陷)、过载性老化、过电压击穿等；电焊机遭水淹或严重受潮、腐蚀性介质的侵蚀；电焊机遭受剧烈振动或机械冲击；电焊机的内部或外部发生动力电源接线端子通过某些导电性物质(如金属丝、带、屑及类似导体)与机壳或铁芯搭接；带有危险电压的电力线导体或其他带电体与机壳或承载电焊机的金属车架等相碰。

其二是电焊机二次回路(包括焊钳、焊件、焊接电缆、电焊机输
出接线端子在内的整个焊接回路)带有危险电压。

主要原因有：电焊机内部一次侧与二次侧之间的绝缘损坏，如先天性缺陷(主要指修理缺陷)、过载性老化、过电压击穿等；电焊机遭水淹或严重受潮、腐蚀性介质的侵蚀；电焊机遭受剧烈振动或机械冲击；带有危险电压的电力线导体或其他带电体与二次回路导体相碰等。

总之，电焊机可能发生电击危险的部位，主要集中在机壳和二次回路。

因此，必须对这些危险因素采取措施进行有效的防范，以保障作业人员和设备的安全。

以下就电焊机保护接地技术的原理及其应用进行分析与探讨
2. 2电焊机接地前的安全状况分析
以下有关电焊机保护接地的讨论均以三相三线中性点不接地的供电系统为例，进行原理分析和保护接地的实施。

电焊机接入电源之后，假如没有采取保护接地措施，如果电焊机产生了机壳或二次回路带有危险电压的故障现象(如某一相线与机壳相碰)，如果此时有人误触机壳或二次回路，就可能发生电击事故。

故障电流从电源经人体和电网对地的绝缘阻抗后回到电源。

这时，电焊机机壳或二次回路上对地的电压 U E 由下式决定：
3 U R P
U E ＝ (1)
3 R P + Z
式中：U —电网相电压，220 V；
R P —人体电阻，Ω；
Z —电网对地绝缘阻抗，Ω；
由(1)式可以看出，正常情况下电网对地绝缘良好，Z可以被近
似地视为无穷大，则电焊机机壳或二次回路对地电压极低，对于人体不足以构成伤害；当电网对地绝缘遭到破坏或急剧下降时，电焊机机壳或二次回路对地电压急剧上升，可升至危险程度并趋向电源电压，这对于人体而言，显然是极其危险的。

2. 3电焊机接地后的安全状况分析
如果电焊机采取了可靠的保护接地措施，而接地电阻很小，从电焊机接地支路和人体接地支路所构成的等效电路分析，接地电阻与人体电阻处于并联关系.形成两条电流通路.即流经接地体的电流和流经人体的电流，这两路电流的分配关系可表示为：
I P R E
I E R P (2)
式中： I P：流经人体的电流，A；
I E：流经接地体的电流，A；
R E ：接地电阻，Ω；
R P ：人体电阻，Ω；
从(2)式可以看出，接地电阻R E越小，流过人体的电流1P也越小因此，只要把R E控制在适度的范围之内，就能保障人身安全。

本来人体电阻就远远大于接地电阻，故流过人体的电流远远小于流过接地体的电流。

流过接地体的电流等效于将电焊机接地部位与大地的零电位几乎拉到了一起，使电焊机接地部位对地电压急速降至接近于地电位。

如此之低的电位引起的人体电流无疑将是微乎其微的，远不足以对人体构成伤害。

3电焊机保护接地的实施
3. 1电焊机保护接地线路的装设
在2.1节中已经分析得出电焊机的电击危险部位分别是机壳和二次回路，因此，必须对这两个部位进行保护接地。

在电焊机的机壳上通常专门设有固定接地螺栓，而电焊机的二次侧设有一组接线端子，供连接焊钳电缆和焊件电缆之用。

实施保护接地时，采用铜芯绝缘导线将机壳与二次侧连接焊件电缆的接线端子连通.再用相同的导线将其一端接在机壳的接地螺栓上，另一端接到接地干线，没有装设接地干线时，就直接接到独立接地系统的接线端子上。

接地线路的所有连接部位不得有锈迹、油漆或污物，以确保接触电阻最小化。

螺帽或螺栓必须具有足够的紧固程度。

在有振动的作业场所，应采用弹簧垫圈、防松螺帽等防松动措施。

3. 2多台电焊机保护接地线路的装设
如果在同一作业场所有若干台电焊机投入使用，务必要注意保护接地线路的连接问题。

正确的做法是:首先将各台电焊机按照3.1节所述的方法逐个地单独连接构成相对独立的保护接地单元，然后将各保护接地单元分别连接到接地干线上，没有接地干线时，就直接汇集到独立接地系统的接线端子上，使各台电焊机的保护接地单元之间形成并联关系。

严禁在接地支线上串联两台或更多的电焊机保护接地单元，避免因某个单元设备的检修或意外损坏而使保护接地系统开断，影响保护接地的可靠性。

3. 3电焊机保护接地电阻的确定
接地电阻的大小是根据电气设备保护接地要求、电网运行方式、大地土壤的电阻率等条件决定的。

就电焊机的保护接地而言，其接地电阻应根据事故状态下允许的对地电压来确定。

由于中性线不接地配电系统内发生第一次接地故障时，故障电流没有直接返回电源的通路，而只能通过另外两个非故障相导体对地分布电容和对地绝缘电阻返回电源。

在正常情况下，线路对地绝缘电阻应为数百千Ω至数百兆Ω之间，可近似地视作无穷大。

因此，故障电流可视为两个对地分布电容电流的相量和，其值通常甚小，故限定电焊机的保护接地电阻不超过4Ω，即能将故障时对地电压限制在安全范围以内。

即使线路对地绝缘遭到破坏或急剧下降，不大于4Ω的保护接地电阻也足以确
保电焊机机壳及二次回路上的对地电压不超过25V。

经大量工程实践证明这是安全可靠的，完全满足施工工地等工作环境比较恶劣场合的安全要求。

4接地线和接地体
4. 1接地线的装设要求
对于上述讨论中所使用的保护接地线，从安全可靠的角度考虑，必须有足够的截面，当与相线使用相同材料时，其截面不应小于下表的规定。

保护接地线的最小截面
Tab. Minimum section of the protective carthin}; conductor
相线的截面 S （㎜²）保护接地线的最小截面 S （㎜²） S ≤ 16 S
16 ＜ S ≤ 35 16
S ＞ 35 S / 2
就每台电焊机而言，尽管其容量规格并不大，但保护接地线的截面积也不应低于6 mm²(包括电焊机本身连接机壳与二次侧之间的导线)，这样既能保证良好的导电性和相当的机械强度，也能够有效抵御短路电流的冲击和机械损伤。

此外，严格禁止在电焊机保护接地线的任何部位串联装设断路器、刀开关和熔断器等任何电器，并要求保护接地线使用整根的，最好不要有接头，以确保保护接地线的连续性。

4. 2关于接地体
关于接地体的设计和施工，可参照有关电气设计规范进行。

如果作业现场存在可以利用的自然接地体，如埋入地下具有较大尺寸的金属管道(内有易燃、易爆气体或液体的管道、暖气管道等除外)、金属构件，在水中或与大地之间具有良好接触状态的金属柱、桩，大型建筑基础中的钢筋网络等，都可以作为接地体使用。

无论是接地体的埋设还是接地线的敷设，都要考虑距防雷接地网的距离，以防止因雷电反击和雷电感应作用对电焊机及相关设备和人员造成伤害。

5结束语
保护接地是防止间接接触电击最基本的措施，只要运用得当，安全效果应当能够得到保证。

对于不同形式的供电电源系统，需要采取不同的保护接地措施。

因此，在电焊机防范间接接触电击的技术与方法上，应当具体问题具体分析，不能一概而论。

参考文献
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