设备接地指将系统内非带电金属部分与接地体连接起来。国际电工委员会对设备接地导体（通常称为保护导体 PE）在电气设备安装中做出了强制性的规范要求。 有效的设备接地可以将意外触电导致的人员伤害降至*低程度。 PE 的阻值要足够小，这样在设备金属外壳意外带电的情况下，电流在流经 PE 时不至于产生有害压降。
将电气设备在正常情况下不带电的金属外壳或架构用足够粗的金属线与接地体连接起来叫做保护接地。 保护接地适用于中性点不接地的低压供电系统。我国 GB 规定低压电气设备的接地电阻一般不能大于 4Ω。接地技术的应用能够有效防止电击，当电气设备和地表连接后，设备内部的电位就很接近地表的电位。因为电气设备有一定的对地电位，地表也有一定的接地电阻，当电气设备与地表连接时，电阻越大，发生故障时造成的破坏就越大。 从当前 EMS 吊具实际运行情况来看，随着时间不断地增加，接地线路出现问题的概率逐渐增大。 其中*明显的问题就是线路老化以及 PE 碳刷破损的情况。 在这种情况下，如果吊具损伤情况比较严重，不仅会对整个吊具的运行产生影响，同时，也会加大安全事故的发生概率。 因此，在系统集成时，引入德国 ELABO公司型号为 94-1F Z807 的接地故障检测设备对吊具接地电阻进行检测，及时发现那些接地电阻阻值超标的吊具设备。
1 保护接地安全性评估方法综述
技术标准 IEEE 在 P3003.2“工业及商业电力系统设备接地及连接指南” 中对工业及商业电力系统设备接地及连接的概念做出了基本定义。 为了更大程度地减少触电风险，该标准引入了一些新的术语。 来自意大利的 Mitolo 博士在其发表于“IEEE 工业应用交流”的一篇论文中对这些新术语做了**的阐述。 其中较大篇幅的对“暴露导体”ECP（Exposed Conductive Parts）进行了概念说明，及被定义为 ECP 后其接地对人身保护的重要意义。 Mitolo 博士的研究从保护接地安全性评估的角度来讲，主要对导电体的分类进行了讨论，以及对于不同分类的导电体（是否为 ECP）做出了定性分析与评估，*后阐明 ECP 保护接地的必要性。
除了定性评估， 业内很多专家学者亦对保护接地安全性评估方面做出了很多定量分析的研究。 刘**等在其一份论文中详细描述了基于 IEC60364-5-54 的 PE 截面积计算方法。 理论结合数据阐述了故障电流、安全响应时间、温度、PE 材质等因素对 PE 截面积的影响，这对 PE 安装的研发、设计在技术上及法律上有重要的指导意义。
当前中/低压配电变电站中使用的典型接地装置通常不做安全性能评估， 这可能会使变电站工作人员以及公众暴露在因接地故障产生的接触电压和跨步电压而导致严重触电的危险中。针对这一情形，Datsios 引入一种安全性能评估方法。该方法依托安全性能曲线，具体评估接地配置和安装的保护装置，将接地故障电流与接地电阻联系起来， 从而确保了工作人员以及公众的安全。
2 某主机厂 EMS 工况简介
2.1 系统组成
某主机厂 EMS 由 160 台吊具及总长 1.6km 的电气化单轨组成，负责车身的输送工作。4 根固定在单轨内的滑触线（3 根动力，1 根 PE）是系统的重要组成部分，为吊具提供动力及接地保护。吊具通过安装在自身的 4 极碳刷与 4 根滑触线移动接触，从而完成取电及接地的功能。 此外，单轨内还安装有数值连续的条形码， 用于吊具的定位， 吊具通过安装在自身的读码器实时向PLC 反馈自己的位置信息。*后，安装在单轨内的漏波电缆是连接吊具 PLC 与主 PLC 的可访问节点， 其与安装在吊具上的柱状天线共同实现了两个 PLC 间 Profinet 通讯的物理连接。 系统
2.2 存在的风险
采用移动动力传输是 EMS 的一个显著特点，这为系统集成提供了灵活性及可行性， 但同时对动力及 PE 的有效连接形成了巨大挑战。 随着生产活动的不断进行，吊具碳刷与滑触线之间的摩擦无时无刻不在进行，由易损材质制作的碳刷出现老化、破损的情形无法避免。 在此情况下，吊具 PE 阻值会逐渐增加。 当吊具绝缘遭到破坏而导致金属外壳带电时， 如果 PE 阻值增大到超过一定标准，将导致设备外壳电位与地电位不一致，从而产生有害压差，此时将导致本身具有导电性的操作人员触电危险。
2.3 风险应对
在 1 级防护中，对设备进行 PE 电阻检测对于家庭、医疗、消费产品及机械工程领域、工厂工程、建筑等而言是*重要的检测之一。设备金属外壳与大地之间的保护接地的有效性，对于设备操作人员来讲是生命保险， 能有效地阻止在地表和设备金属外壳之间形成危险电位。 因此，在项目规划的*初阶段便引入德国 ELABO公司型号为 94-1F Z807 的接地故障检测设备对吊具接地有效性进行检测， 以防接地保护失效且设备外壳带电的情况下带来的人员触电及设备损伤的风险，对设备及人员进行安全保障。
3 94-1F Z807 接地故障检测设备改造
3.1 接地保护有效性判断
某主机厂吊具采用两点直接接地的方式， 吊具的金属外壳与大地之间进行两点连接。 由于 EMS 系统的电气特性及对安全的较高要求，吊具采用 IT 接地系统，即系统不引出中性线，外面裸露的金属壳体部分通过保护地线的方法与大地相接。
对于接地保护有效性的判断各行各业都有自己的基本原则，遵循首先按照国标给定的标准执 行，若 地 方 标 准、行 业 标 准 高 于国家标准的方可执行的原则。 我国 GB 规定低 压 电 气 设 备 的 接 地 电 阻 一 般 不 能 大 于4Ω， 故吊具的接地电阻阻值小于 4Ω 时，判定其接地保 护 有 效；反 之，当吊具的接地电阻阻值大于 4Ω 时，则判定为保护接地失效，此时吊具将被 PLC 认定为故障状态， 将被强制下线，自动进入维修区等待维修。
3.2 94-1F Z807 接地故障检测设备在实际应用中的问题
德国 ELABO 公司型号为 94-1F Z807的接地故障检测设备是针对主机厂开发的应��于轻、 重载 EMS 接地电阻有效性检测的一种专用设备，在国内外各主机厂有着广泛的应用。 其判断接地有效性的接地电阻阈值为 0.3Ω， 意味着那些接地电阻大于 0.3Ω 的吊具都被判定为保护接地失效。 然而，随着吊具 PE 碳刷的不断摩擦导致的老化， 吊具接地电阻阻值必然会升高， *终大量接地电阻大于0.3Ω 的吊具被PLC 认定为故障状态，遭强制下线，自动进入维修区等待维修。 这种案例导致的结果是：**，由于被下线吊具数量异常庞大，导致线上吊具数量减少，影响生产节拍；**，导致维修区拥堵，那些有正常保养需求的吊具将无法实施保养工作。 这严重影响了日常生产活动的正常进行，对生产目标的达成形成了严峻挑战。
为了应对这一挑战， 一些主机厂不得不将 94-1F Z807 接地故障检测设备旁路，强制给 PLC 一个接地检测通过输入。 这样，每一台被检测的吊具都会被认定为接地有效而进入生产线，保障了生产活动的正常进行。
上述应对措施解决了生产活动的痛点，却存在这巨大的风险。94-1F Z807 接地故障检测设备旁路后， 那些真实的保护接地失效的吊具将不能被检测出，这些吊具电气部分一旦绝缘破坏，将不可避免地对设备造成损害及导致操作人员触电。由此可见，简单旁路接地检测设备并非**解决方案。 如何既能保障生产活动的顺利进行，又能保障设备及人员的安全成为亟待解决的问题。
3.3 94-1F Z807 接地故障检测设备改造的基本原则
为了彻底解决 3.2 章节中所述问题， 采取更有效的策略是**途径：**，所有吊具全覆盖进行接地有效性检测，不漏检；**，接地电阻阻值（0.3，4）Ω 区间的吊具认定为正常吊具，不误检。 策略中**点是关键，我国 GB 规定低压电气设备的接地电阻一般不能大于 4Ω， 这为**点的实施提供了法理支持。有了合规的基础，下一步的工作即要论证技术层面的可行性，并作出相应的改变。
3.4 94-1F Z807 接地故障检测设备工作原理
对于保护等级为 1 级的设备进行 PE 电阻阻值的测量原理比较容易理解。 首先，通过一个 12VAC 保护性超低电压将电流通过 PE 连接导入到所有的暴露的金属部件上。 然后通过电压压降及回路内的电流即可计算出 PE 阻值。 94-1F Z807 接地故障检测设备的典型 PE 电阻阻值的阈值为 0.3Ω，然而，根据不同的场景及被测设备，亦可采用其他阈值。 94-1F Z807 电气图纸如图 2 所示：
当吊具行驶至检测点后（依靠 2.1 中所述读码器精准定位）自动停止， 此时吊具 PE 碳刷刚好与图 2 中 11 号端子接通，10号端子直接与 PE 相接。 PLC 通过 5 号端子输出启动测试命令，K1 接触器吸合，变压器 T2 副边输出 12VAC 保护性超低电压到测试回路。 当流经 17 号端子与 20 号端子之间的电流大于 15A时，则该吊具被判定为接地有效，设备通过 2 号端子反馈给 PLC测试通过信号，吊具被放行；反之，当流经 17 号端子与 20 号端子之间的电流小于 15A 时，则该吊具被判定为接地故障，设 备通过 3 号端子反馈给 PLC 测试未通过信号，吊具被强制下线进入维修区等待维修。
3.5 94-1F Z807 接地故障检测设备改造的实施
流经 17 号端子与 20 号端子之间的电流大小， 根据欧姆定律，取决于 17 号端子与 20 号端子之间的电压大小，即分压电阻R2 两端电压 UR2 的大小。 测试回路中仅有分压电阻 R2 及设备接地电阻 RPE，根据欧姆定律，有：
UR2UPE= R2RPE（1）
由式（1）知，分压电阻 R2 为定值的情况下：接地电阻 RPE 越小，UR2 越大。 根据设备手册中的参数描述，R2=0.4Ω， 当 RPE=0.3Ω 时，判断为接地有效，即设备接地电阻的标准阈值为 0.3Ω。经过生产实践的检验，显然该数值不具有实际应用意义，严重影响了生产活动的正常进行。 94-1F Z807 接地故障检测设备改造的目标就是在国标的框架内提高接地电阻的标准阈值。 我国GB 规定低压电气设备的接地电阻一般不能大于 4Ω， 在 此 设RPE=4Ω，由式（1）有：
R24 = 0.40.3 （2）
求得 R2=5.3Ω。 综上， 将 94-1F Z807 设备中的分压电阻R2 由初始值的 0.4Ω 更换为 5.3Ω，即可在功能上实现只有那些PE 电阻阻值大于 4Ω 的吊具才会判定为接地故障， 从而实现既能保障生产活动的顺利进行，又能保障设备及人员安全的目标。有了原理理论，接下来的工作是电阻 R2 的选型，*终在市
场上选择一款功率 120W 电 阻 为 2.7Ω 的 标 准 电 阻 作 为 R2 的替代产品，*终：
2.7RPE= 0.40.3 （3）
求 得 RPE=2.025Ω， 意味着只有那些 PE 电 阻 阻 值 大 于2.025Ω 的吊具才会判定为接地故障， 该标准高于国家标准的4Ω，遵循了首先按照国标给定的标准执行，若地方标准、行业标准高于国家标准的方可执行的原则。
4 结束语
某主机厂共有 3 条轻载 EMS 输送线，1 条 重 载 EMS 输 送线， 均使用了德国 ELABO 公司型号为 94-1F Z807 的接地故障检测设备，其中的两条输送线已经完成本文所述的改造。 改造后的设备经实际生产运营验证效果良好， 为公司创造了可观的经济效益，该改造项目被公司评为优良可持续性改造提案，接下来会将剩余的 EMS 输送线改造完毕。 该改造项目的成功为某主机厂的长期发展奠定了基础， 在增强其竞争力方面有着重要意义。 同时， 希望对于同样采用德国 ELABO 公司型号为 94-1FZ807 接地故障检测设备、被其困扰的国内兄弟企业，在使用方面提供借鉴与参考。
